DE3610062A1 - Phasenanschnitt-ansteuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Phasenanschnitt-Ansteuerung für ein zwischen eine Wechselspannungsquelle und eine Last ge­ schaltetes Wechselstromventil, mit einem auf Nulldurchgänge der Wechselspannung ansprechenden Nulldurchgangsdetektor, mit digitalen Verzögerungsmitteln, die einen von dem Null­ durchgangsdetektor triggerbaren Zeitgeber für eine steuer­ bare Verzögerungszeit umfassen und nach Ablauf der steuer­ baren Verzögerungszeit einen Zündimpuls an das Wechsel­ stromventil liefern, mit einem Istwertgeber, der ein den Istwert eines vorbestimmten Betriebsparameters der Last repräsentierendes Istsignal liefert, mit einem Sollwert­ geber, der ein einen gewünschten Sollwert des Betriebs­ parameters repräsentierendes Sollsignal liefert und mit Regelungsmitteln, die abhängig von dem Istsignal und dem Sollsignal die Verzögerungszeit der Verzögerungsmittel steuern.

Eine Phasenanschnitt-Ansteuerung dieser Art ist aus Eugen Philippow "Taschenbuch Elektrotechnik", Band 5, Karl Hanser Verlag München Wien, 1981, Seiten 931 bis 933 be­ kannt. Bei dieser Ansteuerung wird mittels eines Filters eine Synchronisier-Wechselspannung aus der Netzspannung gewonnen. Ein auf die Nulldurchgänge der Synchronisier- Wechselspannung ansprechender Nulldurchgangsdetektor lie­ fert Triggerimpulse an einen steuerbaren Zeitgeber, der nach Ablauf einer steuerbaren Verzögerungszeit einen Impulsgenerator für die Lieferung eines Zündimpulses an das Wechselstromventil, beispielsweise einen Thyristor oder dergleichen, auslöst. Die Verzögerungszeit des Zeitgebers wird durch einen Regelverstärker eines geschlossenen Re­ gelkreises abhängig von einem Sollwert-Istwert-Vergleich gesteuert. Bei dem Zeitgeber handelt es sich um einen di­ gitalen Zeitgeber mit einem Taktimpulse fester Frequenz zählenden Zähler, der durch die Triggerimpulse des Null­ durchgangsdetektors entsprechend den Nulldurchgängen der Synchronisier-Wechselspannung zu Beginn jeder Wechselspan­ nungsperiode auf Null gesetzt wird. Eine binäre Ver­ gleichsschaltung vergleicht den Zählinhalt des Zählers mit einem von dem Regelkreis gelieferten binär kodierten Signal und liefert bei Übereinstimmung den Zündimpuls.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die bekannte Phasenan­ schnitt-Ansteuerung so zu verbessern, daß im wesentlichen ohne analoge Schaltungsmittel der Zündimpuls für das Wechselstromventil von einem Mikroprozessor geliefert wird, der zugleich im Echtzeitbetrieb die Regelungsfunk­ tion der Phasenanschnitt-Ansteuerung mit übernimmt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Sollwertgeber digitale Sollsignale liefert, daß der Ist­ wertgeber aufeinanderfolgend digitale Abtastwerte des Ist­ signals liefert, daß die Regelungsmittel und die Verzöge­ rungsmittel einen gemeinsamen Mikroprozessor umfassen, der abhängig von den Abtastwerten des Istsignals in einer Re­ gelungs-Routine Daten für die Verzögerungszeit errechnet und daß der Zeitgeber bei Ablauf der Verzögerungszeit eine Interrupt-Routine des Mikroprozessors auslöst, die den Zündimpuls liefert und die Daten der errechneten Verzöge­ rungszeit für die nächste Zündung des Wechselstromventils in den Zeitgeber lädt.

Der Mikroprozessor, bei dem es sich hier und im Folgenden auch um einen Mikrocontroller oder dergleichen handeln kann, bearbeitet in einem Hauptprogramm die Regelungs­ algorithmen des Regelkreises abhängig von den von dem Sollwertgeber und dem Istwertgeber gelieferten Daten. Neben der Regelungs-Routine des Hauptprogramms sorgt das Hauptprogramm auch bevorzugt für die Übernahme externer Parameter, insbesondere der Sollwertdaten, die in einem Datenspeicher für den Abruf durch die Regelungs-Routine gespeichert werden. Das Hauptprogramm bearbeitet zweck­ mäßigerweise auch extern zugeführte Start- und Stopp­ befehle.

Der Zeitgeber, bei welchem es sich um einen vom Mikropro­ zessor gesonderten, Taktimpulse zählenden Zähler oder um eine Zeitmeßroutine des Mikroprozessors handeln kann, löst bei Ablauf der von dem Mikroprozessor bestimmten Verzöge­ rungszeit eine Interrupt-Routine aus, die das Hauptpro­ gramm bzw. die Regelungs-Routine unterbricht und den Zünd­ impuls unmittelbar an einen Ausgangs-Port des Mikropro­ zessors liefert. Die Interrupt-Routine sorgt darüberhinaus auch für die Speicherung der während des Ablaufs der Ver­ zögerungszeit jeweils für die nächste Zündung des Wechsel­ stromventils neu errechneten Verzögerungszeit.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Mikroprozessor durch mehrere Interrupt-Routinen unterschiedlicher Priori­ tät steuerbar. Insbesondere kann vorgesehen sein, daß das Istsignal eine weitere Interrupt-Routine des Mikroprozes­ sors auslöst, die für die Übernahme und/oder Bearbeitung der Abtastwerte des Istsignals sorgt. Diese weitere In­ terrupt-Routine hat jedoch eine geringere Priorität als die den Zündimpuls liefernde, vorstehend erwähnte Inter­ rupt-Routine. Die den Zündimpuls liefernde Interrupt- Routine hat Vorrang vor allen Routinen des Mikroprozes­ sors. Um eine beschleunigte Ausgabe des Zündimpulses zu ermöglichen, kann in diesem Zusammenhang zweckmäßigerweise vorgesehen sein, daß die vom Istsignal ausgelöste Inter­ rupt-Routine die Verzögerungszeit für jeden Abtastwert des Istsignals errechnet und in einem Datenspeicher für das Auslesen durch die den Zündimpuls liefernde Interrupt- Routine speichert. Damit ist stets ein aktueller Wert für die Verzögerungszeit verfügbar.

Der Istwertgeber umfaßt in einer bevorzugten Ausführungs­ form einen Taktimpulse zählenden Zeitmeßzähler sowie einen Impulsgeber, der ein Impulssignal liefert, dessen Impulsflankenabstand ein Maß für den Istwert des Betriebs­ parameters ist. Der Zeitmeßzähler kann durch eine Zählrou­ tine des Mikroprozessors gebildet sein und setzt die bei­ spielsweise durch die Pulsbreite des Impulssignals be­ stimmte Istwertinformation für jeden der aufeinanderfol­ genden Impulse des Impulssignals in digitale Daten um, die von dem Mikroprozessor in der durch die Istsignale ausge­ lösten Interrupt-Routine ausgewertet und für die Bearbei­ tung durch die Regelungs-Routine gespeichert werden. Der Impulsgeber, bei welchem es sich beispielsweise bei einer Drehzahlregelung um einen Tachogenerator handeln kann, liefert aufeinanderfolgend Impulse, deren Breite und/oder Folgerate ein Maß für die Drehzahl sind. Vorzugsweise startet jeder der Impulse mit seiner Vorderflanke den Zeitmeßzähler, der durch die Rückflanke des Impulses ge­ stoppt wird. Die Impulse steuern darüberhinaus den Inter­ rupt-Betrieb des Mikroprozessors. Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß ebenso wie der Istwertgeber auch der Nulldurchgangsdetektor Impulssignale zur Steuerung von Interrupt-Eingängen des Mikroprozessors liefert.

Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Phasenanschnitt- Drehzahlregelschaltung für einen Wechselstrommotor und

Fig. 2a bis d Zeitdiagramme zur Erläuterung der Funk­ tionsweise der Schaltung nach Fig. 1.

Fig. 1 zeigt einen Wechselstrommotor 1, der über eine Thy­ ristorschalterstufe 3 an ein Wechselspannungsnetz 5 ange­ schlossen ist. Der Motor 1 und die Thyristorschalterstufe 3 können für Einphasen- oder Mehrphasen-Wechselspannung bemessen sein. Zur Drehzahlregelung ist der Motor 1 mit einem Tachometer 7 gekuppelt, der ein Impulssignal an einen Mikroprozessor 9 abgibt. Das Impulssignal besteht aus einer Folge von Impulsen, deren Impulsbreite der Dreh­ zahl des Motors 1 proportional ist und repräsentiert damit ein Istsignal der Motordrehzahl. Der Mikroprozessor 9 ar­ beitet in seinem Hauptprogramm in einer Regelungs-Routine, die die Drehzahlinformation des Istsignals mit einer Soll- Drehzahlinformation eines Sollwertstellers 11 vergleicht und die Thyristorschalterstufe im Phasenanschnittverfahren so steuert, daß die Drehzahl des Motors 1 auf der Soll­ drehzahl gehalten wird.

Der Mikroprozessor 9 sorgt für eine Phasenanschnittsteue­ rung des Thyristors bzw. der Thyristoren der Thyristor­ schalterstufe 3, durch die die Leistung des Motors 1 auf den für die Solldrehzahl erforderlichen Wert gestellt wird. An das Leitungsnetz 5 ist hierzu ein Nulldurch­ gangsdetektor 13 angeschlossen, der beim Nulldurchgang der in Fig. 2a gestrichelt eingezeichneten Wechselspannung (Kurve 15) Triggerimpulse 17 (Fig. 2b) an einen Interrupt- Eingang 19 des Mikroprozessors 9 abgibt. Die Triggerimpul­ se 17 unterbrechen die Regelungs-Routine des Mikroprozes­ sors 9 und starten einen ersten Zeitmeßzähler 21, welcher eine vom Mikroprozessor 9 abhängig von der Drehzahlabwei­ chung bestimmte Zahl interner Taktimpulse des Mikropro­ zessors 9 zählt. Die vorbestimmte Zahl legt eine Verzöge­ rungszeit T _α fest, um die der Mikroprozessor 9 verzögert an einem Ausgangsport 23 Zündimpulse 25 (Fig. 2c) an die Thyristorschalterstufe 3 abgibt. Der Zündimpuls zündet die Thyristorschalterstufe 3 für die verbleibende Zeit der Halbperiode der Wechselspannung. Beim nachfolgenden Null­ durchgang wird die Thyristorschalterstufe 3, wie üblich, selbsttätig gelöscht. Fig. 2a zeigt mit einer durchgehen­ den Linie 27 die Motoreingangsspannung.

Das Impulssignal des Tachometers 7 wird dem Mikroprozessor 9 an einem weiteren Interrupt-Eingang 29 zugeführt. Das Impulssignal steuert über seine Impulsflanken einen wei­ teren Zeitmeßzähler 31, der beginnend mit der Vorderflanke 33 (Fig. 2b) jeden Tachometerimpulses auf Null gesetzt wird und nachfolgend interne Taktimpulse des Mikroprozes­ sors 9 zählt, bis er von der Rückflanke 35 des Tachometer­ impulses gestoppt wird. Der Zählinhalt des Zeitmeßzählers 31 ist ein Maß für die Pulsdauer des Tachometerimpulses und stellt einen Abtastwert für das die Istdrehzahl des Motors 1 repräsentierende Istsignal dar. Der Mikroprozes­ sor 9 errechnet, abhängig von den Sollwertdaten und den Istwertdaten des Zeitmeßzählers 31, den Wert der Verzöge­ rungszeit T _α und speichert diesen Wert in einem Programm- und Datenspeicher 37. Der Programm- und Datenspeicher 37 speichert neben den Istwertdaten auch die über den Soll­ wertsteller 11 eingegebenen Sollwertdaten, die für die nächste Zündung der Thyristorschalterstufe 3 errechnete Verzögerungszeit T _α sowie die Programmroutinen des Mikro­ prozessors 9.

Um die Drehzahl des Motors 1 im Echtzeitbetrieb regeln zu können, haben die Interrupt-Routinen abgestufte Prioritä­ ten. Auf der niedrigsten Prioritätsstufe arbeitet die Re­ gelungs-Routine des Hauptprogramms, welches in dieser Prioritätsstufe auch das Einlesen und/oder Auslesen der Sollwertdaten des Sollwertstellers 11 sowie gegebenenfalls weiterer externer Parameter in den Speicher 37 bearbeitet. In der nächsthöheren Prioritätsstufe werden Interrupt-Rou­ tinen bearbeitet, die für die Übernahme und Bearbeitung der Istwertdaten, d.h. allgemein der Rückkoppelungspara­ meter sorgen. Die an dem Interrupt-Eingang 29 zugeführten Tachometerimpulse unterbrechen die Bearbeitung des Haupt­ programms für die Dauer der Pulsdauerermittlung durch den Zeitmeßzähler 31 und die nachfolgende Errechnung und Spei­ cherung der aus der gemessenen Dauer des Tachometerimpul­ ses resultierenden Zündverzögerungsdaten. Die höchste Prioritätsstufe hat die Interrupt-Routine für die Ausgabe des Zündimpulses 25 an dem Ausgangsport 23. Diese Inter­ rupt-Routine wird von dem Zeitmeßzähler 21 bei Erreichen der voreingestellten Verzögerungszeit T _α ausgelöst und steuert neben der Ausgabe des Zündimpulses unmittelbar an die Thyristorschalterstufe 3 auch das Laden der momentan in dem Speicher 37 gespeicherten Zündwinkeldaten in den Zeitmeßzähler 21. Der Start des Zeitmeßzählers 21 durch den Triggerimpuls 17 des Nulldurchgangdetektors 13 erfolgt ebenfalls mit der höchsten Priorität.

Der Mikroprozessor 9 kann auch weitere nicht näher darge­ stellte Steueraufgaben übernehmen, wie dies durch einen weiteren Ausgangsport 39 angedeutet ist. Für den Start- Stopp-Betrieb des Motors 1 ist ein Befehlseingang 41 vorgesehen.

Claims (8)

1. Phasenanschnitt-Ansteuerung für ein zwischen eine Wech­ selspannungsquelle (5) und eine Last (1) geschaltetes Wechselstromventil (3), mit einem auf Nulldurchgänge der Wechselspannung ansprechenden Nulldurchgangsdetek­ tor (13), mit digitalen Verzögerungsmitteln, die einen von dem Nulldurchgangsdetektor (13) triggerbaren Zeit­ geber (21) für eine steuerbare Verzögerungszeit umfas­ sen und nach Ablauf der steuerbaren Verzögerungszeit einen Zündimpuls an das Wechselstromventil (3) liefern, mit einem Istwertgeber (7, 31), der ein den Istwert eines vorbestimmten Betriebsparameters der Last (1) re­ präsentierendes Ist-Signal liefert, mit einem Sollwert­ geber (11), der ein einen gewünschten Sollwert des Be­ triebsparameters repräsentierendes Sollsignal liefert und mit Regelungsmitteln, die abhängig von dem Ist­ signal und dem Sollsignal die Verzögerungszeit der Ver­ zögerungsmittel steuern, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sollwertgeber (11) digitale Sollsignale liefert, daß der Istwertgeber (7, 31) aufeinanderfolgend digitale Abtastwerte des Ist­ signals liefert, daß die Regelungsmittel und die Ver­ zögerungsmittel einen gemeinsamen Mikroprozessor (9) umfassen, der abhängig von den Abtastwerten des Ist­ signals in einer Regelungs-Routine Daten für die Ver­ zögerungszeit errechnet und daß der Zeitgeber (21) bei Ablauf der Verzögerungszeit eine Interrupt-Routine des Mikroprozessors (9) auslöst, die den Zündimpuls liefert und die Daten der errechneten Verzögerungszeit für die nächste Zündung des Wechselstromventils (3) in den Zeitgeber (21) lädt.

2. Phasenanschnitt-Ansteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Istsignal eine weitere Inter­ rupt-Routine des Mikroprozessors (9) auslöst, die für die Übernahme und/oder Bearbeitung der Abtastwerte des Istsignals sorgt, wobei die weitere Interrupt-Routine eine geringere Priorität hat als die den Zündimpuls liefernde Interrupt-Routine.

3. Phasenanschnitt-Ansteuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Interrupt-Routine die Verzögerungszeit für jeden Abtastwert des Istsignals errechnet und in einem Datenspeicher (37) für das Aus­ lesen durch die den Zündimpuls liefernde Interrupt- Routine speichert.

4. Phasenanschnitt-Ansteuerung nach Anspruch 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Istwertgeber (7, 31) einen Taktimpulse zählenden Zeitmeßzähler (31) sowie einen Impulsgeber (7) umfaßt, der ein Impulssignal lie­ fert, dessen Impulsflankenabstand ein Maß für den Ist­ wert des Betriebsparameters ist und den Zeitmeßzähler (31) für die Messung des Impulsflankenabstands steuert.

5. Phasenanschnitt-Ansteuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Last (1) ein Wechselstrommotor (1), insbesondere ein Drehstrommotor, ist, daß der Impulsgeber einen mit dem Motor (1) gekuppelten Tacho­ generator (7) umfaßt und daß die Regelungs-Routine eine Drehzahlregelungs-Routine ist.

6. Phasenanschnitt-Ansteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertgeber (11) durch einen Datenspeicher des Mikroprozessors ge­ bildet ist, in den Sollwertdaten und/oder externe Para­ meterdaten gesteuert durch die Regelungs-Routine einge­ lesen und/oder aus dem Sollwertdaten bzw. externe Para­ meterdaten gesteuert durch die Regelungs-Routine ausge­ lesen werden.

7. Phasenanschnitt-Ansteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwertgeber (7, 31) und der Nulldurchgangsdetektor (13) Impulssignale zur Steuerung von Interrupt-Eingängen des Mikroprozes­ sors (9) liefern.

8. Phasenanschnitt-Ansteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselstrom­ ventil (3) mit seinem Zündeingang an einen unmittelbar den Zündimpuls liefernden Ausgangs-Port (23) des Mikro­ prozessors (9) angekoppelt ist.