DE2609640A1

DE2609640A1 - Digitales regelsystem

Info

Publication number: DE2609640A1
Application number: DE19762609640
Authority: DE
Inventors: Francis J Beck; Frank Joseph Przybylski
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1975-03-12
Filing date: 1976-03-09
Publication date: 1976-09-23
Also published as: NL7602220A; GB1532513A; DE2609640C2

Description

04-4008/14 Ge 6. März 1976

HONEYWELL INC. Honeywell Plaza Minneapolis, Minn., USA

Digitales Regelsystem

Die Erfindung betrifft ein digitales Regelsystem mit einem die Regelabweichung speicherndem Glied und einem zwischen das Speicherglied und ein Stellglied geschalteten Digital/Analog-Wandler.

Derartige Regeleinrichtungen werden oftmals in automatischen

en
Prozeßregelsystem/eingesetzt. Trotz des normalerweise vollständig automatisch ablaufenden Regelvorganges besteht bei diesen Systemen im allgemeinen die Forderung, eine Handeingriffsmöglichkeit durch den Bedienungsmann vorzusehen, üblicherweise wird der Eingriff des Bedienungsmannes nur geringe Veränderungen hervorrufen, bei denen das Ausgangssignal nur wenig von seinem automatischen Wert abweicht. Wenn der Bedienungsmann jedoch feststellt, daß beispielsweise aufgrund eines Fehlers in der Anlage oder in dem zu steuernden ablaufenden Prozeß die zu regelnde Größe einen gefährlichen Wert einnimmt, so muß er in der Lage sein, eine schnelle Änderung dieser Größe vorzunehmen.

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Gemäß der US-PS 3 826 991 kann diesem Erfordernis in einem analogen Regelsystem dadurch Rechnung getragen werden,, indem ein
Veränderungsschaltkreis vorgesehen wird, der bei seiner Betätigung mittels eines Schalters eine anwachsende Spannung erzeugt, die in das Regelsystem zwecks Veränderung des automatischen
Regelabweichungssignals eingefügt wird. Diese bekannte Lösung
führt bei einer Betätigung des Schalters zunächst nur zu einer
leichten Änderting des automatisch erzeugten Regelabweichungssignales, so daß Feineinstellungen vorgenommen werden können. In einer Gefahrensituation kann jedoch der Bedienungsmann den
Schalter entsprechend länger betätigen, wodurch die Veränderung des automatisch erzeugten Regelabweichungssignales entsprechend steiler verläuft, so daß große Veränderungen innerhalb kurzer
Zeit bewerkstelligt werden können. Wenn sich der veränderte Wert dem geforderten Wert angenähert hat, kann durch Freigabe des
Schalters der Veränderungsschaltkreis wiederum zurückgestellt
werden, so daß ausgehend von diesem Punkt, eine Feineinstellung des Signales erfolgen kann. Im bekannten Fall besteht der Veränderungsschaltkreis im wesentlichen aus einem Kondensator, der mehr oder weniger linear aufgeladen wird und dessen Spannung anschließend integriert wird, um einen im wesentlichen parabolischen Verlauf des ansteigenden Ausgangssignales vorzugeben.

Viele Regelsysteme, insbesondere in großen durch Prozeßrechner
gesteuerten Anlagen sind jedoch auf digitaler Basis ausgeführt, wobei Digital/Analog-Wandler benutzt werden, um das Stellsignal für die Stellglieder in der Anlage zu erzeugen. Auch bei solchen digitalen Rege!system/besteht oftmals die Forderung nach
einer Handeinstellung mit den eingangs geforderten Merkmalen.Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine digitale Regeleinrichtung anzugeben, die eine Handsteuerung in ähnlicher Weise wie das eingangs erläuterte analoge System gestattet. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

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Anhand zweier in den Figuren der beiliegenden Zeichnung darge stellter Ausführungsbeispiele sei die Erfindung im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 ein schematisches Blockdiagramm des Regelsystems gemäß der Erfindung,

Figur 2 eine erste Ausfuhrungsform eines digitalen VerändetungsSchaltkreises gemäß der Erfindung und Figur 3 eine zweite Ausführungsform eines digital rungsschaltkreises gemäß der Erfindung.

Gemäß Figur 1 ist eine zentrale Recheneinheit 6 an eine Serien/ Parallel-Umsetz- und Zähleinrichtung 4 angeschlossen. Die Einrichtung 4 speist einen Digital/Analog-Wandler 8, der seinerseits auf ein Stellglied 10 einwirkt. Die zentrale Recheneinheit 6 erzeugt eine Regelgröße in digitaler Form und gibt diese in die Zähleinrichtung 4 ein. Der Wandler 8 wandelt die gespeicherte digitale Größe der Regelabweichung in ein analoges Signal um, das das Stellglied 10 beeinflußt.

Das digitale System umfaßt ferner einen Taktgenerator 12, einen Impulsgenerator 2zur Erzeugung einer veränderlichen Frequenz, einen Schalter 18 und ein Gatter 19. Der Bedienungsmann, kann den Schalter 18 betätigen, indem er ihn aus seiner zentralen Stellung in eine der beiden Extremstellungen bewegt. In jeder der beiden Extremstellungen wird ein Signal zu der Einrichtung 4 übertragen, das anzeigt, in welcher Richtung der Schalter betätigt worden ist. Ferner wird in jeder der beiden Extremstellungen des Schalters 18 durch das ODER-Gatter 19 ein Signal dem Generator 2 zugeführt. In Abhängigkeit des von dem Gatter 19 kommenden Signales erzeugt der Generator 2 eine Folge von Impulsen mit stetig wachsender Frequenz, wobei diese Impulse aus den Taktimpulsen des Taktgenerators 12 abgeleitet werden.

Die Impulse des Generators 2 werden der Zähleinrichtung 4 zugeführt und sie erhöhen bzw. erniedrigen den im Zähler 4 gespeicherten Zählstand, je nachdem welche der beiden Leitungen

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des Schalters 18 an Spannung liegt. Da - wie noch zu zeigen sein wird - die Frequenz dieser Impulsfolge anfänglich niedrig ist, verursacht die Betätigung des Schalters 18 anfänglich eine geringfügige Veränderung des in der Einrichtung 4 gespeicherten Wertes. Wenn nur eine geringfügige Veränderung erforderlich ist, kann der Bedienungsmann gleich wieder die Betätigung des Schalters 18 beendigen, wodurch der Generator 2 zurückgestellt wird, so daß er bei einer erneuten Betätigung des Schalters 18 wieder mit der anfänglichen Impulsfolge niedriger Frequenz beginnt. Wird jedoch eine große Veränderung des gespeicherten Wertes gefordert, so muß der Bedienungsmann den Schalter 18 in der betätigten Stellung halten. Die Frequenz der von dem Generator ausgegebenen Impulse steigt hierbei an, so daß der gespeicherte Wert eine Veränderung mit stetig ansteigender Veränderungsgeschwindigkeit erfährt und somit eine große Veränderung innerhalb einer kurzen Zeitperiode erfolgen kann. Zu jedem Zeitpunkt führt die plötzliche Freigabe des Schalters 18 zu einer Rückstellung des Generators 2, so daß ausgehend von dem eingestellten Wert wiederum Feineinstellungen vorgenommen werden können.

Im Generator 2 werden die von dem Taktsignalgenerator 12 hex*- kommenden Impulse zwei hintereinandergeschalteten Zählern 14 und 16 zugeführt. Der Zähler 14 erzeugt verschiedene Imptilsfolgen unterschiedlicher Frequenzen, die sich durch Frequenzteilung der Taktfrequenz ergeben und der Zähler 16 erzeugt Zeittaktsignale, die sich durch eine Frequenzteilung der niedrigsten Frequenz des Zählers 14 darstellen. Der Zähler 16 befindet sich normalerweise im zurückgestellten Zustand und er wird nur für eine Zählung freigegeben, wenn das Ausgangssignal des ODER-Gatters 19 den Wert "1" einnimmt. Solange das Ausgangssignal des ODER-Gatters 19 den Wert "0" einnimmt, befindet sich der Zähler 16 im zurückgestellten Zustand. Die Zähler 14 und 16 sind an einen Logikschaltkreis 3 angeschlossen, der verschiedene Impulsfolgen des Zählers 14 auswählt, wobei die Auswahl unter Steuerung durch den Zähler 15 so getroffen ist, daß die Frequenz der ausgewählten Impulsfolgen wächst. Zu diesem Zweck wählen aufeinanderfolgende Zeittaktsignale des Zählers 16 Impulsfolgen mit

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wachsender Frequenz des Zählers 14 aus. Die ausgewählten Impulsfolgen werden der Einrichtung 4 zugeführt, wobei diese sich als zusammengesetzter Impulszug mit stetig wachsender Frequenz darstellen.

Gemäß Figur 2 ist eine erste Ausführungsform des Generators 2 dargestellt. Der Zähler 14 besitzt vier Stufen und der Zähler weist drei Stufen auf. Der Zähler 14 erzeugt somit Impulsfolgen

f f f f
mit den Frequenzen -^, -τ, -κ und -^r , die den Gattern 20, 21, und 23 jeweils zugeführt werden, wobei f die Frequenz des Taktgenerators 12 darstellt. Der Zähler 16 zählt bis auf den Wert 8 in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Zählers 14 mit der niedrigsten Frequenz (γ_β) und die beiden letzten Stufen des Zählers 16 sind an eine Decodiereinrichtung 24 angeschlossen, welche die logischen Zustände XOO, X01, X10 und X11 entsprechend decodiert und wobei X anzeigt, daß der Zustand der ersten Stufe des Zählers 16 ohne Bedeutung ist. Durch diese vier decodierten Zustände werden die UND-Gatter 23, 22, 21 und 20 entsprechend vorbereitet. Die Impulsfolgen mit den Frequenzen ■=-£· , -κ, ^r und ^- werden somit der Reihe nach durch diese UND-Gatter ausgewählt und die ausgewählten Impulsfolgen werden durch das ODER-Gatter zusammengefaßt, welches die Einrichtung 4 ansteuert.

Ferner wird der letzte zu decodierende Zählstand des Zählers 16, der das UND-Gatter 20 vorbereitet, zusätzlich invertiert und einem UND-Gatter 26 aufgeschaltet, das den Zähler 14 mit dem Zähler 16 verbindet. Hierdurch wird bewirkt, daß bei Erreichen des letzten Zählstandes des Zählers 16 der Zähler 16 diesen Zählstand beibehält, indem keine weiteren Impulse des Zählers 14 auf den Zähler 16 geschaltet werden, so daß der Zähler 16 nicht in seinen anfänglichen Zustand zurückgestellt werden kann. Ist somit einmal die Impulsfolge mit der höchsten Frequenz durch das Gatter 20 ausgewählt worden, so bleibt diese Impulsfolge für die ,Zeitdauer der Betätigung des Schalters 18 auch ferner wirksam. Das Ausgangssignal des ODER-Gatters 19 wird dem Zähler 16 zugeführt, so daß der Zähler 16 den anfänglichen zurückgestellten

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Zustand solange einnimmt, wie der Schalter 19 nicht betätigt wird und nur bei einer Betätigung des Schalters 19 für eine Zählung freigegeben wird. Das Ausgangssignal des ODER-Gatters 25 stellt sich daher als eine Impulsfolge dar, deren Frequenz sich aufeinanderfolgend in gleichen Zeitabschnitten dreimal verdoppelt.

Gemäß Figur 3 ist eine weitere Ausfuhrungsform des Generators dargestellt. Der Zähler 14 besitzt vier Stufen und der Zähler weist fünf Stufen auf. Der Zähler 14 erzeugt somit Impulsfolgen mit den Frequenzen -~, -τ, -κ und -t-p- auf den Leitungen 30, 31 , und 33. Die letzten drei Stufen des fünfstufigen Zählers 16 er-

-f · f f ezugen somit Impulse mit den Frequenzen , ^un(^ den Leitungen 34, 35 und 36. Diese Impulse und Impulsfolgen werden mittels dreier NOR-Gatter 37-39, nachgeschalteter NAND-Gatter 40-43 und ein weiteres nachgeschaltetes ODER-Gatter 44 miteinander logisch kombiniert.

Anfänglich weist der Ausgang des ODER-Gatters 19 den Wert "0" auf, wodurch der Zähler 16 auf dem Zählstand Null gehalten wird. Wird der Schalter 18 betätigt, so nimmt der Ausgang des Gatters 19 den Wert "1" ein und der Zähler 16 beginnt zu zählen. Alle drei Ausgangsleitungen 34-36 des Zählers 16 weisen anfänglich den Wert "0" auf. Die Leitung 3 4 ist diejenige Leitung, die zuerst den Wert "1" einnimmt, wenn der Zähler 16 zu zählen beginnt. Nach dem Ablauf des gleichen Zeitintervalles weist die Leitung 35 den Wert "1" auf und nach Ablauf des doppelten Zeitintervalles weist die Leitung 36 den Wert "1" auf. Die Impulse auf diesen Leitungen wirken als Zeittaktsignale, wobei nur die anfänglichen Änderungen auf diesen Leitungen von Bedeutung sind.

Wenn der Ausgang des Gatters 19 den Wert "1" einnimmt, so wird das NOR-Gatter 37 durch die Leitungen 34-36 vorbereitet, um die Impulsfolge auf der Leitung 33 hindurchzulassen. Das Gatter kehrt hierbei die Impulsfolge um, was jedoch ohne Bedeutung ist. Ebenso wird das Gatter 40 vorbereitet, um die Ausgangsimpulsfolge des Gatters 37 hindurchzulassen. Auch hierbei erfolgt

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wiederum eine Umkehrung. Sobald somit der Ausgang des Gatters den Wert "1" einnimmt, wird die Impulsfolge mit der niedrigsten Frequenz des Zählers 14 zum Durchgang zum ODER-Gatter 44 ausgewählt und somit auf die Einrichtung gegeben.

Nach einer bestimmten Zeitspanne weist die Leitung 34 den Wert "1" auf. Hierdurch wird das Gatter 37 gesperrt, wodurch der Durchgang der Impulsfolge mit der niedrigsten Frequenz auf der Leitung 33 gesperrt wird. Das Gatter 38 war jedoch von Beginn an freigegeben worden und bleibt weiterhin freigegeben, so daß die Impulsfolge auf der Leitung 32 dieses Gatter passieren kann. Nachdem nunmehr auch das Signal auf der Leitung 34 den Wert "1" eingenommen hat, ist auch das Gatter 42 vorbereitet, so daß die durch das Gatter 38 hindurchtretende Impulsfolge über das Gatter 41 an das ODER-Gatter 44 gelangen kann.

Nach Ablauf der gleichen Zeitspanne nimmt die Leitung 35 den Wert "1" ein. Das Gatter 39 war von Beginn an vorbereitet und bleibt vorbereitet, so daß die Impulsfolge auf der Leitung 31 dieses Gatter passieren kann. Durch den Wert "1" auf der Leitung 35 wird nunmehr auch das Gatter 42 vorbereitet, so daß die das Gatter 39 passierende Impulsfolge nunmehr durch das Gatter 42 zu dem ODER-Gatter 44 gelangen kann. Zum gleichen Zeitpunkt wird das Gatter 38 gesperrt, wodurch die Impulsfolge auf der Leitung 32 abgeschnitten wird.

Nach der doppelten Zeitspanne nimmt das Signal auf der Leitung den Wert "1" ein. Hierdurch wird das Gatter43 vorbereitet, so daß die Impulsfolge auf der Leitung 30 zu dem ODER-Gatter 44 gelangt. Gleichzeitig wird das Gatter 39 gesperrt, wodurch der Durchgang der Impulsfolge auf der Leitung 31 gesperrt wird.

Durch die vorstehend beschriebene Schaltung wird somit die Impulsfolge mit der niedrigsten Frequenz zuerst ausgewählt. Anschließend wird für die gleiche Zeitspann die Impulsfolge mit der nächsthöheren Frequenz ausgewählt. Danach wird für die zweifache Zeitspanne die Impulsfolge mit der wiederum nächsthöheren Frequenz

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ausgewählt und schließlich bleibt für den Rest der Schalterbetätigung die Impulsfolge mit der höchsten Frequenz maßgebend,

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Claims

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Patentansprüche

.JDigitales Regelsystem mit einem die Regelabweichung speichern-

Glied und einem zwischen das Speicherglied und ein Stellglied geschalteten Digital/Analog-Wandler, gekennzeichnet d-u r c h einen von Hand steuerbaren Schaltkreis (2) zur Veränderung des in dem Speicherglied (4) gespeicherten Signales, wobei der Veränderungsschaltkreis (2) einen durch einen Handschalter (18) auslösbaren Signalgenerator (3,14,16) aufweist, der einen Impulszug erzeugt, dessen Frequenz mit der Dauer der Schalterbetätigung eine Veränderung erfährt.
2. Regelsystem nach Anspruch 1,dadurchgekennzeichnet, daß der Signalgenerator mit veränderlicher Frequenz einen Impulsfolgen unterschiedlicher Frequenz erzeugenden Frequenzteiler (14), einen eine Folge von Zeittaktsignalen erzeugenden Generator (16) und einen logischen Schaltkreis (3) zur Auswahl der Impulsfolgen unter Steuerung durch die Zeittaktsignale umfaßt.
3. Regelsystem nach Anspruch 2, dadur. ch gekennzeichnet, daß der Frequenzteiler und der Zeittaktgenerator aus mehrstufigen hintereinandergeschalteten Impuls zählern (14,16) bestehen.

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4. Regelsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Taktgenerator (12) und ein Schalter (18) vorgesehen sind, wobei der Taktgenerator (12) an den Frequenzteiler (14) angeschlossen ist und der Schalter

(18) in seiner betätigten Stellung den Zeittaktgeber (16) inGang satzt und in seiner nichtbetätigten Stellung den Zeittaktgeber (16) zurückstellt.
5. Regelsystem nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, daß die Stufenausgänge des Frequenzteilers (14) auf die einen Eingänge von UND-Gattern (20,21,22,23) und einige Stufenausgänge des Zeittaktgebers (16) über eine Decodierschaltung (24) auf die anderen Eingänge der UND-Gatter (20-23) geführt sind und daß die zusammengefaßten Ausgänge der UND-Gatter (20-23) an das Speicherglied (4) gelegt sind.
6. Regelsystem nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet, daß mit dem höchsten decodierten Zählstand des Zeittaktgebers (16) der Eingang desselben für ankommende Impulse gesperrt wird.
7. Regelsystem nach Anspruch 6,dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ausgang des Frequenzteilers (14) und Eingang des Zeittaktgebers (16) ein UND-Gatter -: (26) geschaltet ist, dessen einem Eingang die Ausgangsimpulse des Frequenzteilers (14) und dessen anderem Eingang der invertierte höchste decodierte Zählstand des Zeittaktgebers (16) zugeführt ist.
8. Regelsystem nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, daß bei einem η-stufigen Frequenzteiler (14) der logische Schaltkreis (3)n-1 NOR-Gatter (37-39) und η NAND-Gatter (40-43) aufweist, daß bei einem m-stufigen Zeittaktgeber (16) n-1 Stufenausgänge ausgewählt sind, daß das letzte NOR-Gatter (37) der Reihe von allen n-1 Stufenausgängen des Zeittaktgebers (16) und dem Stufenausgang η des Frequenzteilers (14), das vorletzte NOR-Gatter (38) von n-2 Stufen-

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ausgängen des Zeittaktgebers (16) und dem Stufenausgang n-2 des Frequenzteilers (14) usw. beaufschlagt wird, daß das letzte NAND-Gatter (40) der Reihe von dem Signal des Schalters (18) und dem Ausgang des letzten NOR-Gatters (37), das vorletzte NAND-Gatter (41) von dem ersten der n-1 Stufenausgänge des Zeittaktgebers (16) und dem Ausgang des vorletzten NOR-Gatters (38), das drittletzte NAND-Gatter (42) von dem zweiten der n-1 Stufenausgänge des Zeittaktgebers (16) und dem Ausgang des drittletzten NOR-Gatters (39) usw. beaufschlagt wird und daß das erste NAND-Gatter (43) von der ersten Stufe des Frequenzteilers (14) und dem letzten der n-1 Stufenausgänge des Zeittaktgebers (16) angesteuert wird.

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