DE3430148A1

DE3430148A1 - Einrichtung zur erzeugung pulsdauermodulierter signale, insbesondere fuer regeleinrichtungen fuer heizungsanlagen

Info

Publication number: DE3430148A1
Application number: DE19843430148
Authority: DE
Inventors: Norbert Dipl.-Ing. Göstl; Friedrich Ing. Wien Kalny; Norbert Ing. Payer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-09-07
Filing date: 1984-08-16
Publication date: 1985-04-04
Also published as: ATA318883A; DE3430148C2

Description

Einrichtung zur Erzeugung pulsdauermodulierter Signale,
insbesondere für Regeleinrichtungen für Heizungsanlagen Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Erzeugung pulsdauermodulierter Signale mit einem einerseits von einer Steuerspannung und andererseits von vorgebbaren Grenzwerten dieser Steuerspannung abhängigen Tastverhältnis, insbesondere in Anwendung als Sollwertgeber in Regeleinrichtungen für die temperaturabhängige Regelung oder Steuerung der Heizleistung oder der Heizenergiebevorratung in Heizungsanlagen (Speicherheizgeräten), unter Verwendung eines Impulsgebers, der zu den Zeitabschnitten, während welcher die Steuerspannung den Wert einer sich periodisch ändernden Abtastspannung über- oder unterschreitet, eine Impulsspannung liefert.
Bei einer bekannten Ausführung von Speicherheizgeräten wird die Jeweilige Einschaltdauer des Heizstromes durch einen Bimetallschalter bestimmt, der einerseits der Temperatur des Speicherkernes und andererseits zusätzlich einer von der Außentemperatur abhängigen Erwärmung mittels eines Steuerheizgerätes ausgesetzt ist. Zufolge dieser Anordnung berücksichtigt der Bimetallschalter sowohl die Menge der im Speicherkern gespeicherten Wärme als auch das Ausmaß der durch die jeweilige Außentemperatur bedingten Wärmezufuhr. Schließlich erfolgt auch die Sollwertvorgabe mit Hilfe einer zusätzlichen Erwärmung des Bimetallschalters durch das Steuerheizgerät, das mit Heizstrom-Steuerimpulsen versorgt wird, deren Tastverhältnis einerseits von der Außentemperatur und andererseits vom voreinstellbaren Sollwert abhängt.
Hierbei wird das Jeweilige Tastverhältnis aus der gemessenen Außentemperatur und dem vorgegebenen Sollwert mittels eines Rechners gewonnen.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Erzeugung pulsdauermodulierter Signale für Regeleinrichtungen der beschriebenen Art ohne Zuhilfenahme eines Rechners mit einfachen Mitteln durchzuführen und erzielt dies dadurch, daß zur Erzeugung der Abtastspannung ein an einen periodisch von Null bis zu einem vorgebbaren Maximalwert zählender Zähler angeschlossener Digital-Analog-Wandler dient, dessen mit dem Zählerstand stufenweise ansteigende, als Abtastspannung dienende Ausgangs spannung vorgebbare Grenzwerte aufweist, die durch die Einstellungen der Mittenanzapfungen zweier an der Betriebsspannung liegender Potentiometer bestimmt sind.
Ein besonders einfacher Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung ergibt sich, wenn als Zähler ein im Takt der Netzfrequenz betriebener Binärzähler vorgesehen ist, der die aktivierten Ausgänge einerseits und die nicht aktivierten Ausgänge andererseits jeweils an zwei verschiedene Eingänge durchschaltet, die an die Mittenanzapfungen der Potentiometer angeschlossen sind und wenn zur Digital-Analog-Wandlung die den Zweierpotenzen zugeordneten Ausgänge des Binärzählers über Widerstände mit nach den gleichen Zweierpotenzen gestuften Leitwerten und über einen gemeinsamen Vorwiderstand an eine gemeinsame Spannung angeschlossen sind, wobei der am Vorwiderstand auftretende Spannungsabfall als Abtastspannung dient.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Regeleinrichtung für Heizungsanlagen der be- schriebenen Art, während die spezielle erfindungsgemäße Ausführung in Fig. 2 dargestellt ist. Fig. 3 zeigt in einem Diagramm das Zustandekommen der pulsdauermodulierten Signale.
In Fig. 1 ist mit 1 die Heizwicklung eines Steuerheizgerätes bezeichnet, die der zusätzlichen Erwärmung eines im Speicherkern der Heizungsanlage befindlichen Bimetallschalters dient. Diese zusätzliche Erwärmung erfolgt intermittierend im Rhythmus von pulsdauermodulierten Signalen in Abhängigkeit sowohl von der Außentemperatur J als auch von einem vorgegebenen Sollwert.
Diese Signale werden in der in Fig. 1 mit 2 bezeichneten Regeleinrichtung erzeugt und einem im Speisestromkreis der Heizwicklung 1 eingeschalteten Triac 3 als Steuerimpulse zugeführt. Zur Ermittlung der Außentemperatur r dient ein in einem Spannungsteiler angeordneter temperaturabhängiger Widerstand 4. Mit 5 und 6 sind zwei Stellpotentiometer bezeichnet, mit deren Hilfe das Tastverhältnis der Steuerimpulse wesentlich beeinflußbar ist.
An Hand der Fig .2, die die Schaltung der Regeleinrichtung 2 zeigt, wird im folgenden die Erzeugung und die Ermittlung des Tastverhältnisses der Steuerimpulse mit Hilfe eines Binärzählers erläutert: Ein Binärzähler 7 bildet an seinen den Zweierpotenzen 20 bis 2n zugeordneten Ausgängen Ao bis An im Takt von Zählerimpulsen, die seinem Zähleingang EZ zugeführt werden, der Reihe nach die n-stelligen Dualzahlen in der Weise, daß die Darstellung der Dualziffer "O" an einem der Ausgänge A0... durch die Durchschaltung dieses Ausganges an einen ersten Eingang El und die Darstellung der Dualziffer "L" durch die Durchschaltung dieses Aus- ganges an einen zweiten Eingang E2 realisiert wird.
Die Ausgänge Ao bis An 1 sind über zugeordnete, als Digital-Analog-Wandler dienende Widerstände Wo bis W mit nach den Zweierpotenzen 20 bis 2n 1 gestuften Leitwerten sowie über einen gemeinsamen Vorwiderstand 8 mit einem Leitwert, der sehr groß ist gegenüber den Leitwerten der anderen Widerstände, an Spannung gelegt. Die die Widerstände W0 bis Wen 1 durchfließenden Ströme haben zufolge der auf alle in gleicher Weise wirkenden Spannung ebenfalls nach Zweierpotenzen gestufte Stromstärken. So wie die Summe der durch die "L"-Stellen markierten Zweierpotenzen einer Dualzahl gleich dem Zahlenwert selbst ist, so ergeben die entsprechend eingeschalteten, nach den Zweierpotenzen gestuften Ströme in ihrer Summe einen diesen Zahlenwert abbildenden Analogwert. Da alle diese Ströme gemeinsam über den Vorwiderstand 8 fließen, erzeugen sie einen diesem Analogwert entsprechenden Spannungsabfall.
Dem Zähleingang EZ des Binärzählers 7 werden die Wellen des Netzwechselstromes über einen Vorwiderstand 9 als Zählimpulse zugeführt. Demgemäß erhöht sich der Wert der an den Ausgängen Ao bis An~1 des Binärzählers 7 abgebildeten Dualzahl mit Jedem Zählimpuls um eins, bis sich der Ausgang A vom Wert "0" auf den Wert "L" umstellt. Der Ausgang i ist aber mit dem Rückstelleingang RS des Binärzählers 7 verbunden und bricht somit immer nach Je 2n Zählimpulsen den Zählvorgang ab und stellt den Ausgangswert auf Null zurück. Im fortlaufenden Betrieb ergibt sich somit am Vorwiderstand 8 eine schrittweise bis zum 2n-fachen Wert einer Einzelstufe ansteigende Spannung, die nach Abfall auf den Wert Null erneut zu steigen beginnt.
Der Verlauf der am Vorwiderstand 8 auftretenden Spannung U ist im Diagramm der Fig.3 in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. Da, wie bereits erwähnt, die Ausgänge Ao bis An intern entweder an den Eingang EI oder an den Eingang E2 geschaltet werden, sind die Anfangs- und Endwerte U1 bzw. U2 des Spannungsabfalles am Vorwiderstand 8 von den an den Eingängen EI bzw. E2 jeweils herrschenden Potentialen abhängig, die wieder von der Einstellung der diesen Eingängen über Widerstände 10 bzw. 11 vorgeschalteten Potentiometer 5 bzw.
6 abhängig sind. Die Potentiale der Eingänge El bzw.
E2 sind durch zusätzliche Spannungsteiler 12, 13, bzw.
14, 15 stabilisiert. Zur Begrenzung der mit den Potentiometern 5 bzw. 6 einstellbaren Spannungsbereiche sind diese Potentiometer zwischen weitere Widerstandspaare 16, 17 bzw. 18, 19 geschaltet.
Mit 20 ist ein als Spannungskomparator dienender Operationsverstärker bezeichnet, dessen invertierender Eingang an das die stufenweise veränderbare Spannung U führende Ende des Vorwiderstandes 8 geschaltet ist. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 20 ist über einen Widerstand 21 an die Mittenanzapfung eines aus dem von der Außentemperatur J abhängigen Widerstand 4 und einem weiteren Widerstand 22 bestehenden Spannungsteilers geschaltet. Der Operationsverstärker 20 liefert entweder eine konstante Ausgangsspannung U' oder keine Ausgangsspannung Je nach dem Vorzeichen des Potentialunterschiedes an seinen beiden Eingängen.
Solange die stufenweise ansteigende Spannung U des Vorwiderstandes 8 kleiner ist als die vom Spannungsteiler 4, 22 gelieferte Spannung U3, liefert der Operationsverstärker 20 die Ausgangsspannung U'. Sobald Jedoch die Spannung U im Zuge ihres Anstieges den Wert U3 über- schreitet, fällt die Ausgangsspannung auf den Wert Null zurtick, bis am Ende des Anstieges, nämlich nach Erreichen des oberen Wertes U2, die Spannung U auf den Anfangswert U1 zurückfällt; dann liefert der Operationsverstärker 20 erneut die Ausgangsspannung U'. Es ergeben sich somit am Ausgang des Operationsverstärkers 20 Impulse mit einer von der Größe der Spannung U3 und somit auch von der Außentemperatur J abhängigen Impulsbreite. Diese sind im zweiten Diagramm der Fig. 3 dargestellt. über einen Widerstand 23 kann dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 20 noch eine Korrekturzwecken dienende Spannung zugeführt werden.
3 Figuren 1 Patentanspruch - Leerseite -

Claims

Patentanspruch Einrichtung zur Erzeugung pulsdauermodulierter Signale mit einem einerseits von einer Steuerspannung und andererseits von vorgebbaren Grenzwerten dieser Steuerspannung abhängigen Tastverhältnis, insbesondere in Anwendung als Sollwertgeber in Regeleinrichtungen für die temperaturabhängige Regelung oder Steuerung der Heizleistung oder der Heizenergiebevorratung in Heizungsanlagen (Speicherheizgeräten), unter Verwendung eines Impulsgebers, der zu den Zeitabschnitten, während welcher die Steuerspannung den Wert einer periodischen Abtastspannung über- oder unterschreitet, eine Impulsspannung liefert, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß zur Erzeugung der Abtastspannung ein im Takt der Netzfrequenz betriebener, periodisch bis zu einem Maximalwert zählender Binärzähler (7) vorgesehen ist, der die aktivierten Ausgänge einerseits und die nicht aktivierten Ausgänge andererseits jeweils an zwei verschiedene Eingänge (E1, E2) durchschaltet, von denen jeder an die Mittenanzapfung je eines von zwei an Spannung liegenden Potentiometern (5, 6) geschaltet ist, wobei die an den beiden Mittenanzapfungen liegenden Spannungen die Grenzwerte der Steuerspannung abbilden und daß die den Zweierpotenzen zugeordneten Ausgänge des Binärzählers (7) über Widerstände (WO, Wo 1) mit nach den gleichen Zweierpotenzen gestuften Leitwerten und über einen gemeinsamen Vorwiderstand (8) an eine gemeinsame Spannung angeschlossen sind, wobei der am Vorwiderstand (8) auftretende Spannungsabfall als Abtastspannung dient.