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Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für ein Flüssigkeitsventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine solche Steuereinrichtung ist bekannt aus der DE-Z: o+p "Ölhydraulik und Pneumatik", 22 (1978) Nr. 11, S. 647-652 (vgl. hierzu auch DE-OS 28 23 960). Bei diesem Stand der Technik wird davon ausgegangen, daß eine analog arbeitende Steuereinrichtung störanfällig ist und diese Störanfälligkeit durch eine digital arbeitende Steuereinrichtung grundsätzlich überwunden werden kann. Dabei wird mit Impulssignalen gearbeitet, wobei durch Verwendung von Impulsmodulationsverfahren ein Flüssigkeitsventil in seinem statischen und dynamischen Verhalten beeinflußt werden kann. Bei der bekannten Steuereinrichtung wird ein Impulsgenerator so beeinflußt, daß er Impulssignale abgibt, deren Impulse in der Impulsperiode und/oder der Impulsfrequenz verändert werden können. Eine solche Änderung erfolgt durch Verstellen des Gebers für den Sollwert der Variablen oder des Gebers für den Sollverlauf eines Steuermusters. Beim Stand der Technik wird offenbar davon ausgegangen, daß der grundsätzliche Verlauf der Steuerkennlinie (Steuermuster) für jedes zu steuernde Flüssigkeitsventil im Prinzip gleich und im allgemeinen linear ist, da es dort wesentlich ist, daß das Öffnen und das Schließen bei hoher Geschwindigkeit möglichst genau erfolgen kann. Dabei wird davon ausgegangen, daß der zeitliche Verlauf des Öffnungs- und Schließvorganges bzw. des Druckauf- und Druckabbaues identisch sind. Selbst bei Verwendung eines Rechners als Geber ist somit für ein bestimmtes Flüssigkeitsventil nur eine äußerst beschränkte Anzahl von Steuerungsmöglichkeiten gegeben.
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Bei Proportional-Servoventilen ist es zu deren Ansteuerung bekannt (DE-OS 31 10 676) eine Anfahr-Rampe mit anderer Neigung zu steuern als eine Abfahr-Rampe, wobei Impulse von einem Impulsgenerator in bestimmter Weise gezählt werden. Auch hier ist nur eine geringe Anzahl von Ansteuermöglichkeiten für ein bestimmtes Ventil gegeben.
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Andererseits ist es jedoch erwünscht, ein bestimmtes Ventil mit unterschiedlichen Steuermustern und mit unterschiedlichen Sollwerten zu betreiben. Beispielsweise kann es erwünscht sein, das gleiche Ventil einmal linear zu steuern und einmal längs einer Exponentialfunktion zu steuern. Ferner kann es erwünscht sein, bei einem Betriebsverhalten den Sollwert auf 100% der maximalen Öffnung festzulegen, ein andermal kann es erwünscht sein, bei dem gleichen Ventil den Sollwert auf beispielsweise 50% der maximalen Öffnung festzulegen. Hierbei kann es wiederum erwünscht sein, im Prinzip das gleiche Steuermuster zu verwenden.
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Ausgehend davon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Steuereinrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß die gesteuerte Variable und das verwendete Steuermuster für ein bestimmtes Flüssigkeitsventil frei wählbar sind.
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Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Erfindung wird durch die Merkmale der Unteransprüche weitergebildet.
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Die Erfindung beruht darauf, daß Impulsanzahl-Daten und Impulsperioden-Daten in einem jeweiligen Speicher in unterschiedlichen Datenblöcken aus einer vorgegebenen Anzahl von Teilungen für die einzelnen Impulsanzahl-Daten bzw. Impulsperioden- Daten bestehen. Die Impulsperioden-Daten werden zum Einstellen des Steuermusters und die Impulsanzahl- Daten zum Einstellen des Sollwerts der Variablen verwendet. Zum Zeitpunkt der Steuerung eines Flüssigkeitsventils wird ein jeweils erwünschter Datenblock aus den mehreren gespeicherten Datenblöcken jeweils ausgelesen, wodurch gleichzeitig ein Sollwert der Variablen, d. h. Soll-Strömungsrate oder Soll-Druck, und ein Soll-Steuermuster frei ausgewählt werden können. Mittels des Gebers sind lediglich der jeweilige Sollwert der Variablen und das jeweilige Steuermuster zu wählen. Dies erfolgt zweckmäßig durch lediglich Wählen einer entsprechenden Blockzahl oder Blocknummer des im jeweiligen Speicher gespeicherten Datenblocks. Eine Stellrichtungs- oder Drehrichtungsdiskriminierung ist in einfacher Weise möglich. Die Steuereinrichtung ist nicht nur zur Ansteuerung digital arbeitender Ventile (Digitalventile), sondern auch zur Ansteuerung von Analogventilen geeignet, da das eigentliche impulsförmige Stellsignal unter Zwischenspeicherung digital/analog-umgesetzt werden kann. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ergibt sich durch eine Steuerung auf der Grundlage einer hochpegeligen numerischen Verarbeitung in Übereinstimmung mit den Tabellendaten durch Verwendung einer programmierbaren Ablaufsteuerung, mittels der mehrere unterschiedliche Ventile ausgehend von einer einzigen Ablaufsteuerung angesteuert werden können. Dabei ist eine Ausbildung möglich, bei der das von der Ablaufsteuerung eingestellte Ausgangssignal in beliebiger Form codiert vorliegen kann, da eine gegebenenfalls erforderlichen Codierung erst vor Ort, d. h. in der jeweiligen Steuerschaltung oder einem zugeordneten Adapter erfolgt. Dabei kann der Geber der Steuermuster für alle zu steuernden Ventile gemeinsam vorgesehen und der Ablaufsteuerung zugeordnet sein.
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Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt
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Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Steuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung für ein Digitalventil mit einem Impulsmotor,
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Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Prinzips gemäß der vorliegenden Erfindung, das der Bildung von Tabellendaten zugrundeliegt,
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Fig. 3 eine erläuternde Darstellung eines Beispiels für Tabellendaten für eine gesteuerte Variable, wie sie für die Zwecke der vorliegenden Erfindung benutzbar sind,
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Fig. 4 eine erläuternde Darstellung eines Beispiels für Tabellendaten für die Impulsperioden, wie sie für die Zwecke der vorliegenden Erfindung benutzbar sind,
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Fig. 5 ein Flußdiagramm, das einen Steuervorgang bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
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Fig. 6A, Fig. 6B und Fig. 6C Diagramme, die die Impulsmotor-Charakteristika darstellen, welche gemäß der vorliegenden Erfindung erreichbar sind,
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Fig. 7 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels, um ein Flüssigkeitsventil eines Analogsystems mittels Impulsen zu steuern,
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Fig. 8 ein Blockschaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels, welches eine programmierbare Ablaufsteuerung einfachen Aufbaus benutzt,
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Fig. 9 ein Blockschaltbild der Steuereinrichtung gemäß Fig. 8,
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Fig. 10 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels mit einer programmierbaren Ablaufsteuerung.
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Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Steuereinrichtung für ein Flüssigkeitsventil gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese Steuereinrichtung enthält einen Variablengeber 10 zum Einstellen einer Öffnung Meines Digitalventils 32 (d. h., eines digitalansteuerbaren Flüssigkeitsventils) und einen Mustergeber 12 zum Einstellen eines Steuermusters K, damit das Digitalventil 32 mit der Öffnung M durch den Variablengeber 10 betätigt werden kann. Das Ausgangssignal des Variablengebers 10 wird einem Impulsanzahlgenerator 14 zugeführt, der einen Speicher 16 enthält, in welchem Tabellendaten für eine gesteuerte Variable gespeichert sind, die aus Impulsanzahl- Daten n&sub0; . . . n&sub9; für N (N=10 in diesem Ausführungsbeispiel) individuelle Steuerteilungen bestehen, die eine Anzahl von Steuerimpulsen für einen Impulsgenerator 34 darstellen, wie dies weiter unten im einzelnen beschrieben wird.
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Das Ausgangssignal des Mustergebers 12 wird einem Impulsperiodengenerator 18 zugeführt, der Impulsperioden-Daten zum Bestimmen eines Impulsintervalls erzeugt, wodurch die Betätigungsgeschwindigkeit des Digitalventils 32 in Übereinstimmung mit dem Steuermuster K eingestellt wird. Um die Impulsperioden-Daten zu erzeugen, enthält der Impulsperiodengenerator einen zweiten Speicher 20, in dem Tabellendaten für die Impulsperioden gespeichert sind, die aus Impulsperioden-Daten T&sub0; . . . T&sub9; von Impulsmotor-Ansteuerimpulsen für N (N=10 für dieses Ausführungsbeispiel) individuelle Steuerteilungen bestehen, welche alle zusammen die Anzahl von Steuerimpulsen für den Impulsmotor 34 darstellen, die zum Betätigen des Digitalventils benötigt werden.
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Das Ausgangssignal des Impulsanzahlgenerators 14 wird einem ersten Zähler 22 zugeführt, der ein Zweirichtungszähler ist. In dem ersten Zähler 22 wird eine Impulsanzahl n voreingestellt, die aus der Tabelle für die gesteuerte Variable in dem ersten Speicher 16 des Impulsanzahlgenerators 14 ausgelesen wird. Der erste Zähler 22 zählt von einem Zeitgeber 26 ausgegebene Impulse. Sobald der erste Zähler 22 die voreingestellte Anzahl n erreicht, gibt er ein Ausgangssignal an einen zweiten Zähler 24 in einer folgenden Stufe ab. Der zweite Zähler 24 gibt ein Ausgangssignal ab, wenn die Anzahl N der Teilungen der Tabellendaten in dem Speicher 16 oder 20 zu 10 (N=10) berechnet wird und dient folglich dazu, den Impulsanzahlgenerator 14 und den Impulsperiodengenerator 18 rückzustellen.
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Andererseits wird das Ausgangssignal des Impulsperiodengenerators 18 an den Zeitgeber 26 geliefert, der Impulse gleichförmiger Impulsbreite abgibt, welche eine Impulsperiode haben, die mit einer Impulsperiode Tn korrespondiert, welche von dem Impulsperiodengenerator 18 zum Ansteuern des Impulsmotors 34 ausgegeben wird. Das Ausgangssignal des Zeitgebers 26 wird einem Multiplexer 28 zugeführt, der ferner ein Signal zum Bestimmen der Drehrichtung des Impulsmotors 34 vom Impulsanzahlgenerator 14 erhält. In Übereinstimmung mit dem Drehrichtungsbefehlssignal erzeugt der Multiplexer 28 einen CW-Impuls zum Drehen des Impulsmotors 34 im Uhrzeigersinne oder einen CCW-Impuls zu dessen Drehen im Gegenuhrzeigersinne. Eine Ansteuerschaltung 30 dreht den Impulsmotor 34 des Digitalventils 32 auf der Grundlage des Impulsausgangssignals von dem Multiplexer 28 wodurch der Öffnungsgrad einer Drossel 36 hinsichtlich der Steuerung beispielsweise einer Strömungsrate variiert wird.
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Die Tabellendaten für die gesteuerte Variable, die in dem ersten Speicher 16 gespeichert sind, und die Tabellendaten für die Perioden, die in dem zweiten Speicher 20 gespeichert sind, werden im folgenden im einzelnen erläutert.
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Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der digitalen Steuerungscharakteristika bei der Steuerung durch die Steuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die Abszissenachse für die Impulsperioden und die Ordinatenachse für die Öffnungsgrade unterteilt ist. Die Öffnung Mdes Ventils, die mit der Anzahl von Drehschritten des Impulsmotors korrespondiert, ist in (N=) 10 Teilungen unterteilt, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, um die Impulsanzahlen n&sub0; . . . n&sub9; jeweils in 10 Teilungen zu bestimmen. Darauf folgend werden jeweils wählbare Impulsperioden T&sub0; . . . T&sub9; für die Impulsanzahlen n&sub0; . . . n&sub9; eingestellt. In Fig. 2 ist beispielhaft der Fall dargestellt, in dem T&sub0;=T&sub1;= . . . T&sub9; ist. Allgemein wird eine Steuerkennlinie durch Bestimmen sowohl der Anzahl von Schritten, die mit dem Verhältnis M/N in bezug auf n&sub0; . . . n&sub9; auf der senkrechten Achse in der graphischen Darstellung korrespondiert, als auch der Impulsperioden (Beschleunigung) gewonnen, die Neigungen in bezug auf T&sub0; . . . T&sub9; über der waagerechten Achse geben, und die durch Überschneidungen zwischen den Impulsanzahlen n&sub0; . . . n&sub9; und den Impulsperioden T&sub0; . . . T&sub9;, wie durch schraffierte Bereiche in Fig. 2 dargestellt, definiert sind, welche die Segmente verbinden, die innerhalb der schraffierten Bereiche bestimmt sind, um so einen Polygonzug zu erhalten, der die Steuerkennlinie annähert.
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Um die Kennlinie wie zuvor beschrieben zu realisieren, werden (z. B.) 255 verschiedene Datenblöcke, die durch Einstellen der Impulsanzahlen n&sub0; . . . n&sub9; in den 10 Teilungen der eingestellten Öffnung (Steuerimpulsanzahl) M, in welche die senkrechte Achse unterteilt ist, gewonnen werden, als die Tabellendaten für die gesteuerte Variable vorbereitet (M=1, . . . 255), und in bezug auf die Impulsperioden, die längs der waagerechten Achse angegeben sind, werden mehrere verschiedene Impulsperioden T&sub0; . . . T&sub9; in jeder der 10 Teilungen für die Zeitlänge als Tabellendaten für die Zeitlänge (Impulsperioden) vorbereitet.
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Im einzelnen ausgedrückt heißt dies, daß die Tabellendaten für die gesteuerte Variable Tabellendaten repräsentieren, welche einen Wert haben, der durch Teilen der eingestellten Öffnung M durch die Anzahl von Teilungen (N=10) gewonnen wird, d. h., durch das Verhältnis M/N, das in 10 Adressen gespeichert ist. Wenn die eingestellte Öffnung M beispielsweise gleich 20 ist, wird die folgende Gleichung erfüllt: °=c:30&udf54;&udf53;vu10&udf54;@W:°KM°k:10&udf54; = @W:20:10&udf54; = 2.&udf53;zl&udf54;&udf53;vu10&udf54;
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In diesem Fall werden Daten n&sub0; . . . n&sub9;=2 in den individuellen 10 Adressen gespeichert. Wenn indessen die eingestellte Öffnung gleich 32 wird, wird die folgende Gleichung erhalten: °=c:30&udf54;&udf53;vu10&udf54;@W:°KM°k:10&udf54; = @W:32:10&udf54; = 3 mit einem Rest von 2.&udf53;zl&udf54;&udf53;vu10&udf54;
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Wenn also die individuellen Daten in diesem Fall gleichförmig zu n=3 eingestellt wären, bliebe ein Rest von 2 und als Ergebnis kann die eingestellte Öffnung von M=32 nicht erreicht werden. Daher wird, wenn irgendein Rest bezogen auf die 10 Teilungen verbleibt, nämlich beispielsweise wenn M=32 ist, die Zahl 32 mit 3×8+4×2 identifiziert, wobei Daten von n=3 in acht Adressen und Daten von n=4 in den verbleibenden zwei Adressen gespeichert werden. Selbst wenn also irgendein Rest bezogen auf die 10 Teilungen bleibt, wie dies zuvor beschrieben worden ist, wird gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht, daß die eingestellte Öffnung M gleich n&sub0;+n&sub1;+. . .+n&sub9; wird.
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Andererseits repräsentieren die Tabellendaten für die Zeitlänge solche Tabellendaten, die die Impulsperioden Tn der Ansteuerimpulse für den Impulsmotor 34 in dem Digitalventil 32 haben, die in den Speicheradressen gespeichert sind, welche mit der Anzahl der 10 Teilungen korrespondieren. Die Werte der Impulsperioden Tn (vorausgesetzt, daß n=0 bis 9 ist, d. h. n=0, 1, . . . 9) können auf geeignete Weise in Übereinstimmung mit der Form eines gewünschten Drehzahlverlaufs des Impulsmotors 34 bestimmt werden.
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Fig. 3 zeigt eine veranschaulichende Darstellung eines Beispiels für die Daten für die gesteuerte Variable, welche gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt werden. In diesem Beispiel korrespondiert die maximale Drehung des Impulsmotors mit 256 Schritten. Daher sind 255 Datenblöcke AC-M (M=1, . . .), hier AC-1 bis AC-255 innerhalb des Bereiches für den Fall, in dem die eingestellte Öffnung M gleich 1 (0,3%) ist, bis zu dem Fall, in dem M=256 (100%) ist, fortlaufend als die Daten für die gesteuerte Variable gespeichert. Wenn ein gewünschter Wert als die Öffnung M in dem Variablengeber 10 (Fig. 1) eingestellt wird (Sollwert), wird der damit korrespondierende Datenblock ausgewählt.
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Fig. 4 zeigt eine veranschaulichende Darstellung eines Beispiels für die Daten für die Zeitlänge bzw. Impulsperiode, welche gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt werden. In diesem Beispiel sind 31 verschiedene Steuermuster als Datenblöcke TS-K (K=1, . . .), hier TS-1 bis TS-31 gespeichert. Jeder dieser Datenblöcke hat 10 unterteilte Adressen, unter denen jeweils Impulsperioden T&sub0; bis T&sub9; gespeichert sind, wie dies als typisch in dem Block TS-K gezeigt ist, wobei die Impulsperioden Tn in Einheiten von 10 µs gespeichert sind, wie dies für die anderen Blöcke gezeigt ist.
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Die Betätigungssteuerung des Digitalventils wird gemäß der vorliegenden Erfindung in Übereinstimmung mit den Tabellendaten für die gesteuerte Variable und den Tabellendaten für die Impulsperioden, wie sie in Fig. 3 bzw. Fig. 4 gezeigt sind, bewirkt. In dem Fall, in dem beispielsweise der Block AC-M in Fig. 3 und der Block TS-K in Fig. 4 gewählt sind (Sollwert und Sollmuster), werden n&sub0; Impulse der Impulsperiode T&sub0; in der ersten Teilung, n&sub1; Impulse der Impulsperiode T&sub1; in der zweiten Teilung usw. bis n&sub9; Impulse der Impulsperiode T&sub9; in der letzten (hier zehnten) Teilung erzeugt, wodurch die Betätigungssteuerung des Digitalventils korrespondierend mit der eingestellten Öffnung M und dem eingestellten Muster K realisiert wird.
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Im folgenden wird die Arbeitsweise des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels anhand des Flußdiagramms gemäß Fig. 5 beschrieben.
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Zunächst stellt eine Bedienungsperson eine gewünschte Öffnung M als Variable unter Benutzung des Variablengebers 10 ein, wählt ein gewünschtes Steuermuster unter den in der Impulsperiodentabelle des zweiten Speichers 20 vorbereitend gespeicherten aus und stellt dieses unter Benutzung des Mustergebers 12 ein. Nachdem die gewünschte Öffnung M (Sollwert) und das gewünschte Steuermuster K (Sollsteuermuster) eingestellt worden sind, wie dies zuvor beschrieben wurde, werden diese in einem Schritt 38 eingelesen. Dann wird ein Schritt 40 ausgeführt, in dem der Zählerstand PR des zweiten Zählers 24 auf Null voreingestellt wird. In einem folgenden Schritt 42 werden entsprechende Datenblöcke M und K aus den Tabellen für die gesteuerte Variable und die Impulsperiode, welche jeweils in dem ersten Speicher 16 bzw. dem zweiten Speicher 20 gespeichert sind, ausgewählt. In einem folgenden Schritt 44 wird die Anzahl n&sub0; von Impulsen, die in der ersten Adresse A&sub0; in der Tabelle für die gesteuerte Variable gespeichert ist, in dem ersten Zähler 22 eingestellt. Die Impulsperiode T&sub0;, die in der ersten Adresse A&sub1; des ausgewählten Blocks K in der Impulsspeichertabelle gespeichert ist, wird in dem Zeitgeber 26 in einem Schritt 46 eingestellt. Der Zeitgeber 26, in dem das Zeitintervall T&sub0; eingestellt ist, liefert Impulse einer gleichförmigen Impulsbreite, die die Impulsperiode T&sub0; haben, wie dies bei Schritt 48 gezeigt ist. Die Impulse, die auf diese Weise ausgegeben werden, werden über den Multiplexer 28 an die Ansteuerschaltung 30 abgegeben, um den Impulsmotor 34 des Digitalventils 32 jeweils um einen Schritt in einer voreingestellten Drehrichtung zu treiben, und gleichzeitig werden die Impulse von dem Zeitgeber 26 auch an den ersten Zähler 22 abgegeben, um eine Erhöhung des Zählerstands in einem Schritt 50 zu bewirken. Darauf folgend wird in einem Schritt 52 geprüft, ob der Zählerstand des ersten Zählers 22 mit der Impulsanzahl n&sub0; übereinstimmt oder nicht, die in dem Schritt 44 eingestellt wurde. Wenn der Zählerstand nicht mit dem Wert n&sub0; übereinstimmt, wird die Routine auf den Schritt 48 zurückgeführt, so daß weitere Impulse der Impulsperiode T&sub0; ausgegeben werden. Über die Schritte 48, 50 und 52 gibt der Zeitgeber 26 fortlaufend Impulse ab, bis die Anzahl der Impulse mit der Impulsanzahl n&sub0; übereinstimmt, die in dem ersten Zähler 22 in Schritt 44 eingestellt worden ist.
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Wenn der Zählerstand des ersten Zählers 22 mit der eingestellten Impulsanzahl n&sub0; in dem Schritt 52 übereinstimmt, erzeugt der erste Zähler 22 in Zählerstandsausgangssignal, um eine Erhöhung des Zählerstandes PR des zweiten Zählers 24 zu bewirken, wie dies in einem Schritt 54 gezeigt ist. Anschließend wird ein Schritt 56 ausgeführt, in dem geprüft wird, ob der Zählerstand des zweiten Zählers 24 mit der Anzahl der (hier) 10 Teilungen übereinstimmt oder nicht. Wenn der Zählerstand des zweiten Zählers 24 kleiner als 10 ist, bedeutet dies, daß die Steuerung noch nicht beendet ist. In diesem Fall wird daher ein Schritt 58 ausgeführt, in dem die Adresse A erhöht wird, und die Routine wird auf den Schritt 44 zurückgeführt, in dem die Impulsanzahl n&sub1; in der Adresse A&sub1; des ausgewählten Datenblocks M in dem ersten Zähler 22 eingestellt wird, und es wird die Impulsperiode T&sub1; in der Adresse A&sub1; des Datenblocks K in dem Zeitgeber 26 in dem Schritt 46 eingestellt. Darauf folgend werden die Schritte 48, 50 und 52 entsprechend wiederholt, bis n&sub1; Impulse der Impulsperiode T&sub1; ausgegeben worden sind.
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In gleicher Weise werden Impulse von dem Zeitgeber 26 in Übereinstimmung mit den Daten, die in den folgenden Adressen A&sub2; bis A&sub9; der ausgewählten Datenblöcke M und K gespeichert sind, ausgegeben. Wenn die Ausgabe der Impulse in Übereinstimmung mit den Daten in der Adresse A&sub9; beendet ist, wird die Übereinstimmung des Zählerstandes des zweiten Zählers 24 mit 10 in dem Schritt 56 erfaßt, wodurch die Steuerung auf der Grundlage der Tabellen für die gesteuerte Variable und die Impulsperioden zum Abschluß gebracht wird.
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Fig. 6A, Fig. 6B und Fig. 6C stellen aufgenommene Diagramme dar, die Beispiele für die Steuerungsverläufe (Steuermuster) des Digitalventils 32 zeigen, welche entsprechend den Prozeduren des zuvor erwähnten Ausführungsbeispiels mit der Ausnahme gewonnen werden, daß die Anzahl der Teilungen zu N=16 gesetzt ist. Die in Fig. 6A und Fig. 6B gezeigten Steuerungsverläufe werden erhalten, wenn das Digitalventil 32 geöffnet wird, während der Steuerungsverlauf, der in Fig. 6C gezeigt ist, erhalten wird, wenn das Digitalventil geschlossen wird. Wie aus diesen Verläufen ersichtlich ist, kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein gewünschter Verlauf so erzeugt werden, daß er mit der Art des Lastfalles abgestimmt ist, der durch das Digitalventil beeinflußt wird. Zusätzlich können im Verlauf gleichartige Steuerungsverläufe leicht aus ein und demselben Muster allein durch Ändern der eingestellten Öffnung erhalten werden. Beispielsweise können 100%- und 50%-Öffnungen in gleichartigen Steuerungsverläufen erhalten werden, wie dies in Fig. 6A gezeigt ist.
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Bei dem vorher erläuterten Ausführungsbeispiel wurde die Anzahl der Teilungen der eingestellten Variablen und die des Impulsintervalls jeweils auf N=10 eingestellt. Indessen kann jede der beiden Anzahlen von Teilungen in geeigneter Weise geändert werden. Sie kann erhöht werden, wenn es erwünscht ist, die Steuergenauigkeit zu erhöhen, während sie in Fällen, in denen die Steuergenauigkeit nicht von so großer Bedeutung ist, erniedrigt werden kann. Vom praktischen Standpunkt aus betrachtet ist es die beste Vorgehensweise, sowohl die eingestellte Variable als auch die eingestellte Impulsperiode in 16 Teilungen zu unterteilen. Wenn auch 255 unterschiedliche Datenblöcke für die eingestellte Variable und 31 unterschiedliche Datenblöcke für die Steuermuster auf der Grundlage der Impulsperioden in dem vorher erläuterten Ausführungsbeispiel verfügbar sind, so ist dies keinesfalls darauf beschränkt. Insbesondere kann hinsichtlich der Steuermuster jede gewünschte Anzahl von Steuermustern innerhalb der vorhandenen Speicherkapazität eingestellt werden.
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Des weiteren ist es wünschenswert, nur einige Tabellendaten für die gesteuerte Variable und einige Tabellendaten für die Impulsperioden in die entsprechenden Speicher vor der Auslieferung der Einrichtung (werkseitig) einzuschreiben, so daß ein Benutzer gewünschte individuelle Tabellendaten von sich aus in leere Bereiche der Speicher einschreiben kann. In diesem Fall kann ein Benutzer gewünschte Steuermuster oder Steuerungsverläufe für ein Digitalventil erarbeiten und entsprechende Tabellendaten in die Speicher einschreiben, während eine Einrichtung mit einem Impulsmotor gerade arbeitet.
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Das zuvor erläuterte Ausführungsbeispiel bezog sich auf ein Digitalventil zum Steuern der Strömungsgeschwindigkeit eines Mediums, wobei die Drossel mittels eines Impulsmotors verstellt wird. Indessen ist die vorliegende Erfindung auch auf ein Digitalventil zum Steuern eines Druckes anwendbar, wobei die Vorlast einer Feder zum Einstellen einer Druckentlastung mittels eines Impulsmotors verstellt wird.
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Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Steuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei ein flüssigkeitsgesteuertes Ventil, beispielsweise ein Servoventil, ein Proportionalsteuerventil usw., welches durch analoge Signale gesteuert wird, einer Steuerung durch Impulsausgangssignale unterworfen ist.
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In Fig. 7 ist ein Variablengeber 100 für eine gesteuerte Variable gezeigt, der mit dem Variablengeber 10 in dem zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 korrespondiert und dazu bestimmt ist, eine gesteuerte Variable eines flüssigkeitsgesteuerten Analogventils 62 einzustellen. Ein Mustergeber 12, ein Impulsanzahlgenerator 14, ein erster Speicher 16, in dem Tabellendaten für die gesteuerte Variable gespeichert sind, ein Impulsperiodengenerator 18, ein zweiter Speicher 20, in dem Tabellendaten für die Impulsperioden gespeichert sind, ein erster Zähler 22, ein zweiter Zähler 24, ein Zeitgeber 26 und ein Multiplexer 28 haben in diesem Ausführungsbeispiel jeweils den gleichen Aufbau und die gleiche Funktion wie die entsprechenden Schaltungselemente des zuvor erläuterten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1.
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Das Ausgangssignal des Multiplexers 28 wird in diesem Ausführungsbeispiel einem dritten Zähler 58, einem Zweirichtungszähler zugeführt, der die Steuerimpulse zählt. Der dritte Zähler 58 zeigt seinen höchsten Zählerstand dann an, wenn die Anzahl von Impulsen, die mit einer gesteuerten 100%-Variablen des flüssigkeitsgesteuerten Analogventils 62 korrespondiert, gezählt ist, wobei im übrigen der Zählerstand durch Addition von CW-Impulsen und durch Subtraktion von CCW- Impulsen, die von dem Multiplexer 28 ausgegeben werden, geändert wird.
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Das Zählerstandsausgangssignal des dritten Zählers 58 wird einem Digital/Analog-Wandler 60 zugeführt, der die digitalen Daten des dritten Zählers 58 in ein analoges Spannungssignal oder in ein analoges Stromsignal umsetzt, die dem flüssigkeitsgesteuerten Analogventil 62 als Steuersignale zugeführt werden.
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Beispielsweise wird als flüssigkeitsgesteuertes Analogventil 62 ein Servoventil benutzt, das durch ein von dem Digital/Analog-Wandler 60 umgewandeltes Signal gesteuert werden soll. Der Öffnungs- oder Schließungsgrad einer Klappenventildüse wird durch die Funktion eines Drehmomentmotors in Abhängigkeit von dem elektrischen Eingangssignal entweder aufgrund des Spannungssignals oder des Stromsignals, das von dem Digital/Analog-Wandler 60 abgegeben wird, verstellt, und der Flüssigkeitsdruck oder die Strömungsrate werden in Übereinstimmung mit dem elektrischen Eingangssignal durch ein Steuerventil oder dergl. gesteuert. Demgemäß enthält das flüssigkeitsgesteuerte Analogventil 62 an sich ein mechanisches Rückkopplungssystem, das in der Lage ist, auf ein elektrisches Eingangssignal zu reagieren.
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Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Steuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, in dem ein flüssigkeitsgesteuertes Ventil durch eine programmierbare einfache Ablaufsteuerung gesteuert wird, die eine gesteuerte Variable und ein Steuermuster oder einen Steuerungsverlauf spezifiziert.
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In Fig. 8 erzeugt eine Steuereinheit 64 Impulssignale zum Ansteuern eines Impulsmotors eines Digitalventils auf der Grundlage von Tabellendaten. Mit der Steuereinheit 64 ist eine programmierbare Ablaufsteuerung 66 zum Einstellen von Steuerprogrammen für das Digitalventil und zum Ausgeben von Ausgangssignalen, die der Steuereinheit 64 zugeführt werden, verbunden. Diese programmierbare Ablaufsteuereinrichtung 66 hat keine Funktion zum Umsetzen eines dezimalcodierten Signals in ein binärcodiertes Signal. Mit der Steuereinheit 64 sind außerdem mehrere Sätze von n Digitalschaltern, nämlich ein Satz von 68-1 bis 68-n, ein solcher von 70-1 bis 70-n, ein solcher von 72-1 bis 72-n und ein solcher von 74-1 bis 74-n, derart verbunden, daß die Ausgangssignale dieser Digitalschalter der Steuereinheit 64 zugeführt werden können. Gruppen A&sub1; (zusammengesetzt aus den Digitalschaltern 68-1 und 70-1) bis A n (zusammengesetzt aus den Digitalschaltern 69-n bis 70-n) von Digitalschaltern dienen zum Steuern des Drucks. Ein Satz von Digitalschaltern 68-1 bis 68-n ist dazu bestimmt, je einen Druckwert einzustellen, der ein Sollwert ist, und ein Satz von Digitalschaltern 70-1 bis 70-n ist dazu bestimmt, je einen Steuerungsverlauf zwischen einem Anfangsdruckwert und einem eingestellten Druckwert (Maximalwert) zu spezifizieren. Andererseits werden Gruppen B&sub1; (zusammengesetzt aus den Digitalschaltern 72-1 und 74-1) bis B n (zusammengesetzt aus den Digitalschaltern 72-n bis 74-n) von Digitalschaltern zum Zwecke des Steuerns der Strömungsrate benutzt. Ein Satz von Digitalschaltern 72-1 bis 72-n ist dazu bestimmt, die Öffnung eines Ventils zu spezifizieren, und ein Satz von Digitalschaltern 74-1 bis 74-n ist dazu bestimmt, einen Steuerungsverlauf zwischen einer Anfangsöffnung und einer eingestellten Öffnung (Maximalöffnung) einzustellen.
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Die Steuereinheit 64 ist an ihrer Ausgangsseite über Signalleitungen mit Digitalventil-Ansteuerschaltungen 102 und 104 verbunden. Das Ausgangssignal der Digitalventil-Ansteuerschaltung 102 wird einem Digitalventil 76 für eine Drucksteuerung zugeführt. Bei dem Digitalventil 76 wird die Federlast eines Entlastungsventils 80 durch Ansteuern eines Impulsmotors 78 verstellt, um den betreffenden Entlastungsdruck einzustellen. Das Ausgangssignal der Digitalventil-Ansteuerschaltung 104 wird einem Digitalventil 82 zur Strömungsratensteuerung zugeführt. Das Digitalventil 82 ist mit einer Drossel 86 versehen, deren Öfnung durch einen Impulsmotor 84 eingestellt wird. Es muß nicht im einzelnen erläutert werden, daß die Digital-Ansteuerschaltungen 102 und 104 jeweils die Funktion der Umsetzung von Impulssignalen von der Steuereinheit 64 in (elektrische) Ströme zum Erzeugen rotierender Magnetfelder in den Impulsmotoren 78 und 84 und dann zum Abgeben jeweils umgesetzter Ausgangssignale haben.
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In der Steuereinheit 64 sind Steuerschaltungen 90 und 94 für das Digitalventil 76 zum Steuern des Drucks bzw. für das Digitalventil 82 zum Steuern der Strömungsrate vorgesehen. Befehlssignale von der programmierbaren Ablaufsteuerung 66, die außerhalb der Steuereinheit 64 angeordnet ist, werden über eine Schnittstelle 88 in die Steuereinheit 64 eingegeben, um sie den Steuerschaltungen 90 und 94 zuzuführen, wodurch die Steuerschaltungen 90, 94 die Ventile 76, 82 dahin gehend beeinflussen, daß diese in Übereinstimmung mit den gegebenen Operationsprogrammen betätigt werden, die auf den Befehlssignalen beruhen. Andererseits sind die Digitalschalter 68-1 bis 68-n und 70-1 bis 70-n der Gruppen A&sub1; bis A n und die Digitalschalter 72-1 bis 72-n und 74-1 bis 74-n der Gruppen B&sub1; bis B n jeweils mit einem Adapter 92 bzw. 96 verbunden, die für eine Drucksteuerschaltung eine Strömungsratensteuerschaltung vorgesehen sind. Diese Adapter 92, 96 empfangen die dezimalcodierten Signale, die alle durch die Digitalschalter eingestellt sind, diese Signale in binärcodierte Signale um und liefern die umgesetzten Signale an die Steuerschaltung 90 bzw. die Steuerschaltung 94. Das bedeutet, daß die Adapter 92 und 96 an die Steuerschaltungen 90 und 94 jeweils eine Tabellen-Datenblocknummer, die mit einem Soll- Steuerdruck korrespondiert, der durch die Digitalschalter 68-1 bis 68-n eingestellt ist, oder mit einer Soll-Öffnung, die durch die Digitalschalter 72-1 bis 72-n eingestellt ist, korrespondiert, und eine andere Tabellen-Datenblocknummer, die mit einem Steuermuster, das durch die Digitalschalter 70-1 bis 70-n eingestellt ist, oder mit einem Steuermuster, das durch die Digitalschalter 74-1 bis 74-n eingestellt ist, korrespondiert, abgeben.
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Fig. 9 zeigt ein Blockschaltbild eines Beispiels für die Steuerschaltung 90 (u. 94) in Fig. 8, und zwar hier eine Steuerschaltung 90 für die Drucksteuerung als eine typische Steuerschaltung.
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Die Steuerschaltung 90 ist mit einem Impulsanzahlgenerator 14, einem ersten Speicher 16, in dem Tabellendaten für die gesteuerte Variable gespeichert sind, einem Impulsperiodengenerator 18, einem zweiten Speicher 20, in dem Tabellendaten für die Impulsperioden gespeichert sind, einem ersten Zähler 22, einem zweiten Zähler 24, einem Zeitgeber 26 und einem Multiplexer 28 versehen, entsprechend den Schaltungselementen des ersten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1. Die gesteuerte Variable M, die durch den Adapter 92 in Fig. 8 in ein binärcodiertes Signal umgesetzt ist, wird in den Impulsanzahlgenerator 14 eingegeben, und das Steuermuster K, das in ein binärcodiertes Signal umgesetzt ist, wird in den Impulsperiodengenerator 18 eingegeben. Das Ausgangssignal des Multiplexers 28 wird der Digitalventil-Ansteuerschaltung 102 in Fig. 8 zugeführt. Die Erzeugung von Impulsen auf der Grundlage der eingestellten gesteuerten Variablen M und des eingestellten Steuermusters K wird in gleicher Weise wie in dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 durchgeführt.
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Dieses dritte Ausführungsbeispiel wird nun bezüglich seiner Funktion im einzelnen anhand von Fig. 8 und Fig. 9 beschrieben.
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Ein Druck bezogen auf das Digitalventil 76 zur Drucksteuerung, eine Strömungsrate bezogen auf das Digitalventil 82 für die Strömungsratensteuerung, ein Steuerungsverlauf zwischen einem Anfangsdruck und einem eingestellten Druck sowie ein Steuerungsverlauf zwischen einer Anfangsströmungsrate und einer eingestellten Strömungsrate werden mittels der Digitalschalter 68-1 bis 74-n der Gruppen A&sub1; bis A n und B&sub1; bis B n eingestellt, und gleichzeitig werden Schalter zur Verwendung für eine Drucksteuerung und eine Strömungsratensteuerung aus den Gruppen A&sub1; bis A n und B&sub1; bis B n mittels der programmierbaren Ablaufsteuerung 66 ausgewählt. Die Ausgangssignale der Digitalschalter 68-1 bis 74-n, die den Druck, die Strömungsrate und die Steuermuster wie zuvor beschrieben eingestellt haben, werden den Adaptern 92 und 96 der Steuereinheit 64 zugeführt, um sie in diesen in binärcodierte Signale umzusetzen.
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Darauf folgend treten, wenn ein Start-Schalter (nicht gezeigt) der programmierbaren Ablaufsteuerung 66 betätigt ist, Befehlssignale durch die Schnittstellenschaltung 88, wählen Digitalschalter aus und werden den Steuerschaltungen 90, 94 sowie den Adaptern 92, 96 zugeführt. Wenn beispielsweise eine Kombination der Gruppe A&sub1;, die aus den Digitalschaltern 68-1 und 70-1 besteht, mit der Gruppe B&sub1;, die aus den Digitalschaltern 72-1 und 74-1 besteht, ausgewählt wird, wird ein Ventilöffnungsbefehl an die Steuerschaltung 90 gegeben, und gleichzeitig setzt der Adapter 92 den Druck und das Steuermuster, welches durch die Digitalschalter 68-1 und 70-1 der Gruppe A&sub1; eingestellt ist, in binärcodierte Signale um, die der Steuerschaltung 90 in Übereinstimmung mit den vorbeschriebenen Programmen der programmierbaren Ablaufsteuerung 66 zugeführt werden. Die Signale von dem Adapter 92 werden Signale zum Spezifizieren einer Datenblocknummer M der Tabellendaten für die gesteuerte Variable, die in dem Speicher 16 des Impulsanzahlgenerators 14 gespeichert sind, und einer Datenblocknummer K der Impulsperiodendaten, die in dem Speicher 20 des Impulsperiodengenerators 18 gespeichert sind, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist. Nachdem die Datenblöcke der Tabellendaten für die gesteuerte Variable und der Daten für die Impulsperioden in der Steuerschaltung 90 wie beschrieben spezifiziert sind, wird das Digitalventil 76 zur Regelung des Drucks in Übereinstimmung mit dem in Fig. 5 gezeigten Flußdiagramm gesteuert.
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In Übereinstimmung mit den vorbeschriebenen Programmen der programmierbaren Ablaufsteuerung 66 werden ebenfalls Strömungsraten-Steuerbefehle ausgegeben. In diesem Fall wird das Digitalventil 82 zur Steuerung der Strömungsrate auf der Grundlage der Datenblöcke der Tabelle für die gesteuerte Variable und der Tabelle für die Impulsperioden, die durch die Digitalschalter 72-1 und 74-1 der Gruppe B&sub1; spezifiziert sind, in gleicher Weise wie zuvor beschrieben gesteuert.
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Fig. 10 zeigt ein Blockschaltbild für ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Steuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel ist durch Verwendung von Digitalschaltern 68-1 bis 68-n und 72-1 bis 72-n zum Einstellen eines Drucks bzw. zum Einstellen einer Strömungsrate mittels Adaptern 92 und 96 in einer Steuereinheit 62 und durch das Versehen einer programmierbaren Ablaufsteuerung 66 mit einem gemeinsamen Steuermustergeber 98 zum Einstellen von Steuermustern oder Steuerungsverläufen gekennzeichnet. Im übrigen entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8.
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Wenn diese Steuereinrichtung in Betrieb gesetzt wird, werden dazu ein Start-Signal und Musterauswahlsignale von der programmierbaren Ablaufsteuerung 66 an eine Schnittstellenschaltung 88 in der Steuereinheit 64 abgegeben, und gleichzeitig werden Schalterauswahlsignale an die Adapter 92 und 96 abgegeben. Wenn beispielsweise die Digitalschalter 68-1 und 72-1 ausgewählt sind, werden der Druck und die Strömungsrate in den Steuerschaltungen 90 und 94 eingestellt, und die Steuerung eines Digitalventils 76 zum Steuern des Drucks und die eines Digitalventils 82 zum Steuern der Strömungsrate werden in Übereinstimmung mit den Tabellendaten bewirkt, die in den Steuerschaltungen 90 und 94 gespeichert sind.
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Das dritte und das vierte Ausführungsbeispiel, die in Fig. 8 bzw. Fig. 10 gezeigt sind, verwenden Steuereinrichtungen, die programmierbare Ablaufsteuerungen aufweisen, welche keine Funktion des Umsetzens dezimalcodierter Signale in binärcodierte Signale und des Ausgebens von umgesetzten Signalen haben. Indessen kann die Steuereinheit 64 derart aufgebaut sein, daß damit entweder eine programmierbare Ablaufsteuerung, die nicht die zuvor erwähnten Funktionen hat, oder eine solche, die diese Funktionen hat, austauschbar damit verbunden werden; und auch dann, wenn eine programmierbare Ablaufsteuerung, die diese Funktionen hat, mit der Steuereinheit verbunden ist, ist es für die Steuereinrichtung, die derart aufgebaut ist, wünschenswert, daß sie eine Steuerung eines Digitalventils auf der Grundlage von Tabellendaten ausführen kann.