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Selbsttätige Steuer- bzw. Regeleinrichtung mit einem Meßglied Die
im folgenden näher beschriebene Erfindung bezieht sich auf eine selbsttätige Steuer-
bzw. Regeleinrichtung mit einem Meßglied, dessen Anzeigemittel in Abhängigkeit von
der jeweiligen Meßgröße ein Licht- oder Schattenband vor einer Anzahl lichtempfindlicher
Zellen, vorzugsweise Fotowiderständen, bewegt.
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Derartige Einrichtungen werden- beispielsweise zur Steuerung eines
Stellgrößengebers mit störgrößenabhängiger Schaltverzögerung zur stellungsabhängigen
Regelung von Maschinenteilen oder zur einstelligen digitalen Meßwertanzeige verwendet.
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In der Meß- oder Regeltechnik sind Einrichtungen bekannt, die beispielsweise
von einem Anzeigemittel für elektrische Größen einen Schalt- oder Steuervorgang
ableiten. Sie erfüllen diese Aufgabe dadurch, daß bei Erreichen einer definierten
Stellung des richtungsab- oder unabhängigen Anzeigemittels ein Bauelement zu- oder
abgeschaltet wird, wobei gleichzeitig die Größe ungestört von der Abtastung analog
angezeigt wird. Besonders gut wird diese Bedingung durch berührungslose Kontaktgabe
bei elektronischen Grenzwertfühlern erfüllt. Beispielsweise arbeiten die bekannten
lichtelektrischen Abtasteinrichtungen völlig rückwirkungsfrei. Es ist auch bekannt,
anstatt eines nachgeschalteten Kontakt-Relais einen elektronischen Schwellwertschalter
oder eine Reihenschaltung von lichtempfindlicher Zelle und beispielsweise einem
Schmitt-Trigger zu verwenden und vor einer bestimmten Anzahl derartiger Reihenschaltungen
ein Licht- oder Schattenband als Schaltmittel zu benutzen.
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Derartige elektronische Grenzwertfühler gibt es mit von der Richtung
der Zeigerbewegung unabhängigem Abgriff wie auch mit richtungsabhängigem Doppelabgriff.
Diese Vorrichtungen haben aber den Nachteil, daß sie keine eindeutige Zuordnung
von Meßwertzone und Schaltzustand aufweisen. Deshalb ist es zur Erreichung eines
betrieblich einwandfreien Zustandes notwendig, nach jeder Unterbrechung der Hilfsspannung
die Meßwerte von Null an neu hochzufahren.
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Trotzdem sind die bisherigen Einrichtungen noch nicht geeignet, speziellen
Regelaufgaben zu genügen, die mit dieser Einrichtung gelöst werden sollen. Es blieb
daher noch folgende Aufgabe zu erfüllen: Es soll eine lichtelektrische Steuer- und
Abtast einrichtung mit berührungsloser Kontaktgabe und mit zonenweisem Unterscheidungsvermögen
hinsichtlich der Einhaltung, Über- oder Unterschreitung eines Sollwertes oder Sollwertbereiches
und der Größe und des Sinnes der Abweichung beispielsweise zur Steuerung von Stellgliedern
mit störgrößenabhängiger Schaltverzögerung, ferner zur stellungsabhängigen Regelung
von Maschinen oder zur einstelligen digitalen Meßwertanzeige mit entsprechender
Anpassungsfähigkeit an die verschiedenen Aufgaben geschaffen werden.
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Für Stellgrößengeber sind zwar schon vollelektronische »Diskriminatoren«,
beispielsweise Zenerdiodenbrücken, bekannt, die vorwiegend elektrisch vorgegebene
Größen regeln. Nachteilig an ihnen ist es aber, daß sie sich nicht ohne weiteres
auf nichtelektrische Meß--oder Regelgrößen anwenden lassen; sie erfordern vielmehr
zunächst eine Umwandlung beliebiger physikalischer Größen in elektrische.
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Dieser Aufwand wird dadurch vermieden, daß eine selbsttätige Steuer-
bzw. Regeleinrichtung mit einem Meßglied; dessen Anzeigemittel in Abhängigkeit von
der jeweiligen Meßgröße ein Licht- oder Schattenband vor einer Anzahl lichtempfindlicher
Zellen, vorzugsweise Fotowiderständen, bewegt, die jeweils mit einer bistabilen
Kippschaltung, vorzugsweise einem Schmitt-Trigger, in Reihe geschaltet sind und
bei der diese Reihenschaltungen parallel zu einer Spannungsquelle liegen, so ausgeführt
ist, daß jeweils einer der beiden Ausgänge jeder Kippschaltung mit einem derartigen
Ausgang der ihr unmittelbar folgenden Kippschaltung am Eingang eines Und-Gatters
liegen, daß nur dasjenige Gatter für eine anliegende Information frei wird, zwischen
dessen zugehörigen lichtempfindlichen Zellen sich die Grenze von Licht und Schatten
befindet.
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Mit einer derartigen Vorrichtung läßt sich beispielsweise folgende
Aufgabe erfüllen: Die Zone; in der sich das Anzeigemittel jeweils befindet, soll
von allen anderen Zonen unterschieden werden. Gleichzeitig soll eine scharfe Abgrenzung
dieser Zone erreicht werden. Ferner sollen aus jeder dieser Zonen, die sehr schmal
sein können, eindeutige Entschei-
Jungen über auszuführende Schaltvorgänge
gefällt sowie alle notwendigen Unterscheidungs-Informationen und beispielsweise
Rückstellungsbefehle an angeschlossene Stellglieder abgegeben werden.
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Die erfindungsgemäße Anordnung läßt sich in einfacher Weise den erwähnten
verschiedensten Aufgaben anpassen. Dies soll nun an Hand zweier Ausführungsbeispiele
näher erläutert werden, wobei die verwendeten Schmitt-Trigger nur kurz Trigger genannt
werden.
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Gemäß F i g. 1 liegen an den Klemmen der Spannungsquelle A die Fotowiderstände
1 bis 10 in Parallelschaltung, denen jeweils ein Trigger 11 bis 20 nachgeschaltet
ist. Diese Trigger besitzen jeweils zwei verschiedenwertige Ausgänge, indem der
Ausgang des zweiten Transistors dieser Trigger sich über einen sogenannten Negator
zu einem zweiten Ausgang verzweigt, der dann jederzeit eindeutig anderswertig ist.
Zwischen je zwei benachbarten Triggern befinden sich die Gatter 31 bis 39. Bei der
Meßgröße »Null«, d. h. im Ruhezustand des Gerätes, sind die Fotowiderstände 1 bis
10 beleuchtet. In diesem Fall hat beispielsweise das Gatter 31 den einen Eingang
mit der Wertigkeit O aus dem Trigger 11 und den zweiten Eingang mit der Wertigkeit
L aus dem Trigger 12. Das Gatter ist also für die am dritten Eingang einlaufende
Information gesperrt; da für einen Durchlaß der Information die beiden erstgenannten
Eingänge je die Wertigkeit L haben müßten. Der gleiche Zustand ist auch für die
anderen Gatter 32 bis 39 gegeben.
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Durch die von der Meßgröße abhängige Bewegung einer Abdeekblende vor
der Lichtquelle entsteht das Schattenband B, das je nach Stellung des Meßwerks einen
oder mehrere Fotowiderstände abdeckt. In F i g. 1 liegt die Kante des Schattenbandes
zwischen den Fotowiderständen 5 und 6, d. h., die Widerstände 1 bis 5 sind abgedunkelt,
während die Widerstände 15 bis 10 beleuchtet sind.
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Da die Wertigkeit der Triggerausgänge davon abhängt, ob der jeweils
zu dem betreffenden Trigger gehörende Fotowiderstand beleuchtet ist oder nicht,
ergibt sich folgende Arbeitsweise der Anordnung: Sind, wie in der Zeichnung dargestellt,
die Fotowiderstände 1 bis 5 durch das Schattenband B abgedeckt, während die Fotowiderstände
6 bis 10 beleuchtet sind, entstehen an den Triggerausgängen, die in der Zeichnung
eingetragenen Wertigkeiten. Allein das Gatter 35 ist durchlaßbereit; es enthält
die Potentiale L und L aus den Triggern 15 und 16. Durch die Lage
der rechten Kante des Schattenbandes B wird also festgelegt, welches der Gatter
31 bis 39 für die über die Leitungen 40 bis 48 eintreffenden Informationen durchlaßbereit
ist. Steigt beispielsweise die Meßgröße so weit an, daß die Kante des Schattenbandes
zwischen den Fotowiderständen 8 und 9 liegt, würden die über die Leitung 47 eingespeisten
Informationen durch das Und-Gatter 38 durchgelassen werden.
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Eine andere Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes, die sich besonders
gut zur Lösung von Regelaufgaben eignet, ist in F i g. 2 dargestellt.
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An den Klemmen der Spannungsquelle A liegen wiederum die Fotowiderstände
49 bis 54 mit den ihnen jeweils nachgeschalteten Triggern 55 bis 60. Gemäß den eingezeichneten
Symbolen O und L haben diese Trigger wiederum verschiedenwertige Ausgänge. Diese
Trigger sind mit den Und-Gattern 61 bis 65 in gleicher Weise wie die in F i g. 1
dargestellten verbunden. über die Leitungen 66 bis 70 werden ihnen die Informationen
zugeführt.
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Gegenüber der ersten Schaltung sind jetzt noch zwei weitere Und-Gatter
71 und 72 vorhanden, von denen das Gatter 71 mit dem Trigger 57 und das Gatter 72
mit dem Trigger 58 in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise verbunden ist. Zum
jeweils zweiten Eingang dieser beiden Und-Gatter führen die Informationsleitungen
73 und 74.
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Die Arbeitsweise entspricht der der Grundschaltung; nur ist im vorliegenden
Fall eine bestimmte Zone im Wege der Abdeckfahne B, nämlich zwischen den Fotowiderständen
51 und 52, als Regelsollbereich vorgesehen.
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Die beiden Und-Gatter 71 und 72 dienen zur Unterscheidung von »Unterschreitung«
und »überschreitung« des Sollbereiches. über die Leitungen 73 und 74 werden also
die Informationen »Unterschreitung« bzw. »Überschreitung« gegeben. Die Leitung 66
führt die Information »zwei Einheiten« und die Leitung 67 die Information »eine
Einheit«. Das gleiche gilt sinngemäß für die Leitungen 69 und 70. Die Leitung 68
führt die Information »Meßwert im Toleranzbereich« die über die Und-Gatter laufenden
Informationen bewirken also die Ausregelung der Größe, deren Wert durch die Stellung
des Schattenbandes B bestimmt wird. Werden bei einer Regelaufgabe die Korrekturmaßnahmen
durch Impulse bewirkt, die über die Und-Gatter und einen Zähler laufen, dann dienen
die in F i g. 2 über die Leitung 68 laufenden Impulse zur Rückstellung des Zählers
auf Null.