DE8233924U1 - Datenhaltendes Steuer- und Regelgerät - Google Patents

Description

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Datenhaltendes Steuer- unfl Regelgerät

Die Erfindung betrifft ein datenhaltendes Steuer- und Regelgerät der im Patentanspruch 1 beschriebenen Art.

Es sind bereits Geräte bekannt, die zur Versorgung von Stromverbrauchern mit den erforderlichen, gegebenenfalls konstant gehaltenen Spannungen und Strömen eingerichtet sind, die sogenannten Netzgeräte. Bisher ist aber lediglich ein einziges Gerät bekannt geworden, welches in einer kompakten Einheit eine Anzahl von Auschluss- und Anzeigeelementen in sich vereinigt, wie sie beispielsweise zum Betrieb von Autoklaven erforderlich sind. :

So verlangt der Betrieb eines Autoklaven eine \

Heizung, und zwar im allgemeinen eine elektrische Hei- \

zung - obwohl gelegentlich auch Gasheizung anzutreffen ist -, |

die entweder in voller Stärke arbeiten soll oder deren j

Leistung einstellbar ist. Ausserdem soll es möglich j

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sein, die Heizung bei Erreichen einer bestimmten vorgegebenen physikalischen oder auch chemischen Grosse wie Temperatur, Druck, pH usw. abzuschalten. Weiterhin muss der Autoklaveninhalt in der Regel periodisch oder dauernd gerührt werden. Schliesslich sollen auch wichtige Grossen, insbesondere Temperaturen und Druck, fortlaufend gemessen und die Messwerte angezeigt werden.

Zur Erfüllung dieser Erfordernisse mussten früher eine ganze Anzahl verschiedenartiger Geräte zusammengeschaltet werden, was wegen des grossen Platzbedarfes, einer beträchtlichen Anzahl leicht zu verwirrender Kabel, und. Auftreten von Anpassungsschwierigkeiten sehr nachteilig ist. Auch besteht die Gefahr, dass die einzelnen Geräte untereinander und mit der zu betreibenden Vorrichtung, nämlich meist einem Autoklaven, falsch zusammengeschaltet werden, was zu Störungen und Ausfällen führt.

Hier schafft das aus der schweizerischen Patentschrift Nr. 533 340 bekannte Gerät Abhilfe, Zum ersten Male war ein vorteilhaftes, kompaktes Kombinationsgerät, zur Erfüllung der beschriebenen Funktionen geschaffen werden.

Es hat sich nun gezeigt, dass dieses bekannte Gerät insofern verbesserungsbedürftig ist, als zu sätzliche Aufgaben im Zusammenhang mit seinem Betrieb und demjenigen angeschlossener Gexäte gestellt werden. Beispielsweise wird oft gefordert, dass die Solltemperatur beim Betrieb eines Autoklaven in keinem Fall überschritten werden darf, weil sich sonst ein zu hoher Druck aufbaut, der zum Platzen der im Autoklaven vorgesehenen Berstscheibe führt. Das bestehende Gerät schaltet aber die Heizung erst bei Erreichen der Solltemperatur aus, und deren üeberschreiten infolge der thermischen Trägheit der

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Heizung und des Autoklaven selbst war unvermeidlich. Weiterhin bestand keine Möglichkeit, den Zeitfaktor einzuführen, d.h. Vorgänge nach Ablauf vorbestimmter Zeitspannen auszulösen. Schliesslich wurde gefordert, gewisse Vorgänge optisch und akustisch bemerkbar zu machen.

Diese Aufgaben werden nun durch das erfindungsgemässe Gerät mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Es weist eine durch Mikroprozessor gesteuerte Zentraleinheit auf, welche programmierbar ist. Alarmbzw. Signaleinrichtungen rufen Bedienungspersonen herbei, die nun während derjenigen Zeiten, die das Gerät zur Ausführung der eingegebenen Befehle braucht, für andere Arbeiten frei sind.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass das erfindungsgemässe Gerät auch für Aufgaben einsetzbar ist und eingesetzt wurde, die mit dem ursprünglich beabsichtigten Zweck sehr wenig gemein haben und im allgemeinen zyklische Vorgänge betreffen. Es seinen in diesem Zusammenhang genannt:

- Steuerung von Färbemaschinen (Jigger, Stückfärbemaschinen) in der Textilindustrie

- Regelung von Anlagen zur Abwasserreinigung

- Betrieb von Hochdruck-Sterilisatoren

- Essenzubreitung in Kantinen usw.

- Regelung und Steuerung von Heizungsanlagen, Klimageräten und Dampferzeuger.

Diese sehr universelle Verwendbarkeit konnte nicht vorhergesehen werden.

In besonders vorteilhafter Weise lässt sich das erfindungsgemässe Gerät an einen Drucker und/oder Schreiber ("plotter") anschliessen. Der Betrieb dieser Zusatzeinrichtungen kann z.B. für den Schreiber kontinuierlich sein, wobei auch Pausen von einstellbarer Dauer vorgesehen sein können, wenn ein Programm abgelaufen oder ein stationärer Zustand erreicht ist. Es ist auch möglich, in wählbaren Intervallen den Drucker zum Ausdrucken der jeweiligen Daten arbeiten zu lassen. So ist es möglich, beim Abschluss eines Programms bzw. Versuchs gleich ein fertiges Protokoll oder eine aufgezeichnete Kurve zu erhalten. Diese Zusatzgeräte und deren Betrieb wird vom Mikroprozessor des erfindungsgemassen Gerätes gesteuert.

Ebenfalls zusätzlich oder auch alternativ kann ein Datenspeicher vorgesehen sein, der mit dem Mikroprozessor verbunden ist und die Daten der Messwerte und des Programmablaufes zumindest für einige Zeit aufbewahrt. Dadurch ist es möglich, ein Programm zu wiederholen, auszuwerten und/oder zu überprüfen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemassen datenhaltenden Steuer- und Regelgerätes dargestellt. Es zeigen:

- Fig. 1 ein Aufbau-, Schalt- und Funk

tionsschema des Gerätes,

- Fig. 2 eine Vorderansicht in perspektivi-

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scher Darstellung mit den einzelnen Anschluss-, Bedienungs- und Anzeigegeräten, und

- Fig. 3 die zum Verständnis der Bedienung herausgezeichneten Bedienungs- und Anzeigeelemente in schematischer Darstellung.

Kernstück des Gerätes ist der Mikroprozessor 10 mit der Eingabe- und Anzeigetafel 11, deren Ausgestaltung weiter unten zusammen mit ihren Funktionen näher erläutert wird. Die Einheit 10/11 ist mit der Netzschiene 12 direkt verbunden und steht unter Spannung, wenn der Netzstecker 14 in eine entsprechende Steckdose eingesteckt wird. (Der Schutzleiter ist nicht dargestellt.) Zwischen den beiden Leitern der Netzschiene ist ein den Mikroprozessor 10 schützendes, an sich bekanntes Filter 16 geschaltet.

Ueber einen Ein-Aus-Schalter 18 werden die übrigen Baugruppen des Gerätes mit Spannung und Strom versorgt; der jeweilige Anschluss ist in der Regel weggelassen. Es sind drei Steckdosen 20, 22, 24 vorhanden, die zum Anschluss diverser zu steuernder Apparate dienen. Eine cder mehrere weitere, ohne Schaltung versehene, nicht dargestellte Steckdosen können vorhanden sein, an die beispielsweise Lampen, Rührer usw. angeschlossen werden können.

Die Steckdosen 20, 22, 24 sind mit jeweils einer Anzeigelampe 21, 23, 25 versehen, die Glimmlampen sein können und den Spannungszustand der zugehörigen Dose anzeigen. Die Steckdose 20 ist über den Wahlschalter 26 entweder auf "direkt", d.h. in direkte Verbindung mit dem

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Netz, oder auf "Uhr", d.h. auf Zeitbeeinflussung, zu schalten. Nur in der dargestellten Stellung "Uhr" wirkt der Ein-Aus-Schalter 28, der vom Mikroprozessor 10 beeinflusst wird.

Die Steckdose 22 liegt über den Ein-Aus-Schalter 30 am Netz.. Der Schalter 30 wird vom Mikroprozessor 10 derart beeinflusst, dass er durch ein Temperatur-Zeit-Programm gesteuert werden kann. Diese Betätigung wird durch die Verbindung 32 angedeutet.

Die dritte Steckdose 24 wird über den Ein-Aus-Schalter 34 geschaltet. Der Schalter 34 ist mit der Vorrichtung 38 verbunden, welche auf äussere physikalische oder physikalisch-chemische Grossen mittels anzuschliessender Fühler reagiertn. Bei Erreichen eingestellter Werte schaltet der Schalter 34 aus oder auch ein. Solche Fühler, die an der Baugruppe 38 anliegen, sind z.B. ein Kontaktthermometer, 'Thermoelement oder'Widerstandsthermometer 40, ein Kontaktmanometer 42 und ein pH-Schalter 44.

Der Strom zur Steckdose 24 geht über den Schalter 34 und ausserdem durch eine Leistungsregelstufe 36 mit angeschlossenem Potentiometer 45. Mittels dieses Potentiometers 45 ist es möglich, die Leistung an der Steckdose einzustellen. Dies geschieht entweder durch eine an sich bekannte Phasenanschnittschaltung eines Triacs mit veränderbarem Phasenwinkel oder eine periodische Zeitsteuerung eines Relais oder eines elektronischen Schalters, z.B. Triacs, mit variablem Tastverhältnis. Die Frequenzen der Schaltzyklen sind wegen der Vorschriften der Elektrizitätswerke niedrig und liegen im Gebiet von ca. 0,01 bis 0,5 Hz.

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Die Steuer-Baugruppe 38 ist weiterhin mit einer Anzeige versehen, welche auch eine Fernanzeige sein kann und angibt, welcher Fühler der angeschlossenen Art (40, 42 oder 44) das Abschalten ausgelöst hat. Es sind nämlich optische Anzeigeorgane 46, 46', beispielsweise blinkende Leuchtdioden oder Glühlämpchen, und/oder Hupe oder Summer 48 vorgesehen. Diese Organe können beliebig kombiniert sein; so ist es z.B. möglich, drei Blinklämpchen und eine Hupe einzubauen. Ein Schalter 50, der nur schematisch angedeutet ist, gestattet eine beliebige Zuordnung eines Anzeigeorgans mit einem Fühler. Ein nicht gezeigter, gegebenenfalls absperrbarer Taster dient zur Löschung der Anzeige.

Die Baugruppen 11, 10, 36 und 38 sind mit einer Stromversorgungseinheit 52 zusamraengeschaltet, welche durch den Strompfad 54 (angedeutet durch zwei Pfeile) mit drr Netzschiene 12 verbunden ist. Die Versorgungseinheit liefert die zum Betrieb der angeschlossenen Baugruppen erforderlichen Spannungen und Ströme und hält diese, soweit erforderlich, konstant. Auch kann die Versorgungseinheit 52 weitere Aufgaben erfüllen, nämlich einerseits Schaltfunktionen. So kann beispielsweise eine bedienbare Verriegelung vorgesehen sein, welche beim erstmaligen Ausschalten des von der Steuerbaugruppe 38 betätigten Schalters 34 infolge des Ansprechens eines der Fühlsr 40, 42, 44 ein weiteres Schalten, ζ„Β. erneutes Einschalten infolge Absenken des Druckes, verhindert. Gleichzeitig können andererseits Programmänderungen eingeleitet werden, indem nämlich die Versorgungseinheit 52 auf den Mikroprozessor einwirkt, wenn ein solches Ansprechen des oder der Fühler erfolgt ist, um den Ablauf des Programmes zu ändern. z.B. das Abkühlen der angeschlossenen Apparatur

einzuleiten.

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Mit dem Mikroprozessor weiterhin verbunden sind Anschlüsse 56 für den Anschluss eines Schreibers bzw. Druckers und Buchsen 58 für eine Fernanzeige von physikalischen Daten oder Zeitwerten oder aber zum Anschluss einer Programmiereinheit (nicht dargestellt). Wichtigstes und einfachstes Programm im Falle einer Programmierbarkeit wäre die automatische Wiederholung eines bereits vorher gefahrenen Arbeitsablaufes auf blossen Knopfdruck. Dies ist für Reihenversuche sehr zweckmässig, zeitsparend und vermeidet Irrtümer. Zusammen mit den Aufzeichnungen eines bei 56 angeschlossenen Schreibers erhält man dann die komplette Dokumentation einer Versuchsserie unter gleichen Bedingungen.

Die in den Mikroprozessor 10 (worunter auch die zugehörigen Speicher und andere Hilfsschaltungen verstanden werden sollen) eingegebenen Daten sollen bei Stromausfällen erhalten bleiben. Zu diesem Zweck ist ein Hilfsakkumulator 60 vorgesehen. Mit 62 ist eine Betriebskontrolleuchte bezeichnet.

In Fig. 2 ist nun in perspektivischer Ansicht eine praktische Ausführung des erfindungsgemassen Gerätes gezeigt. Die Bezugszeichen entsprechen denjenigen in Fig. 1. Die einzelnen Baugruppen, Bedienungsorgane usw. sind im Gehäuse 64 untergebracht, das eine schräghorizontale Anschlusstafel 66 und eine schräg-vertikale Bedienungs- und Anzeigetafel 68 aufweist. Auf der Anschlusstafel befinden sich die Schalter 26 und 50, die Steckdosen 20, 22 und 24 mit ihren Kontrolleuchten 21, 23, 25; die Warnlampen 46 und 46' sowie die Steckbuchsen 40, 42 und 44. Weitere Steckbuchsen 70 sind für den Anschluss von Hilfsgeräten vorgesehen.

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Auf der Bedienungs- und Anzeigetafel 68 sind die Eingabetafel 11 mit Uhranzeige 13 und Bedienungsknöpfen 72 angeordnet, weiterhin der Netzschalter 18 mit Betriebsanzeige 62, die Anschlussbuchsen 56 und 58 sowie die Bedienungsknöpfe der Potentiometer 45.

Fig. 3 zeigt schliesslich schematisch das Eingabe- und Anzeigefeld des Gerätes. Die Anzeige erfolgt über Siebensegment-Leuchtdioden j natürlich können beliebige andere Anzeigemittel vorhanden sein.

In Fig. 3 ist 11 die Eingabetafel mit Zeit- und Temperaturanzeige 13 sowie Programm- und Zustandsanzeige 15 zu.sehen. A bis N sind Bedienungsknöpfe, wobei Knopf F versenkt ist und nur mit einem Werkzeug (Bleistift) betätigt werden kann, damit die Einstellung nicht versehentlich verändert wird.

Die Programmierung eines Arbeitsablaufes geschieht beispielsweise wie folgt:

1. - Uhrzeit (Tageszeit) einstellen.

2. - Anfangs- oder Startzeit eingeben.

3. - Dauer eingeben.

4. - Soll-Temperatur eingeben.

5. - Ist-Temperatur abfragen.

6. - Eingegebene Werte abfragen.

7. - Löschen.

8. - Beispiele.

1. - uhrzeit:

Zuerst wird Taste E (Ein/Aus) gedruckt, dann mit einem Bleistift o.a. - Taste F (Uhr) . Mit Taste G

(Vorlauf) und Taste H (Rücklauf) wird danach die Uhrseit eingestellt. Durch stetiges Drücken einer der beiden Tasten erhöht sich die Laufgeschwindigkeit4 Nach Unterbrechung läuft die Anzeige wieder langsam an. Durch erneutes Drücken der Taste F erlischt LED und die Uhrzeit ist programmiert und kann jederzeit abgefragt werden,

2. - Anfangs- oder Startzeit:

Nach Eintasten des benötigten Kanals (Taste A, B oder C) wird Taste K gedrückt. Danach gibt man über die Tasten G bzw. H die gewünschte Startzeit ein.

3. - Dauer

Nach Betätigen der Taste L wird über die Tasten G und H die gewünschte Dauer eingegeben (0 bis 99,9 Stunden). Durch Drücken der entsprechenden Kanal-Taste A, B oder C ist die Dauer programmiert.

4. - Soll-Temperatur:

Nach Betätigen der entsprechenden Kanal-Taste A, B oder C wird Taste M gedrückt. Ueber Taste G und H wird dann die gewünschte Soll-Temperatur eingestellt. Durch Drücken der entsprechenden Kanal-Taste A, B oder C ist die Soll-Temperatur programmiert.

5. - Ist-Temperatur:

Die Ist-Temperatur wird durch Drücken der Taste N und der entsprechenden Kanal-Taste A₁. B oder C angezeigt.

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6. - Abfrage:

Zum Abruf bzw. zur Kontrolle der verschiedenen Eingaben müssen folgende Tasten betätigt werden:

- für die Uhrzeit eine der Kanal-Tasten A, B, C

- für die Startzeit die Taste K

- für die Dauer die Taste L. Es wird die verbleibende Restzeit angezeigt

- für die Soll-Temperatur die Taste M.

7. - Löschen

Wenn einzelne Daten oder ganze Programme gelöscht werden sollen, muss zuerst die entsprechende Kanal-Taste A, B oder C gedrückt werden. Mit Taste I können dann Einzeldaten (z.B. Startzeit) schrittweise gelöscht werden. Nach Beendigung eines Programms ertönt ein Signal. Dies wird ebenfalls mit Taste I gelöscht.

8. - Ausführungsbeispiele:

Beispiel a.

Kanal 1 (Taste A) soll um 6.30 Uhr angeschlossene Verbraucher einschalten und nach 7 Stunden wieder abschalten.

Zuerst wird Taste E gedrückt, danach Taste F <s. Abschnitt Uhrzeit). Mit Taste G und H wird die aktuelle Tageszeit eingestellt. Nach erneutem Betätigen der Taste F (LED erlischt) ist die Tageszeit programmiert. Die Uhr läuft. Nach Betätigen der Taste A wird Taste K gedrückt und über Taste G und H die gewünschte Startzeit (6.30 Uhr) eingegeben. Dann wird

Taste L gedrückt und danach Taste G und H (Dauer). Durch Betätigen der Taste A ist die Dauer programmiert.

Beispiel b.

Kanal 2 (Taste B soll um 6.30 Uhr einen angeschlossenen Verbraucher auf 215°C aufheizen und nach 7 Stunden wieder abschalten.

Zunächst wird gemäss Beispiel a die Uhrzeit eingestellt, bis die Uhr läuft. Danach wird die Taste M betätigt und über Taste G und H die gewünschte Soll-Temperatur (215°C) eingestellt. Durch Betätigen der Taste B ist die Soll-Temperatur programmiert. Nach Betätigen der Taste L wird über Taste G und H die Dauer (7 stunden) eingegeben. Durch Betätigen der Taste B ist die Dauer programmiert.

Die einzelnen Bauteile, Baugruppen und Schaltungen, die im erfindungsgemässen Gerät vorhanden sind, können aus handelsüblichen Elementen bzw. Schaltungen zusammengestellt werden. Zur Zeit werden als aktive Bauteile integrierte Schaltungen und optoelektronische Teile bevorzugt.

Vorzugsweise ist, wie in Fig. 1 angedeutet, das Gerät aus Teilschaltungen zusammengesetzt, die vom Eletronikfachmann im ünblick auf die gewünschte Einzelfunktion der Teilschaltung aufgebaut werden können.

Claims (3)

Ansprüche

1. Datenhaltendes Steuer- und Regelgerät, insbesondere zur Speisung und Steuerung von Laboratoriumsgeräten wie Autoklaven, in dem Hilfsvorrichtungen wie Schalt-, Regel-, Kontroll- und Zeitgebervorrichtungen untergebracht sind und das eine Bedienungs- und Anzeigetafel und eine Ansch.lußtaf el'aufweist, dadurch gekenn zeichnet, daß die Anschlußtafel (66) schräg-horizontal und die Bedienungs- und Anzeigetafel schräg-vertikal angeordnet sind, daß auf der Anschlußtafel (66) eine erste Steckdose (20), die umschaltbar direkt oder über einen zeitgesteuerten EIN/AUS-Schalter an Netzspannung anschließbar ist, eine zweite Steckdose (22) , die über eine Zeit- und/oder Temperatursteuereinrichtung an Netzspannung anschließbar ist, und eine dritte Steckdose (24),die über einen Leistungssteiler an Netzspannung anschließbar ist, sowie Steckbuchsen (40, 42,44), die an einen äußeren Temperaturgeber und/oder einen Druckmeßwertgeber anschließbar sind, angeordnet sind,

und daß auf der Anzeigetafel (68) eine Anzeigevorrichtung (13) für den Schaltzustand anzuschließender Geräte, der Temperatur oder der Zeit, Potentiometer-

Bedienungsknöpfe (45), ein Hauptschalter (18) sowie Stel.l.knöpfe (A-N) und Anzeigelampen (21, 23, 25, 62) angeordnet sind.

2. Daß an der Bedienungs- und Anzeigetafel (69) Anschlußbuchsen für einen Schreiber angebaut sind.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Bedienungs- und Anzeigetafel ein Programmierfeld (Tl) mit Bedienungsknopfen (A-N) und einer Anzeigevorrichtung (13,15) angebracht ist.