DE69320250T2

DE69320250T2 - Verfahren und Einrichtung zur Verlängerung der Lebensdauer eines Relais

Info

Publication number: DE69320250T2
Application number: DE69320250T
Authority: DE
Inventors: Mark A. Frankfort Ky 40601 Eifler; Mark E. Versailles Ky 40383 Miller; Craig M. Lexington Ky 40515 Nold; Mitchell R. Berea Ky 40403 Rowlette; Alan R. Lexington Ky 40502 Sawyers
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Sensata Technologies Inc
Priority date: 1992-05-20
Filing date: 1993-05-11
Publication date: 1998-12-17
Anticipated expiration: 2013-05-12
Also published as: EP0571122B1; DE69320250D1; JPH0620551A; KR930024040A; JP3386843B2; US5530615A; EP0571122A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf das Schalten elektrischer Lasten und genauer auf mikroprozessorbasierte Schaltungs steuerungen.
In einer gleichzeitig anhängigen Anmeldung ist eine Steuerung zum Steuern von Gasschmelzofensystemen beschrieben und beansprucht. Gemäß der Anmeldung steuert die Steuerungsschaltung auf der Grundlage der Eingangssignale von einem Raumthermostaten, einem Gasventil und einem Oberwertschalter die Heizgeschwindigkeit und die Abkühlgeschwindigkeit eines Ventilatormotors. Alle Steuerungseingangssignale sind 24 V-Wechselstromsignale, die über Strombegrenzungswiderstände Eingangssignale für einen Mikroprozessor sind, und der IRQ-Eingang ist an den 24 V-Wechselstromtransformator angeschlossen, der zum Synchronisieren der Werte der 24 V-Wechselstrom-Eingangssignale auf der Grundlage einer Eingaberoutine, die als eine IRQ-Unterbrechungsroutine ausgeführt wird und die Eingangssignale auf dem Spitzenpegel des Wechselstromsignals liest, verwendet wird. Die Ausgabe erfolgt auf der Grundlage der Echtzeituhr, die den internen Oszillator steuert und asynchron zu der 60 Hz-Leitungsfrequenz ist, so daß die Relaiskontakte, die als Antwort auf das Mikroprozessor-Ausgangssignal eingeschaltet und ausgeschaltet werden, zufällig geöffnet und geschlossen werden, um die Lebensdauer der Relaiskontakte zu erhöhen.
Die europäische Patentanmeldung Nr. 0 353 986 offenbart ein Schaltungssystem, in dem ein Relais zum Schalten einer Wechselstrom-Leitungsquelle mit einer periodischen Signalform verwendet wird, wobei das Treibersignal für das Relais zu einer solchen Zeit bereitgestellt wird, daß das Schließen der Relaiskontakte in der Nähe eines Nulldurchgangs der Wechselstrom- Leitungsspannung eintritt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zum Erhöhen der Lebensdauer von Relaiskontakten für widerstandsbehaftete und induktive Lasten zu schaffen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Mikroprozessor-Schaltungssteuerung zu schaffen, die relativ geringe Kosten verursacht, zuverlässig ist und zu einer verbesserten Lebensdauer der Relaiskontakte führt.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Schaltsystem zum Schalten einer Wechselstromnetzquelle mit periodischer Signalform, mit wenigstens einem Relais, wobei das oder die Relais Kontakte besitzen, die geschlossen und geöffnet werden können; einer Transformatoreinrichtung mit einem gemeinsamen Transformatorwechselstromanschluß, um aus der Wechselstromnetzquelle eine Niederspannungswechselstromguelle zu erzeugen; einer Einrichtung, die mit der Transformatoreinrichtung verbunden ist, um Niederspannungswechselstromeingangssignale zu erzeugen;
einer Mikroprozessoreinrichtung mit Signaleingangsanschlüssen, Ausgangsanschlüssen, die mit dem jeweiligen Relais verbunden sind, sowie einem IRQ-Unterbrechungsanschluß, der mit dem gemeinsamen Transformatorwechselstromanschluß verbunden ist;
einer Einrichtung für den Mikroprozessor zum Lesen eines Wechselstromeingangssignals von dem Transformator, wenn das Wechselstromeingangssignal einen Spitz enpegel aufweist, wobei das oder jedes Relais seine eigene Zeitkonstante besitzt, die die Zeit darstellt, die verstreicht, während das Relais die mechanische Operation des Kontaktschließens ausführt, gemessen ab dem Zeitpunkt, zu dem das Relais ein Signal empfängt, das diese Kontaktschließoperation veranlaßt;
einer Einrichtung zum Ableiten einer Zeitverzögerung zum Erzeugen eines Mikroprozessorausgangssignals für das oder jedes Relais, das einem Eingangssignal an einem der Signaleingangsanschlüsse folgt, durch Subtrahieren einer ausgewählten Zeitkonstante von der Hälfte der Periode der Signalform der Wechselstromnetzguelle; und
einer Einrichtung zum Erzeugen eines Ausgangssignals von der Mikroprozessoreinrichtung für das oder jedes Relais zu einem Zeitpunkt, der der verzögerungszeit entspricht, die dem Nulldurchgang der Wechselstromnetzspannung folgt;
bei dem die ausgewählte Zeitkonstante auf das Maximum der Zeitkonstanten einer Gruppe von Relais festgelegt ist, wobei das oder die Relais des Schaltsystems unter den Relais enthalten sind, die die Gruppe der Relais bilden.
Ein Ergebnis der Verwendung der für eine Gruppe der Relais erhaltenen maximalen Zeitkonstante als die ausgewählte Zeitkonstante besteht darin, daß ein Schließen der Kontakte für irgendein Relais im allgemeinen vor dem Zeitpunkt des Nulldurchgangs der Wechselstromnetzspannung stattfindet.
Vorzugsweise enthält das Schaltsystem eine Einrichtung zum Addieren einer zusätzlichen Verzögerungszeit von einer Hälfte der Periode der Signalform der Wechselstromnetzguelle zu der Verzögerungszeit auf Zufallsbasis.
Ein Ergebnis des zufälligen Addierens der zusätzlichen Verzögerung besteht darin, daß die Polarität beim Schließen der Kontakte ständig geändert wird, wodurch sich die Lebensdauer der Kontakte erhöht.
Vorzugsweise wird eine Relaisansteuerungseinrichtung zwischen den Ausgangsanschlüssen der Mikroprozessoreinrichtung und dem jeweiligen Relais angeschlossen.
Vorzugsweise wird die Verzögerungszeit so abgeleitet, daß die Kontaktschließung stattfindet, wenn die Wechselstromnetzspannung ungefähr 30 Volt beträgt.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Schaltsystem zum Schalten einer Wechselstromnetzguelle mit periodischer Signalform, bei dem das oder jedes Relais seine eigene zweite Zeitkonstante aufweist, die derjenigen Zeitspanne entspricht, die verstreicht, während das Relais die mechanische Operation seiner Kontaktschließung durchführt, gemessen ab dem Zeitpunkt, zu dem das Relais ein Signal zum Kontaktöffnen empfängt, wobei das Schaltsystem vorzugsweise versehen ist mit einer Einrichtung zum Ableiten einer zweiten Verzögerungszeit zum Erzeugen eines Mikroprozessorausgangssignals für das oder jedes Relais, das einem Eingangssignal am Signaleingangsanschluß folgt, indem eine ausgewählte zweite feste Zeitkonstante von einer Hälfte der Periode der Wechselstromnetz-Signalform subtrahiert wird, sowie mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines Ausgangssignals von dem Mikroprozessor für das oder jedes Relais zu einem Zeitpunkt, der der zweiten Verzögerungszeit entspricht, die einem Nulldurchgang der Wechselstromnetzspannung folgt d.h. zum Lösen des Kontakts zu dem Zeitpunkt des Nulldurchgangs der Wechselstromnetz spannung.
Vorzugsweise ist die ausgewählte zweite Zeitkonstante auf das Maximum der zweiten Zeitkonstanten der Gruppe der Relais festgelegt. Das erzeugt eine Kontaktschließung der meisten Relais vor dem Zeitpunkt des Nulldurchgangs der Wechselstromnetzspannung.
Vorzugsweise wird die ausgewählte zweite feste Zeitkonstante so abgeleitet, daß eine Kontaktschließung bewirkt wird, wenn die Wechselstromnetzspannung ungefähr 30 V beträgt.
Vorzugsweise enthält das Schaltsystem eine Einrichtung zum Addieren einer zusätzlichen Verzögerungszeit von einer Hälfte der Periode der Wechselstromnetz-Signalform zur zweiten Verzögerungszeit auf Zufallsbasis. Das erzeugt eine ständige Änderung der Schaltpolarität bei der Kontaktschließung, nicht aber bei der Kontaktöffnung.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Schalten eines Netzwechselstroms in einem System, das versehen ist mit wenigstens einem Relais mit beweglichen Kontakten, einer Niederspannungswechselstromquelle zum Erzeugen eines Niederspannungswechselstromeinganqssignals sowie einer Mikroprozessoreinrichtung, die im Betrieb die Niederspannungswelchselstromeingangssignale empfängt und Ausgangssignale zum Betätigen der Relaiskontakte erzeugt, die sich im Betrieb als Antwort auf die Mikroprozessorsignale schließen oder öffnen, wobei das jeweilige Relais eine erste Zeitkonstante, die gleich der Zeitspanne ist, die während der mechanischen Operation der Kontaktschließung verstreicht, sowie eine zweite Zeitkonstante aufweist, die gleich der Zeitspanne ist, die während der mechanischen Operation der Kontaktöffnung verstreicht, und wobei die Mikroprozessoreinrichtung zusätzlich zu einem IRQ-Unterbrechungseingangsanschluß eine Echtzeituhr besitzt, wobei
das Verfahren die Schritte enthält: Verbinden der Niederspannungswechselstromquelle mit dem IRQ-Unterbrechungseingangsanschluß; Ausführen einer Routine bei jeder fallenden Flanke des Niederspannungswechselstromsignals, wobei die Routine die Schritte des Lesens des Niederspannungswechselstromsignals nach einer entsprechenden fallenden Flanke einer gemeinsamen Wechselspannung und das Erzeugen eines Ausgangssignals von dem Mikroprozessor für ein ausgewähltes Relais zum Betätigen des Relais durch Schließen der Kontakte zu einem Zeitpunkt enthält, der gleich der ersten Verzögerungszeitspanne ist, die dem Lesen des Wechselstromeingangssignals folgt, wobei die erste Verzögerungszeit fest ist und dem Maximum der ersten Zeitkonstanten einer Gruppe von Relais entspricht, wobei das oder jedes Relais des Schaltsystems unter den Relais enthalten ist, die die Gruppe von Relais bilden.
Vorzugsweise wird zur ersten Verzögerungszeit eine Zeitdauer, die gleich einer Hälfte der Periode der Signalform der Wechselstromnetzquelle ist, auf Zufallsbasis addiert.
Vorzugsweise wird eine zweite Verzögerungszeit verwendet, um ein Mikroprozessorausgangssignal für das oder jedes Relais zum Öffnen der Kontakte zu erzeugen, wobei die zweite Verzögerungszeit auf das Maximum der zweiten Zeitkonstanten der Gruppe der Relais festgelegt ist.
Vorzugsweise wird eine Zeitperiode von einer Hälfte der Periode der Signalform der Wechselstromnetzquelle bei jeder anderen Operation zum Öffnen der Relaiskontakte zur zweiten Verzögerungszeit addiert. Dies ändert von einem Schaltvorgang zum nächsten die Polarität, bei der das Schalten stattfindet.
Bei Verwendung mit induktiven Lasten wie den Ventilatormotoren, auf die in der Anmeldung mit der lfd. Nr. (Aktenzeichen des Anwalts: A18634) Bezug genommen wird, wird die Zeitkonstante zum Schließen der Kontakte zum synchronen Einschalten des Relais zum Schließen der Kontakte verwendet; jedoch wird das Ausschalten des Relais zum Öffnen der Kontakte wie in der durch Literaturverweis eingefügten gleichzeitig anhängigen Anmeldung beschrieben asynchron ausgeführt. Alternativ kann das Öffnen der Kontakte asynchron unter Verwendung eines Stromsensors zum Bestimmen des Nulldurchgangs der Stromschwingung oder in relativ einfachen Anwendungen durch Berechnen des Leistungsfaktors bewirkt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Schaltplan eines Systems des Standes der Technik, in dem eine Leiterplatte durch die auf der Platte ausgeführten Funktionen gezeigt ist;
Fig. 2 ist ein Schaltplan des Systems aus Fig. 1, in dem die Bauelemente der Leiterplatte gezeigt sind;
Fig. 2a zeigt den Leiterplattenentwurf gemeinsam mit den Verbindungen zu den verschiedenen Systemkomponenten;
Fig. 3 ist eine vereinfachte Version von Fig. 2, die eine der Wechselstromeingangssignalleitungen und den Mikroprozessor und mehrere Signalformen zeigt;
Fig. 3a stellt Signalformen dar, die sich auf Fig. 3 beziehen;
Fig. 4 zeigt Schlüsselschritte der Eich- und Eingangssignal- Leseroutine gemeinsam mit erläuterndem Material, das die Beziehung zwischen der Signalform des Signals und der des gemeinsamen Anschlusses zeigt;
Fig. 5 ist eine Eingangssignal-Leseroutine;
Fig. 6 ist eine Eingangssignal-Eichroutine;
Fig. 7 ist ein Überblick über das Hauptprogramm;
Fig. 8 ist eine Merkerroutine für R/LIMIT, GECON; W/IND DFT;
Fig. 9 ist eine Merkerroutine für MV (Hauptventil);
Fig. 10 ist eine Ausgabe-Merkerroutine;
Fig. 11 ist eine Ausgaberoutine
Fig. 12 ist eine Zählerroutine;
Fig. 13 ist eine Saugzug-Ausgaberoutine;
Fig. 14 ist ein Speicherplan;
die Fig. 15-17 sind Wahrheitstabellen für die Heiz- und Abkühlgeschwindigkeit bzw. den Saugzugventilator;
Fig. 18 ist eine Skizze einer Wechselstromnetzspannungs- Signalform und eines Ausgangssignals zum Einschalten und Ausschalten der Relaiskontakte gemäß der Erfindung;
Fig. 19 ist ein Schaltplan ähnlich Fig. 2, der ein Rückkopplungsnetz zum Eichen der Zeitkonstante der Relais enthält;
Fig. 20 zeigt einen Leiterplattenentwurf von Fig. 19 ähnlich zu Fig. 2a.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Insbesondere in Fig. 1 sind die verschiedenen Bauelemente des Systems gemeinsam mit einer schematischen Darstellung der durch die gemäß der Erfindung hergestellte Steuerung geschaffenen Funktionen gezeigt.
Ein 120/24 V-Wechselstromtransformator 10 stellt über die automatische Zündersteuerung 14 eine 24 Volt-Wechselspannungsversorgung für eine Gasventil-Zylinderspule 12 und eine MV- Anschlußeinheit auf dem Schaltpult 1 bereit. Die 24 Volt- Wechselspannungsversorgung ist auch über einen Wärmebegrenzer 16 an den R/Limit-Anschlußpunkt auf dem Schaltpult 1 angeschlossen. Die Anschlußpunkte W und G eines Raumthermostaten 32 sind an die Anschlußpunkte W bzw. G/ECON auf dem Pult 1 angeschlossen.
Ein Motor 18 eines Saugzugventilators und ein Motor 20 eines Zweigeschwindigkeitsventilators sind wie gezeigt an die Netzspannung L1, L2 angeschlossen. Das Einschalten des Ventilatormotors 18 wird durch eine Relaisspule K3 von einem Ausgangssignal auf dem Pult 1 gesteuert, und das Einschalten der Abkühlgeschwindigkeit bzw. der Heizgeschwindigkeit des Ventilatormotors 20 wird durch die Relaisspulen K1 und K2 von Ausgangssignalen des Pults 1 gesteuert.
Das Schaltpult 1 ist mit den Funktionsblöcken 22, 24, 26 und 28 gezeigt. Der Block 22, der ein Eingangssignal von dem Anschlußpunkt MV, dem Hauptventil empfängt, erzeugt ein Heizventilator- Einschaltsignal mit einer ausgewählten Zeitverzögerung von 30 Sekunden beim Einschalten und 180 Sekunden beim Ausschalten und einem momentanen Einschalten des Saugzugventilators. Der Block 24, der ein Eingangssignal über den Ruhekontakt-Wärmegrenzschalter 16 empfängt, erzeugt ein momentan ein- und ausschaltendes Heizventilator-Einschaltsignal und ein momentan ein- und ausschaltendes Saugzugventilator-Einschaltsignal. Der Block 26, der ein Heizanforderungs-Eingangssignal von dem Anschlußpunkt W des Raumthermostaten 32 empfängt, erzeugt ein momentan ein- und mit einer Verzögerung von dreißig Sekunden ausschaltendes Saugzugventilator-Einschaltsignal. Der Block 28, der von dem Raumthermostaten ein Handkühlventilatoranforderungs-Eingangssignal empf4ngt, erzeugt ein momentan ein- und mit einer Verzögerung von sechzig Sekunden ausschaltendes Abkühlventilatormotor-Einschaltsignal
Ebenfalls in Fig. 1 gezeigt ist eine Gruppe von Symbolen 30, die die Logik beschreiben, die die verschiedenen Eingangssignale zum Erzeugen der in den unten zu diskutierenden Software- Routinen erzeugten gewünschten Funktionsausgangssignale verknüpft.
Ein von dem Raumthermostaten empfangenes G-Signal schaltet daher den Abkühlventilator momentan ein, der sechzig Sekunden nach dem Ausschalten des Signals bei dem Raumthermostaten eingeschaltet bleibt. Ein W- oder Heizanforderungssignal von dem Raumthermostaten geht wie gezeigt durch ein ODER-Gatter 30a, führt zum momentanen Einschalten des Saugzugventilators, der nach dem Ausschalten des W-Signals bei dem Thermostaten dreißig Sekunden eingeschaltet bleibt.
Wie gezeigt, ist auch ein G-Eingangssignal über einen Inverter 30b an ein UND-Gatter 30c angeschlossen, dessen Ausgang an die Heizventilatorspule K2 angeschlossen ist, so daß ein Einschaltoder hohes Signal von dem Block 28 in ein tiefes Signal umgesetzt wird, das ein Eingangssignal des UND-Gatters 30c ist, was zeigt, daß eine Abkühlgeschwindigkeits-Ventilatoranforderung eine Hochgeschwindigkeits-Ventilatoranforderung überschreibt.
Der Wärmegrenzschalter 16 ist normalerweise immer geschlossen und erzeugt ein hohes Eingangssignal zum Block 24, das durch den Inverter 30d in ein niedriges Signal umgesetzt wird, und ein normalerweise niedriges Eingangssignal für das ODER-Gatter 30e. Wenn die automatische Zündersteuerung 14 eingeschaltet ist, wird ein hohes Signal zu dem Block 22 eingegeben, was zu einem hohen Ausgangssignal von dem ODER-Gatter 30e führt und unter der Voraussetzung eines tiefen Abkühlventilatorsignals zu einem hohen Signal von dem UND-Gatter 30c führt, wobei das Heizen von der Relaisspule K2 eingeschaltet wird. Das Einschalten des Gasventils 12 erzeugt auch ein hohes Eingangssignal für das ODER-Gatter 30c, das seinerseits ein hohes Eingangssignal für das ODER-Gatter 30a zum Einschalten der Relaisspule K3 des Saugzugventilators erzeugt.
Falls der Wärmegrenzschalter 16 infolge eines Fehlerzustands öffnet, erzeugt er ein tiefes Eingangssignal für den Inverter 30g, was zu einem hohen Eingangssignal für das ODER-Gatter 30c führt und dadurch zu einem hohen Eingangssignal für das ODER- Gatter 30a und dem Einschalten des Saugzugventilators 18 führt. Außerdem führt das Öffnen des Wärmebegrenzers 16, falls kein Signal das Einschalten des Abkühlventilators verlangt, zum Einschalten der Wärmeventilator-Relaisspule K2, indem ein tiefes Eingangssignal für den Inverter 30d erzeugt wird, das in ein hohes Eingangssignal für das ODER-Gatter 30e und ein hohes Eingangssignal für das UND-Gatter 30c verwandelt wird.
Nunmehr zu Fig. 2 übergehend ist eine schematische Darstellung einer Steuerungsschaltung zusammen mit anderen Bauelementen eines Gasschmelzofensystems, mit dem die Steuerungsschaltung verwendet wird, gezeigt. An den Transformator 10, der aus der Netzspannung eine 24 Volt-Wechselspannung erzeugt, ist an der 24 V-Wechselstrom-Ausgangsseite ein Steckverbinder Q11 und dann über eine 5 Ampere-Sicherung F1 eine aus den Dioden CR1, CR2, CR3 und CR4 bestehende Doppelwegbrücke angeschlossen. Der gemeinsame Transformatoranschluß ist über den Steckverbinder Q12 an die Brücke angeschlossen. Die Brücke stellt eine zweiweggleichgerichtete 24 V-Wechselspannungsversorgung zum Treiben der unten diskutierten Relais K1, K2 und K3 bereit. Die Zener- Diode CR7 unterdrückt eine Rückspannung. Der Kondensator C2, der Widerstand R15 und der Kondensator C1, der Widerstand R1 stellen auf der VDD-Leitung eine 5 Volt-Gleichspannung für die Stromversorgung des unten zu diskutierenden Mikroprozessors U2 bereit.
Es gibt mehrere mit Y1, Y2, C, G, R, W1, W2 und ECON bezeichnete Niederspannungs-Wechselstrom-Eingangsanschlußpunkte. Die Anschlußpunkte Y1, Y2 werden in der derzeitigen Ausführungsform nicht verwendet. Der Anschlußpunkt C ist an den gemeinsamen Transformatoranschluß angeschlossen, der Anschlußpunkt G ist an einen Ausgang des Raumthermostaten 32 und über einen 100 Ohm- Widerstand R3 an den Eingangsanschluß 3 des Mikroprozessors U2 angeschlossen und ist über die 1,5 Ohm-Pull-Down-Widerstände R12, R13 R14, die parallelgeschaltet sind, um einen Ersatzwiderstand von 500 Ohm zu erzeugen, an den gemeinsamen Anschluß angeschlossen. Der Anschlußpunkt G ist auch an den Anschlußpunkt ECON angeschlossen. Ein Signal an dem Anschlußpunkt G führt zum Einschalten des Handventilators sowie, wie unten weiter erläutert wird, zum Bereitstellen der Abkühlanforderung. Der Anschlußpunkt W ist an einen Ausgang des Raumthermostaten 32 und an das Zündersteuerungsmodul 14 angeschlossen, dessen Gegenseite über die Gasventil-Verzögerungsspule 12 und den Steckverbinder Q14 an den gemeinsamen Anschluß angeschlossen ist. Der mit dem Anschlußpunkt W2 verbundene Anschlußpunkt W1 ist über den 100 kOhm-Begrenzungswiderstand R6 an den Eingangsanschluß 5 des Mikroprozessors U2 und über den 50 kOhm-Pull- Down-Widerstand R7 an den gemeinsamen Anschluß angeschlossen. Der Steckverbinder Q14 ist über den 100 kOhm-Pull-Up-Widerstand R9 an den 24 V-Wechselstrom-Ausgang des Transformators 10 und über den 100 kOhm-Begrenzungswiderstand R8 an den Eingangsanschluß 6 des Mikroprozessors U2 angeschlossen. Es wird festgestellt, daß kein gesonderter Pull-Down-Widerstand erforderlich ist, da das Hauptventil selbst als ein Pull-Down-Widerstand dient. Der Pull-Up-Widerstand R9 dient als ein Sicherheitsmerkmal. Das heißt, falls das Gasventil aus irgendeinem Grund nicht richtig an die Steuerungsschaltung angeschlossen ist, wird der Pull-Up-Widerstand R9, da kein Pull-Down-Widerstand zu dem gemeinsamen Anschluß vorhanden ist, immer ein hohes Eingangssignal bereitstellen und dadurch den Saugzugventilator einstellen.
Ein anderer Eingang des Mikroprozessors U2 ist der IRQ-Anschluß 19, der ein über den 100 kOhm-Widerstand R2 empfangenes Eingangssignal des gemeinsamen Anschlusses ist. Die zwischen den Anschluß 19 und die 5 Volt-Versorgung VDD angeschlossene Klemmdiode CR6 vermindert die Eingangsspannung auf 5 Volt.
Der Mikroprozessor U2 besitzt zwei durch die Durchbruchstreifen 34, 36 bereitgestellte zusätzliche, optionale Eingänge. Der Eingangsanschluß 15 ist über den Durchbruchstreifen 36 an die 5 Volt-Versorgung VDD und über einen 10 kOhm-Widerstand R10 an die Gleichstrommasse oder das gemeinsame VSS angeschlossen. Normalerweise stellt das System eine ausgewählte Zeitperiode bereit, damit der Zugventilator nach dem Entfernen seines Einschaltsignals in dem eingeschalteten Zustand verbleibt. Dies geschieht, wenn der Anschluß 15 durch seine Verbindung mit der 5 Volt-Versorgung VDD hoch gezogen wird. Ist der Streifen 36 jedoch durchgebrochen, zieht der Widerstand R10 den Anschluß 15 auf Masse und erzeugt so ein tiefes Signal. Der Zugventilator wird dann in dem Moment ausgeschaltet, in dem sein Einschaltsignal entfernt wird.
Ähnlich ist der Anschluß 17 über den Streifen 34 an die 5 Volt- Versorgung VDD und über den 10 kOhm-Widerstand R17 an die Masse VSS angeschlossen. Der Streifen 34 schafft einen optionalen Pilot-Zug.
Das Bezugszeichen 38 bezeichnet einen zum Prüfen der Steuerung verwendeten Schaltungspunkt. Das heißt, durch Anlegen einer 5 Volt-Gleichspannung an den Punkt 38 wird die Steuerung in einen Prüfmodus gebracht, bei dem alle normalen Zeitverzögerungen verkürzt sind. Der Punkt 38 ist an den Anschluß 16 des Mikroprozessors U2 und über den 10 kOhm-Widerstand R16 an die Masse angeschlossen. Die Gleichspannungsmasse VSS ist auch an die Anschlüsse 10 und 7 des Mikroprozessors U2 angeschlossen.
Die Ausgangsanschlüsse 11-14 sind an den Pins 7, 6, 5 und 4 an die integrierte Relaistreiberschaltung U1 angeschlossen. Der Relaistreiber U1 enthält ein Transistornetz, das die Relais K1, K2, K3 einschaltet, wenn die Basisanschlüsse der Transistoren ein Eingangssignal von dem Mikroprozessor U2 empfangen. Der Ausgangspin 12 des Relaistreibers U1 ist an die Spule des Relais K3 angeschlossen, das einen mit den Netzanschlüssen Q16, Q17 verbundenen gemeinsamen Kontakt und einen an den Steckverbinder Q25 angeschlossenen Arbeitskontakt besitzt.
Die Netzsteckverbinder Q16, Q17 sind an die Schaitmechanismen in den jeweiligen Relais K1, K2, K3 angeschlossen. Das Einschalten der Relaisspule des Relais K1 über den Ausgangsanschluß 11 führt dazu, daß der Schalter die Netzspannung mit dem Anschlußpunkt Q21, der Abkühlgeschwindigkeit des Ventilatormotors verbindet. Das Einschalten der Relaisspule des Relais K2 über den Ausgangsanschluß 13 führt dazu, daß der Schalter die Netzspannung mit dem Anschlußpunkt Q22, der Heizgeschwindigkeit des Ventilatormotors verbindet. Das Einschalten des Relaisspule des Relais K3 über den Ausgangsanschluß 12 führt dazu, daß der Schalter die Netzspannung mit dem Anschlußpunkt Q25, dem Motor des Saugzugventilators verbindet.
Ein optionales Merkmal ist in dem durch das Bezugszeichen 40 gekennzeichneten gestrichelten Kasten gezeigt, der den zwischen Pin 10 des Relaistreibers U1 und den gemeinsamen Anschluß Pin 9 mit der LED in Serie geschalteten Widerstand R18 enthält. Dieses Merkmal schafft eine auf der Grundlage des Schaltzustands der Relais K1-K3 blinkende oder ständig leuchtende LED.
Der 39 kOhm-Widerstand Ril ist an die Pins 1 und 2 des Mikroprozessors U2 angeschlossen, um eine ausgewählte Oszillationsrate für den internen Takt zu erzeugen.
Das Schaltpult wird mit Q9 und Q10 zum Anschließen des Oberwertschalters bereitgestellt. Der Oberwertschalter ist ein Ruhekontakt, der aber so angepaßt ist, daß er bei einem Übertemperaturzustand öffnet. An den Anschlußpunkt G ist eine Sparfunktion gebunden. In einem System mit einer Sparanlage, d.h. einer Möglichkeit, bei eingeschaltetem Handventilator z.B. ein Rohr zur äußeren Frischluft zu öffnen, kann dies als ein Ausgangssignal verwendet werden.
In Fig. 3, die ein vereinfachter Teil von Fig. 2 ist, wird einer der Eingänge beschrieben. wegen der internen Struktur des CMOS-Mikroprozessors, der sowohl an den P-, als auch an den N-Kanälen der FETs eigenleitende Dioden enthält, die zum Begrenzen der Eingangsspannung auf 5 Volt dienen, kann hinsichtlich des Anschlußpunktes W ein einfacher, mit dem Widerstand R7 zusammengeschalteter Strombegrenzungswiderstand R6 als Eingang für den Anschluß 5 des Mikroprozessors U2 dienen. In Fig. 3a ist als Won eine Signalform auf der W-Leitung gezeigt, wenn der Raumthermostat 32 durch Anlegen einer 24 V-Wechselspannung von dem Transformator 10 ein Heizanforderungssignal erzeugt. Wenn der Anschlußpunkt W nicht eingeschaltet ist, wird der Anschluß 5 des Mikroprozessors auf den gemeinsamen Anschluß gezogen, so daß dessen als Woff gezeigte Signalform mit der des gemeinsamen Anschlusses übereinstimmt.
An dem Anschluß 10 ist die von der Diodenbrücke kommende 5 Volt-Gleichstrommasse gezeigt. In bezug auf die Gleichstrommasse sieht der Mikroprozessor eine Halbwelle, die wegen der Diodenklemmung ein Rechtecksignal mit der Netzfrequenz von 60 Hz ist, dessen Phase davon abhängt, ob der Anschlußpunkt W geschlossen oder geöffnet ist. Wenn der Anschlußpunkt geschlossen ist, ist die Signalform gegenüber der Spannung des gemeinsamen Anschlusses um 180º phasenverschoben, wenn aber der Anschlußpunkt offen ist, ist sie mit der Spannung des gemeinsamen Anschlusses in Phase. Wenn der Thermostat das Heizen verlangt, wird eine Verbindung mit der hohen Seite des Transformators hergestellt, die gegenüber dem gemeinsamen Anschluß um 180º phasenverschoben ist, und wenn er kein Heizen verlangt, besteht die Verbindung mit dem gemeinsamen Anschluß des Transformators. Der gemeinsame Wechselstromanschluß ist über den Widerstand R2 an den Anschluß 19, den IRQ- oder Spezialunterbrechungsanschluß des Mikroprozessors U2 angeschlossen. Wie in Fig. 4 bei Block 42 gezeigt, initialisiert der IRQ jedesmal, wenn er der fallenden Flanke eines Wechselstromeingangssignals ausgesetzt ist, die Ausführung eines Unterprogramms. Daher ist jene Routine direkt an den gemeinsamen Anschluß gebunden und wird bei jeder fallenden Flanke des Rechtecksignals ausgeführt. Gemäß der Routine kommt es in Block 44 zu einer Verzögerung von einer Vierteiwellenlänge, und danach wird in Block 46 der Eingangsanschluß, in diesem Fall der Anschluß 5, gelesen und zur Verwendung in dem Hauptprogramm in das Eingangsregister 48 eingegeben, und in Block 50 wird ein 60 Hz-Zähler inkrementiert. Nach sechzig Zählungen (d.h. einer Sekunde) wird in Block 52 ein Merker gesetzt, so daß die Zeitablaufinformationen an das Hauptprogramm übergeben werden können. Das Unterprogramm wird daher mit einem auf jeder fallenden Flanke der 60 Hz-Signalform aktualisierten Eingangsregister 47 ausgeführt.
Die spezifische Verzögerung von einer Viertelwellenlänge ist durch die Beziehung zwischen dem Mikroprozessortakt und dem Wechselstromtakt oder der Wechselstromfreguenz bestimmt. Zu Beginn des Hauptprogramms, während die Unterbrechung maskiert ist, liest ein Unterprogramm den Echtzeituhr-Zähler, dann, wenn die Flanke der Signalform an dem Anschluß 19 ein hohes, aktiv tiefes Signal wird, wird die Echtzeituhr gelesen. Wenn der IRQ wieder tief wird (einen Zyklus der 60 Hz danach), wird die Echtzeituhr wieder gelesen, so daß die Anzahl der von dem Oszillator während dieses Zyklus durchlaufenen Taktimpulse bestimmt werden kann. Der Oszillator läuft viel schneller, z.B. in der Größenordnung von 2 Megaherz. Das von Chip zu Chip verschiedene Ergebnis besteht im Synchronisieren der Echtzeituhr mit dem Netztakt und darin, abzuleiten, wieviel Schwingungen in einem Viertelzyklus enthalten sind. Sobald diese Eichroutine vollendet ist, wird eine Löschungsunterbrechung erzeugt, so daß der IRQ-Eingang freigegeben ist, um die Arbeit in dem Hauptprogramm mit dem Lesen der Eingangssignale am Höhepunkt der Signalform zu beginnen.
Damit sich die Kontakte in bezug auf das Wechselstrom-Netzleitungssignal zufällig schließen, werden die Relais asynchron betätigt, so daß die Belastung gleichmäßiger auf die Kontakte verteilt wird. Dies wird durch Verwendung der Echtzeituhr oder internen Uhr bewirkt. Eine direkt von den Oszillationen der Echtzeituhr gezählte Echtzeitunterbrechung setzt einen Echtzeit-Unterbrechungsmerker (RTIF) und erzeugt dabei eine interne Unterbrechung zum Ausführen eines für die Ausgabe verwendeten Unterprogramms. Wenn der Echtzeit-Unterbrechungsmerker gesetzt ist, wird der Ausgabeabschnitt des Codes ausgeführt, was zum asynchronen Schalten der Relaiskontakte führt.
Hinsichtlich der spezifischen Routinen zeigt Fig. 5 die Eingangssignal-Leseroutine, in der die Eingangssignale in bezug auf vorherige Eingangssignale geprüft werden, um zu sehen, ob eine ausreichende Anzahl guter Eingangssignale gelesen wurde, und wenn dies der Fall ist, wird ein Merker für das Hauptprogramm gesetzt. Die Routine wird bei 42 mit der Zeitverzögerung zu dem Spitzenpegel des Eingangssignals bei 41, 44 initialisiert, und das Eingangssignal wird bei 46 gelesen. Ein Entscheidungsblock 43 prüft, ob das Eingangssignal mit den vorherigen Eingangssignalen übereinstimmt, und wenn dies nicht der Fall ist, geht die Routine zu dem Verarbeitungsblock 49 über, der das 60 Hz-Taktregister erhöht. Wenn die Eingangssignale übereinstimmen, wird zu dem Entscheidungsblock 45 übergegangen, um zu sehen, ob 5 aufeinanderfolgende Eingangssignale gelesen wurden, und wenn dies nicht der Fall ist, wird wieder zu dem Verarbeitungsblock 49 zurückgesprungen. Falls 5 aufeinanderfolgende Eingangssignale gelesen wurden, wird zu 47, dem Speichern der Eingangssignale für das Hauptprogramm übergegangen und die Zählung aufeinanderfolgender Signale zurückgesetzt und dann zum Block 49 übergegangen, und dann werden bei 51 und 52 Merker für das Hauptprogramm gesetzt.
Fig. 6 zeigt den Ablaufplan der Eingangssignal-Eichroutine, in der der IRQ-Anschluß auf einen Übergang von einem tiefen zu einem hohen Signal wartet, um die Signalflanke zu finden, die dann in dem TCR-Register gelesen wird. Da die Fähigkeit der Echtzeituhr begrenzt ist, werden zum Ableiten einer Vierteiwellen-Verzögerungszeit die Überläufe gezählt. Im wesentlichen wird die Anzahl der internen Taktzyklen gezählt, die ein Wechselstromtaktzyklus benötigt, woraus die Vierteiwellen-Verzögerungszeit abgeleitet wird. Genauer enthält die Routine einen Entscheidungsblock 54, der prüft, ob an dem IRQ-Anschluß Gleichstrom anliegt, und falls das der Fall ist, zu der Verarbeitung der Prüfroutine 56 geht, und falls das nicht der Fall ist, zu dem Entscheidungsblock 58 geht und nach einem hohen Signal an dem IRQ-Anschluß sucht, falls dies tief ist, wird zu dem Entscheidungsblock 54 zurückgegangen, falls es hoch ist, wird zu dem Entscheidungsblock 60 übergegangen, wo nach einem vom hohen zum tiefen Signal fallenden Übergang, d.h. einem tiefen Signal auf dem IRQ-Anschluß gesucht wird, falls es hoch ist, wird dies periodisch wiederholt, bis ein tiefes Signal gefunden wird und zu dem Verarbeitungsblock 62 übergegangen wird, in dem das TCR-Register gelesen wird und zu dem Entscheidungsblock 64 übergegangen wird, wo nach einem hohen Signal an dem IRQ-Anschluß oder einem Zeitgeberüberlaufmerker gesucht wird. Wird ein Zeitgeberüberlaufmerker gefunden, wird bei Block 66 ein weiteres Bit zu dem Zählerregister des hohen Blocks addiert und zu dem Entscheidungsblock 64 zurückgegangen. Wird an dem IRQ-Anschluß ein hohes Signal gefunden, wird zu dem Entscheidungsblock 68 übergegangen, wo nach einem tiefen Signal an dem IRQ-Anschluß oder nach einem Zeitgeberüberlaufmerker gesucht wird. Wird ein Zeitgeberüberlaufmerker gefunden, wird bei 70 zu dem Zählerregister der hohen Bits ein weiteres Bit addiert und dann zu dem Entscheidungsblock 68 zurückgegangen, und wenn an dem IRQ-Anschluß ein tiefes Signal gefunden wird, wird zu dem Block 72 gegangen und ein neues TCR eingelesen und dann zum Verarbeitungsblock 74 gegangen, wo die neuen tiefen und hohen Bits durch fünfmaliges Rechtsverschieben der hohen Bits in die tiefen Bits dividiert werden, und dann wird zu Block 76 gegangen, wo die alten Bits durch fünfmaliges Rechtsverschieben durch 32 geteilt werden, und dann werden in Block 78 die alten Bits von den neuen Bits subtrahiert, und dann wird im Verarbeitungsblock 80 geprüft, ob das Ergebnis gültig ist, und dann wird im Block 82 das Ergebnis als der 1/4-Abstand vom Nulldurchgang gespeichert, und dann wird im Block 84 auf ein hohes Signal an dem IRQ-Anschluß gewartet. Die Routine geht dann zu dem Entscheidungsblock 86 über und wartet auf ein tiefes Signal, den fallenden Übergang vom hohen zum tiefen Signal, an dem IRQ-Anschluß und löscht dann bei 88 das Unterbrechungsmaskenbit.
Fig. 7 zeigt einen vereinfachten Überblick über das Hauptprogramm, bei dem angenommen wird, daß alles wie vorgesehen funktioniert, d.h., die RTC (der Takt) läuft, die Unterbrechungsroutinen ausgeführt werden usw. Die Routine wird bei 90 initialisiert, sie nimmt die Eingangssignale und setzt bei 92 Entscheidungsmerker. Dann wird bei 92 eine Entscheidung getroffen, ob der Abkühlventilator eingeschaltet sein muß, und falls das der Fall ist, wird bei 94 ein Merker gesetzt, um den Übergang vom Heizen zum Abkühlen auszuführen. Wird der Abkühlventilator nicht verlangt, wird bei 96 eine Entscheidung in bezug auf das Einschalten des Heizventilators getroffen. Falls er verlangt wird, wird bei 98 der Merker für den Übergang vom Abkühlen zum Heizen gesetzt. Wird der Heizventilator nicht verlangt, ist bei 100 sowohl der Heiz-, als auch der Abkühiventilator ausgeschaltet. Es wird angemerkt, daß die Übergänge immer so gesetzt werden, daß die Möglichkeiten vermieden werden, bei denen beide gleichzeitig ein Einschaltsignal empfangen. Die Routine prüft dann bei 102, ob eine Sekunde vergangen ist, und geht, wenn das nicht der Fall ist, bis jede Sekunde der Dekrementzähler dekrementiert wird, zu Block 108 über, um die Ventilatoren wie bei 104 und 106 verlangt ein- und auszuschalten. Der Saugzugventilator kann gleichzeitig mit dem Heizventilator eingeschaltet sein; er ist deshalb nicht in der Sechzig-Sekunden-Routine enthalten. Die Merker werden ständig geprüft, aber der Saugzugventilator wird nicht jede Sekunde ein- und ausgeschaltet. Falls einer der Merker gesetzt ist, wenn z.B. ein Merker für den Übergang vom Heizen zum Abkühlen gesetzt ist, empfängt die Heizgeschwindigkeit das erste Mal während der Routine eine Anweisung zum Ausschalten für eine Sekunde, dann wird das nächste Mal während der Anweisungen die Abkühlgeschwindigkeit eingestellt. Dadurch wird widersprüchlichen Signalen vorgebeugt. Wann immer der Saugzugventilator ein Signal zum Einschalten erhält, kann dies dagegen ohne irgendeine Verzögerung geschehen.
Fig. 8 zeigt die Merkerroutine 110 für R/LIMIT, GECON und W/IND DFT, und Fig. 9 die für MV einschließlich der Verarbeitungsund Entscheidungsblöcke 112-164, in denen, um die Möglichkeit des Kurzschließens der Routine und das vollständige Beenden der Ausgaberoutine zu vermeiden, die Zustände der Grenzmerker geprüft werden, in denen geprüft wird, in welchen Zuständen sie sich befinden und befanden. Dies ist besonders wichtig, wenn es zu irgendwelchen Überlappungen, d.h. zu konkurrierenden Signalen für die Ventilatoren mit der Heiz- und Abkühigeschwindigkeit kommt. Zum Beispiel hat die Abkühlgeschwindigkeit eine Abfallverzögerung von sechzig Sekunden und die Heizgeschwindigkeit eine Abfallverzögerung von drei Minuten. Die mehreren Merker verfolgen diese verschiedenen Zustände.
Die Fig. 10, die sich auf die Ausgabemerkerroutine bezieht und die Entscheidungs- und Verarbeitungsblöcke 166-194 enthält, sichert die richtige Abfolge der Ereignisse. Das heißt, daß die Heizgeschwindigkeit ausgeschaltet wird, bevor die Abkühlgeschwindigkeit eingeschaltet wird u. ä.
Die Fig. 11 und 12 zeigen die Ausgabe- bzw. Zählerroutinen einschließlich der Entscheidungs- und Verarbeitungsblöcke 196-236, in denen Merker gesetzt werden, um die Ausgaberegister in der art-RTI-Unterbrechungsroutine zu übertragen. Auf der Grundlage der durch einen Merker bestimmten Zustände, d.h., ob die Abfallverzögerung ausgeschaltet ist, wird der Zähler dann dekrementiert, falls nicht, springt die Routine zu der nächsten Position.
In Fig. 14, die sich auf die Saugzug-Ausgaberoutine bezieht, ist zu sehen, daß konkurrierende Geschwindigkeiten keine Faktoren sind, so daß der 1 Sekunden-Merker nicht ausgewertet wird.
Fig. 15 zeigt die mehreren Zähler und Merker und deren Anordnung in dem Speicher, während die Fig. 16, 17 und 18 Wahrheitstabellen der Eingangssignale und Ausgangssignale der Heiz- und Abkühlgeschwindigkeit bzw. des Saugzugventilators sind.
Eine in Übereinstimmung mit der Ausführungsform aus Fig. 2 hergestellte Steuerungsschaltung enthält die folgenden Bauelemen-
Wie oben erwähnt, werden die Relaiskontakte in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung mit der Seriennr. (Anwaltsregister A18634), um die Lebensdauer der Kontakte zu erhöhen, in einer zufälligen Weise in Bezug auf die Netzspannung asynchron geschlossen und geöffnet. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Relaiskontakte in Bezug auf die Netzspannung synchron geschaltet, dies jedoch in einer Weise, die die Lebensdauer der Kontakte noch weiter erhöht.
Zwischen dem Zeitpunkt, zu dem ein Relaistreiber ein Signal zum Betätigen eines Relais empfängt und der Bewegung, wenn die Relaiskontakte ihre Verbindung öffnen, d.h. sich lösen, oder ihre Verbindung herstellen, d.h. sich schließen, vergeht eine endliche Zeit. Es wurde beobachtet, daß diese Zeitkonstante für ein gegebenes Relais durchaus beständig ist und selbst von einem Relais zum anderen beim Öffnen in einem engeren Bereich als beim Schließen liegt. Das heißt, die Relaiszeit hängt von der Betätigungsfeder ab, die während der Lebensdauer des Relais eine beständige zeitliche Abstimmung schafft, während sich der Zug mit der Temperatur, der Spannung u.ä. zeitlich etwas ändert. Zum Beispiel liegt ein typischer Bereich von Zeitkonstanten für eine Gruppe von Relais zum Öffnen zwischen 1,9 und 3,0 Millisekunden bei einer Nennzeit von 2,5 Millisekunden und zum Schließen zwischen 6,5 und 10,5 Millisekunden bei einer Nennzeit von 7,5 Millisekunden. Diese Werte ändern sich von einem Hersteller zum anderen, sind aber typisch.
Gemäß der Erfindung wird die Zeitkonstante als eine Zeitverzögerung verwendet, um das mechanische Funktionieren des Relais zu ermöglichen. Da der Mikroprozessor einen direkten Eingang bei dem IRQ-Anschluß hat, der den Zustand der Wechselstromnetzspannung anzeigt, wenn das Einschalten oder Ausschalten des Relais verlangt wird und die IRQ-Unterbrechung eine fallende Flanke auf dem gemeinsamen Wechselstromanschluß sieht, wird das Ausgangssignal von dem Mikroprozessor zu dem Relaisantrieb U2 verzögert, so daß die Kontakte bei einem ausgewählten Punkt der Wechselstromsignalform, z.B., um irgendein Prellen der Kontakte in Betracht zu ziehen, kurz vor dem Nulidurchgang des Wechselstromsignais betätigt werden. Zum Beispiel wird beim Schließen der Kontakte mit einem Nennzug innerhalb von 7,5 Millisekunden jene Zeit von der Zeit einer Haibwelle subtrahiert, was zum Kontaktschließen beim Nulidurchgang führt. Dies ist in Fig. 18 zu sehen, die die Wechselstrom-Leitungsspannung 3, die Lastspannung 5 und das Ausgangssignal 7 zum Einschalten und Ausschalten der Relaiskontakte zeigt. Die auf dem Nennzug in der Zeit 11 beruhende geeichte Verzögerung 9 schafft einen Auslösepunkt 13, der zum Schließen der Kontakte bei 15 führt. In gleicher Weise sichern der berechnete Auslösepunkt 17 und die mechanische Freigabezeit 19 das Öffnen der Kontakte beim Nulldurchgang.
Wesentlich mehr Schaden nehmen die Kontakte beim Öffnen der Kontakte, und wie oben erwähnt, tritt der zum mechanischen Betätigen benötigte wesentlich engere Zeitbereich beim Öffnen der Kontakte auf, was zu einer verbesserten Leistung der Erfindung führt.
Die gewählte spezifische Verzögerungszeit ist vorzugsweise so ausgewählt, daß das Schließen und Öffnen der Kontakte kurz vor dem Nuildurchgang, gleich mit welchem Lichtbogen, der beim Nullpunkt ausgelöscht wird, geschieht. Um zu sichern, daß auch der ungünstigste Fall behandelt werden kann, wird bei einer Gruppe von Relais die längste Abfallzeit in dem Bereich, d.h. in dem beschriebenen Beispiel 3,0 Millisekunden verwendet. Falls gewünscht, kann eine ausgewählte Spannungsschwelle wie etwa 30 Volt zum Ableiten der Verzögerungsperiode verwendet werden. Dies ermöglicht einen Sicherheitsfaktor, der die Situation des Schließens oder Öffnens der Kontakte unmittelbar nach dem Nulidurchgang, bei der der Lichtbogen beim nächsten Nulldurchgang im wesentlichen während eines weiteren Halbzyklus nicht ausgelöscht würde, vermeidet.
Da es wahrscheinlich ist, daß zwischen den Kontakten ein minimaler Lichtbogen auftritt, wird der Lichtbogen unter einem gegebenen Satz von Kontakten bevorzugt so gleichmäßig wie möglich verteilt. Dies dient dazu, daß die Kontakte in einem sauberen Zustand erhalten werden. Dies kann durch abwechselndes Schalten zwischen den zwei Polaritäten erreicht werden. Bei Widerstandslasten wie elektrische Heizungen wird die berechnete Zeitverzögerung beim Schalten daher sowohl beim Ein-, als auch beim Ausschalten jedes zweite Mal um eine halbe Wellenlänge erhöht. Bei induktiven Lasten wie etwa Motoren wird dieser Typ des Schaltens nur beim Kontaktschließen ausgeführt, und das Kontaktöffnen wird infolge der Schwierigkeit beim Nachweisen des genauen Nulldurchgangs der Stromschwingung asynchron in der gleichen Weise ausgeführt, wie es in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung mit der SerienNr. (Anwaltsregister A18634) beschrieben und beansprucht ist.
Alternativ kann für induktive Lasten ein Stromsensor zum Erzeugen eines Eingangssignals für den Mikroprozessor verwendet werden, so daß eine Unterbrechung auf der fallenden oder der ansteigenden Flanke der Stromschwingung erzeugt werden kann. Bei weniger komplizierten Anwendungen induktiver Lasten kann zum Ableiten der berechneten Zeitverzögerung ein Näherungswert des Leistungsfaktors verwendet werden.
Durch Hinzufügen einer Rückkopplung von den Relais zurück zum Mikroprozessor U2 kann jedes Relais geeicht werden, und es kann eine für jedes Relais einzigartige spezifische Verzögerungsperiode abgeleitet werden. Eine Steuerungsschaltung dieses Typs ist in den Fig. 19 und 20 gezeigt. Die Fig. 19 und 20 ähneln den Fig. 2 und 2a, so daß die Beschreibung der Grundschaltung nicht wiederholt wird. In bezug auf die Rückkopplung ist jeweils ein Eingang eines optischen Isolators PS2502-1 an einen Anschlußpunkt Q8, den gemeinsamen Anschluß des 240 V-Wechselstrom-Transformators, und über die Widerstände R21, R22 bzw. R23 an den Anschlußpunkten Q5, Q3 und Q1 an jede Last angeschlossenen. Der Ausgang ist an den Anschluß PB5 des Mikroprozessors U1 angeschlossen und liegt zwischen VDD und, über den parallelgeschalteten Widerstand R19 und den Kondensator C6, der Gleichstrommasse VSS. Die Steuerungsseite der Relais K1, K2 und K3 ist über den Widerstand R28 an den Eingangsanschluß PA1 des Mikroprozessors U1 und über die parallelgeschalteten Widerstände R24, R25, R26, R29 und eine 30 V-Gleichstrom-Zenerdiode CR9 an die Gleichstrommasse VSS angeschlossen.
Wenn durch den Mikroprozessor U1 ein Ausgangssignal erzeugt wird, das das Einschalten eines Relais verlangt, gibt es eine direkte Rückkopplung zu dem Eingang des Mikroprozessors U1. Diese Zeit wird gezählt, und der Auslösepunkt wird dann abgeleitet, wobei jedes Relais beim Betätigen geeicht wird. Genauer wird das Signal, wenn der Mikroprozessor ein das Einschalten eines Relais verlangendes Ausgangssignal erzeugt, zum Eingangsanschluß PA1 des Mikroprozessors zurückgekoppelt, was als ein Ausgangspunkt zum Zählen dient. Ein anderes Signal, das das Einschalten der Relaiskontakte anzeigt, wird von der Netzspannung über den jeweiligen Widerstand R21, R22, R23 und den optischen Isolator empfangen, was dazu führt, daß der Ausgang des optischen Isolators ein tiefes Spannungssignal als ein Eingangssignal, das als ein Endpunkt der Zählung dient, zurück zu dem Mikroprozessor sendet. Zum Eichen der Relais schaltet der Mikroprozessor jedes Relais beim Initialisieren der Steuerung einzeln an und aus. Es ist selbstverständlich, daß für jedes Relais, falls gewünscht, zum Schaffen einer noch höheren Zuverlässigkeit eine gesonderte optische Isolation geschaffen werden kann, so daß die Relais jedesmal, wenn sie bedient werden, synchron dynamisch geeicht werden können. Da sie bei Verwendung des in Fig. 19 gezeigten einzelnen optischen Isolators asynchron bedient werden, werden die Relais vorzugsweise nur beim Initialisieren geeicht.
In Fig. 19 sind gegenüber Fig. 2 in einer Steuerung gemäß der Erfindung die folgenden zusätzlichen Bauelemente gezeigt:
Fig. 20 zeigt die spezifische Anordnung der Steckverbinder und Bauelemente auf einer Leiterpiatte als Ausführungsform der Schaltung aus Fig. 19.
Dem mit Schmelzofen-Steuerungen vertrauten werden zahlreiche Abwandlungen und Veränderungen der Erfindung schnell klar werden. Die Erfindung soll nicht so verstanden werden, daß sie sich auf die spezifischen dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern wie sie in den hierzu beigefügten Ansprüchen definiert ist.
Die LST-Datei ist unten dargestellt.

Claims

1.Schaltsystem zum Schalten einer Wechselstromnetzquelle mit periodischer Signalform, mit wenigstens einem Relais (K1, K2, K3), wobei das oder die Relais Kontakte besitzen, die geschlossen und geöffnet werden können;

einer Transformatoreinrichtung (10) mit einem gemeinsamen Transformatorwechelstromanschluß, um aus der Wechselstromnetzquelle eine Niederspannungswechselstromquelle zu erzeugen;

einer Einrichtung (Y1, Y2, C, G, R, W1, W2, ECON), die mit der Transformatoreinrichtung (10) verbunden ist, um Niederspannungswechselstromeingangssignale zu erzeugen;

einer Mikroprozessoreinrichtung (U2) mit Signaleingangsanschlüssen, Ausgangsanschlüssen, die mit dem jeweiligen Relais (K1, K2, K3) verbunden sind, sowie einem IRQ-Unterbrechungsanschluß, der mit dem gemeinsamen Transformatorwechselstromanschluß verbunden ist;

einer Einrichtung für die Mikroprozessoreinrichtung (U2) zum Lesen eines Wechselstromeingangssignals von der Transformatoreinrichtung (10), wenn das Wechselstromeingangssignal einen Spitzenpegel aufweist, wobei

das oder jedes Relais (K1, K2, K3) seine eigene Zeitkonstante besitzt, die die Zeit darstellt, die verstreicht, während das Relais (K1, K2, K3) die mechanische Operation des Kontaktschließens ausführt, gemessen ab dem Zeitpunkt, zu dem das Relais (K1, K2, K3) ein Signal empfängt, das diese Kontaktschließoperation veranlaßt;

einer Einrichtung zum Ableiten einer Zeitverzögerung zum Erzeugen eines Mikroprozessorausgangssignals für das oder jedes Relais (K1, K2, K3), das einem Eingangssignal an einem der Signaleingangsanschlüsse folgt, durch Subtrahieren einer ausgewählten Zeitkonstante von der Hälfte der Periode der Signalform der Wechselstromnetzquelle; und

einer Einrichtung zum Erzeugen eines Ausgangssignals von der Mikroprozessoreinrichtung (U2) für das oder jedes Relais (K1, K2, K3) zu einem Zeitpunkt, der der Verzögerungszeit entspricht, die dem Nulldurchgang der Wechselstromnetzspannung folgt;

dadurch gekennzeichnet, daß die ausgewählte Zeitkonstante auf das Maximum der Zeitkonstanten einer Gruppe von Relais festgelegt ist, wobei das oder die Relais (K1, K2, K3) des Schaltsystems unter den Relais enthalten sind, die die Gruppe der Relais bilden.

2.Schaltsystem nach Anspruch 1, das eine Einrichtung enthält zum Addieren einer zusätzlichen Verzögerungszeit von einer Hälfte der Periode der Signalform der Wechselstromnetzquelle zu der Verzögerungszeit auf Zufallsbasis.

3.Schaltsystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, das eine Relaisansteuerungseinrichtung (U1) enthält, die zwischen den Ausgangsanschlüssen der Mikroprozessoreinrichtung (U2) und dem jeweiligen Relais (K1, K2, K3) angeschlossen ist.

4.Schaltsystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Verzögerungszeit so abgeleitet wird, daß die Kontaktschließung stattfindet, wenn die Wechselstromnetzspannung un gefähr 30 Volt beträgt.

5.Schaltsystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das oder jedes Relais (K1, K2, K3) seine eigene zweite Zeitkonstante aufweist, die derjenigen Zeitspanne entspricht, die verstreicht, während das Relais (K1, K2, K3) die mechanische Operation der Kontaktschließung durchführt, gemessen ab dem Zeitpunkt, zu dem das Relais (K1, K2, K3) ein Signal zum Kontaktschließen empfängt,

wobei das Schaltsystem versehen ist mit einer Einrichtung zum Ableiten einer zweiten Verzögerungszeit zum Erzeugen eines Mikroprozessorausgangssignals für das oder jedes Relais (K1, K2, K3), das einem Eingangssignal am Signaleingangsanschluß folgt, indem eine ausgewählte zweite feste Zeitkon stante von einer Hälfte der Periode der Wechselstromnetz- Signalform subtrahiert wird, sowie mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines Ausgangssignals von der Mikroprozessoreinrichtung (U2) für das oder jedes Relais (K1, K2, K3) zu einem Zeitpunkt, der der zweiten Verzögerungszeit entspricht, die einem Nulldurchgang der Wechselstromnetzspannung folgt.

6.Schaltsystem nach Anspruch 5, bei dem die ausgewählte zweite Zeitkonstante auf das Maximum der zweiten Zeitkonstanten der Gruppe der Relais festgelegt ist.

7.Schaltsystem nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, bei dem die ausgewählte zweite feste Zeitkonstante eine Kontaktschließung bewirkt, wenn die Wechselstromnetzspannung ungefähr 30 V beträgt.

8.Schaltsystem nach irgendeinem der Ansprüche 5 bis 7, die eine Einrichtung enthält zum Addieren einer zusätzlichen Verzögerungszeit von einer Hälfte der Periode der Wechselstromnetz- Signalform zur zweiten Verzögerungszeit auf Zufallsbasis.

9.Verfahren zum Schalten eines Netzwechselstroms in einem System, das versehen ist mit wenigstens einem Relais (K1, K2, K3) mit beweglichen Kontakten, einer Niederspannungswechselstromquelle zum Erzeugen eines Niederspannungswechselstromeingangssignals sowie einer Mikroprozessoreinrichtung (U2), die im Betrieb die Niederspannungswelchselstromeingangssignale empfängt und Ausgangssignale zum Betätigen der Relaiskontakte erzeugt, die sich im Betrieb als Antwort auf die Mikroprozessorsignale schließen oder öffnen, wobei das jeweilige Relais (K1, K2, K3) eine erste Zeitkonstante, die gleich der Zeitspanne ist, die während der mechanischen Operation der Kontaktschließung verstreicht, sowie eine zweite Zeitkonstante aufweist, die gleich der Zeitspanne ist, die während der mechanischen Operation der Kontaktöffnung verstreicht, und wobei die Mikroprozessoreinrichtung (U2) zusätzlich zu einem IRQ-Unterbrechungseingangsanschluß eine Echtzeituhr besitzt, wobei das Verfahren die Schritte enthält: Verbinden der Niederspannungswechselstromquelle mit dem IRQ-Unterbrechungseingangsanschluß; Ausführen einer Routine bei jeder fallenden Flanke des Niederspannungswechselstromsignals, wobei die Routine die Schritte des Lesens des Niederspannungswechselstromssignals nach einer entsprechenden fallenden Flanke einer gemeinsamen Wechselspannung und das Erzeugen eines Ausgangssignals von der Mikroprozessoreinrichtung (U2) für ein ausgewähltes Relais (K1, K2, K3) zum Betätigen des Relais (K1, K2, K3) durch Schließen der Kontakte zu einem Zeitpunkt enthält, der gleich der ersten Verzögerungszeitspanne ist, die dem Lesen des Wechselstromeingangssignals folgt; dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verzögerungszeit fest ist und dem Maximum der ersten Zeitkonstanten einer Gruppe von Relais entspricht, wobei das oder jedes Relais (K1, K2, K3) des Schaltnetzes unter den Relais enthalten ist, die die Gruppe von Relais bilden.

10.Schaltverfahren nach Anspruch 9, bei dem eine Zeitdauer, die gleich einer Hälfte der Periode der Signalform der Wechselstromnetzquelle ist, zur ersten Verzögerungszeit auf Zufallsbasis addiert wird.

11.Schaltverfahren nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, bei dem eine zweite Verzögerungszeit verwendet wird, um ein Mikroprozessorausgangssignal für das oder jedes Relais (K1, K2, K3) zum Schließen der Kontakte zu erzeugen, wobei die zweite Verzögerungszeit auf das Maximum der zweiten Zeitkonstanten der Gruppe der Relais festgelegt ist.

12.Schaltverfahren nach Anspruch 11, bei dem eine Zeitperiode von einer Hälfte der Periode der Signalform der Wechselstromnetzquelle bei jeder anderen Operation zum Öffnen der Relaiskontakte zur zweiten Verzögerungszeit addiert wird.