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Verfahren und Vorrichtung zur digitalen Regelung oder Steuerung Die
ErfIndung betrifft ein Verfahren zur digitalen Regelung mittels einer Regel- oder
Steuervorrichtung mit einem Istwertzähler, dem bei einer Veränderung des Istwertes
entsprechende Zählimpulse (Istwertimpulse) zugeführt werden, und mit Mitteln zur
zusätzlichen Kontrolle der Zählung. Beispielsweise kann es sich dabei um die Steuerung
der Lage eines Krans handeln. Der Kran läuft an Marken vorbei, die in festen Abständen
voneinander angeordnet sind und photoelektrisch, induktiv oder kapazitiv abgetastet
werden. Jedesmal, wenn der Kran eine solche Marke passiert, erhält man einen Impuls,
der einem Zähler, dem Istwertzähler, zugeführt wird. Durch besondere Vorkehrungen
kann man dafür sorgen, daß die Impulse vorwärts oder rückwärts gezählt werden,
je
nachdem, ob der Kran in der einen oder in der anderen Richtung an den Marken
vorbeiführt. Der Istwertzähler liefert dann ein Maß für die Lage des Krans. Je nach
der Größe des Istwertes in bezug auf einen Sollwert kann dann beispielsweise ein
Vorwärts- oder ein Rückwärtsantrieb eingeschaltet werden, um den Kran an eine bestimmte
gewünschte Stelle zu bringen.
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Es ist einleuchtend, daß man bei solchen digitalen Regel- oder Steuervorrichtungen
besonders darauf achten muß, daß der Istwert im Istwertzähler stets richtig angezeigt
wird. Eine falsche Istwertanzeige, z. B. bei einem Kran, kann zu gefährlichen Fehlfunktionen
und erheblichem Schaden Anlaß geben. Die geschilderte digitale Bestimmung des Istwertes
mittels eines Istwertzählers ist besonders problematisch, weil der Zähler stets
nur von Änderungen des Istwertes durch die Impulse »erfährt« und die Änderungen
integriert. Es wird also niemals der Istwert unmittelbar (ohne Bezugnahme auf die
»Vorgeschichte«) gemessen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine überwachung des Istwertzählers
vorzunehmen und den Istwert auf diese Weise zu sichern.
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Drei Einflüsse können insbesondere zu einer Verfälschung des im Zähler
angezeigten oder gespeicherten Istwertes führen: a) Es können Istwertimpulse ausfallen,
etwa weil eine photoelektrisch abgetastete Marke verschmutzt oder verdeckt ist,
oder es können falsche Istwertimpulse gegeben werden ' beispielsweise durch
ein sonstiges reflektierendes Teil längs der Bahn eines Krans.
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b) Es können Istwertimpulse kommen, ohne daß z. B. infolge
eines Defektes eine entsprechende Änderung des Istwertzählerstandes stattfindet.
Umgekehrt könnte sich der Zählerstand aus irgendeinem Grunde ändern, ohne daß dies
durch einen Istwertimpuls hervorgerufen worden wäre.
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c) Es kann der Zähler selbst defekt sein.
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Zur Ausschaltung der unter a) angeführten Fehler wird erfindungsgemäß
vorgesehen, daß zur Istwertsicherung bei einer Veränderung des Istwertes zwischen
zwei Istwertimpulsen eine vorgegebene Zahl von Hilfsimpulsen erzeugt und auf einen
Hilfszähler gegeben werden, daß der Zählerstand des Hilfszählers bei Erscheinen
eines Istwertimpulses abgefragt und wieder auf Null zurückgestellt wird und daß
ein Störungssignal gegeben wird, wenn der Zählerstand des Hilfszählers bei Erscheinen
des Istwertimpulses nicht der besagten vorgegebenen Zahl entspricht.
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Zwischen zwei richtigen Istwertimpulsen werden somit eine vorgegebene
Anzahl von Hilfsimpulsen gegeben. Ist bei Erscheinen eines Istwertimpulses der Hilfszähler
auf dem richtigen Zählerstand, so zeigt das an, daß es sich um einen »echten« Istwertimpuls
gehandelt hat. Der Hilfszähler kann dann wieder auf Null zurückgestellt werden und
ist daraufhin wieder bereit, den nächsten Istwertimpuls zu überwachen. Kommt aber
ein falscher Istwertünpuls zwischen zwei Marken, dann zeigt der Hilfszähler beim
Abfragen einen falschen Zählerstand, und es wird ein geeignetes Störungssignal ausgelöst.
Ähnliches geschieht, wenn ein Istwertimpuls ausfällt. Dann zählt der Hilfszähler
immer weiter über die vorgegebene Zahl hinaus. Es kann dann entweder vom Hilfszähler
selbst ein Störungssignal abgeleitet werden, oder es ergibt
sich
beim nächstfolgenden Istwertimpuls automatisch ein falscher, nämlich zu großer Zählerstand
am Hilfszähler, wodurch das Störungssignal ausgelöst-wird.
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Die unter b) aufgeführten Störungen werden in weiterer Ausbildung
der Erfindung dadurch überwacht, daß bei jeder Veränderung des Zählerstandes in
bekannter Weise ein Veränderungsimpuls erzeugt wird und daß einer Vergleichsschaltung
die Istwertimpulse und die Veränderungsimpulse zugeführt werden, wobei diese ein
Störungssignal liefert, wenn nicht gleichzeitig mit einem Istwertimpuls ein Veränderungsünpuls
gegeben wird und umgekehrt. Dabei muß natürlich berücksichtigt werden, daß der Veränderungsimpuls
gegenüber dem Istwertimpuls um die Schaltzeit der Anordnung verzögert ist. Hierbei
lassen sich die beiden möglichen Störungen, nämlich Istwertimpuls ohne Veränderungsimpuls
und Veränderungsimpuls ohne Istwertimpuls, auch getrennt herausführen und zur Anzeige
bringen und/ oder durch einen Drucker registrieren.
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Bei einer digitalen Regel- oder Steuervorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man eine überwachung des Istwertzählers vorsehen,
indem Mittel zur überwachung der Anzahl der L-Ausgänge des Zählers vorgesehen sind.
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Von den Zählerausgängen ist immer eine bestimmte Anzahl im L-Zustand,
während die anderen sich im 0-Zustand befinden. Aus der Anzahl der
- gleichgültig bei welchem Zählerstand - sich im Zustand L befindlichen
Ausgänge kann man daraus schließen, ob der Zähler als solcher noch intakt ist oder
nicht.
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Bei einer Anordnung, bei welcher die Zählerdekaden des Zählers als
Schieberegister mit jeweils fünf bistabilen Kippstufen ausgebildet sind, kann das
in der Weise bewerkstelligt werden, daß jeweils zwei Ausgänge der Kippstufen derart
an einem Und-Gatter anliegen, daß bei jedem Zählerstand ein und nur ein Und-Gatter
leitend ist und daß ein Störungssignal gegeben wird, wenn keines oder mehr als eines
der Gatter leitend wird.
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In der deutschen Auslegeschrift 1196 094 wurde schon vorgeschlagen,
eine Eichung vorzunehmen, also das Verhältnis von Istwertimpulsen zur Wegstrecke
festzustellen, um Änderungen dieses Verhältnisses zu kompensieren, die dadurch entstehen,
daß sich »im Laufe der Zeit das Förderseil in das Seilfutter einarbeitet».
Zu diesem Zweck wird dort rein statistisch auf einer vorgegebenen Strecke die Anzahl
der erhaltenen Istwertimpulse gezählt. Wenn diese Anzahl von der vorgegebenen, dieser
Kontrollstrecke entsprechenden Zahl abweicht, erfolgt eine Korrektur, indem durch
einen Frequenzteiler eine bestimmte Anzahl, z. B. 68 aus 1000 Istwertimpulsen,
unterdrückt wird. Es wird dabei angenommen, daß auch außerhalb der Kontrollstrecke
jeweils 68 Istwertimpulse pro 1000 Impulse zuviel erscheinen und entsprechend
extrapoliert.
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Was außerhalb der Kontrollstrecke geschieht, insbesondere ob dort
alle Istwertimpulse tatsächlich erscheinen oder oh etwa zu viele Istwertimpulse
erscheinen, ist bei der bekannten Anordnung nicht weiter erläutert.
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Wenn umgekehrt gerade in der Kontrollstrecke zu viele oder zu wenige
Impulse auftreten, dann wird dieser Fehler ebenfalls durch Beeinflussung
des Frequenzteilers auf die gesamte übrige Wegstrecke extrapoliert. Demgegenüber
bezweckt die vorliegende Erfindung, das richtige Erscheinen jedes einzelnen Istwertimpulses
zu kontrollieren, und zwar mit geringstmöglichem Aufwand z. B. an Zählerkapazität.
Zu diesem Zweck wird zusätzlich zu den Istwertimpulsen zwischen denselben eine vorgegebene
Anzahl von Hilfsimpulsen gegeben und in einen Hilfszähler eingespeist. Kommt ein
Istwertimpuls, bevor der Hilfszähler diese vorgegebene Anzahl von Hilfsimpulsen
gezählt hat, dann ist es ein »falscher Impuls«, der beispielsweise nicht berücksichtigt
zu werden braucht.
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Zählt der Hilfszähler über die vorgegebene Anzahl von Hilfsimpulsen
hinaus, ohne daß er durch den nächsten Istwertimpuls zurückgestellt wird, so ist
ein Istwertimpuls nicht gezählt worden, und es muß, beispielsweise ein Störsignal
gegeben werden. Es wird somit das richtige Erscheinen jedes einzelnen Istwertimpulses
überwacht und nicht nur eine statistische Korrektur der Impulszahl-Weglänge-Eichung
vorgenommen.
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Dies alles kann bei der Erfindung mit zwei Zählern von relativ geringer
Zählkapazität geschehen-. Der Istwertzähler braucht dabei nur die maximal mögliche
Zahl von Istwertimpulsen zu speichern, währenddessen der Hilfszähler nur für etwas
mehr als die Anzahl der zwischen zwei Istwertimpulsen erscheinenden Hilfsimpulse
eingerichtet zu sein braucht, obwohl die Anzahl der Hilfsimpulse ein Vielfaches
der zu erwartenden Istwertimpulse beträgt. Der Hilfszähler wird üblicherweise von
jedem Istwertimpuls wieder auf Null zurückgestellt.
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Nach dem bekannten Vorschlag erfolgt noch eine weitere Kontrolle des
Zählerstandes, nämlich durch den Kontakt SS über das Korrekturglied
KG. Dadurch werden alle Zähler bei Vorbeifahrt des Förderkorbes am SchachtschalterSS
auf den Zählerstand eingestellt, der dem Ort, an dem dieser Schachtschalter angeordnet
ist, genau entspricht. Es wird hier die Lage des Förderkorbes auf zweifache Weise
gemessen: Zum einen erfolgt eine »integrierende« Lagemessung durch Aufsummieren
von Impulsen, ähnlich wie bei der Erfindung, und zum anderen wird die Lage einmal
beim Vorbeigehen am Schalter SS als Digitalwert, z. B. als Zählerstand
27 183, ohne Rücksicht auf die Vorgeschichte angegeben und dem Zähler eingeprägt.
Bei der Erfindung hingegen erfolgt sowohl die Lagemessung als auch die Kontrolle
»integrierend«, d. h. also durch Aufsummierung von Impulsen, nämlich der
Istwertimpulse und der Hilfsimpulse. Es ist jedoch nicht erforderlich, beim Vorbeigehen
an einem Kontrollpunkt dem Zählwerk einen bestimmten Wert einzuprägen, etwa
27 183,
und dem nächsten Kontrollpunkt einen anderen Wert, etwa
28 183. Es ist einleuchtend, daß die Notwendigkeit der Parallelübertragung
eines Zählerstandes an jedem Kontrollpunkt eine sehr starke Komplikation bedeutet,
die durch eine »integrierende« Lagemessung nach der Erfindung gerade vermieden werden
soll.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen an Hand
einer Schaltungsanordnung dargestellt und im folgenden beschrieben: Fig.
1 ist ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung und F i g. 2 eine
Schaltung zur Codeprüfung eines aus fünf bistabilen Kippstufen aufgebauten Zählers.
In
F i g. 1 werden die lstwertimpulse auf einen Eingang 10 gegeben und
beaufschlagen einen Haupt-Istwertzähler 11. Auf einen Eingang 12 werden zwischen
zwei Istwertimpulsen bei normalem Betrieb eine vorgegebene Anzahl von Hilfsimpulsen
gegeben, die einen Hilfszähler 13 beaufschlagen.
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Wenn ein Istwertimpuls am Eingang 10 erscheint, dann steuert
dieser über den Signalweg 14 eine Kontrollschaltung 15, welche den Hilfszähler
13 über die Leitungen 18 abfragt. Wenn der Zählerstand des Hilfszählers
13 der besagten vorgegebenen Zahl entspricht, wird er über den Signalweg
16 auf Null zurückgestellt, so daß er für die Kontrolle eines neuen Istwertimpulses
bereit ist. Entspricht der Zählerstand nicht dem vorgegebenen Wert, dann wird an
einem Ausgang 17 ein Störungssignal gegeben. Wenn der Istwertimpuls ausfällt,
zählt der Hilfszähler 13 weiter über den vorgegebenen Wert hinaus und löst
dadurch ebenfalls über den Signalweg 17 ein Störungssignal aus. Es ist auch
hier möglich, für die beiden Störungen getrennte Signale aus der Kontrollschaltung
15
herauszuführen und in bekannter Weise anzuzeigen.
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Wenn der Haupt-Istwertzähler 11 seinen Zählerstand irgendwie
verändert, dann gibt er über einen Signalweg 19 ein Signal auf eine Kontroll-
oder Vergleichssehaltung 20. Auf diese Vergleichsschaltung 20 wird gleichzeitig
der jeweilige Istwertimpuls über einen Signalweg 21 gegeben. Wenn über einen der
Signalwege 19 oder 21 ein Signal kommt, ohne daß gleichzeitig ein Signal
über den anderen Weg erscheint, gibt die Schaltung 20 ein Störungssignal an einen
Ausgang 22. Die Schaltung 20 kontrolliert somit, daß alle Impulse am Eingang
10 auch tatsächlich im Hauptzähler 11 gezählt werden, und daß andererseits
aber der Hauptzähler 11 nicht seinen Stand ändert, daß daß ein Impuls am
Eingang 10 aufgetreten wäre.
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Schließlich wird der Haupt-Istwertzähler 11 noch über den Signalweg
23 von einem Codeprüfer 24 überwacht, welcher an einem Ausgang
25 ein Störungssignal liefert, wenn die Ausgänge des Zählers 11 nicht
mit dem benutzten Code in Einklang stehen.
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Ein Beispiel eines solchen Codeprüfers ist in F i
g. 2 für
einen an sich bekannten Zähler dargestellt, der als ringförmig geschlossenes Schieberegister
mit fünf bistabilen Kippstufen ausgebildet ist. Ein solcher Zähler besitzt zehn
Ausgänge
A 1 bis
A, und B, bis B.,
| Zählung Ausgänge A Ausgänge B |
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2
3 4 5 6 7 8 9 10 |
| 0 0 L L L L L L L L L L
0 0 0 0 0 0 0 0 0 |
| 1 L 0 L L L L L L L L
0 L 0 0 0 0 0 0 0 0 |
| 2 L L 0 L L L L L L L
0 0 L 0 0 0 0 0 0 0 |
| 3 L L L 0 L L L L L L 0 0 0 L 0 0 0 0 0 0 |
| 4 L L L L 0 L L L L L
0 0 0 0 L 0 0 0 0 0 |
| 5 L L L L L 0 L L L L
0 0 0 0 0 L 0 0 0 0 |
| 6 L L L L L L 0 L L L
0 0 0 0 0 0 L 0 0 0 |
| 7 L L L L L L L 0 L L 0 0 0 0 0 0 0 L 0 0 |
| 8 L L L L L L L L 0 L 0 0 0 0 0 0 0 0 L 0 |
| 9 L L L L L L L L L 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
L |
Signalplan 2 Hier kann man die B-Ausgänge in der beschriebenen Weise an die Triggerstufen
legen.
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Die Störsignale auf den Leitungen
17, 25 und 22 können in geeigneter
Weise weiterverarbeitet werden. deren Zustände sich nach folgendem Schema ergeben:
| Zählung Ausgänge A Ausgänge B |
| 1 2 3 4 5 |
| 1 2 3 4 5 |
| 10 L L L L L 0 0 0 0 0 |
| 11 0 L L L L L 0 0 0 0 |
| 12 0 0 L L L L L 0 0 0 |
| 13 0 0 0 L L L L L 0 0 |
| 14 0 0 0 0 L L L L L 0 |
| 15 0 0 0 0 0 L L L L L |
| 16 L 0 0 0 0 0 L L L L |
| 17 L L 0 0 0 0 0 L L L |
| 18 L L L 0 0 0 0 0 L L |
| 19 L L L L 0 0 0 0 0
L |
Wie aus F i
g. 2 ersichtlich ist, liegen die Ausgänge Al bis
A, und
Bi bis B, des Zählers (bzw. der Zählerdekade) paarweise an den Eingängen von Und-Gattern
Uo bis
U., und zwar
A, mit
A" an
U., A 2 Mit
Bi an Ul,
A, mit B, an
U2 USW, Wie man aus der obigen Tabelle
entnehmen kann, ist bei einem Zählerstand
0 der Zustand L an beiden Eingängen
von U.. Bei allen anderen Und-Gattern liegt an einem Eingang der Zustand
0. Bei Zählerstand
1
liegt nur bei Ul an beiden Eingängen der Zustand
L usw. Wenn der Zähler einwandfrei arbeitet, ist stets eines und nur eines der Und-Gatter
U, bis
U, leitend. Statt Und-Gatter mit zwei Eingängen können auch
solche mit fünf Eingängen benutzt werden, so daß dann UO mit Al, A2J A33 A43
A, verbunden ist; U, mit A23
A3, AP Bi
USW. -
Die Ausgangsströme der Gatter U, bis U, werden auf Triggerstufen
Ti und T2 od. dgl. geleitet. Von diesen spricht T, an, wenn wenigstens eines der
Und-Gatter U, bis U, leitet.
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Die andere Triggerstufe T2 spricht an, wenn wenigstens zwei Und-Gatter
U, bis U, leiten. Bei intaktem Hauptzähler 11 muß der Ausgang
von T, = L und der Ausgang von T, = 0 sein. Der Ausgang von
T, ist über eine Umkehrstufe I und ein Oder-Gatter 0
mit dem Störungs-Signalausgang
25 verbunden. An dem Oder-Gatter liegt außerdem der Ausgang von T2.
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Bei einem reinen dekadischen Zähler mit zehn bistabilen Kippstufen
ergeben sich die AusgängeA, bis Aio und B, bis Bio nach folgendem Schema: Bei jeder
der drei Störungen stimmt der Istwertzählerstand nicht mehr mit dem tatsächlichen
Standort des Krans oder der zu steuernden Einrichtung überein. Der Kran wird dann
durch eine Zusatzeinrichtung automatisch an den Anfangspunkt der
Wegstrecke
zurückgefahren, wo der Istwertzähler durch ein dort angebrachtes Schaltmittel korrigiert
wird. Bei Stönmgsmeldungen aus den Schaltungen 15
bzw. 20 kann der Bewegungsvorgang
von neuem eingeleitet werden. Bei nochmaliger Störung kann der Vorgang noch einmal
oder mehrere Male wiederholt werden, bevor ein endgültiges Störungssignal erzeugt
wird. Bei einem Störungssignal aus der Schaltung 24 (Codeprüfung) liegt der Fehler
entweder im Zähler oder in der Codepräfschaltung, so daß vor dem neuerlichen Start
der Fehler etwa durch Auswechseln der betreffenden Baugruppen beseitigt werden muß.
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Die Erfindung ist hier an einem Beispiel »Kransteuerung« erläutert.
Es ist aber einleuchtend, daß sie auch bei anderen Arten digitaler Regelung oder
Steuerung Verwendung finden könnte, die einen Istwertzähler enthalten.