DE3002835A1 - Vorrichtung zum regeln einer elektrischen antriebseinheit - Google Patents

Description

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LEEDS & NORTHRUP COMPANY, North Wales, Pennsylvania, VStA

Vorrichtung zum Regeln einer elektrischen Antri ebseinheit

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Regeln einer elektrischen Antriebseinheit in Abhängigkeit von digitalen Steuersignalen, die den Sollwert von Lageänderungen der Antriebseinheit darstellen.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, eine Antriebseinheit in Abhängigkeit von digitalen Signalen zu regeln, wobei der Digitalrechner, der die digitalen Signale liefert, auch zum Vergleichen der Istlage der Antriebseinheit mit der Sollage verwendet wird. Diese Lösung hat sich häufig als ungünstig erwiesen, und zwar wegen der periodischen Natur der Rückführung bzw. Messung einer sich schnell ändernden Lage. Bei anderen bekannten Vorrichtungen wird die Lage der Antriebseinheiten häufig nur in Abhängigkeit von der Dauer der Signale geregelt, die der Antriebseinheit zugeführt werden, was eine nichtlineare Abhängigkeit ergibt, weil dabei nicht die nichtlineare Drehzahl des Antriebs berücksichtigt werden kann, die eine Folge der Massenträgheit der Antriebseinheit selbst ist und durch eine veränderbare Belastung der Antriebseinheit bewirkt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art anzugeben, die genaue Änderungen der Lage der Antriebseinheit ermöglicht, um die Nachteile des veränderlichen Zusammenhangs zwischen der Einschaltdauer der Antriebseinheit und der tatsächlichen Änderung ihrer Lage zu vermeiden.

Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich aus durch ein Register, in das jedes digitale Steuersignal eingegeben wird, eine Schaltung zum Verringerung des Inhalts des Registers, während die Antriebseinheit ihre Lage ändert, und eine für die Antriebseinheit

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vorgesehene Leistungsversorgungsschaltung, die der Antriebseinheit eine dem Inhalt des Registers proportionale Betriebsleistung zuführt.

Hierbei können digitale Signale zur Regelung von Lageänderungen großer Antriebseinheiten verwendet werden, die aufgrund ihrer hohen Trägheit eine nichtlineare Beziehung zwischen dem Lauf der Antriebseinheit und der Eins ehalt dauer ihres Betriebsstroms aufweisen.

Vorzugsweise wird die Lage der elektrischen Antriebseinheit in Abhängigkeit von periodisch erzeugten digitalen Steuersignalen geregelt, die jeweils den Sollwert der Lageänderung der Antriebseinheit während der folgenden Periode darstellen. Die Vorrichtung enthält ein erstes Register, das das den Sollwert der Lageänderung darstellende digitale Steuersignal aufnimmt und den darin gespeicherten Wert entsprechend ändert. Es sind Mittel vorgesehen, die der Antriebseinheit eine dem in dem ersten Register gespeicherten Wert proportionale Leistung zuführen, so daß sich die Antriebseinheit nach Richtung und Betrag entsprechend dem Vorzeichen und der Größe des gespeicherten Wertes bewegt. Ferner sind Mittel vorgesehen, die ein analoges Signal erzeugen, das den Istwert der Lage der Antriebseinheit darstellt. Sodann ist ein zweites Register zum Speichern eines die Lage der Antriebseinheit darstellenden Signals vorgesehen. Der Inhalt des zweiten Registers wird durch einen Digital/Analog-Umsetzer in ein analoges Signal umgesetzt, das die Lage der Antriebseinheit darstellt. Das analoge Ausgangssignal des Digital/Analog-Umsetzers wird mit dem Istlagesignal verglichen, und das Ausgangssignal des Vergleichers betätigt eine Torschaltung so, daß sie Taktsignale eines Taktsignalgebers zur schrittweisen Weiterschaltung der beiden Register durchläßt, bis das analoge Signal des Umsetzers dem Istlagesignal entspricht. Auf diese Weise wird der Inhalt der beiden Register laufend so geändert, daß der Inhalt des ersten Registers die Lageänderung darstellt, die noch nicht von der Antriebseinheit beeinflußt worden ist, und der Inhalt des zweiten Registers die augenblickliche Lage der Antriebseinheit

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darstellt. Die ,der Antriebseinheit zugeführte Leistung wird solange geändert, bis der Inhalt des ersten Registers Null geworden ist. Die tatsächliche Änderung der Lage der Antriebseinheit erfolgt daher in Übereinstimmung mit dem empfangenen digitalen Steuersignal.

Die Zeichnung stellt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Blockschaltbild dar.

Wie die Zeichnung zeigt, erhält ein digitaler Prozeßsteuerrechner 10 über eine Leitung 12 ein Eingangssignal aus einem gesteuerten Prozeß, und in Abhängigkeit davon erzeugt er auf einer externen Mehrfachleitung 14 digitale Signale, die den Sollwert der Änderung der Lage einer Antriebseinheit während der Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Berechnungen dieses Änderungswertes darstellen. Dem Rechner 10 können über eine Leitung 16 digitale Signale zugeführt werden, die die Istlage der Antriebseinheit darstellen, nämlich der Antriebseinheit 18, die in der Datenbasis benutzt werden können. Die Signale auf der Leitung 16 sind jedoch nicht erforderlich, um die Lage der Antriebseinheit zu bestimmen.

Die Antriebseinheit 18 ist als Elektromotor dargestellt, der über eine mechanische Kupplung 20 die Lage eines Lagefühlers und die Lage eines Ventils 24 einstellt. Das Ventil 24 kann beispielsweise den Durchfluß eines Prozeßfluids in einer Rohrleitung 26 steuern, um die Eingangsgröße des Prozesses zu ändern, der die geregelte und gemessene Veränderliche beeinflußt, d.h. die dem Rechner über die Leitung 12 zugeführte Veränderliche.

Bei dem Lagefühler 22 kann es sich beispielsweise um einen Schleifdraht mit einem Abgriff handeln, dessen Lage relativ zum Schleifdraht durch die Lage (Drehwinkellage) der"Welle 20 der Antriebseinheit 18 bestimmt wird. Dieser Lagefühler erzeugt dann auf der Leitung 28 ein analoges Signal, beispielsweise in Form einer Spannung, das ständig die Istlage der Antriebseinheit darstellt. Bei dem Lagefühler kann es sich auch um irgend-

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einen anderen Fühler handeln, je nachdem, welcher Vorgang gerade geregelt wird. ' .

Der digitale Wert auf der Mehrfachleitung 14, der dem Eingang des Antriebseinheits-Fehlerregisters 30 zugeführt wird, wird zu einem gegebenenfalls in diesem Register vorhandenen Restwert addiert, so daß der gespeicherte Wert dem durch die letzten, über die Leitungen 14 zugeführten Signale dargestellten Lageänderungssollwert zuzüglich einem in diesem Register gespeicherten Restwert von den vorherigen Änderungssignalen entspricht. Das Register liefert daher auf seinen Ausgangsleitungen 32 ein digitales Signal, das die Gesamtänderung der Antriebseinheitslage darstellt, die vom Rechner 10 gefordert, jedoch noch nicht durch eine Änderung der Lage der Antriebseinheit 18 bewirkt worden ist.

Solange wie die der Impulsmodulationslogik 34 über die Leitungen 32 zugeführten digitalen Signale eine andere Eingangsgröße als Null zuführen, wird ein Signal erzeugt, das eine Änderung der Lage der Antriebseinheit in einer Richtung bewirkt, in der die Eingangsgröße auf Null verringert wird. Die Modulationslogik gibt daher entweder auf der Leitung 36 oder auf der Leitung 38 eine Ausgangsgröße an die Ausgabelogik 40 ab, die entweder eine Vergrößerung oder eine Verringerung der Öffnung des Ventils 24 und mithin beispielsweise eine Drehung im Uhrzeigersinne oder Gegenuhrzeigersinne der Antriebseinheit 18 fordert. Die Signale, die entweder auf der Leitung 36 oder 38 auftreten, hängen von der Polarität oder Richtung der Änderung der geforderten Antriebseinheit slage ab und werden in der Ausgabelogik 40 so verarbeitet, daß entweder über die Leitung 42 oder die Leitung 44 Signale an einen Leistungsschalter 48 abgegeben werden, der bewirkt, daß entweder über die Leitung 50 oder die Leitung 52 eine Ausgangsgröße abgegeben wird, die den Antriebsmotor 18 entweder in der einen oder in der anderen Richtung antreibt. So kann ein auf der Leitung 42 auftretendes Signal bewirken, daß.der Leistungsschalter der Antriebseinheit 18 über die Leitung 50 einen

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Impuls zuführt, der eine Drehung der Welle 20 der Antriebseinheit 18 im Uhrzeigersinne bewirkt, während ein entsprechendes Signal auf der Leitung 44 anstatt auf der Leitung 42 über den Leistungsschalter 48 bewirkt, daß der Antriebseinheit über die Leitung 42 ein Impuls entsprechender Größe zugeführt wird, der eine gleiche Drehung der Antriebseinheit entgegen dem Uhrzeigersinne bewirkt.

Die Impulsmodulationslogik, der das digitale Signal über die Leitung 32 zugeführt wird und die über die Leitung 36 oder 38 Ausgangsgrößen in Abhängigkeit von der Richtung der geforderten Lageänderung abgibt, kann auf verschiedenste Weise ausgebildet sein. So kann beispielsweise ein Sägezahngenerator verwendet werden, der während der für die Antriebseinheit gewünschten Einschaltdauer ein Sägezahnsignal erzeugt. Die Amplitude des Sägezahnsignals kann mit dem über die Leitungen 32 zugeführten Antriebseinheitsfehler verglichen werden, beispielsweise durch einen digitalen Vergleicher. Zu Beginn des Sägezahns kann ein Impuls ausgelöst werden, der unterbrochen wird, wenn das Sägezahnsignal gleich dem Fehlersignal ist, so daß die Dauer des in jedem Arbeitsspiel erzeugten Impulses proportional der Größe des Fehlersignals auf den Leitungen 32 ist. Während jedes Arbeitsspiels der Antriebseinheit wird daher entweder auf der Leitung 36 oder auf der Leitung 38 ein Impuls mit einer Dauer erzeugt, die der Größe der Lageänderung entspricht, die durch den im Register 30 gespeicherten Wert dargestellt wird. Dieser Impuls löst über die Ausgabelogik einen ähnlichen Impuls auf der entsprechenden Ausgangsleitung 42 oder 44 zur Betätigung des Leistungsschalters 48 aus. Die Ausgabelogik kann auch beispielsweise Begrenzungsschaltungen oder eine manuelle Steuerlogik, je nach Bedarf, aufweisen.

Die Signale auf den Leitungen 42 und 44 lösen, wie bereits erwähnt, die Zuführung der erforderlichen Leistung über die Leitung 50 oder 52 aus. Hierfür kann der Leistungsschalter 48 ein Festkörper-Schaltnetzwerk sein, das von den Signalen auf den Leitungen 42 und 44 gesteuert wird.

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Um das Antriebseinheits-Fehlerregister 30 und das Lageregister 60 auf den neuesten Stand zu bringen, sind auf den Leitungen und 64 Impulse erforderlich, die jeweils ein Lageänderungsinkrement für die Antriebseinheit 18 darstellen, wobei dieses Inkrement der niedrigststelligen Ziffer im Register 30 entspricht.

Um die die Register auf den neuesten Stand bringenden Impulse auf den Leitungen 62 und 64 zu erzeugen, wird das analoge Signal, das auf der Leitung 28 erscheint und die Istlage der Antriebseinheit 18 darstellt, in einem Vergleicher 68 mit dem Signal verglichen, das auf der Leitung 70 von einem Digital/ Analog-Umsetzer 72 in Abhängigkeit von dem im Lageregister 60 gespeicherten und dem Umsetzer 72 über Leitungen 74 zugeführten Wert erzeugt wird. Wenn das Signal auf der Leitung 28 von dem Signal auf der Leitung 70 abweicht, führt der Vergleicher 68 der Torschaltung 80 über seine Ausgangsleitung 78 ein Signal zu, das bewirkt, daß das Ausgangssignal eines Taktsignalgebers 82 über die Torschaltung 80 auf die Leitungen 62 und 64 durchgeschaltet wird, so daß durch das auf die Leitung 62 durchgeschaltete Taktsignal eine Verringerung des Inhalts des Registers 30 und durch das auf die Leitung 64 durchgeschaltete Signal entweder eine Erhöhung oder eine Verringerung des Inhalts des Lageregisters 60 in Abhängigkeit von der Richtung der Lageänderung der Antriebseinheit erfolgt. Wenn das auf der Leitung 70 auftretende Signal, das die Lagemessung darstellt, gleich dem Signal auf der Leitung 28 ist, das die Istlage der Antriebseinheit darstellt, wird der Inhalt des Registers 30 weder erhöht noch verringert. Die Anzahl der auf den Leitungen 62 und 64 auftretenden Erhöhungsimpulse stellen daher den Istwert der Änderung der Antriebseinheitslage dar.

Jede durch Betätigung des Leistungsschalters 48 bewirkte Lageänderung der Antriebseinheit 18, die eine Differenz zwischen, der vom Lagefühler 22 gemessenen und der im Lageregister 60 gespeicherten Lage zur Folge hat, bewirkt daher eine schrittweise Verringerung des im Register 30 gespeicherten Wertes und gleichzeitig eine Erhöhung oder Verringerung des im Lageregisters

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60 gespeicherten Wertes, und zwar so, daß dieser Wert der vom Lagefühler 22 gemessenen Lage entspricht. Das Lageregister 6O kann daher dem digitalen Prozeßsteuerrechner 10 über die Leitungen 16 die Istlage der Antriebseinheit 18 darstellende Signale zuführen, wobei es sich hierbei um digitale Signale handelt, wie sie für den digitalen Rechner benötigt werden. Diese Signale auf der Leitung 16 sind jedoch nicht erforderlich, um die Lageänderung der Antriebseinheit mit der vom Rechner geforderten in Übereinstimmung zubbringen.

Man sieht daher, daß über die Anzahl der Arbeitszyklen der Antriebseinheit 18, die bei jeder der auf der Leitung 14 periodisch auftretenden Ausgangsgrößen des Rechners stattfinden, der Antriebseinheit 18 ein Eingangsimpuls zugeführt wird, der diese in der richtigen Richtung antreibt, wobei die Größe jedes Impulses der im Register 30 gespeicherten Größe entspricht. Während die Antriebseinheit 18 ihre Lage ändert, was eine entsprechende Verringerung des Inhalts des Registers 30 bewirkt, verringert sich die Dauer der Impulse aufgrund der Abnahme des Wertes im Register 30 solange, bis die Antriebseinheit 18 die Sollage erreicht hat, nämlich wenn der Inhalt des Registers Null ist. Dies hat eine Istlageänderung der Antriebseinheit zur Folge, die der Anzahl der Schritte der Verringerung des Inhalts des Registers 30 und genau der Sollage entspricht, die anfänglich vom Rechner über die Mehrfachleitung 14 ins Register 30 eingegeben wurde.

Zusammenfassend ändert die erfindungsgemäße Vorrichtung die Lage der Antriebseinheit 18 in Übereinstimmung mit den gewünschten Änderungen, die periodisch als digitaler Wert vorgegeben und in das erste Register 30 eingegeben werden, der dann schrittweise durch Auszählen laufender Inkremente von Lageänderungen der Antriebseinheit bis auf Null verringert wird. Die der Antriebseinheit zur Lageänderung zugeführte Leistung ist dem im Register gespeicherten Restwert proportional, wobei keine Leistung zugeführt wird, wenn der Istwert der Änderung gleich der gewünschten

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Änderung geworden ist. Das Zählen der laufenden Änderungsinkremente wird anhand von Taktimpulsen bewirkt, die das zweite Re'-gister 60 auf den neuesten Stand bringen, der die Lage immer dann darstellt, wenn das analoge Äquivalent des Inhalts dieses Registers von einem analogen Signal abweicht, das von einem Lagefühler 22 erzeugt wird und die Istlage darstellt.

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- AA-

Nummer: Int. Cl.*: Anmeldetag: Offenlegungstag:

3002 G 05 D 3/00

26. Januar 1980 14. August 1980

EINGANGSSIGNAL AUS PROZESS

!G-

DIGITALER PROZESSSTEUERRECHNER

—

60.

—14

LAGEREGISTER

74—

72—

XZ

D/AUMSETZER

70-

64^4 ANTRIEBS-EINHEITSFEHLERREGISTER

""62 —30

-32

TOR-SCHALTG.

IMPULSMODULATIONSLOGIK

—

—40

ZUM PROZESS

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Claims (5)

1. Patentanwälte

   Reichel u. ReicHel

   Parksiraße 13

   6000Frankfurfa.M.l

   9556

   LEEDS & NORTHRUP COMPANY, North Wales, Pennsylvania, VStA

   Patentansprüche

   Vorrichtung zum Regeln einer elektrischen Antriebseinheit in Abhängigkeit von digitalen Steuersignalen, die den Sollwert von Lageänderungen der Antriebseinheit darstellen, gekennzeichnet durch ein Register, in das jedes digitale Steuersignal eingegeben wird, eine Schaltung zum Verringern des Inhalts des Registers, während die Antriebseinheit ihre Lage ändert, und eine für die Antriebseinheit vorgesehene Leistungsversorgungsschaltung, die der Antriebseinheit eine dem Inhalt des Registers pro-' portionale Betriebsleistung zuführt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes digitale Steuersignal algebraisch zu einem in dem Register verbleibenden Wert addiert wird, wenn das digitale Steuersignal auftritt.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalen Steuersignale periodisch erzeugt werden.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsversorgungsschaltung der Antriebseinheit Impulse mit einer dem Inhalt des Registers proportionalen Dauer zuführt.
5. 5. Vorrichtung nach einein der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

   030033/0G08

   daß die Verringerungsschaltung eine Nachlaufschaltung mit einem zweiten Register aufweist, dessen Inhalt die Lage der' Antriebseinheit darstellt, und daß Impulse, die dem zweiten Register zugeführt werden, um zu bewirken, daß dessen Inhalt der Lage der Antriebseinheit folgt, auch dem ersten Register zugeführt werden, um dessen Inhalt zu verringern.

   Vorrichtung nach Anspruch 5,
   dadurch gekennzeichnet, daß die Nachlaufschaltung einen Lagefühler aufweist, der ein die Lage der Antriebseinheit darstellendes analoges Signal erzeugt, daß ein Digital/Analog-Umsetzer an das zweite Register angeschlossen ist und daß eine Vergleicherschaltung vorgesehen ist, die bewirkt, daß Impulse in die Register durchgeschaltet werden, wenn das analoge Signal und das Ausgangssignal des Umsetzers voneinander abweichen.

   930033/060$