DE3932484C2 - Arrangement for detecting the position of an actuator and method for starting up such an arrangement - Google Patents

Arrangement for detecting the position of an actuator and method for starting up such an arrangement

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Description

Zur Erfassung der Position eines Stellgliedes kann mit diesem der Schleifer eines an eine Konstantspannungsquelle angeschlos­ senen Potentiometers gegebenenfalls über ein Getriebe verbunden sein, so daß die Spannung am Schleifer des Potentiometers ein Maß für die Position des Stellgliedes ist. Wegen der starren Kopplung zwischen Schleifer und Stellglied ist mit dem Stell­ bereich des Stellgliedes auch der nutzbare Potentiometerbereich festgelegt. Häufig sollen jedoch unterschiedlich große Stell­ bereiche erfaßt werden. Der maximale Signalhub wird dann nur beim maximalen Stellbereich erreicht, während sich bei kleine­ ren Stellbereichen nur geringere Signalhübe ergeben. Die dem Potentiometerabgriff nachgeschaltete Auswerteeinheit muß für den maximalen Spannungshub ausgelegt sein. Kleinere Spannungs­ hübe wirken sich nachteilig, z. B. bei der Anzeige oder bei der Regelung, aus. Insbesondere wird bei einer digitalen Ver­ arbeitung wegen der dann notwendigen Analog-Digital-Umsetzung die Auflösung verringert.To detect the position of an actuator can with this the grinder is connected to a constant voltage source If necessary, its potentiometer is connected via a gearbox be so that the voltage on the wiper of the potentiometer The measure for the position of the actuator is. Because of the rigid Coupling between grinder and actuator is with the actuator range of the actuator also the usable potentiometer range fixed. Often, however, different sized positions areas to be covered. The maximum signal swing is then only reached at the maximum setting range, while at small only small signal strokes. The one Potentiometer tap downstream evaluation unit for be designed for the maximum voltage swing. Lower tension strokes are disadvantageous, e.g. B. on the display or at the regulation, from. In particular, in a digital ver work because of the then necessary analog-digital conversion the resolution decreased.

In der DE-OS 37 21 065 ist eine Einrichtung zum Betrieb eines Stellantriebs beschrieben, bei welcher die Position des Stell­ gliedes mit einem Potentiometer erfaßt wird, das an einer Hilfsspannung liegt und an dessen Abgriff eine der Position des Stellgliedes entsprechende Spannung auftritt. Diese Span­ nung wird über eine Einstellvorrichtung zur Normierung der Position einer Verarbeitungseinheit zugeführt. Mit dieser Ein­ stelleinrichtung wird das Potentiometerausgangssignal mittels eines weiteren Potentiometers in der einen Endlage des Stell­ gliedes auf 100% normiert. Die Normierung der anderen Endlage des Stellgliedes, nämlich die Normierung des Nullpunktes, soll automatisch dadurch geschehen, daß das Stellglied in die "Zu"- Richtung gefahren wird, wobei der elektrische Nullpunkt mit dem mechanischen Nullpunkt zur Deckung gebracht wird. In DE-OS 37 21 065 a device for operating a Actuator described in which the position of the actuator member is detected with a potentiometer, which on a Auxiliary voltage is and at its tap one of the position corresponding voltage of the actuator occurs. This span voltage is adjusted using a setting device for normalizing the Position fed to a processing unit. With this one the potentiometer output signal by means of another potentiometer in one end position of the position link standardized to 100%. The normalization of the other end position of the actuator, namely the normalization of the zero point happen automatically by moving the actuator into the "closed" - Direction is driven, the electrical zero point with the mechanical zero point is brought to congruence.  

In der deutschen Offenlegungsschrift 27 10 581 und der deutschen Patentschrift 30 39 696 sind Potentiometerschaltungen für Stellantrieb beschrieben, deren Potentiometer zusätzliich zum Potentiometerabgriff zwei Schleifer enthalten. Über diese wird in einer ersten Schaltungsvariante die Speisespannung dem Potentiometer zugeführt, wobei die Schleifer so positioniert sind, daß in den beiden Endlagen des Stellantriebs ein 0%- und ein 100%-Signal am Abgriff auftritt. In einer zweiten Schaltungsvariante wird die Speisespannung des Potentiometers stets an den Enden eingespeist, und zwar von Regelverstärkern, denen die Spannungen an den zusätzlichen Schleifern als Istwerte und die an einem mit konstanter Spannung gespeisten Spannungsteiler als Sollwerte zugeführt sind. Die Sollwerte sind gleich dem 0%- und den 100%-Werten, die am Abgriff abgenommen werden sollen.In German Offenlegungsschrift 27 10 581 and the German Patent 30 39 696 are potentiometer circuits described for actuator, their potentiometer In addition to the potentiometer tap, two wipers are included. In a first circuit variant, this is the supply voltage fed to the potentiometer, the grinder are positioned so that in the two end positions of the actuator a 0% and a 100% signal occurs at the tap. In a second circuit variant, the supply voltage of the potentiometer always fed in at the ends, namely of control amplifiers to which the voltages at the additional Grinders as actual values and those with a constant Voltage-fed voltage divider supplied as setpoints are. The setpoints are equal to the 0% and the 100% values to be taken from the tap.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Anordnung zum Erfassen der Position eines Stellgliedes zu schaffen, mit der unabhängig vom jeweiligen Stellbereich des Stellgliedes eine nachgeschaltete Auswerteeinheit stets den maximal verarbeitbaren Signalhub als Eingangssignal erhält. Weiter liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Inbetriebnahme einer solchen Anordnung anzugeben.The object of the present invention is a further one Arrangement for detecting the position of an actuator create with which regardless of the respective range of the Actuator always a downstream evaluation unit receives the maximum processable signal swing as an input signal. The invention is also based on the object of a method to specify for commissioning such an arrangement.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den in den Ansprüchen 1, 5 und 6 angegebenen Maßnahmen gelöst.According to the invention this task with the in Claims 1, 5 and 6 specified measures solved.

Anhand der Zeichnungen, in denen zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, werden im folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher beschrieben und er­ läutert. Es zeigtUsing the drawings, in which two embodiments of the Invention are shown below, the invention as well as designs and advantages described in more detail and he purifies. It shows

Fig. 1 das Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels, bei dem die Versorgungsspannung eines Potentiometers vari­ abel ist, und Fig. 1 shows the schematic diagram of an embodiment in which the supply voltage of a potentiometer is variable, and

Fig. 2 das Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels mit einem Verstärker, dessen Nullpunkt und Verstärkungsgrad einstellbar sind. Fig. 2 shows the basic circuit diagram of an embodiment with an amplifier, the zero point and degree of amplification are adjustable.

In Fig. 1 ist mit M ein Motor bezeichnet, der ein Stellglied STG antreibt, an das der Schleifer eines Potentiometers P ge­ koppelt ist. Das Stellglied kann ein Ventil oder eine Klappe eines Heizungs-, Lüftungs- oder Klimagerätes sein. Die Span­ nung am Abgriff des Potentiometers P wird von einem Analog- Digital-Umsetzer ADU in einen Digitalwert umgesetzt, der einer digitalen Verarbeitungseinheit DVE zugeführt wird. Diese lie­ fert ein Signal, welches die jeweilige Position des Potentio­ meters und damit des Stellgliedes STG angibt. Die digitale Verarbeitungseinheit DVE trägt in Register REG1, REG2 Span­ nungswerte ein, die in Digital-Analog-Umsetzern DAU1, DAU2 in Versorgungsspannungen für das Potentiometer P umgesetzt werden. In Fig. 1, M denotes a motor which drives an actuator STG, to which the wiper of a potentiometer P is coupled. The actuator can be a valve or a flap of a heating, ventilation or air conditioning device. The voltage at the tap of the potentiometer P is converted by an analog-digital converter ADU into a digital value, which is fed to a digital processing unit DVE. This delivers a signal that indicates the respective position of the potentiometer and thus the actuator STG. The digital processing unit DVE registers voltage values in register REG1, REG2, which are converted into supply voltages for the potentiometer P in digital-to-analog converters DAU1, DAU2.

Bei der Inbetriebnahme trägt die digitale Verarbeitungs­ einheit DVE in die beiden Register REG1, REG2 Spannungswerte für die Versorgungsspannungen, z. B. +5 V und -5 V oder +5 V und 0 V. Das Stellglied STG wird dann in die beiden Endlagen gebracht, und die jeweilige Spannung am Potentiometerabgriff wird gemessen. Aus den beiden Meßwerten und den bekannten Ver­ sorgungsspannungen des Potentiometers können die Potentiometer­ positionen in den beiden Endlagen des Stellgliedes STG bestimmt werden. Ferner können dann die Spannungen ermittelt werden, welche die beiden Digital-Analog-Umsetzer DAU1, DAU2 abgeben müssen, damit der Spannungshub am Potentiometerabgriff, der entsteht, wenn das Stellglied von der einen Endlage in die andere gebracht wird, gleich dem maximalen vom Analog-Digital- Umsetzer ADU verarbeitbaren Spannungshub ist, wobei in den bei­ den Endlagen des Stellgliedes am Potentiometer die Spannungen auftreten, welche die Grenzen des vom Analog-Digital-Umsetzers verarbeitbaren Spannungsbereiche sind. Nachdem die digitale Verarbeitungseinheit DVE die entsprechenden Spannungswerte in die Register REG1, REG2 eingetragen hat, ist die Anordnung be­ triebsbereit. Die am Potentiometerabgriff auftretenden Span­ nungen werden dann mit maximaler Auflösung vom Analog-Digital- Umsetzer ADU erfaßt.The digital processing takes care of the commissioning DVE unit in the two registers REG1, REG2 voltage values for the supply voltages, e.g. B. +5 V and -5 V or +5 V and 0 V. The actuator STG is then in the two end positions brought, and the respective voltage at the potentiometer tap is being measured. From the two measured values and the known Ver supply voltages of the potentiometer can be the potentiometer positions determined in the two end positions of the actuator STG become. Furthermore, the voltages can then be determined which the two digital-to-analog converters DAU1, DAU2 deliver so that the voltage swing at the potentiometer tap, the arises when the actuator moves from one end position to the other is brought equal to the maximum from analog to digital Converter ADU is processable voltage swing, being in the case of the end positions of the actuator on the potentiometer occur which are the limits of the analog-to-digital converter processable voltage ranges are. After the digital Processing unit DVE the corresponding voltage values in the register REG1, REG2 has entered, the arrangement is be ready to drive. The chip occurring at the potentiometer tap Then the analog-digital Converter ADU detected.

Für die bisher beschriebene Anordnung wurde angenommen, daß in keiner Endlage des Stellgliedes STG auch das Potentiometer P seine Endlage erreicht. Es wurden daher zwei getrennt einstell­ bare Versorgungsspannungen für das Potentiometer erforderlich. Häufig sind jedoch das Stellglied STG und das Potentiometer P so miteinander verbunden, daß, wenn das Stellglied STG sich in einer Endlage befindet, auch das Potentiometer P eine Endlage einnimmt. In diesem Falle kann man das Potentiometer P einsei­ tig an Nullpotential anschließen, so daß z. B., wenn das Stell­ glied STG ein Ventil ist, bei geschlossenem Ventil die Span­ nung am Abgriff des Potentiometers P Null ist. Das Register REG2 und der Digital-Analog-Umsetzer DAU2 sind in einer sol­ chen Anordnung nicht erforderlich. Die Inbetriebnahme einer solchen Anordnung ist wesentlich einfacher als die zuvor be­ schriebene, da das Stellglied STG lediglich in die andere Endlage, z. B. in die, in der das Ventil offen ist, gebracht wird und der Spannungswert im Register REG1 so eingestellt wird, daß der Analog-Digital-Umsetzer die maximal verarbeit­ bare Eingangsspannung erhält.For the arrangement described so far, it was assumed that in no end position of the actuator STG also the potentiometer P reached its end position. Therefore two were set separately supply voltages required for the potentiometer. However, the actuator STG and the potentiometer P are often connected so that when the actuator STG is in is an end position, the potentiometer P is an end position occupies. In this case you can use the potentiometer P. Connect tig to zero potential, so that z. B. if the Stell member STG is a valve, when the valve is closed, the span voltage at the tap of the potentiometer P is zero. The registry REG2 and the digital-to-analog converter DAU2 are in a sol Chen arrangement not required. Commissioning a such an arrangement is much simpler than that before wrote, because the actuator STG only in the other  End position, e.g. B. brought in that in which the valve is open is set and the voltage value in register REG1 is that the analog-to-digital converter processes the maximum obtainable input voltage.

In der Anordnung nach Fig. 2 wird das Potentiometer P mit konstanten Spannungen +US, -US versorgt. Zwischen den Poten­ tiometerabgriff und den Analog-Digital-Umsetzer ADU ist ein Differenzverstärker V mit steuerbarem Verstärkungsgrad ge­ schaltet, dessen nichtinvertierender Eingang an den Digital- Analog-Umsetzer DAU2 und dessen Steuereingang an den Digital- Analog-Umsetzer DAU1 angeschlossen ist. Für die Inbetriebnahme wird das Stellglied in die eine Endlage, z. B. 0% des Stell­ bereiches, gebracht und in das Register REG2 ein solcher Span­ nungswert eingetragen, daß das Ausgangssignal des Differenz­ verstärkers V Null ist. Danach wird das Stellglied in die andere Endlage (100%) gefahren und der Spannungswert im Register REG1 so eingestellt, daß die Ausgangsspannung des Verstärkers V gleich der maximal verarbeitbaren Spannung des Analog-Digital-Umsetzers ADU ist, so daß auch in dieser Anord­ nung das Ausgangssignal des Potentiometers an den Eingangs­ signalbereich der nachfolgenden Schaltung angepaßt ist und mit optimaler Auflösung verarbeitet werden kann.In the arrangement according to FIG. 2, the potentiometer P is supplied with constant voltages + US, -US. Between the potentiometer tap and the analog-to-digital converter ADU, a differential amplifier V with a controllable degree of gain is switched, the non-inverting input of which is connected to the digital-to-analog converter DAU2 and the control input of which is connected to the digital-to-analog converter DAU1. For commissioning the actuator is in one end position, e.g. B. 0% of the range, brought and entered in the register REG2 such a voltage value that the output signal of the differential amplifier V is zero. Then the actuator is moved to the other end position (100%) and the voltage value in the register REG1 is set so that the output voltage of the amplifier V is equal to the maximum processable voltage of the analog-to-digital converter ADU, so that in this arrangement as well Output signal of the potentiometer is adapted to the input signal range of the subsequent circuit and can be processed with optimal resolution.

Claims (7)

1. Anordnung zum Erfassen der Position eines Stellgliedes (STG) mit einem Potentiometer (P), dessen Abgriff mit dem Stellglied (STG) verbunden ist, so daß am Abgriff eine der Position des Stellgliedes entsprechende Spannung auftritt, die einer Signalverarbeitungseinheit (ADU, DVE), die dem Abgriff des Potentiometers (P) nachgeschaltet ist und die die der Signalverarbeitungseinheit (ADU, DVE) zugeführte Spannung so einstellt, daß in der ersten Endlage des Stellgliedes (STG) ein erster vorgegebener Spannungsendwert und in der zweiten Endlage ein zweiter vorgegebener Spannungsendwert der Signalverarbeitungseinheit zugeführt wird, wobei die vorgegebenen Spannungsendwerte die Grenzen des von der Signalverarbeitungseinheit verarbeitbaren Eingangsspannungsbereichs sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinheit mit einem Register (REG1) und dieses mit einem Digital-Analog- Umsetzer (DAU1) verbunden ist, dessen Ausgangsspannung einem Versorgungsspannungsanschluß des Potentiometers (P) zugeführt ist, und daß die Signalverarbeitungseinheit (ADU, DVE) aus den in den Endstellungen des Stellgliedes zugeführten Spannungen einen solchen Digitalwert in das Register (REG1) einträgt, daß in den beiden Endlagen des Stellgliedes (STG) die beiden vorgegebenen Eingangsspannungsendwerte der Signalverarbeitungseinheit (ADU, DVE) zugeführt werden.1. Arrangement for detecting the position of an actuator (STG) with a potentiometer (P) whose tap is connected to the actuator (STG), so that a voltage corresponding to the position of the actuator occurs at the tap, which a signal processing unit (ADU, DVE ), which is connected downstream of the tap of the potentiometer (P) and which adjusts the voltage supplied to the signal processing unit (ADC, DVE) such that in the first end position of the actuator (STG) a first predetermined voltage end value and in the second end position a second predetermined voltage end value is fed to the signal processing unit, the predetermined final voltage values being the limits of the input voltage range which can be processed by the signal processing unit, characterized in that the signal processing unit is connected to a register (REG1) and this to a digital-to-analog converter (DAU1), the output voltage of which is connected to a supply voltage connection of the pote ntiometer (P) is supplied, and that the signal processing unit (ADC, DVE) from the voltages supplied in the end positions of the actuator enters such a digital value into the register (REG1) that the two predetermined input voltage end values in the two end positions of the actuator (STG) the signal processing unit (ADU, DVE) are supplied. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Register (REG1, REG2) vorgesehen sind an die je ein Digital-Analog-Umsetzer (DAU1, DAU2) angeschlossen ist, deren Ausgangsspannungen den beiden Versorgungsanschlüssen des Potentiometers (P) zugeführt sind.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that two registers (REG1, REG2) are provided, each with a digital-to-analog converter (DAU1, DAU2) is connected, the output voltages of the two Supply connections of the potentiometer (P) supplied are. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Versorgungsspannungsanschluß des Potentiometers (P) Nullpotential liegt, daß in der ersten Endlage des Stellgliedes (STG) der Abgriff des Potentiometers in der Endlage ist, in der er auf dem Nullpotential liegt.3. Arrangement according to claim 2, characterized in that on a supply voltage connection of the potentiometer (P) Zero potential lies in the first end position  of the actuator (STG) the tap of the potentiometer is in the end position in which it is at zero potential. 4. Verfahren zum Erfassen der Position eines Stellgliedes (STG) mit einem Potentiometer (P), dessen Abgriff mit dem Stellglied (STG) verbunden ist, so daß am Abgriff eine der Position des Stellgliedes entsprechende Spannung auftritt, mit einer Signalverarbeitungseinheit (ADU, DVE), die dem Abgriff des Potentiometers (P) nachgeschaltet ist und die die der Signalverarbeitungseinheit (ADU, DVE) zugeführte Spannung so einstellt, daß in der ersten Endlage des Stellgliedes (STG) ein erster vorgegebener Spannungsendwert und in der zweiten Endlage ein zweiter vorgegebener Spannungsendwert der Signalverarbeitungseinheit zugeführt wird, wobei die vorgegebenen Spannungsendwerte die Grenzen des von der Signalverarbeitungseinheit verarbeitbaren Eingangsspannungsbereichs sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinheit einen Differenzverstärker (V) mit steuerbarem Verstärkungsgrad enthält, dessen erster Eingang (-) an den Abgriff des mit einer konstanten Spannung gespeisten Potentiometers (P) angeschlossen ist, dessen Steuereingang mit dem Ausgang eines ersten Digital-Analog-Umsetzers (DAU1) verbunden ist, der an ein erstes Register (REG1) angeschlossen ist und dessen zweiter Eingang (+) an dem Ausgang eines zweiten Digital-Analog- Umsetzers (DAU2) liegt, dem der Inhalt eines zweiten Registers (REG2) zugeführt ist, und daß die Signalverarbeitungseinheit (ADU, DVE) solche Digitalwerte in die beiden Register (REG1, REG2) einträgt, daß in den beiden Endlagen des Stellglieds (STG) die beiden vorgegebenen Spannungsendwerte der Signalverarbeitungseinheit (DAU, DVE) zugeführt werden.4. Method for detecting the position of an actuator (STG) with a potentiometer (P), the tap of which with Actuator (STG) is connected so that one of the taps Position of the actuator corresponding voltage occurs, with a signal processing unit (ADU, DVE), the tap of the potentiometer (P) and that of the signal processing unit (ADU, DVE) adjusts the voltage so that in the first end position of the actuator (STG) a first predetermined Final voltage value and a second in the second end position predetermined voltage end value of the signal processing unit is supplied, the predetermined Final voltage values limit the limits of the signal processing unit processable input voltage range characterized in that the signal processing unit has a differential amplifier (V) with controllable gain, whose first input (-) to the tap of the with a constant voltage fed potentiometer (P) connected is the control input with the output of a first Digital-to-analog converter (DAU1) is connected to the a first register (REG1) is connected and its second Input (+) at the output of a second digital-analog Converter (DAU2), the content of a second register (REG2) is supplied, and that the signal processing unit (ADU, DVE) such digital values in the two registers (REG1, REG2) enters that in the two end positions of the actuator (STG) the two specified final voltage values the signal processing unit (DAU, DVE) are supplied. 5. Verfahren zur Inbetriebnahme einer Anordnung zum Erfassen der Position eines Stellgliedes nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinheit (ADU, DVE) erste Werte in die Register (REG1, REG2) einträgt und die Digital-Analog-Umsetzer (DAU1, DAU2) eine erste Versorgungsspannung an das Potentiometer (P) legen, daß das Stellglied (STG) in die beiden Endlagen gebracht wird, daß die in den Endlagen am Potentiometerabgriff auftretenden Spannungen gemessen und daraus sowie aus der ersten Versorgungsspannung zweite Werte ermittelt werden, die in die Register (REG1, REG2) eingetragen werden und solche Ausgangsspannungen der Digital-Analog-Umsetzer (DAU1, DAU2) ergeben, daß in den beiden Endlagen des Stellgliedes (STG) die beiden vorgegebenen Spannungsendwerte der Signalverarbeitungseinheit (ADU, DVE) zugeführt werden.5. Procedure for commissioning an arrangement for detection the position of an actuator according to claim 2, characterized characterized in that the signal processing unit (ADU, DVE) enters the first values in the registers (REG1, REG2)  and the digital-to-analog converter (DAU1, DAU2) a first supply voltage to the potentiometer (P) that the Actuator (STG) is brought into the two end positions that those occurring in the end positions on the potentiometer tap Voltages measured and from it as well as from the first supply voltage second values are determined in the register (REG1, REG2) are entered and such output voltages the digital-to-analog converter (DAU1, DAU2) show that in the two end positions of the actuator (STG) the two specified Final voltage values of the signal processing unit (ADU, DVE) can be fed. 6. Verfahren zur Inbetriebnahme einer Anordnung zum Erfassen der Position eines Stellgliedes nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied in die erste Endlage gebracht wird und die Signalverarbeitungseinheit (ADU, DVE) in das zweite Register (REG2) einen solchen Wert einträgt, daß der Verarbeitungseinheit der erste vorgegebene Spannungsendwert zugeführt wird und daß dann das Stellglied in die zweite Endlage gebracht wird und die Signalverarbeitungseinheit (ADU, DVE) in das erste Register (REG1) einen solchen Wert einträgt, daß der Signalverarbeitungseinheit der zweite vorgegebene Spannungsendwert zugeführt wird.6. Procedure for commissioning an arrangement for detection the position of an actuator according to claim 4, characterized characterized in that the actuator in the first end position brought and the signal processing unit (ADU, DVE) enters such a value in the second register (REG2), that the processing unit the first predetermined Voltage end value is supplied and that then the actuator in the second end position is brought and the signal processing unit (ADU, DVE) in the first register (REG1) enters such a value that the signal processing unit of the second predetermined voltage end value is supplied. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Register (REG2) der Wert zugeführt wird, bei dem in der ersten Endlage des Stellgliedes das Ausgangssignal des Differenzverstärkers (V) Null ist.7. The method according to claim 6, characterized in that the value is supplied to the second register (REG2) at the output signal in the first end position of the actuator of the differential amplifier (V) is zero.
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