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" Regelgerät mit digitaler Anzeigeein-
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richtung
Die Erfindung betrifft ein Regel gerät mit
Ist- und Sollwertanzeige, mit einer digitalen Anzeigeeinrichtung, mit einem Sollwertsteller
sowie mit einem Eingang für den Istwert.
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Bei Regelgeräten zum Regeln von physikalischen Größen wie z.B. Temperatur,
Druck, Feuchte, PH-Werte etc. ist es häufig erforderlich, sowohl den Istwert als
auch den Sollwert anzuzeigen. Als Geber für die physikalischen Größen bzw. als Größen
selbst können Thermoelemente, Widerstandsthermometer, Spannung, Strom und Widerstand
zur Verfügung stehen.
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Bei den bekannten Regelgeräten ist es üblich, sowohl den Istwert als
auch den Sollwert ständig anzuzeigen. So ist es bekannt, für beide Größen analoge
Skalen mit Zeigern einzusetzen. Die Anzeigegenauigkeit bzw. das Auflösungsvermögen
der Skalen sind jedoch relativ gering, insbesondere dann, wenn das Gerät einen großen
Anzeige- bzw. Regelbereich besitzt.
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Weiterhin ist es bekannt, für die Istwert-Anzeige eine analoge Skala
und für die Sollwert-Anzeige eine Digitalanzeige beispielsweise durch Ziffernräder
oder -walzen vorzusehen.
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Bezüglich der Analoganzeige gelten die gleichen Nachteile.
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Es ist auch bereits der umgekehrte Weg beschritten worden, für die
Istwert-Anzeige eine digitale Anzeigeeinrichtung vorzusehen, für die Sollwert-Anzeige
bzw. -einstelluno jedoch die übliche, analoge Skala. Hiermit kann jedoch wiederum
der Sollwert nur relativ grob eingestellt werden, so daß die hochgenaue, digitale
Istwert-Anzeige nur einen beschränkten Wert hat.
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Es ist schließlich aber auch bereits bekannt, sowohl für die
Istwert-
als auch für die Sollwert-Anzeige zwei getrennte, digitale Anzeigeeinrichtungen
vorzusehen. Eine solche Maßnahme bedingt zwei digitale Anzeigeeinrichtungen, z.B.
mit Leuchtziffern sowie zwei vorgeschaltete Analog-Digital-Umsetzer. Ein solches
Regelgerät ist wegen der hohen Preise jeder Einheit außerordentlich kostspielig.
Außerdem ist mit der Verwendung einer digitalen Anzeigeeinrichtung allein keine
Möglichkeit einer feinstufigen Bereichsbegrenzung gegeben. Zur Bereichsbegrenzung
kann immer nur der höchste Stellenwert herangezogen werden, da die nächstniedrigeren
Stellenwerte bis zur höchsten Ziffer "9" unbegrenzt zur Verfügung stehen müssen.
Soll mit einer solchen Anzeige- bzw.
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Einstelleinrichtung eine Betriebstemperatur von beispielsweise 1.236
°C eingestellt werden, so ist eine Begrenzung nur auf 1.999 °C möglich, eine Maßnahme,
die technisch nicht sinnvoll ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Regelgerät der
eingangs beschriebenen Art anzugeben, welches eine genaue Anzeige von Istwert und
Sollwert unter Verwendung digitaler Mittel ermöglicht und dennoch zu einem preiswerten
Regelgerät führt.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen
Regelgerät erfindungsgemäß durch nur eine digitale Anzeigeeinrichtung und durch
einen Umschalter, durch welchen wahlweise der Istwerteingang oder der Sollwertsteller
der Anzeigeeinrichtung aufschaltbar ist.
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Mit einer solchen Lösung ist der Vorteil verbunden, daß das Regel
gerät nur einen einzigen Analog-Digital-Umsetzer in Verbindung mit einer einzigen
Ziffernanzeige, beispielsweise in Form einer Leuchtziffernanzeige, benötigt. Dabei
können sowohl Istwert als auch Sollwert mit einer Genauigkeit von einigen Ko angezeigt
werden. In der Regel wird man
den Umschalter in der Weise schalten,
daß ohne seine Betätigung der Istwert angezeigt wird, und daß der Sollwert nur bei
Bedarf abrufbar ist. Es ist aber auch möglich, in der umgekehrten Weise zu verfahren.
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Der Erfindungsgegenstand kann auf eine sehr vorteilhafte Weise gemäß
der weiteren Erfindung ausgestaltet werden, und zwar durch eine zusätzliche, mit
dem Sollwertsteller verbundene, analoge Sollwert-Anzeigeeinrichtung. Diese kann
beispielsweise als Bandanzeige ausgeführt sein, wobei das vorzugsweise zweifarbige
Band mit dem zum Sollwertsteller gehörenden Potentiometer verbunden ist. Bei einem
derartigen Regel gerät wird mittels der digitalen Anzeigeeinrichtung ständig der
Istwert angezeigt, während die analoge Sollwertanzeigeeinrichtung ständig den relativ
groben Sollwert anzeigt. Die Frontplatte eines solchen Regelgeräts zeigt also wie
bei herkömmlichen Geräten eine digitale Istwertanzeige in Verbindung mit einer analogen
Sollwertanzeige. Dennoch ist es durch Betätigung des Umschalters möglich, den genauen
Sollwert in die digitale Anzeigeeinrichtung einzugeben, wodurch die Einstellmöglichkeit
außerordentlich verbessert wird. Durch die erfindungsgemäße Lehre erhält also das
Regelgerät eine dreifache Anzeigemöglichkeit, die zu einem hohen Maße an Bedienungskomfort
führt.
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Die analoge Sollwertanzeigeeinrichtung ermöglicht darüber~: hinaus
eine stufenlose Bereichsbegrenzung. Eine Verriegelung gegen unbefugtes Bedienen
ist durch Abziehen des Einstellknopfes auf einfache Weise möglich. Diese Maßnahme
ist besonders vorteilhaft gegenüber der bekannten Schloßverriegelung oder der Verriegelung
durch eine verschließbare Abdeckhaube über der Frontplatte eines Regel geräts mit
digitaler Sollwerteinstellung.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes sei nachfolgend
anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert.
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Es zeigen: Figur 1 eine Draufsicht auf die Frontplatte eines Regelgeräts
mit zusätzlicher analoger Sollwert-Anzeigeeinrichtung und Figur 2 eine bevorzugte
Schaltungsanordnung mit unterschiedlichen Möglichkeiten der Signalverarbeitung für
ein Regelgerät gemäß Figur 1.
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Das Regelgerät 10 gemäß Figur 1 besteht aus einem Gehäuse 11 mit einer
Frontplatte 12, in der ein Fenster 13 fUr eine digitale Anzeigeeinrichtung 14 in
Form einer vierstelligen Leuchtziffernanzeige angeordnet ist. Unterhalb der digitalen
Anzeigeeinrichtung 14 befindet sich ein weiteres Fenster 15, für eine analoge Sollwertanzeigeeinrichtung
16, die als zweifarbiges, mit Kontrastfarben versehenes Band ausgeführt ist.
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Der Sollwert-Anzeigeeinrichtung 16 ist auf der Frontplatte 12 eine
Skala 17 zugeordnet.
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Auf der Frontplatte 12 befindet sich ein Einstellknopf 18i mit dem
der in Figur 2 dargestellte Sollwertsteller 19 verstellt werden kann. Die Einstellung
dieses Sollwertstellers wird - in Figur 1 nicht sichtbar . auf bekannte Weise auf
die analoge Sollwert-Anzeigeeinriditung 16 übertragen. Neben der digitalen Anzeigeeinrichtung
14 befindet sich ein Umschalter 20, mit dem der Anzeigeeinrichtung 14 wahlweise
der Istwert oder der Sollwert innerhalb des Regelsystems aufschaltbar ist.
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In F;gur 2 ist mit 21 eine herkömmliche Brückenschaltung mit Eingängen
22 und 23 bezeichnet, an die je nach dem Anwendungs-
gebiet des
Regel geräts entweder ein Widerstandsthermometer 24 oder ein Thermoelement 25 oder
einfach eine Potentialdifferenz 26 anlegbar ist.
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Die Brückenschaltung 21 setzt den Widerstand des Widerstandsthermometers
24 in ein widerstandsproportionales Spannungssignal um. Für eine Anzeige ist jedoch
ein temperaturproportionales Spannungssignal erforderlich. Zu diesem Zweck ist der
Ausgang der Brückenschaltung 21 einem Linearisierungsverstärker 27 aufgeschaltet,
der eine nicht lineare Charakteristik besitzt. Die Ausgangsspannung des Linearisierunosverstärkers
27 beträgt beispielsweise 1 mV/°K.
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Der Ausgang 28 des Linearisierungsverstärkers 27 ist über eine Leitung
29 einem Regel verstärker 30 und über eine Leitung 31 dem Umschalter 20 aufgeschaltet.
Ein weiterer Eingang des Regelverstärkers 30 ist mit dem Sollwertsteller 19 verbunden,
von dem eine Leitung 32 gleichfalls mit dem Umschalter 20 verbunden ist. Die entsprechenden
Eingänge des Regelverstärkers 30 sind mit 30a und 30b bezeichnet.
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Der Umschalter 20 besitzt einen Istwerteingang 20b und einen Sollwerteingang
20a, zwei Umschaltkontakte 20c und 20d sowie einen Ausgang 20e, der zu einem Analog-Digital-Wandler
33 führt.
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Dieser ist seinerseits über ein Leitungssystem 34 der digitalen Anzeigeeinrichtung
14 aufgeschaltet. Wie sich aus Figur 2 ergibt, ist mittels des Umschalters 20 wahlweise
der Istwert vom Ausgang 28 oder der Sollwert vom Ausgang 35 des Sollwertstellers
19 dem Analog-Digital-Wandler 33 aufschaltbar, so daß je nach der Stellung des Umschalters
20 der Istwert oder der Sollwert in der Anzeigeeinrichtung 14 zur Anzeige kommt.
Die Ruhelage des Umschalters ist wählbar.
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Der am Sollwertsteller 19 vorwählbare Sollwert (Temperatur) wird in
ein temperaturproportionales Spannungssignal umgesetzt. Der Ausgang des Regelverstärkers
30 kann beispielsweise einem Komparator 35 oder 36 aufgeschaltet sein. Ist der Sollwert
W größer als der Istwert X, so schaltet der Komparator 35 oder 36 durch, und die
Relais 37 bzw. 38 ziehen an, wodurch beispielsweise die Heizwicklung eines Ofens
eingeschaltet werden kann. Ist der Sollwert W kleiner als der Istwert X, so erhalten
die Relais 37 bzw. 38 keine Spannung und verbleiben in ausgeschaltetem Zustand.
Der Komparator 35 ist mit einer Rückführung 40 versehen, durch die dem Regelgerät
10 ein unterschiedliches Regelverhalten verliehen werden kann.
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Der Erfindungsgegenstand kann Anwendung finden bei schaltenden Zweipunkt-Reglern
mit und ohne Grenzwertkontakte und verschiedenen Rückführungen, bei schaltenden
Dreipunkt-Reglern (z.B. PI-Schrittreglern) mit und ohne Grenzwertkontakte sowie
bei stetigen Reglern mit und ohne Grenzwertkontakte mit unterschiedlichem Regelverhalten,
beispielsweise als P-Regler, Pl-Reglern, PD-Reglern und PID-Regler.
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Die Stromversorgung aller Baugruppen erfolgt durch ein Netzteil 39.
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L e e r s e i t e