DK148567B - Styreanlaeg med tastforholdsekspansion - Google Patents

Description

U8567 i

Den foreliggende opfindelse angår et styreanlæg omfattende et tastforholdskredsløb indbefattende et affølings-kredsløb med et følerelement og et indstilleligt indstillingspunktelement, og et komparatorkredsløb, som fødes fra 5 affølingskredsløbet, og som frembringer et sighal, hvis tastforhold afhænger af afvigelsen af den affølte tilstand fra indstillingspunktet, og en frekvensdeler, som fødes fra tastforholdskredsløbet, og som drives af et impulssignal fra en højfrekvensoscillator og frembringer et signal med tillo svarende tastforhold og større periode. Et eksempel på sådanne tidsproportionale anlæg er styringen af varme- og/el-ler køleudstyr, og opfindelsen skal beskrives i forbindelse med sådant udstyr, selv om den også er anvendelig til andre anlæg.

15 Det simpleste varmeanlæg anvender en simpel termo stat. Det er kendt at anvende termisk foregribelse for at opnå en bedre arbejdsmåde af anlægget. Denne foregribelse reducerer afhængigheden af den omgivende rumtemperatur for at aktivere termostaten mellem dens "til" og "fra" til-2o stand. Forskellige midler anvendes til at opnå foregribelsesvarmen, men alle disse er termiske og er derfor udsat for forskellige luftstrømme, som optræder i forskellige installationer.

I en elektronisk termostat kan foregribelse opnås 25 elektronisk. Dette har den fordel, at den ikke påvirkes af luftstrømning og eliminerer således alle problemerne i tilknytning til termisk foregribelse angivet ovenfor.

En fremgangsmåde til opnåelse af denne form for foregribelse er anvendelsen af et modstands- og kondensa-3o torlade- og afladearrangement som en del af den negative tilbagekobling i en elektronisk forstærker, medens der anvendes en fast positiv tilbagekobling. Denne form for elektronisk foregribelse indføres som en negativ tilbagekoblingstilstand med en enkeltordens tidskonstant. For opnå-35 else af korrekt drift kan denne tidskonstant behøve at være af størrelsesordenen 15 minutter. For at opnå denne tidskonstant med et enkelt modstands-kondensatorarrangement kræves høje modstande og en meget stor kondensator 2 148567 med lille afledning. Dette gør denne form for elektronisk foregribelsesanordning upraktisk, da størrelsen af modstanden og kondensatoren vil forøge prisen på apparatet og den fysiske størrelse af selve termostaten.

5 For at opnå den ønskede tidskonstant af størrelses ordenen 15 minutter kan der anvendes en relativt lille kondensator og rimeligt dimensionerede modstande for således at opnå en relativt hurtig cyklushastighed sammen med et tastforholdsekspansionskredsløb. To former for et sådant lo kredsløb er beskrevet i britisk patentskrift nr. 2.o13.946.

I de deri beskrevne tastforholdsekspansionskredsløb anvendes tastforholdssignalet fra det elektroniske foregribelseskredsløb kort fortalt til at styre tællingen af impulser fra en højfrekvent impulskilde. I én kredsløbsudførel-15 se tælles impulserne fra impulskilden under til-perioder-ne af tastforholdssignalet, og et til-udgangssignal opretholdes under et tilsvarende antal fuldstændige perioder af tastforholdssignalet, derpå tælles antallet af impulser fra impulskilden under fra-periodeme af tastforholds-2o signalet, og et fra-udgangssignal opretholdes under et tilsvarende antal fuldstændige perioder af tastforholdssignalet. Dette kredsløb anvender to tællere. I den anden kredsløbsudførelse anvendes en tæller med høj kapacitet, og til- og fra-perioderne af udgangssignalet opretholdes, ind-25 til tælleren bliver fuld, impulser fra impulskilden føres til tælleren under til-perioderne af tastforholdssignalet, medens udgangssignalet er fra og under fra-perioderne af tastforholdssignalet, medens udgangssignalet er til.

Den ene af disse kredsløbsudførelser er udsat for 3o at blive låst i den forkerte tilstand, hvis indstillings-punktet pludseligt ændres, og den anden udførelse er udsat for mulige betydelige forsinkelser i reaktionen på sådanne pludselige ændringer af indstillingspunktet. Det ovenfor nævnte patentskrift og britisk patentskrift nr.

35 2.o21.292 beskriver organer til afhjælpning af dette pro blem.

Disse kredsløbsudførelser er også tilbøjelige til at udvise en uønsket forsinket reaktion, når anlægget ar- 148567 3 bejder med en ekstrem værdi af tastforholdet (i nærheden af 0 eller 1) og bevæger sig ind i og ud af det proportionale bånd. Dette fænomen er blevet kaldt "slugning", da systemet synker eller "sluger" et stort antal perioder, 5 når det vender tilbage til det proportionale bånd, før dets udgangssignal ændres. Britisk patentskrift nr.

2.o26.743 beskriver midler til afhjælpning af dette.

Det har nu vist sig, at det er en ulempe ved det ovennævnte anlæg både i dets grundform og med dets forskello lige videreudviklinger, selv om tastforholdsekspansionskredsløbet er digitalt og drives af et reguleret taktsignal, at affølingskredsløbet, som tilvejebringer indgangstastforholdssignalet, er fritløbende og udsat for variation i frekvens, navnlig med varierende tastforhold.

15 Formålet med den foreliggende opfindelse er at til vejebringe et forbedret anlæg, hvor affølingskredsløbet er mere nøjagtigt styret og koblet til resten af kredsløbet.

Ifølge den foreliggende opfindelse opnås dette ved et styreanlæg af den indledningsvis angivne art, som er 2o ejendommeligt ved dele- og dekodningskredsløb, som frembringer et antal impulssignaler med forskellige frekvenser, drevet af højfrekvensoscillatoren, idet et lavfrekvent impulssignal derfra føres til affølingskredsløbet for at bringe dette til at drive komparatorkredsløbet med 25 en trekantet bølgeform med tilsvarende periode.

Opfindelsen skal herefter forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser et blokdiagram over en udførelsesform for et temperaturstyreanlæg ifølge opfindel-3o sen og fig. 2 og 2A bølgeformer, som viser styreanlæggets virkemåde.

I fig. 1 er vist en oscillator 31, der kan være syn- 4 148567 kroniseret med netfrekvensen, og som tilvejebringer en højfrekvent strøm af impulser, der deles ned af en dele-kæde 32, som frembringer et signal F på 256 Hz og et signal M på 1 Hz, og tillige driver en dekoder 4o, som frem-5 bringer to signaler P og T, som omtales nærmere nedenfor.

Et brokredsløb 12 omfatter en følermodstand 13 og tre yderligere modstande 16, hvoraf den ene er manuelt indstillelig som indstillingspunktmodstand. Broen 12 føder en forstærker 25, over hvis indgange der er forbundet en lo kondensator 22, og som indeholder indre positiv tilbagekobling, så at dens udgangssignal er et logisk signal (O eller 1). 1 Hz signalet M føres til broen 12 over en modstand 45.

Virkningen af drivsignalet M og kondensatoren 22 15 er, at nettoindgangssignalet til forstærkeren 25 er et savtaksignal, hvis middelniveau er indstillet af det uforstyrrede broudgangssignal. Som vist i fig. 2 stiger netto-udgangssignalet fra broen 12 således, når M er 1, og falder når M er 0 omkring et middelniveau. Denne bølge-2o form sammenlignes af forstærkeren 25 med et referenceniveau, ved hvilket forstærkerens udgangssignal skifter.

Niveauet er i virkeligheden to tæt ved hinanden liggende niveauer til og fra, men denne lille hysterese er uden betydning for den yderligere funktion af systemet. Udgangs-25 signalet fra forstærkeren 25 er et logisk signal svarende til polariteten af ^ i forhold til referenceniveauet (til og fra) af forstærkeren 25 som vist.

Forstærkeren 25 føder et logisk kredsløb 46, der virker som et kombineret ækvivalens og eksklusiv-ELLER-3o kredsløb, som også får tilført et signal T. Antages det for øjeblikket, at signalet T er 0, føres udgangssignalet fra. forstærkeren 25 af kredsløbet 46 direkte til en 0G-port 54. og i inverteret form til en OG-port 55. Disse to porte styres af to yderligere OG-porte 52 og 53, der sty-35 res af signalet M og udgangssignalet 0/P for hele systemet direkte og over invertere som vist. Det vil ses, at når udgangssignalet 0/P er 1, er porten 53 åben og åbner OG-porten 55 i de skiftevise halvperioder af signalet M, 5 148567 hvor M er 0, og OG-porten 52 åbnes, når udgangssignalet 0/P er 0, og M er 1 og åbner OG-porten 54. De to porte 54 og 55 føder en ELLER-port 64. Det direkte udgangssignal fra forstærkeren 25 føres således til udgangen på en 5 port 64, når M = 1 hvis 0/P = 0, og det inverterede udgangssignal fra forstærkeren 25 føres til udgangen på porten 64, når M = O hvis 0/P = O. Disse to muligheder er vist i de to Vg4 bølgeformer i fig. 2. Udgangssignalet 0/P forbliver konstant over mange perioder af M. lo Porten 64 åbner en OG-port 7o, som får tilført 256 Hz signalet F, og som føder en tæller 67 over en OG-port 71, der åbnes over en inverter lol fra udgangen på tælleren 67, så at porten 71 lukkes, når tælleren bliver fuld. Tælleren 67 har en tællekapacitet på f.eks. 16 K.

15 Udgangssignalet fra tælleren 67 føres over en OG-port 74 og en ELLER-port 75 til et monostabilt kredsløb 81, som frembringer en udgangsimpuls, når tælleren 67 fyldes, hvilket ændrer tilstanden af en udgangs-flip-flop 83, der frembringer udgangssignalet 0/P. Den monostabile multi-2o vibrator 81 føder også tilbagestillingsindgangen på tælleren 67 for at tømme dens tælling til 0.

Det kan af fig. 2 ses, at når 0/P er 0, idet tastforholdet for ^2$ er ca* (til:fra), føres 256/6 = 43 F impulser til tælleren 67 for hver M periode (hvert sekund), 25 så at den vil fyldes på 16K/43 = ca. 38o s. Fra-(O) delen af udgangssignalet varer således 38o s. Ved afslutningen af denne tid fyldes tælleren 67 og skifter tilstanden af flip-flop'en 83, og idet 0/P nu er 1, føres 256/3 = 85 F impulser til tælleren 67 for hver M periode (hvert sekund).

3o Tælleren 67 vil således fyldes på 19o s, hvilket er til- (1) delen af udgangssignalet. Udgangssignalet har således det samme til:fra forhold, men har en periode af størrel- 3 sesordenen 10 gange M perioden, dvs. af størrelsesordenen lo minutter.

35 Det vil ses, at hvis temperaturen varierer, vil kurven V^2 hæves eller sænkes og derved ændre tastforholdet for signalet V25< Udgangssignalet 0/P vil have det sam- 6 148567 me tastforhold, men en meget større periode. Fyret eller luftkonditioneringskompressoren vil således aktiveres periodisk ved en passende hastighed, idet tastforholdet afspejler afvigelsen af temperaturen fra indstillingspunktet.

5 Det kan ske, at brugeren udfører en pludselig stor ændring af anlæggets indstillingspunkt, hvilket fører hele kurven V^2 over (eller under) til og fra-niveauet af forstærkeren 25. Det hidtil beskrevne anlæg ville, hvis udgangssignalet var på et forkert niveau, og tælleren 67 nælo sten var tom, tage en betydelig tid for at reagere, fordi tælleren 67 skulle fyldes, før udgangssignalet ville skifte. Denne tidsforsinkelse på flere minutter er meget utilfredsstillende for de fleste brugere. Der tilvejebringes derfor midler til praktisk taget at eliminere tidsforsin-15 kelsen under sådanne omstændigheder.

Dekoderen 4o frembringer et signal P, der som vist i fig. 2 er en smal impuls, der optræder i hver M halvperiode, umiddelbart efter at signalet M skifter. Dette signal P og udgangssignalet fra porten 64 føres til en OG-port 2o So, som føder en lille tæller 87, der føder ELLER-porten 75. Det vil af fig. 2 ses, at signalet Vg^ normalt begynder ved et eller andet punkt et stykke inde i en M halvperiode og varer indtil afslutningen af denne halvperiode. Det er når og kun når til:fra forholdet for signalet V2,- er på 25 eller i nærheden af enten 0 eller 1, at Vg^ signalet vil begynde tidligt nok i M halvperioden til at overlappe P impulserne. Under disse omstændigheder når til:fra forholdet for signalet V2^ er på eller meget nær ved enten 0 eller 1, vil OG-porten 9o følgelig åbnes for at lade P impul-3o serne passere. Disse vil derpå blive talt af tælleren 87, og når denne tæller bliver fuld, vil den overføre et signal til porten 75, som vil skifte udgangssignalet 0/P.

Kapaciteten af tælleren 87 er lille, da den kun tjener til at eliminere eventuelle støjsignaler, og dette 35 tællerkredsløb bringer derfor udgangssignalet til at skifte indenfor nogle få sekunder, hvis anlægget bevæges udenfor det proportionale bånd ved en indstillingspunktændring.

7 148567

Det kan ses, at tælleren 87 naturligvis kun arbejder, hvis udgangssignalet 0/P er på det forkerte niveau for den nye krævede temperatur.

Sådanne ændringer af indstillingspunktet kan foreta-5 ges af brugeren eller programmeres af en styreanordning som natreduktions- eller dagforøgelsesændringer.

Det kan også ske, at anlægget driver ind i eller ud af det proportionale bånd. Hvis dette sker, kan det hænde, at udgangssignalet 0/P skifter for at passe til den afføl-lo te temperatur, umiddelbart før anlægget forlader det proportionale bånd, f.eks. kan udgangssignalet 0/P skifte til 0, umiddelbart før den affølte temperatur stiger til niveauet, hvor savtaksignalet V12 falder under referenceniveauet (til og fra). Virkningen heraf er, at tælleren 67 vil have 15 en meget lille tælling i sig, når anlægget forlader det proportionale bånd. Denne lille tælling vil bibeholdes, indtil temperaturen falder, og systemet igen kommer ind i det proportionale bånd. Når dette sker, vil forstærkerudgangssignalet V2g begynde at have korte 1 niveau interval-2o ler i sig og således forlange en ændring af udgangssignalet 0/P for at indkoble opvarmningen, men tælleren 67 vil kun modtage små inkrementer af tælling, og da den begynder fra en lille begyndelsestælling, kan det tage en meget betydelig tid, før tællingen når sin fulde værdi, og udgangssig-25 nalet skifter. Der findes derfor organer til at afhjælpe denne "sluge"-virkning.

Dekoderen 4o frembringer et signal T, der som vist i fig. 2 er sandt i et kort interval ved afslutningen af hver M signal halvperiode. Dette T signal føres til det lo-3o giske kredsløb 46, som derfor (på sin eksklusiv-ELLER-udgang) frembringer signalet V4g/,54 vist i fig. 2. Dette sidstnævnte signal følger signalet V^, undtagen når T = 1 som vist. Det følger heraf, at signalet Vg4 modificeres som vist ved de punkterede dele af deres bølgeformer for 35 at ende kort før M halvperioderne i stedet for ved enden af M halvperioderne.

Når systemet ligger klart indenfor det proportiona- 8 148567 le bånd, har denne afkortning af'Vg^ signalerne ikke nogen stor virkning. Den forlænger kun perioden af udgangssignalet lidt, da lidt færre tællinger føres til tælleren 67 i hver M periode. Hvis systemet nærmer sig kanten 5 af det proportionale bånd, har T signalet den virkning, at den indsnævrer det proportionale bånd lidt, da grænsen for det proportionale bånd i virkeligheden vil være det sted, hvor signalet krydser referenceniveauet (til og fra) i det øjeblik, hvor T signalet bliver sandt,i stedet lo for i det øjeblik, hvor M signalet skifter.

Hvis anlægget imidlertid går udenfor det proportionale bånd, så at signalet ^25 er konstant O f.eks., vil signalet Vg^ være 1 under T signalerne som vist i fig. 2A. (Naturligvis sker dette kun under skiftevise M halvperio-15 der og kun forudsat, at udgangssignalet 0/P har den rigtige værdi). Virkningen heraf er, at i intervaller, hvor anlægget er udenfor det proportionale bånd, fortsætter M impulserne med at tilføres tælleren 67 ved en lav hastighed, så at denne tæller gradvis forøger sin tælling til sit 2o maksimum.

T signalerne føres også til en OG-port 92, der også fødes af porten 64. Porten 92 føder et forsinkelsesfilterkredsløb 97, der føder OG-porten 74 på udgangen af tælleren 67. Under normal drift, hvor systemet ligger inden-25 for det proportionale bånd, frembringer forsinkelsesfilteret 97 et udgangssignal 1, som åbner porten 74 og resulterer i den allerede beskrevne virkemåde. De inverterede T impulser føres til porten 92 og åbner denne port under hovedparten af hver M halvperiode, og under normal drift 3o optræder der en impuls fra. porten .64 for hver skiftevise M signalhalvperiode, medens porten 92 er åben. Der er således under normal drift en kontinuerlig strøm af Impulser til kredsløbet 97, som.derfor opretholder sit udgangssignal 1.

35 Når anlægget bevæger sig udenfor det proportionale bånd, frembringer porten 64 imidlertid ikke længere impulser i intervallerne, når den er åbnet af det inverterede 9 148567 T signal. Kredsløbet 97 ændrer derfor snart sit udgangs--signal til 0 og lukker porten 74. Selv om tælleren 67 fortsætter med at tælle langsomt, indtil den når sit maksimum, kan det resulterende udgangssignal 1, når dette 5 maksimum nås, følgelig ikke passere gennem porten 74. Anlægget forbliver derfor i denne tilstand, indtil det igen kommer ind i det proportionale bånd. Så snart dette sker, bevirker impulserne, som igen fremkommer fra porten 92, at forsinkelsesfilterkredsløbet 97 frembringer et udgangssiglo nal 1 og åbner porten 74. Den fulde tælling af tælleren 67 skifter derpå udgangssignalet 0/P.

Alt i alt er virkningen af T signalet og dets tilknyttede kredsløb som følger. Når anlægget forlader det proportionale bånd, fyldes tælleren 67 langsomt som forbe-15 redelse til tilbagevenden til det proportionale bånd. Forsinkelseskredsløbet 97, som tjener til at frafiltrere støjimpulser, detekterer, om anlægget er indenfor eller udenfor det proportionale bånd og holder udgangssignalet konstant, medens anlægget er udenfor det proportionale bånd. Når an- s 2o lægget imidlertid igen kommer ind i det proportionale bånd, frigiver filtret 97 tælleren 67's udgangssignal og tillader anlæggets udgangssignal at skifte straks som følge af denne genindtræden. Anlægget vil da naturligvis fortsætte med at aktiveres periodisk med et lavt tastforhold på sæd-25 vanlig måde.

Tælleren 67 er fortrinsvis opbygget med tællestyreomskiftning, så at dens maksimale tælling kan forudind-stilles til at passe til det samlede anlægs særlige egenskaber. (Dette kan opnås ved at gøre dens tællehastighed 3o indstillelig). Tælleren 67 er også fortrinsvis opbygget således, at i afhængighed af et kølesignal, som indikerer, at anlægget skal anvendes til luftkonditionering, er cyklushastigheden af udgangssignalet i området omkring tre cykler pr. time, hvilket er kompatibelt med de fleste kø-35 lekompressorer. Anlægget indeholder også fortrinsvis strøm for syningsaf følingsorganer, der afføler strømforsyningen til anlægget, når dette anvendes til køling og sikrer, at 148567 lo udgangssignalet er fra, når anlægget er strømforsynet for således at forhindre kølekompressorer i at blive aktiveret periodisk utilsigtet, hvis der er strømafbrydelser, eller anlægget omskiftes mellem opvarmnings- og afkø-5 lingsdriftsmåder.

Delekæden 32 kan udgøre en del af en længere dele-kæde, som danner en del af et elektronisk styreorgan, der f.eks. bestemmer morgenindkoblings- og aftenudkoblingstidspunkterne .

Claims (4)

148567 Patentkrav.

1. Styreanlæg omfattende et tastforholdskredsløb (12,25) indbefattende et affølingskredsløb (12) med et følerelement (13) og et indstilleligt indstillingspunktele- 5 ment (16), og et komparatorkredsløb (25), som fødes fra af-følingskredsløbet, og som frembringer et signal, hvis tastforhold afhænger af afvigelsen af den affølte tilstand fra indstillingspunktet, og en frekvensdeler (46-83) , som fødes fra tastforholdskredsløbet, og som drives af et impulslo signal (F) fra en højfrekvensoscillator (31) og frembringer et signal med tilsvarende tastforhold og større periode, kendetegnet ved dele-(32) og dekodnings-(4o) kredsløb, som frembringer et antal impulssignaler (F,P,T,M) med forskellige frekvenser, drevet af højfrekvensoscillatoren 15 (31), idet et lavfrekvent impulssignal (M) derfra føres til affølingskredsløbet (12) for at bringe dette til at drive komparatorkredsløbet (25) med en trekantet bølgeform (V^) med tilsvarende periode.

2. Styreanlæg ifølge krav 1,kendetegnet 2o ved, at affølingskredsløbet (12) omfatter et brokredsløb, der på sit ene forbindelsespunkt får tilført det lavfrekvente impulssignal (over en modstand 45), og som er koblet til komparatorkredsløbet (25) over en shuntkondensator (22).

3. Styreanlæg ifølge krav 1 eller 2, og hvor fre-25 kvensdelerkredsløbet omfatter et tælleorgan (67), som er indrettet til at tælle skiftevise til- og fra-udgangssignal-perioder, hvor hver periode er bestemt af produktet af de to tælleparametre for tælleværdi og tællehastighed, hvilket tællerorgans ene tælleparameter bestemmes skiftevis i over-3o ensstemmelse med til- og fra-periodeme af tastforholdssig nalet, kendetegnet ved, at tastforholdssignalet føres til tællerorganet over et logisk kredsløb (46,52-55, 64), som overfører det i skiftevise halvperioder af lavfrekvenssignalet i afhængighed af udgangssignalet fra fre-35 kvensdelerkredsløbet.

4. Styreanlæg ifølge krav 3, kendetegnet ved, at det indeholder et kredsløb (87,9o), som drives af et yderligere impulssignal (P) fra dele- og dekodningskreds-