DE3335219A1

DE3335219A1 - Digitaler mehrfach-regler

Info

Publication number: DE3335219A1
Application number: DE19833335219
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl.-Ing. 8552 Höchstadt Henneberger; Horst Dipl.-Ing. 8500 Nürnberg Hänel; Manfred Dipl.-Ing. 8522 Herzogenaurach Schöner
Original assignee: Gossen GmbH
Current assignee: Gossen GmbH
Priority date: 1983-09-29
Filing date: 1983-09-29
Publication date: 1985-04-11

Description

"Digitaler Mehrfach-Regler"
Die Erfindung bezieht sich auf einen digitalen Abtastregler mit Istwerterfassung im Multiplexbetrieb, insbesondere für Kunststoffverarbeitungsmaschinen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bei derartigen Reglern ist neben einer einfachen Bedienbarkeit ein günstiges Preis-/ Leistungsverhältnis und eine auch von Nichtfachleuten leicht interpretierbare Anzeige des Zustandes sowohl der einzelnen Regelkreise als auch sämtlicher Regelkreise gleichzeitig erforderlich.
Weiterhin muß sichergestellt sein, daß der Regler wahlweise als Zweipunktregler oder als Dreipunktregler mit jeweils entsprechender Anzahl an Relais- und Transistorausgängen und Grenzwertrelais arbeitet.
Es ist bereits ein elektronischer Temperaturregler (Pantatherm D) der Anmelderin zum Anschluß an Thermoelemente, Widerstandsthermometer und Einheitssignale bekannt, bei welchem es sich um ein einkanaliges Gerät mit analoger Verarbeitung handelt.
Ferner ist ein Mehrzonen-Temperaturregler auf Mikroprozessorbasis (Multiplastomatic) der Firma Philips bekannt, welcher speziell für den Einsatz an Kunststoffverarbeitungsmaschinen vorgesehen ist. Bei diesem elektronischen Regler ermöglicht ein Mikroprozessor in der Zentraleinheit das gleichzeitige Regeln aller angeschlossenen Regelkreise, was die Bedienung erheblich vereinfacht und eine hohe Anzahl von Temperaturregelkreisen ermöglicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Regler kreise nicht über Hardware, sondern über Software bei möglichst kleinem Gerätevolumen sehr preisgünstig und bedienungsfrcundlich zu realisieren und eine einfache Schnittstelle "Mcnsch-Regler" zu gewährleisten, wobei auftretende Verstärkungs- und Offsetdriften ausgeglichen werden sollen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen digitalen Reglers sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der digitale Regler gemäß der Erfindung ermöglicht eine leichte Bedienung bei hoher Sicherheit (Grenzwerte) und optimalem Regelverhalten bei gleic'nzeitig gerätetechnisch und gerätevolumenmäßig geringem Aufwand.
Darüber hinaus gestattet der kleine Aufbau des Reglers das Aneinanderreihen gleichartiger Geräte und eine einfache Lagerhaltung. Ferner läßt der erfindungsgemäße Digitalregler einen preisgünstigen Aufbau bei hoher Regelgüte (SSR als Stellglieder) zu. Auch sind Erweiterungen, Ablesen des Temperaturprofiles und Steuerbarkeit durch einen Führungsrechner möglich.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen digitalen Reglers, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Bedien-und Anzeigefeldes für einen erfindungsgemäßen digitalen Regler gemäß Fig.1 und Fig. 3 ein Impulsdiagramm einer Relaisansteuerung des erfindungsgemäßen digitalen Reglers.
Gemäß Fig. 1, die ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen digitalen Reglers für vier Regelkreise darstellt, liegen an einer Eingangsklemme 1 bis zu vier Temperaturfühler (Thermoelemente oder Pt-100-Widerstandsthermometer) oder vier Normsignale (bspw. 0/10 V oder 0/20 mA) an. Ein Referenzspannungsgeber 2 und ein Temperaturkompensationselement 3 (z.B. NTC-Widerstand) sind zusammen mit den Meßwerteingängen an der Eingangsklemme 1 eingangsseitig an einen Multiplexer 4 (z.B.
einen CMOS-Schalter) angeschlossen.
Die entsprechenden Signale werden - über die Adressierleitungen 5 von einem Digitalrechner 8 gesteuert -im Zeitmultiplexverfahren nacheinander im Multiplexer 4 durchgeschaltet und auf einen Linearverstärker 6 gegeben. Der Ausgang des Verstärkers 6 ist mit dem Eingang eines Spannungs-Frequenz-Konverters 7 verbunden, der die verstärkten Eingangsspannungen in proportionale Frequenzen umsetzt. Der Ausgang des Konverters 7 ist mit einer digitalen Einheit 10 (RAM, Ports, Zähler) verbunden.
Der Digitalrechner 8 führt mittels eines Timers/Zählers in der Einheit 10 Frequenzmessungen durch, so daß die Eingangsspannungen als proportionale, digitale Größen vorliegen.
Verstärkungs- und Offsetdriften des Multiplexers 4 und des Verstärkers 6 werden rechnerisch mit Hilfe der gewonnenen Referenz-Sp annungsmessungen durch den Digitalrechner 8 eliminiert; ebenso wird eine Kaltlötstellenkompensation für die Thermoeemente mit Hilfe der Kompensationsspannung am N'lC-Widerstand 3 durch geführt. Auf rechnerischem Weg erfolgt ebenfalls die Linearisierung von Thcrmoelementen bzw. Widerstandsthermometern.
Der Digitalteil des erfindungsgemäßen digitalen Reglers besteht im wesentlichen aus dem Digitalrechner 8, einem Programmspeicher 9 und der digitalen Einheit 10, die einen Datenspeicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) und Eingange/Ausgangs-Leitungen (I/O) als Erweiterung des Digitalrechncrs 8 und einem Timer/Zähler aufweist, und als Erweiterungsbaustein dienen kann.
Ein über l/O-Leitungen der digitalen Einheit 10 beschreibbarer und lesbarer nichtflüchtiger Schreib-/Lesespeicher 11 (EAROM) ermöglicht eine netzausfallsichere Speicherung der Sollwerte, Reglerparameter und sonstiger Größen, wie z.B. Grenzwerten usw.
Zur Eingabe von Sollwerten, Reglerparametern usw.
dienen erfindungsgemäß Tasten 12, während zur Eingabe von Meßbereichen und Betriebsart (Zweipunkt-/ Dreipunkt-Regler) Steckbrücken, vorzugsweise an der Geräterückseite, vorgesehen sind. Die Tasten und Brücken 12 werden durch I/O-Leitungen des Digitalrechners 8 und der digitalen Einheit 10 abgefragt bzw. eingelesen.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen digitalen Reglers nach Fig.l sind Logikausgänge 13 (Transistor) und parallel dazu Relaisausgänge 14 sowie Relaisausgänge für Grenzwertmeldungen als Stellgrößen-bzw. Grenzwertausgänge vorgesehen. Die Ansteuerung der Logikausgänge 13 und Relaisausgänge 14 erfolgt durch den Digitalrechner 8 über I/O-Leitungen der digitalen Einheit 10.
Für die jeweils gewünschte Anzeige der unterschiedlichen Werte, Daten, Betriebsarten, etc. ist eine Anzeigeeinheit 15,16 vorgesehen, die aus einer 4-Digit-Siebensegmentanzeige 15 zur Anzeige von Istwert, Sollwert, Parametern und Fehlermeldungen und einer (räum- lich getrennten) 1 1/2-Digit-Siebensegmentanzeige 16 mit Vorzeichen (+ oder -) zur Anzeige von Kanalnummer und "Heizen" bzw. "Kühlen" besteht. Die Anzeigeeinheit 15 deren Werte wahlweise durch die Tasten 12 eingegeben bzw. abgerufen' werden können, ermöglicht ferner eine besondere Anzeige für den Soll-/Istwert-Vergleich in Form eines waagerechten Balkens auf dem Display, was in Fig. 2 durch einige verstärkte Striche in der Anzeigeeinheit 15 dargestellt ist.
Die Ansteuerung der Anzeigeeinheiten 15,16 erfolgt vom Digitalrechner 8 aus über I/O-Leitungen der digitalen Einheit 10 sowie über Treiberstufen 17 für die Anzeigeeinheit 15 bzw. Treiberstufe 18 für die Anzeigeeinheit 16.
Die Stromversorgung der gesamten Elektronik erfolgt durch ein (nicht dargestelltes) Netzteil aus dem Wechselstromnetz (110.. .220V), welches als primär-getakteter Netzschaltregler realisiert ist.
In Fig. 2, die ein Ausführungsbeispiel eines Bedien-und Anzeigefeldes für den erfindungsgemäßen digitalen Regler zeigt, ist neben den Anzeigeeinheiten 15 (Istwert, Sollwert, Reglerparametern und auch Zeit) und 16 (Kanalnummer, Reglerparametern, Produktcode) und den Tasten 12 noch eine Abdeckung 19 dargestellt.
Diese Abdeckung 19 rastet im hochgeklappten Zustand unter einem bestimmten Winkel ein und springt bei stärkerem Stoß im geöffneten Zustand heraus (passive Sicherheit). Die Tasten P ("Programmieren"), t ("höher") und ( "tiefer" ) sind bei geschlossener bzw. nicht aufgeklappter Abdeckung 19 verdeckt, und daher nur bei geöffneter Abdeckung zugänglich. Die Tasten K ("Kanalnummer") und S ("Sollwert") des Tastenfeldes 12 sind auf Grund einer Ausnehmung 20 in der Abdeckung 19 auch bei herabgeklappter Abdeckung 19 zugänglich.
Eine Ausnehmung 21 läßt die Anzeigeeinheiten 15 und 16 im oberen Bereich der Frontseite des digitalen Reglers ablesbar. Erfindungsgemäß ist für die Taste P eine elektrische Sicherung vorgesehen, wonach die Taste bspw. mindestens drei Sekunden lang gedrückt bleiben muß, bis deren Funktion anspricht.
Dadurch, daß die Reglerparameter Proportionalbereich XP, Nachstellzeit TN und Verzugszeit TV wahlweise vom Regler automatisch bestimmbar über einen Produktcode aus einem Festwertspeicher abrufbar oder manuell über die Tasten 12 eingebbar sind, wird ein optimaler Regelkreis (Regler + Regelstrecke) ermöglicht.
Fig. 3 zeigt ein Impulsdiagramm einer Relaisansteuerung des erfindungsgemäßen digitalen Reglers, wobei Fig. 3a die Ansteuerspannung des (der) Relais und Fig. 3b den Relaiskontakt bzw. dessen zeitlichen Ablauf darstellt. In Fig. 3b sind ferner Anzugsverzögerung tVan und Abfallverzögerung Vab eingezeichnet. Zur Leistungsreduzierung werden die Relais getaktet. Auch wird der Effekt ausgenützt, daß die Haltespannung kleiner ist als die Anzugsspannung.
Durch die erfindungsgemäße Eingangsschaltung ist insbesondere im Hinblick auf die Driftkompensation die Verwendung preisgünstiger Bauteile, speziell für Multiplexer 4, Linearverstärker 6 und Konverter 7 möglich. Darüber hinaus wird durch das Abtastprinzip der Eingangssignale der Aufwand für Meßwerterfassung und Meßwertverarbeitung auf einen Kanal zurückgeführt. Dadurch ist es möglich, den kompletten digitalen Regler so klein aufzubauen, daß er als 4-Kanal-Regler in einem 96x96x160 mm3-Gehäuse Platz finden kann.
Der erfindungsgemäße digitale Regler ist insbesondere für Thermoelemente, Widerstandsthermometer und Normsignale ausgelegt.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sie umfaßt auch alle fachmännischen Abwandlungen sowie Teil-und Unterkombinationen der beschriebenen und/oder dargestellten Merkmale und Maßnahmen.
Bezugszeichenliste 1 I ingangsklemme 2 Referenzspa nnungsgeber 3 Temperaturkompensationselement (NTC) 4 Multiplexer 5 Lcitung 6 Linearverstärker 7 Spannung s-Frequenz-Konvert er 8 Digitalrechner 9 Programmspeicher 10 digitale Einheit (RAM, Ports, Zähler) 11 Schreib-/Lesespeicher (EAROM) 12 Tasten/Tastenfeld 13 Logikausgänge 14 Relaisausgänge 15 Anzeigeeinheit 16 Anzeigeeinheit 17 Treiberstufe 18 Treiberstufe 19 Abdeckung 20 Ausnehmung 21 Ausnehmung

Claims

Ansprüche Digitaler Mehrfach-Regler mit Istwerterfassung im Multiplexbetrieb, bei welchem ein Digitalrechner für das Regeln der angeschlossenen Regelkreise und für die Darstellung regelkreisspezifí scher Daten auf einer Anzeigeeinheit vorgesehen ist, und bei welchem ferner eine Sollwerteinstellung, eine Parametereinstellung und eine Kanalwahl mittels Tasten vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Reglerparameter Proportionalbereich (Xp), Nachstellzeit (TN) und Verzugszeit (Tv) wahlweise vom Regler automatisch bestimmbar, über einen Produktcode aus einem Testwertspeicher abrufbar oder manuell über die Tasten eingebbar sind.
2. Digitaler Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die automatische Bestimmung der Reglerparameter über die Bestimmung der Regelstreckenparameter Verzugszeit (Tv), Ausgleichszeit (TG) und Übertragungsbeiwert (kr) nach Anlegen einer Sprungfunktion, an das Stellglied erfolgt.
3. Digitaler Regler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprungfunktion in ihrer zeitlichen Dauer so vom Regler steuerbar ist, daß sichere Streckenparameter ermittelbar sind.
4. Digitaler Regler nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Abtastzeitpunkte stets konstant haltbar ist, d.h. die Dauer der Sprungfunktion und der zeitliche Abstand der Abtastwerte aufeinander abstimmbar sind.
5. Digitaler Regler nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerteingänge (Eingangsklemme 1), ein Temperaturkomp ensationselement (3) und ein Referenzspannungsgeber (2) mit dem Eingang eines Multiplexers (4) verbunden sind, der ausgangsseitig über einen Verstärker (6) mit einem Spannungs-Frequenz-Konverter (7) verbunden ist, wobei dessen Ausgang an eine, mit dem Digitalrechner (8) verbundene digitale Einheit (10) angeschlossen ist und der Digitalrechner (8) über weitere Leitungen (5) zur Kanalumschaltung mit dem Multiplexer (4) verbunden ist.
6. Digitaler Regler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Einheit (10) einen Datenspeicher (RAM), Eingangs-/Ausgangs-Leitungen (I/O) und einen Timer/Zähler aufweist.
7. Digitaler Regler nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Digitalrechner (8) und der digitalen Einheit (10) ein Programmspeicher (9), vorzugsweise ein löschbarer, programmierbarer Festwertspeicher (EPROM) verbunden ist.
8. Digitaler Regler nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit der digitalen Einheit (10) ein nichtflüchtiger Schreib-/Lesespeicher (11) verbunden ist.
9. Digitaler Regler nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an den Digitalrechner (8) zum einen die Tasten (12), zum anderen Steckbrücken zur Eingabe von Meßbereichen und Betriebsart angeschlossen sind.
10. Digitaler Regler nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die Anzeigeeinheit an sich bekannte Sieben-Segment-Anzeigefelder (15,16) vorgesehen sind.
11. Digitaler Regler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß für die Anzeigefelder eine 4-Digit-Sieben-Segmentanzeigeeinheit (15) zur wahlweisen Anzeige von Istwert, Sollwert, Reglerparametern, Fehlermeldungen und einer an sich bekannten Balkendiagrammdarstellung für eine Zustandsanzeige des jeweils eingestellten Kanals, sowie zur Zeitdarstellung vorgesehen ist.
12. Digitaler Regler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß für die Anzeigefelder ein 1 1/2-Digit-Sieben-Segmentanzeigeeinheit (16) mit Vorzeichendarstellung zur wahlweisen Darstellung von Kanalnummer, Reglerparameterwerten und Produktcode und "Heizen"/ "Kühlen" vorgesehen ist.
13. Digitaler Regler nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinheiten (15,16) vom Digitalrechner (8) über I/O-Leitungen sowie über Treiberstufen (17,18) ansteuerbar sind.
14. Digitaler Regler nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeldifferenz mit zwei Bit relativ oder absolut quantisierbar ist und über die Sieben-Segmentanzeigeeinheit (15) als Balkendiagramm in Form einer Profilanzeige darstellbar ist.
15. Digitaler Regler nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zu einem bestimmten Produkt gehörenden Reglerparameter nach der automatischen Bestimmung durch den Regler und außerdem die Sollwerte im Programmspeicher (9) ablegbar und wahlweise wieder als Reglerparameter-und Sollwertsatz über den zugehörigen Produktcode aufrufbar sind.
16. Digitaler Regler nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15 s dadurch gekennzeichnet, daß bis zu vier Meßwerteingänge für Temperaturfühler oder Normsignale sowie ebenso viele Logikausgänge (13) und parallel dazu Relaisausgänge (14) und zusätzlich zwei Relaisausgänge (14) für Grenzwertmeldungen vorgesehen sind.
17. Digitaler Regler nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Relais getaktet sind.