DE4008214A1

DE4008214A1 - Reference for resistance controlled current or frequency regulator - uses microprocessor providing pulse width modulated output signal fed to D=A converter

Info

Publication number: DE4008214A1
Application number: DE19904008214
Authority: DE
Inventors: Harald Bauer; Raimund Ohlrogge; Rudolf Borghoff
Original assignee: BAUR GmbH
Current assignee: BAUR GmbH
Priority date: 1990-03-15
Filing date: 1990-03-15
Publication date: 1991-09-19

Abstract

The reference source uses a programme-controlled microprocessor (7) providing a pulse-width modulated output signal, fed to a D/A converter (11) via a galvanic separation stage. The supply voltage for the D/A converter is obtained from the resistance controlled current or frequency regulator (2), its output fed to the control input of the latter. The pulse width modulation of the microprocessor output signal is controlled via stored parameters which are initially entered via a manual setting device (6). ADVANTAGE - Allows direct replacement for potentiometer.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sollwertgeber für widerstandsge steuerte Einrichtungen, insbesondere Strom- oder Frequenzum richter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a setpoint generator for resistance controlled devices, especially current or frequency judge according to the preamble of claim 1.

Die Drehzahländerung eines Motors wird in der Regel über ein manuell zu bedienendes Potentiometer an einem Frequenz- oder Stromumrichter vorgenommen. Sofern eine Fernbedienung gewünscht ist, erfolgt diese in der Regel über ein elektromechanisches Motorpotentiometer, das aus einem kleinen Motor mit nachge schaltetem Getriebe und einem Potentiometer besteht.The change in speed of an engine is usually determined by a manually operated potentiometer on a frequency or Current converter made. If a remote control is desired is usually done via an electromechanical Motor potentiometer, which consists of a small motor with gearbox and a potentiometer.

Motorpotentiometer enthalten mechanische Verschleißteile und sind daher empfindlich. Durch die Auswahl des Getriebes, die festgelegte Durchlaufzeit des Potentiometers, die Potentio meterkennlinie und den Wert des Potentiometers sind der Mo torsteuerung hierdurch enge Grenzen gesetzt.Motorized potentiometers contain mechanical wear parts and are therefore sensitive. By choosing the gearbox that set throughput time of the potentiometer, the potentiometer The characteristic curve and the value of the potentiometer are the mo gate control sets narrow limits.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sollwertge ber für widerstandsgesteuerte Einrichtungen, insbesondere Strom- oder Frequenzumrichter anzugeben, dessen Eigenschaf ten flexibel einstellbar sind und der unmittelbar als Ersatz bestehender Potentiometer an derartigen Einrichtungen ein setzbar ist.The invention has for its object a Sollwertge About resistance controlled devices, in particular Specify current or frequency converter, its characteristics are flexibly adjustable and can be used directly as a replacement existing potentiometer on such devices is settable.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfin dung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by the inven in claim 1 solved. Advantageous developments of the invention are specified in subclaims.

Gemäß der Erfindung wird ein programmgesteuerter Mikropro zessor verwendet, dessen Ausgangssignal in Abhängigkeit von vorgegebenen Parametern pulsweitenmoduliert ist. Das Aus gangssignal wird auf einen Digital-Analog-Wandler geführt. Dieser ist galvanisch von der Steuerschaltung und dem Mikro prozessor, insbesondere durch einen Optokoppler entkoppelt, so daß die Versorgungsspannung des Digital-Analog-Wandlers unmittelbar der widerstandsgesteuerten Einrichtung entnom men werden kann, so daß der erfindungsgemäße Sollwertgeber unmittelbar ein übliches Motorpotentiometer ersetzen kann.According to the invention, a program-controlled micropro processor used, the output signal depending on predetermined parameters is pulse width modulated. The end The output signal is fed to a digital-to-analog converter. This is galvanic from the control circuit and the micro processor, especially decoupled by an optocoupler, so that the supply voltage of the digital-to-analog converter directly from the resistance-controlled device Men can be so that the setpoint generator according to the invention can immediately replace a conventional motor potentiometer.

Vorzugsweise sind im Mikroprozessor eine Reihe gewünschter Parameter, d. h. beispielsweise Verlaufskurven eines Poten tiometers, Verstärkungsfaktoren, Grenzwerte u. a., gespei chert. Von diesen Parameterwerten sind bestimmte Werte, bei spielsweise Grenzwerte oder Eckwerte durch den Benutzer ein stellbar. Es können beispielsweise lineare oder in ihrer Anstiegszeit unterschiedlich lineare Hoch- oder Tieflauf kurven abgespeichert sein.Preferably, a number are desired in the microprocessor Parameters, i.e. H. for example curves of a poten tiometers, amplification factors, limit values u. a., saved chert. Of these parameter values, certain values are, at for example, limit values or basic values by the user adjustable. For example, it can be linear or linear Rise time different linear ramp-up or ramp-down curves are saved.

Die erfindungsgemäße Einrichtung stellt eine Verbesserung des Standes der Technik mit erweiterten Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten dar. Die Erfindung läßt sich außer an Strom- oder Frequenzumrichtern auch an Widerstandsnetzwer ken oder Phasenanschnittsteuerungen anwenden.The device according to the invention represents an improvement the state of the art with extended properties and Possible uses. The invention can be except Current or frequency inverters also on resistance networks ken or apply leading edge controls.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei spiels näher erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated below by means of an embodiment explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine Übersichtszeichnung zur Darstellung der An wendung der Erfindung, Fig. 1 is a general drawing showing the application to the invention,

Fig. 2 ein Blockschaltbild mit den wesentlichen Funktions elementen der erfindungsgemäßen Einrichtung, und Fig. 2 is a block diagram with the essential functional elements of the device according to the invention, and

Fig. 3 ein Schaltbild. Fig. 3 is a circuit diagram.

In Fig. 1 ist ein Antriebsmotor 1 dargestellt, der durch einen Frequenzumrichter 2 zur Drehzahlsteuerung einstellbar ist. Die im Stand der Technik vorzusehende Steuerung des Frequenzumrich ters über ein Potentiometer wird gemäß der Erfindung ersetzt durch einen Mikroprozessor gesteuerten Sollwertgeber 3, der entweder durch Bedienungselemente 6 am Sollwertgeber, einer Fernbedienung 5 oder durch einen Computer 4 eingestellt wer den kann.In Fig. 1, a drive motor 1 is shown, which is adjustable by a frequency converter 2 for speed control. The control of the frequency converter to be provided in the prior art via a potentiometer is replaced according to the invention by a microprocessor-controlled setpoint generator 3 , which can be set either by operating elements 6 on the setpoint generator, a remote control 5 or by a computer 4 .

Fig. 2 zeigt eine Übersicht über die wesentlichen Elemente des erfindungsgemäßen Sollwertgebers. Der zentrale Bestandteil der Schaltung ist ein Mikroprozessor, der durch ein Programm ge steuert ist. Das Programm ist beispielsweise in Form einer Ta belle realisiert, in der einem bestimmten Eingabewert ein ge wünschter Ausgabewert zugeordnet ist. Die Tabellenwerte können durch entsprechende Einstellung des Mikroprozessors unmittel bar ausgegeben werden, sie können aber auch nach einer Zeit funktion von einem ersten zu einem zweiten Grenzwert verlau fen. Es kann eine nahezu unbegrenzte Zahl von Paramtervorga ben je nach Umfang des vorhandenen Speichers eingegeben wer den. Insbesondere lassen sich folgende Steuereigenschaften realisieren: Fig. 2 shows an overview of the essential elements of the setpoint generator according to the invention. The central part of the circuit is a microprocessor, which is controlled by a program. The program is implemented, for example, in the form of a table in which a desired output value is assigned to a specific input value. The table values can be output directly by setting the microprocessor accordingly, but they can also run from a first to a second limit value after a time function. An almost unlimited number of parameter specifications can be entered depending on the amount of available memory. In particular, the following control properties can be implemented:

- Freely selectable up and down run with selectable run time,
- linear and non-linear conversion possibility of the guide tension in process parameters,
- Percentage resolution in specified device-specific Levels between 8 and 16 bit / s,
- Limit values for minimum and maximum settings the tax areas,
- Run through linear and non-linear, free program mable setpoint curves,
- inverse operation,
- 0 point in the middle of the control area.

Nach Bedarf können andere Steuerparameter realisiert werden.Other control parameters can be implemented as required.

Die Auswahl der Arbeitsparameter des Mikroprozessors kann über die Fernbedienung 5, den Computer 4 oder die Tastenfeldeingabe 6 erfolgen. Die jeweilige Parametereinstellung kann über die Anzeigeelemente 8 zur Anzeige gebracht werden. Durch ein Netz teil 9 wird der Mikroprozessor mit Spannung versorgt.The working parameters of the microprocessor can be selected via the remote control 5 , the computer 4 or the keypad input 6 . The respective parameter setting can be displayed via the display elements 8 . Through a network part 9 , the microprocessor is supplied with voltage.

Das am Ausgang 10 anliegende Signal ist pulsweitenmoduliert, d.h. die Breite der einzelnen Pulse einer Impulsfolge ändert sich entsprechend dem Parametervorgaben. Das Ausgangssignal des Mikroprozessors wird über einen Optokoppler ausgegeben. Im Digital-Analog-Wandler wird das pulsweitenmodulierte Sig nal in eine Gleichspannung umgewandelt. Die Versorgungsspan nung des Digital-Analog-Wandlers wird aus der widerstandsge steuerten Einrichtung, insbesondere dem Motorregler 2, abge leitet. Dadurch bewegt sich die Ausgangsspannung des Digital- Analog-Wandlers im gleichen Rahmen, in dem auch die Ausgangs spannung eines nach dem Stand der Technik verwendeten Motor potentiometers liegt.The signal present at output 10 is pulse width modulated, ie the width of the individual pulses of a pulse sequence changes in accordance with the parameter specifications. The output signal of the microprocessor is output via an optocoupler. The pulse-width modulated signal is converted into a DC voltage in the digital-to-analog converter. The supply voltage of the digital-to-analog converter is derived from the resistance-controlled device, in particular the motor controller 2 . As a result, the output voltage of the digital-to-analog converter moves within the same range in which the output voltage of a motor potentiometer used according to the prior art lies.

Durch die Steuerung des Motorreglers 2 läßt sich unmittelbar die Drehzahl des Motors 1 steuern. By controlling the engine controller 2 , the speed of the engine 1 can be controlled directly.

Fig. 3 zeigt eine detaillierte Darstellung der erfindungsge mäßen Schaltung. Fig. 3 shows a detailed representation of the circuit according to the invention.

Es ist ein Netzteil 9 mit einem Transformator 25 mit zwei Ausgangsspannungen vorgesehen. Die beiden Ausgangsspannungen führen auf Gleichrichter 23 und 24. Eine der Gleichspannungen wird im Spannungsstabilisator 22 auf eine feste Versorgungs spannung eingestellt. Die andere Versorgungsspannung führt an die Klemme 12, die Teil einer Fernbedienungseinrichtung ist. Ober + oder - Kontakttasten 13 und 14 können Steuersig nale auf Mikroprozessor gegeben werden. Die hier übertragen den Signale liegen parallel zu den Signalen, die über die + oder - Kontakte 28 und 29 des Eingabetastenfeldes 6 ge schaltet werden können. Die Ausgangsleitungen der + und - Kontakte führen zum Mikroprozessor 7.A power supply unit 9 with a transformer 25 with two output voltages is provided. The two output voltages lead to rectifiers 23 and 24 . One of the DC voltages is set in the voltage stabilizer 22 to a fixed supply voltage. The other supply voltage leads to terminal 12 , which is part of a remote control device. Upper + or - contact buttons 13 and 14 control signals can be given to the microprocessor. The signals transmitted here are parallel to the signals that can be switched via the + or - contacts 28 and 29 of the input keypad 6 . The output lines of the + and - contacts lead to the microprocessor 7 .

Damit durch die von der Einrichtung möglicherweise weit ent fernten Fernbedienungskontakte 13 und 14 keine Störeinflüsse auf den Mikroprozessor gelangen, ist die Fernsteuerung vor zugsweise durch Optokoppler 31 und 32 von den Bedienungsele menten 28 und 29 abgekoppelt.So that the remote control contacts 13 and 14, possibly far away from the device, do not cause interference to the microprocessor, the remote control is decoupled from the control elements 28 and 29 , preferably by optocouplers 31 and 32 .

An anderen Eingangsanschlüssen des Mikroprozessors 7 sind eine Parametertaste 27 und eine Resettaste 30 angeschlossen. Vom Mikroprozessor 7 führen Ausgangsleitungen zum Treiber 21, der dem Betrieb von Anzeigeelementen 15-20 dient. Diese sind insbesondere als LED-Anzeigeelemente ausgebildet.A parameter key 27 and a reset key 30 are connected to other input connections of the microprocessor 7 . Output lines lead from the microprocessor 7 to the driver 21 , which is used to operate display elements 15-20 . These are designed in particular as LED display elements.

Der Ausgangsanschluß 26 des Mikroprozessors 7 führt auf einen Inverter 33, von dem das invertierte Signal auf den Optokopp ler 34 geführt ist. Hier wird das Signal galvanisch von der Steuerschaltung getrennt und im Anschluß an den Optokoppler 34 auf einen Digital-Analog-Wandler geleitet, der aus den Widerständen 35 und 37 sowie dem Kondensator 36 besteht. Die Anschlüsse 38, 39 und 40 führen unmittelbar an den Potentio metereingang des zu steuernden Umrichters 2.The output terminal 26 of the microprocessor 7 leads to an inverter 33 , from which the inverted signal to the optocoupler 34 is performed. Here, the signal is galvanically separated from the control circuit and, following the optocoupler 34, passed to a digital-to-analog converter which consists of the resistors 35 and 37 and the capacitor 36 . The connections 38 , 39 and 40 lead directly to the potentiometer input of the converter 2 to be controlled.

Die Einrichtung arbeitet wie folgt:
Nach Einschalten der Versorgungsspannung befindet sich der Mikroprozessor im Ruhezustand. Über die Parametertaste 27 kann nun die Auswahl eines Steuerparameters erfolgen, bei spielsweise können eine bestimmte Steuerkennlinie oder be stimmte Bereichsgrenzen der zu steuernden Motordrehzahl ge wählt werden. Mit Hilfe der Parametertaste läßt sich auch ein freiwählbarer Umrechnungsfaktor festlegen. Hierdurch ist es möglich, wie bei herkömmlichen Potentiometern, der jewei ligen Potentiometerstellung z. B. an eine bestimmte Drehzahl oder Stückzahl zuzuordnen. Der entsprechende Parameter wird an den Anzeigeelementen 15 und 16 zur Anzeige gebracht. Mit den + und - Kontakten 28, 29 oder 13 und 14 können die Para meterwerte verändert werden. Beispielsweise kann hier der Grenzbereich der Drehzahl eingestellt werden. Nach Festle gung der gewünschten Werte wird die Resettaste 30 betätigt, so daß die gewünschten Werte im Mikroprozessor 7 gespeichert werden.The facility works as follows:
After switching on the supply voltage, the microprocessor is in the idle state. The parameter key 27 can now be used to select a control parameter, for example a specific control characteristic or certain range limits of the engine speed to be controlled can be selected. A freely selectable conversion factor can also be set using the parameter key. This makes it possible, as with conventional potentiometers, the respective potentiometer position z. B. assign to a certain speed or quantity. The corresponding parameter is displayed on the display elements 15 and 16 . The parameter values can be changed with the + and - contacts 28 , 29 or 13 and 14 . For example, the speed limit range can be set here. After setting the desired values, the reset button 30 is actuated so that the desired values are stored in the microprocessor 7 .

Die Motorsteuerung erfolgt nun automatisch, beispielsweise zeitgesteuert entsprechend einer vorgegebenen Verlaufskurve oder sie kann auch von Hand eingestellt werden, indem die + bzw. - Tasten 28, 29 oder 13 und 14 an der Fernbedienung betätigt werden. Die tatsächlich eingestellten Werte können an den Anzeigeelementen 17-20 abgelesen werden. Durch ent sprechende Parameterwahl kann vorgesehen sein, daß die An zeigeelemente 17-20 z. B. die Solldrehzahl anzeigen. Es kann vorgesehen sein, daß die angezeigten Ziffern auf einen bestimmten Wert, beispielsweise 100, als Maximaldrehzahl nor miert sind. Durch geeignete Parameterwahl ist es möglich, nahezu jedes gewünschte Verhalten der Steuerung zu erreichen bzw. jeden gewünschten Wert einzustellen.The motor control now takes place automatically, for example in a time-controlled manner in accordance with a predefined curve, or it can also be set manually by pressing the + or - keys 28 , 29 or 13 and 14 on the remote control. The values actually set can be read on the display elements 17-20 . By appropriate parameter selection can be provided that the display elements 17-20 z. B. display the target speed. It can be provided that the displayed digits are standardized to a certain value, for example 100, as the maximum speed. Appropriate parameter selection makes it possible to achieve almost any desired behavior of the control or to set any desired value.

Das Ausgangssignal des Mikroprozessors 7 wird auf dem Aus gang 26 ausgegeben. Entsprechend der Einstellung eines Pa rameters bzw. der Wertevorgabe erscheint am Ausgang 26 eine Pulsreihe, bei der die Einzelimpulse eine Breite aufweisen, die einen gewünschten Wert bzw. den eingestellten Parametern in der Weite entsprechen. In einem nachgeschaltetem Inverter 33 wird die Impulsreihe spannungsinvertiert.The output signal of the microprocessor 7 is output from the output 26 . Corresponding to the setting of a parameter or the value specification, a pulse series appears at the output 26 , in which the individual pulses have a width that corresponds in width to a desired value or the set parameters. The pulse series is voltage inverted in a downstream inverter 33 .

Zur Abkopplung der Mikroprozessorschaltung gegenüber dem Mo torregler wird das Ausgangssignal über den Optokoppler 34 ge leitet. Unmittelbar im Anschluß an den Optokoppler 34 ist der Digital-Analog-Wandler vorgesehen, der als RCR-Schaltung aus gebildet ist, wodurch in einfacher Weise der Gleichwertanteil der Ausgangsspannung des Mikroprozessors 7 ermittelt wird. Diese Spannung wird der Steuerleitung 40 zugeführt.To decouple the microprocessor circuit with respect to the motor controller, the output signal is passed via the optocoupler 34 . Immediately following the optocoupler 34 , the digital-to-analog converter is provided, which is designed as an RCR circuit, as a result of which the equivalent value of the output voltage of the microprocessor 7 is determined in a simple manner. This voltage is supplied to the control line 40 .

Da der Digital-Analog-Wandler vollkommen galvanisch von der Mikroprozessorschaltung abgekoppelt ist, und der Digital- Analog-Wandler seine Spannung unmittelbar aus dem Motorreg ler bezieht, weist diese Schaltung die Funktion eines Po tentiometers auf, das softwaremäßig steuerbar ist. Die An schlüsse 38, 39 und 40 können daher unmittelbar an die Klem men des Motorreglers angeschlossen werden, die beim Stand der Technik zum Anschluß eines Potentiometers dienen.Since the digital-to-analog converter is completely galvanically decoupled from the microprocessor circuit, and the digital-to-analog converter draws its voltage directly from the motor controller, this circuit has the function of a potentiometer which can be controlled by software. The connections 38 , 39 and 40 can therefore be connected directly to the terminals of the motor controller, which are used in the prior art to connect a potentiometer.

Neben der Verwendung als Ersatz eines Potentiometers kann die Schaltung auch generell zur Pulsweitenmodulation, zur Phasenanschnittsteuerung oder auch zur Steuerung von Wider standsnetzwerken verwendet werden.In addition to use as a replacement for a potentiometer the circuit also generally for pulse width modulation Phase control or also for controlling contra stand networks can be used.

Entsprechend dem Gleichwertanteil auf der Steuerleitung 40 kann auf diese Weise der Motorregler bzw. der Motor 1 in seinen Laufeigenschaften beeinflußt werden. Diese Steuerung kann entweder über das Bedienfeld des Mikroprozessors oder von einer Fernbedienung abgeleitet werden. Es ist auch mög lich, die Steuerung durch Ausgabe entsprechender Signale aus einem anderen Computer vorzunehmen. Auf diese Weise lassen sich auf einfache Weise Steuerungen in verfahrenstechnischen Anlagen realisieren.In this way, the motor controller or the motor 1 can be influenced in its running properties in accordance with the equivalent value on the control line 40 . This control can either be derived from the control panel of the microprocessor or from a remote control. It is also possible to carry out the control by outputting appropriate signals from another computer. In this way, controls can be implemented in process engineering plants in a simple manner.

Durch Verwendung des Mikroprozessors sind Auflösungen von 1, 0,5 oder 0,1% realisierbar.By using the microprocessor, resolutions of 1, 0.5 or 0.1% realizable.

Bei Ausschalten der Versorgungsspannung oder bei Netzausfall ist vorzugsweise vorgesehen, daß der aktuelle Ausgangswert ab gespeichert und bei Spannungswiederkehr am Ausgang wieder zur Verfügung gestellt wird, d. h. das die einmal eingestellte "Po tentiometer-Position" erhalten bleibt.When the supply voltage is switched off or in the event of a power failure it is preferably provided that the current output value ab saved and at the voltage return at the output back to Is provided, d. H. that the "Po tentiometer position "is retained.

BezugszeichenlisteReference symbol list

1 Antriebsmotor
2 Frequenzumrichter
3 Sollwertgeber
4 Computer
5 Fernbedienung
6 Bedienungselemente
7 Mikroprozessor
8 Anzeigeelemente
9 Netzteil
10 Ausgang
11 Digital-Analog-Wandler
12 Spannungsanschluß
13 - Kontakt
14 + Kontakt
15-20 Anzeigeelemente
21 Treiber
22 Spannungsstabilisator
23 Gleichrichter
24 Gleichrichter
25 Transformator
26 Ausgangssignal
27 Parameterschalter
28 + Kontakt
29 - Kontakt
30 Resetknopf
31 Optokoppler
32 Optokoppler
33 Inverter
34 Optokoppler
35 Widerstand
36 Kondensator
37 Widerstand
38 Klemme
39 Klemme
40 Steuerleitung 1 drive motor
2 frequency converters
3 setpoints
4 computers
5 remote control
6 controls
7 microprocessor
8 display elements
9 power supply
10 exit
11 digital-to-analog converters
12 voltage connection
13 - contact
14 + contact
15-20 display elements
21 drivers
22 Voltage stabilizer
23 rectifiers
24 rectifiers
25 transformer
26 output signal
27 parameter switches
28 + contact
29 - Contact
30 reset button
31 optocouplers
32 optocouplers
33 inverters
34 optocouplers
35 resistance
36 capacitor
37 resistance
38 clamp
39 clamp
40 control line

Claims

1. Setpoint generator for resistance-controlled devices, in particular current or frequency converter, characterized in that a program-controlled microprocessor ( 7 ) is provided, the output signal of which is pulse-width-modulated, and that this output signal is electrically isolated on a Digi tal-analog converter ( 35 , 36 , 37 ), whose supply voltage is taken from the resistance-controlled device ( 2 ) and whose output signal is routed to the control input ( 40 ) of the resistance-controlled device.

2. Setpoint generator according to claim 1, characterized in that the pulse width modulation of the microprocessor is controlled by stored parameter specifications, the basic values of which can be set by the user via first operating elements ( 6 ).

3. Setpoint generator according to claim 2, characterized in that the first operating elements ( 6 ), second operating elements ( 5 ) are connected in parallel, which are galvanically decoupled from the first operating elements ( 31 , 32 ).

4. Setpoint generator according to claim 1, characterized in that the output signal ( 26 ) of the microprocessor ( 7 ) is connected to an inverter ( 33 ), the output of which is supplied to an optocoupler ( 34 ).

5. Setpoint generator according to claim 4, characterized in that the output signal of the optocoupler ( 34 ) is fed to the digital-to-analog converter, which is formed from an RCR element.

6. Setpoint generator according to claim 1, characterized in that the microprocessor ( 7 ) are assigned display elements, of which first display elements ( 15 , 16 ) the representation of the parameter selection and second display elements ( 17-20 ) of the value specification when a parameter changes and / or serve the value display in the operating state.