DE647657C - Einrichtung zur Regelung von Betriebsgroessen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Regelung von Betriebsgrößen, bei der eine dem Sollwert der zu regelnden Größe entsprechende Wegstrecke mit einer dem Istwert der zu regelnden Größe entsprechenden Wegstrecke verglichen wird, wobei diese Wegstrecken durch elektrische Impulsreihen entstehen, die von einem unabhängigen, eine Leitgröße bildenden Gerät für den Sollwert und von einem durch die zu regelnde Größe beeinflußten Meßgerät für den Istwert gegeben wird. Erfindungsgemäß wird durch die mittels des Ausschlages des Meßinstrumentes abgegriffene Dauer der Einzelimpulse in Verbindung mit der Konstanz der Impulshäufigkeit ein Mittelwert für die Istwegstrecke geschaffen, der beim Vergleich mit der Leitwegstrecke über ein Kontaktorgan einen Regelvorgang auslöst, bei dessen Anfang dieses Kontaktorgan wieder frei wird und selbsttätig in die: Anfangslage zurückkehrt. Diese Art der Regelung eignet sich besonders für solche Fälle, wo die zu regelnde Größe nicht in der Nähe des Regelorganes gemessen werden kann, wo es vielmehr einer Fernübertragung der Meßwerte bedarf. Man kann nämlich Meßwerte in verhältnismäßig einfacher Weise in Impulse umwandeln, deren Länge ein Maß für die gegebene Größe ist.

Die Durchführung der Erfindung ist auf zwei verschiedenen Wegen denkbar. Erstens kann man nämlich die Zahl der in der Zeiteinheit erzeugten Impulse konstant halten, und zweitens kann man mit der Länge der Impulse auch die Häufigkeit der Impulse verändern. Jede dieser Ausführungsformen hat ihren besonderen Vorteil. Während nämlich die zuerst genannte Ausführungsform eine besonders einfache und empfind- liehe Einwirkung auf das Regelorgan gestattet, läßt sich bei Verwendung der zweiten Ausführungsform die Fernübertragung mit einfacheren Mitteln übertragen.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungs- -45 beispiele der Erfindung dargestellt. Die Abb. ι zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Impulshäufigkeit unverändert bleibt. Die Impulse werden dabei an der Meßstelle gebildet mit Hilfe eines Meßinstrumentes, dessen Zeiger 1 mit geringem Abstand über einem Segment 2 spielt. Ein Fallbügel 3, der ^heruntergeklapptem Zustand das Segment überdeckt, dient dazu, den Zeiger 1 während der Impulsgabe festzuhalten. Der Fallbügel 3 wird gesteuert mit Hilfe eines an ihm befestigten Armes 4 durch eine Kurvenscheibe 5. Diese Kurvenscheibe sitzt auf einer Welle 6, die über ein Schneckengetriebe 7 von einem mit konstanter Geschwindigkeit umlaufenden Motor 8, z. B. einem Synchronmotor, angetrieben wird. Außerdem trägt die Welle 6 einen Arm 9 aus Isoliermaterial. Auf diesem ist auf einer Achse 10 drehbar gelagert ein ^Winkelhebel 11, der eine Kontaktfeder 12 trägt.

Eine Kippfeder 13, die an einem auf dem Arm 9 festsitzenden Stift 14 befestigt ist, hält den Arm 11 entweder in der in der Zeichnung dargestellten Lage gegen den Anschlag 15 fest oder legt ihn nach zwangsläufiger Überschreitung der Mittelkipplage mit der Kontaktfeder 12 gegen einen festen Kontakt 16. Die Kontaktfeder 12 und der feste Kontakt 16 sind mit zwei Schleifringen 17 und 18 verbunden, von denen aus der Stromkreis auf zwei Fernleitungen 19 und 20 geführt ist. 21 ist ein elastischer, ortsfest gelagerter Anschlag. Die bisher beschriebene Geberanordnung wirkt wie folgt: . Bei der Drehung der Welle 6 wird zunächst einmal durch die Kurvenscheibe 5 der Fallbügel 3 niedergedrückt, so daß der Zeiger ι in seiner Stellung festgehalten wird. Kurz danach erreicht der Arm 9 den Skalenbereich. Am Nullpunkt der Skala läuft der äußere Arm des Winkelhebels 11 gegen den Anschlag 21, so daß der Hebel über seine labile Mittellage hinweg in seine andere Endlage gekippt wird. Dabei werden die Kontakte 12 und 16 geschlossen. Dieser Kontaktschluß bleibt so lange aufrechterhalten, bis der Arm 9 den Zeiger 1 erreicht hat. In diesem Augenblick stößt der innere Arm des Winkelhebels 11 gegen den Zeiger, so daß der Winkelhebel in seine andere Endlage geworfen wird und damit die Verbindung zwischen den Kontakten 12 und 16 aufgehoben ist. Dieses Spiel wiederholt sich bei jeder Umdrehung der Achse 6.

An der Empfangs- und Regelstelle ist eine Batterie 2i_a aufgestellt, die die Spannung für den Fernübertragungsstromkreis liefert.

Ein Relais 22 steuert in Abhängigkeit von dem über die Fernleitung fließenden Stromimpulse einen Motor 23, der zweckmäßig als selbstanlaufender Synchronmotor ausgebildet ist. Da die von ihm abzugebende Leistung fast beliebig klein gehalten werden kann, so ist es möglich, den Alotor so auszubilden, daß er innerhalb einer Periode auf volle Drehzahl anspringt und in derselben Zeit zum Stillstand gelangt. Von dem Motor 23 wird über ein Schneckengetriebe 24 die eine Hälfte einer lösbaren Reibungskupplung 25 angetrieben, deren andere Hälfte auf einer Welle 26 befestigt ist. Die Welle 26 trägt einen Arm 27 mit einem Kontakt 28, der mit einem Schleifring 29 in leitender Verbindung steht. 30 und 31 sind zwei Schleifringe, über die ein in der Reibungskupplung sitzender Magnet an Spannung gelegt werden kann.

Von diesem Magneten wird die Kupplung 25 gelöst, wenn er an Spannung gelegt wird.

Gleichachsig zu der Welle 26 ist eine Welle 3- angeordnet, die einen Arm 33 trägt. An diesem Arm ist eine Gabel 34 mit zwei Kontakten 35 und 36 befestigt. Die Kontakte stehen mit Schleifringen $7 und 38 in leitender Verbindung. Beide Arme 27 und 33 sind über die Wellen hinaus verlängert und durch Federn 39 so miteinander gekoppelt, daß entgegen der Spannung dieser Federn der Kontakt 28 mit einem der Kontakte 35 oder 36 in Berührung gebracht werden kann, daß die Arme aber, sobald sie lediglich der Einwirkung der Federn überlassen sind, in eine Lage gebracht werden, bei der der Kontakt 28 frei zwischen den Kontakten 35 und 36 liegt. Die Welle 32 wird über einen Schnekkentrieb 40 und einen Reibradtrieb 41 von einem Synchronmotor 42 angetrieben. 43 ist eine Batterie, aus welcher der Strom für einen Steuermotor 44, für ein polarisiertes Relais 45 und für den in der Kupplung 25 untergebrachten Magneten entnommen wird. 46 ist ein Zeitwerk, dessen Wirkung darin beruht, daß von der Spule 47 ein Eisenkern nach unten gezogen wird, der z. B. über einen Schnurtrieb eine Scheibe 48 mitnimmt. Die Scheibe 48 trägt einen Ansatz 49, der einen Kontakt 51 öffnet, von dem nach einem durch Verschieben des feststehenden Anschlages 50 einstellbarem Wege. Die Zeitdauer bis zum öffnen dieses Kontaktes kann durch Verschieben des Anschlages 50 geändert werden. 52 ist ein Gegengewicht, das das Zeitwerk in seine Ausgangsstellung zurückführt, wenn die Spule 47 stromlos wird.

Die beschriebene Empfängeranordnung arbeitet wie folgt:

Von dem Relais 22 wird der Synchronmotor 23 innerhalb gleicher Zeitabstände für eine Dauer an Spannung gelegt, welche dem Abstand des Zeigers 1 von dem Anfang der Meßskala entspricht. Dieser Dauer entsprechen damit auch die einzelnen Bewegungsschritte des Motors 23. Über das Schneckengetriebe 24 wird dabei der Arm 27 schrittweise mit einer mittleren Geschwindigkeit bewegt, welche ihrerseits auch dem Abstand des Zeigers 1 von dem Anfang der Skala entspricht. Der Arm 33 wird von dem Motor 42 aus mit einer Geschwindigkeit angetrieben, welche dem gewünschten Abstand des Zeigers 1 von dem Skalenanfang entspricht, dabei kann die Geschwindigkeit mit Hilfe des Reibradtriebes 41 beliebig eingestellt werden. Sobald nun der Zeiger 1 zu hoch oder zu tief steht, eilt der Motor 23 und damit der von ihm angetriebene Arm 27 dem Arm 33 vor oder bleibt hinter ihm zurück. Im zuerst genannten Fall kommt es schließlich zu einem Kontaktschluß zwischen den Kontakten 28 und 36, so daß folgender Stromkreis geschlossen wird: Von dem Plus- iao pol der Batterie 43 über den Schleifring 38, die Kontakte 36 und 28, den Schleifring 29

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und das polarisierte Relais 45 zur Mitte der Batterie 43. Infolgedessen wird der Anker des polarisierten Relais 45 nach links gezogen und dadurch der Regelmotor 44 an Spannung gelegt. Mit Hilfe des oberen Relaiskontaktes wird außerdem über die Spule 47 das polarisierte Relais mit dem Pluspol der Stromquelle verbunden, so daß es auch bei dem Öffnen der Kontakte 28 und 36 noch in seiner linken Endlage stehenbleibt. Dadurch wird erreicht, daß die Laufzeit des Regelmotors 44 unabhängig -von der Länge der Kontaktgabe zwischen den Kontakten 28 und 36 wird. Außerdem ist parallel zum Motor 44 der in der Kupplung 25 untergebrachte Magnet geschaltet, so daß bei Beginn der Regelbewegung des Motors 44 die Kupplung 25 gelöst und dadurch der Arm 2.7 von jeder zwangsläufigen Führung frei wird. Er stellt sich infolgedessen unter der Einwirkung der Federn 39 wieder auf die in der Zeichnung dargestellte mittlere Lage zwischen den Kontakten 35 und 36 ein. Sobald von dem Zeitwerk 46 der Kontakt 51 unterbrochen wird, wird das Relais 45 wieder stromlos; dadurch fällt der Anker in seine Mittellage zurück. Gleichzeitig wird dabei der Motor 44 und der Magnet in der Kupplung 25 abgeschaltet. Die Kupplung wird also wieder eingelegt, so daß von neuem geprüft werden kann, ob die Wirkung des Regelschrittes genügt hat, den gewünschten Betriebszustand herzustellen. In vielen Fällen, z. B. dort, wo verhältnismäßig schwere Maschinen in ihrer Geschwindigkeit geändert werden sollen, wird sich die Wirkung des Regelschrittes erst einige Zeit nach Beendigung des Regelschrittes voll zeigen. In diesen Fällen wäre es also erwünscht, daß die Kupplung 25 nicht sofort nach Beendigung des Regelschrittes wieder eingelegt wird. Das kann z. B. dadurch erreicht werden, daß für den Magneten in der Kupplung 25 ein besonderes Zeitschaltwerk vorgesehen wird.

. In der Abb. 2 ist eine andere Ausführungsmöglichkeit dargestellt. Diese unterscheidet sich von dem zuerst genannten Ausführungsbeispiel nicht nur dadurch, daß, wie bereits oben ausgeführt wurde, die Impulshäufigkeit sich mit der Impulslänge ändert, sondern auch noch dadurch,- daß aus den einzelnen Impulsen geometrische Größen, im vorliegenden Falle Winkel, gebildet werden, die mit einer Vergleichsgröße einzeln verglichen werden. Während also bei dem in der Abb. 1 dargestellten Beispiel die einzelnen Impulse in Winkel verwandelt und diese Winkel addiert wurden und so die Summe der Unterschiede aus einer ganzen Reihe von Regel- und Vergleichsimpulsen zur Steuerung benutzt werden konnte, bedarf es bei dem im folgenden dargestellten Ausführungsbeispiel einer nennenswertes" Abweichung der Impulslänge von der Vergleichslänge, um einen Regelvorgang auszulösen. Dieser Nachteil wird aber in vielen Fällen ausgeglichen durch die einfache Form, welche für die Fernübertra-" gung gewählt werden kann. In der Abb. 2 ist eine Anordnung dargestellt, die z. B. zur Regelung einer über einen Leiter fließenden Leistung verwendet werden kann. In Abhängigkeit von der über die Leitung 53 fließende Leistung wird ein Zähler 54 angetrieben. Auf der Achse des Zählers sitzt eine runde Isolierscheibe 55, deren Umfang ein Bogenstück 56 aus leitendem Material trägt. Von diesem Bogenstück werden für eine halbe Umdrehung zwei Bürsten 57 und 58 kurz geschlossen. Während dieser Zeit fließt an der Empfangsstelle von der Batterie 59 ein Strom über das Relais 60. Infolgedessen wird der Eisenkern dieses Relais in die Spule hineingezogen und dadurch eine Klinke 61 in ein mit Zähnen versehenes Planetenrad 62 eines Planetengetriebes eingelegt, dessen eines Seitenrad 63 auf der Welle eines ständig laufenden Synchronmotors 64 befestigt ist, während von dem zweiten Seitenrade 65 eine steilgängige Schnecke 66 angetrieben wird. Das von der Schnecke angetriebene Schnekkenrad 67 ist lose drehbar auf einer Achse 68 gelagert. Es trägt einen Anschlag 69 und wird von'einer Feder 70 gegen einen verstellbaren festen Anschlag 71 gezogen. Die Steigung der Schnecke 66 ist so gewählt, daß auch bei Antrieb auf das Schneckenrad der Schneckentrieb nicht selbsthemmend wird. In der von dem Anschlag 69 durchlaufenen Bahn ist ein Federsatz 72, 73 und 74 ortsfest angebracht. 75 ist ein Kondensator, 76 eine Gasentladungsstrecke, 77 eine Batterie, 78 ein hochohmiger Widerstand, 79 und 80 sind zwei Relais, deren Erregerwicklungen von der Batterie JJ gespeist werden, während zur Speisurig ihrer Haltewicklung eine Batterie 81 dient, die gleichzeitig den Antrieb für einen das Regelorgan betätigenden Doppelkollektormotor 82 liefert. 46 ist ein Zeitwerk, das dem in der Abb. 1 dargestellten in Aufbau und Wirkungsweise entspricht und dessen Einzelteile der leichteren Übersicht halber fortgelassen sind.

Die oben beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt:

Der Rotor des Zählers 54 dreht sich mit einer Geschwindigkeit, die der über die Leitung 53 fließenden Leistung entspricht. Mit dieser Geschwindigkeit wird auch das Segment 56 an den beiden Bürsten 57 und 58 vorübergeführt, so daß die Länge der Stromimpulse umgekehrt proportional ist der Drehgeschwindigkeit des Zählerrotors. Während

eines jeden Stromimpulses wird über die Fernleitungen der Stromkreis der Batterie 59 geschlossen und das Relais 60 erregt. Dieses sperrt infolgedessen mit der Nase 61 den Zahnkreis des Planetenrades 62. Dadurch ist während des Impulses der Motor 64 mit der Schnecke 66 starr gekuppelt und nimmt das Schneckenrad 67 entgegen dem Sinne des Uhrzeigers mit. Am Ende des Stromimpulses fällt das Relais 60 wieder ab und gibt das Planetenrad 62 wieder frei. Dadurch wird der Motor 64 von der Schnecke 66 abgekoppelt, so daß die Feder 70 das Planetenrad 67 im Sinne des Uhrzeigers so weit zurückdrehen kann, bis der Anschlag 69 wieder gegen den Anschlag 71 anliegt. Wenn die über die Leitung 53 fließende Leistung mit dem Sollwert übereinstimmt, dann berührt am Ende jedes Impulses der Anschlag 69 den Kontakt 72, so daß sich die Kontakte 72 und 73 berühren. Es wird jedoch kein Kontakt zwischen den Kontakten 73 und 74 herbeigeführt. Durch das Schließen der Kontakte 72 und 72, wird der Kondensator 75 entladen. Dieser Kondensator wird über den zweckmäßig einstellbaren Widerstand 78 ständig langsam aufgeladen. Die Größe des Widerstandes 78 ist so gewählt, daß im Lauf eines Stromimpulses, der dem Sollwert der zu regelnden Größe entspricht, einschließlich der darauffolgenden Pause, die Spannung am Kondensator 75 nicht so hoch ansteigen kann, daß die Glimmstrecke 76 anspricht. Das Relais 79, welches mit der Glimmstrecke 76 in Reihe geschaltet ist, kann also nur Strom erhalten, wenn der Anschlag 69 die Kontakte 72 und "Ji nicht berührt. Solange der Istwert mit dem Sollwert übereinstimmt, werden aber die Kontakte 72 und 73 geschlossen. Das Relais 79 kann daher keinen Strom erhalten. Da die Kontakte 73, 74 geöffnet bleiben, wird auch das Relais 80 nicht erregt. Der Regelmotor 82 wird daher nicht beeinflußt. Ist dagegen der Istwert größer als der Sollwert, so erreicht während der Impulsdauer der Kontakt 69 nicht den Kontakt 72. Die Spannung am Kondensator 75 wird daher über die Zündspannung der Entladungsstrecke ansteigen, so daß diese Glimmstrecke zündet und dem Relais 79 ein Stromimpuls zugeführt wird. Dieses Relais zieht seinen Anker an und legt dabei erstens seine Haltewicklung über das Zeitrelais 46 an die Batterie 81 und zweitens die eine Ankerwicklung des Doppelkondensatormotors 82 an die Batterie 81. Der Motor 82 wirkt auf das Regelorgan ein, und zwar so lange, bis von dem Zeitwerk 46 der Haltestromkreis des Relais 79 unterbrochen wird. In diesem Augenblick fällt der Anker ab und dadurch wird auch der Motor 82 wieder stromlos. Ist dagegen der Sollwert kleiner als der Istwert, so werden nicht nur die Kontakte 72 und 73, sondern auch die Kontakte 73 und 74 geschlossen. Dadurch wird zwafr der Kondensator 75 entladen, aber das Relais 80 erhält einen Stromstoß. Dieses legt, ebenso wie vorhin beim Relais 79 beschrieben, seine Haltewicklung über das Zeitrelais an Spannung und außerdem die andere Ankerwicklung des Motors 82 an die Batterie 81. Auch hier wird der Regelvorgang durch das Zeitwerk 46 beendet. Neben der oben bereits erwähnten größeren Ungenauigkeit hat die beschriebene Steueranordnung noch den Nachteil, daß die Zündverzögerung der Gasentladungsstrecke 76 von der Impulshäufigkeit abhängig ist. Da jedoch die Einstellung des festen Anschlages 71 einer ganz bestimmten Impulslänge und damit auch Impulshäufigkeit zugeordnet ist, so kann man entsprechend dieser Impulslänge den Widerstand 78 einstellen, unter Umständen sogar dadurch, daß man eine ihn beeinflussende Einstellvorrichtung unmittelbar mit dem verstellbaren Anschlag 71 koppelt.

Neben den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen sind auch andere Ausführungen möglich. Man kann z. B. beide Ausführungsbeispiele in der Form kombinieren, daß eine Regelanordnung gemäß Abb. 1 mit Impulsen wechselnder Länge und Häufigkeit arbeitet, also mit einem Geber gemäß Abb. 2 ausgerüstet wird. Dabei ändert sich an der Wirkungsweise der Regelanordnung nur folgendes: Der den Arm 33 betätigende Motor 42 läuft nicht mit einer konstanten Geschwindigkeit, sondern wird jedesmal bei Beginn eines Impulses für eine ganz bestimmte Zeitdauer eingeschaltet. Dieser bestimmten Zeitdauer entspricht ein bestimmter Winkelweg des von dem Motor getriebenen Armes 33, so daß ein Vergleich der übertragenen Impulslängen mit der von dem Motor 42 gegebenen Impulslänge ohne weiteres in der in der Abb. 1 dargestellten Form durchgeführt werden kann. Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Dauer, während der der Verstellmotor 44, 82 für die zu regelnde Größe läuft, konstant und wurde durch ein Zeitwerk bestimmt. In vielen Fällen ist es erwünscht, bei großen Abweichungen zwischen Ist- und Sollwert den Regelschritt zu vergrößern, entweder dadurch, daß man die Laufdauer des Verstellmotors vergrößert oder seine Laufgeschwindigkeit erhöht. Dies kann man mit Hilfe der Einrichtung gemäß der Erfindung in einfacher Weise dadurch erreichen, daß man die Laufdauer oder Laufgeschwindigkeit des Regelmotors ab- iao hängig macht von der Zeit, die zwischen dem Wiederankoppeln des auslösenden Organs

und der Auslösung eines neuen Regelschrittes liegt, und zwar müssen kürzeren Pausen größere Regelschritte bzw. eine erhöhte Drehzahl des Regelmotors entsprechen. Eine derartige Abhängigkeit des Regelschrittes von der Zeitdauer zwischen dem Ankoppeln des auslösenden Organs und der Auslösung eines neuen Regel Schrittes läßt sich mit Hilfe bekannter Anordnungen leicht herstellen.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zur Regelung von Betriebsgrößen, bei der eine dem Sollwert der zu regelnden Größe entsprechende Wegstrecke mit einer dem Istwert der Größe entsprechenden Wegstrecke ver-. glichen wird, welche Wegstrecken durch elektrische Impulsreihen entstehen, die von einem unabhängigen, eine Leitgröße bildenden Gerät für den Sollwert und von einem durch die zu regelnde Größe beeinflußten Meßgerät für den Istwert gegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch die mittels des Ausschlages des Meßinstrumentes abgegriffene Dauer der Einzelimpulse in Verbindung mit der Konstanz der Impulshäufigkeit ein Mittelwert für die Istwegstrecke geschaffen wird, der beim Vergleich mit der Leitwegstrecke über ein Kontaktorgan einen Regelvorgang auslöst, bei dessen Anfang dieses Kontaktorgan wieder frei wird und selbsttätig in die Anfangslage zurückkehrt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß außer der Dauer der elektrischen Einzelimpulse auch die Impulshäufigkeit veränderlich ist und für die Auslösung des Regelvorganges benutzt wird.
3. 3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung, z. B. ein Differenzgetriebe, die von der Meßgröße und der Vergleichsgröße beeinflußt wird und die Summe der Unterschiede beider Größen bildet.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das auslösende Organ nach Auslösen der Regelbewegung noch so lange unabhängig bleibt, bis der Regelschritt vollendet ist und sich ausgewirkt hat.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Regelschrittes von der Pause zwischen dem Wiederankoppeln des auslösenden Organs und der Auslösung eines neuen Regelschrittes derartig abhängig ist, daß kürzeren Pausen größere Regelschritte entsprechen.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsgeschwindigkeit des Regelantriebes derart von der Pause zwischen dem Wiederankoppeln des auslösenden Organs und der Auslösung eines neuen Regelschrittes abhängig ist, daß kürzeren Pausen höhere * Antriebsgeschwindigkeiten entsprechen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen