DE3301645C2 - Digitale Steuerung - Google Patents

Abstract

Bei der erfindungsgemäßen digitalen Steuerschaltung wird ein Taktimpuls gezählt, so daß bei Erreichen einer vorbestimmten Zeit die Speisung einer Last gesteuert wird. Die digitale Steuerschaltung besteht vorzugsweise aus einer integrierten Schaltung zur Steuerung der Verbrennung einer Brenners für ein Verbrennungsgerät, beispielsweise einen Wasser- oder Lufterhitzer. Die Verbrennungs-Steuerschaltung zündet für eine vorbestimmte Zeitperiode und unterbricht die Brennstoffzufuhr, wenn innerhalb der vorbestimmten Periode keine Zündung erfolgt. Bei der digitalen Steuerschaltung wird ein Taktimpuls mit einer vorbestimmten Vorspannung durch eine Zeitmeßschaltung gezählt. Die Tatsache, ob der Taktimpuls die vorbestimmte Vorspannung erreicht hat oder nicht, wird durch einen Detektor (26) festgestellt, so daß die Zündoperation unterbrochen wird, wenn der Taktimpuls die vorbestimmte Vorspannung hat. Hierdurch wird das Risiko vermieden, daß bei Unterbrechung der Eingabe des Taktimpulses innerhalb der vorbestimmten Periode diese unendlich verlängert und der Brennstoff weiter zugeführt wird, wenn keine Zündung erfolgte. Die Vorspannung des Taktimpulses kann durch einen Kondensator oder eine Gleichspannungsquelle bereitgestellt werden.

Description

dadurch gekennzeichnet,

- daß dem Taktgeber (13) eine Schaltung (21, 20; 50) zur Zufuhr einer Vorspannung zum Taktlmpulsslgnal zugeordnet ist,

- daß die Zeitmeßeinrichtung (11, 25) auf die Ausgangstaktimpulse des Taktgebers (13) und der Schaltung (20, 21; 50) zur Zufuhr einer Vorspannung anspricht und die Impulse des Taktimpulssignals zur Zeitmessung zählt,

daß eine mit dem Taktgeber und der Schaltung (20, 21; 50) zur Zufuhr einer Vorspannung verbundene Detektor- und Signalerzeugungseinrichtung (26, 29, 31) vorgesehen Ist, die feststellt, ob das mit der Vorspannung beaufschlagte Taktimpulssignal mindestens einen Spannungspegel aufweist, der der Vorspannung entspricht, und die ein zweites Signal erzeugt, falls das Taktimpulssignal den Spannungspegel nicht erreicht hat,

und daß die Auswerteeinrichtung (30) den Zustand des ersten Signals auf das zweite Signal hin ändert.

2. Digitale Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeltmeßeinrichtung (11, 25) die Auswerteeinrichtung (30) und die Detektor- und Signalerzeugungseinrichtung (26, 29, 31) In einer einzigen integrierten Schaltung ausgebildet sind.

3. Digitale Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Zufuhr einer Vorspannung einen zwischen dem Taktgeber (13) und dem Eingang (3) der Zeitmeßeinrichtung (11, 25) vorgesehenen Kondensator (20) und eine zwischen dem Eingang (3) und Masse vorgesehene Gleichspannungsquelle (21) aufweist.

4. Digitale Steuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Zufuhr einer Vorspannung einen Kondensator (50) zwischen dem Eingang der Zeitmeßeinrichtung (11, 25) und Masse enthält, so daß der Kondensator (50) durch das Ausgangsimpulssignal des Taktgebers (13) auf die Vorspannung aufgeladen wird.

5. Digitale Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Steuerung eines Brenners zur Erhitzung einer Last derart verwendet wird, daß die Auswerteeinrichtung (30) das erste Signal erzeugt, um den Brenner stillzusetzen, falls die Temperatur der Last, die vom Brenner erhitzt wird, höher Ist als eine eingestellte Temperatur, so daß die Stillsetzung des Brenners Im nicht gezündeten Zustand angehalten wird, und daß, falls das zweite Signal eingegeben wird, die Steuerung äquivalent ist zu der für den Fall, daß die Lasttemperatur höher ist als die eingestellte Temperatur.

Die Erfindung bezieht sich auf eine digitale Steuerung der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen, aus der US-PS 41 45 179 bekannten Art.

Eine derartige Steuerung kann für einen Brenner, der beispielsweise der Wasser-, Lufterhitzung od. dgl. dient. Verwendung finden.

Die Überwachung von Eingangssignalen bei Steuerungen ist bekannt (»elektro-anzeiger spezial«, 1979, S. 37 bis 42), wobei beim Auftreten von Fehlern, wie z. B. Aderbruch oder Erdschluß, ein Störsignal gebildet und In der Steuerung zur Vermeidung von Fehlern ausgewertet wird.

In der eingangs erwähnten US-PS 41 45 179 wird ferner eine Steuerung beschrieben, deren Aulbau und Funktionsweise nachstehend anhand der Fig. 1 und 2 zum besseren Verständnis der Erfindung näher erläutert werden. Eine für die Verbrennungssteuerung vorgesehene digitale Steuerung 1 in Form einer integrierten Schaltung ist mit zwei Speiseklemmen 2a, 2b, einem Taktimpulseingang 3, einem Flammenerfassungs-Signaleingang 4, einem Temperaturerfassungs-Signalelngang 5, einem Gebläse-Speisesignalausgang 6, einem Zündschaltungs-Speiseslgnalausgang 7, einem Brennstoffventil-Speisesignalausgang 8 und einem Sicherheltsgeräte-Spelseslgnalausgang 9 versehen. Die digitale Steuerung 1 besteht aus einem Zeltgeber 11 zum Zähler der Taktimpulse und zur Messung der Zeit sowie einer auf die den Eingängen 4 und 5 zugeführten Signale und die Eingangssignale vom Zeitgeber 11 ansprechenden Steuerschaltung 12, die zu geeigneten Zeiten oder In geeignet ter Folge an den Ausgängen 6, 7, 8 und 9 Spelseslgnale erzeugt.

Die Schaltung weist ferner eine Wechselspannungsquelle 13, eine Gleichspannungsquelle 14, einen Arbeltsschalter 15, eine Diode 16, einen aus Widerständen 17< 18 bestehenden Spannungsteiler und einen Entstörkondensator 19 auf.

Die Funktionswelse der derart aufgebauten Schaltung wird anhand von Fig. 2 erläutert. In Fig. 2 sind am linken Rand die der Flg. 1 entsprechenden Bezugszelchen angegeben. Wird der Arbeltsschalter 15 angeschaltet und dann dem Eingang 5 zur Zelt h ein Eingangssignal zugeführt, das anzeigt, daß sich die Temperatur der Last unter einen vorbestimmten Wert abgesenkt hat, so veranlaßt die Steuerschaltung 12 den Zeltgeber 11 zur Zeitmessung. Die von einem an die Wechselspannungsquelle 13 angeschlossenen Halbwellen-Glelchrlchter erzeugten Taktimpulse werden dem Eingang 3 zugeführt. Der Zeltgeber oder Zähler 11 beginnt, die am Eingang 3 einlaufenden, aufeinanderfolgenden Taktimpulse zu zählen. Das heißt, es wird eine Vorreinigungsperiode gestartet und die Steuerschaltung 12 erzeugt zu dieser Zelt ein Speisesignal am Ausgang 6, durch das die Vorreinigung eingeleitet wird.

Hat der Zählstand des Zeltgebers 11 einen vorbestimmten Wert erreicht, d. h., Ist die vorangestellte Zeltperlode abgelaufen, so sender der Zeltgeber 11 ein Steuersignal zur Steuerschaltung 12, die daraufhin an den Ausgängen 7 und 8 Speisesignale erzeugt, durch die elne^ nichtgezelgte Zündschaltung und ein nichtgezeigtes*

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Brennstoffventil zur Zeit /, die Zündoperation einleiten. Der Zeltgeber 11 setzt auch nach Erreichen der Zeit t_x die Zählung fort. Das heißt, der Zeitgeber 11 beginnt von der Zelt fi an eine Sicherheitsperlode zu messen. Läuft zur Zelt /₃ innerhalb der Sicherheitsperiode arr Eingang 4 ein das Vorhandensein einer Flamme anzeigendes Flammenerfassungssignal ein, so unterbricht d!e Steuerschaltung 12 die Erzeugung des Speisesignals am Ausgang 7, so daß die Verbrennung im normalen Verbrennungszustand abläuft. Verschwindet das Flammenerfassungssignal im normalen Verbrennungszustand, d. h., wird die Flamme gelöscht, so wird die Verbrennung von der erwähnten Vorreinigungsoperation neu gestartet. Übersteigt die Lasttemperatur einen vorbestimmten Wert, so daß das Temperaturerfassungssignal am Ausgang 5 im normalen is Verbrennungszustand verschwindet, so unterbricht die Steuerschaltung 12 die Verbrennung.

Läuft während der Sicherheitsperiode am Eingang 4 kein Flammenerfassungssignal ein, so wird die Operation vom Beginn des Vorreinigungsvorgangs wiederholt oder die Steuerschaltung 12 unterbricht die Erzeugung der Speisesignale an den Ausgängen 6, 7 und 8 zur Zeit t_t und erzeugt gleichzeitig am Ausgang 9 ein Alarmsignal, durch das der Verbrennungsvorgang unterbrochen wird.

Wird während der Sicherheitsperiode, beispielsweise zum Zeltpunkt /₃, einer der Eingänge 8, 4, 9 und 3, beispielsweise der Eingang 3, absichtlich oder zufällig mit Masse verbunden oder sein Zuleitungsdraht unterbrochen, so wird die Sicherheitsperiode wegen des Verschwlndens des Taktimpulses unendlich groß. Hierdurch entsteht eine ernste Gefahr insoweit, als frischer Brennstoff freigegeben werden kann, obwohl keine Zündung stattgefunden hat (angenommen, daß die Gleichspannungsquelle gespeist wird).

Als Gegenmaßnahme kann zusätzlich zum Zeitgeber 11 der digitalen Steuerung 1 ein zweiter Zeitgeber vorgesehen werden, oder zusätzlich zum Eingang 3 ein weiterer Taktimpulseingang. Diese beiden Gegenmaßnahmen sind jedoch kostenaufwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Steuerung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß durch eine kostengünstige Maßnahme ein Masseschluß der Taktversorgung erkannt werden kann. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen hiervon sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 5.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 3 ein Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels der digitalen Steuerung,

Flg. 4 ein Zeitdiagramm, das den Signalverlauf an verschiedenen Stellen der Schaltung gemäß Fig. 3 verdeutlicht,

. Flg. 5 ein Schaltbild eines zweiten Ausfülirungsbelspiels einer digitalen Steuerung,

Flg. 6 ein Schaltbild eines dritten Ausführungsbeisplels und

Flg. 7 ein Schaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels der digitalen Steuerung.

Die Erfindung wird zunächst anhand der Flg. 3 und 4 näher erläutert. Bei dem Ausführungsbeispiel der FI g. 3 sind für die gleichen Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in Flg. 1. Flg. 4 zeigt den Signalverlauf A, B und C an den Punkten A, B und C In Flg. 3.

Bei der Schaltung der Flg. 3 bilden ein Kondensator 20 und eine Gleichspannungsquelle 21 zur Erzeugung einer Vorspannung K3 einen Taktimpulsgeber zur Erzeugung eines Taktimpulses A mit dem Verlauf A gemäß Fig. 4.

Eine Signalformerschaltung 25 besteht aus einem aus Widerständen Al und Rl bestehenden Spannungsteiler, einem Schmidt-Trigger bestehend aus Transistoren Ql, Ql und Widerständen Λ3, RA und Λ5, sowie einem aus Transistoren 03, QA und Widerständen R6, Rl bestehenden Treiber. Der Transistor 04 wird zwischen den Werten Yl und VA des Taktimp.ulses A eingeschaltet und erzeugt das Signal B der Fig. 4 als Ausgangssignal des Signalformers 25, das als Taktimpuls dem Zeitgeber 11 zugeführt wird. Eine Detektorschaltung 26 zur Erfassung des Vorhandenseins oder der Abwesenheit des Taktimpulses A besteht, ähnlich dem Signalformer 25, aus einem aus Transistoren QV, QT und Widerständen Λ3', Λ4' und RS' bestehenden Schmidt-Trigger, sowie einem aus Transistoren Q3', QA' und Widerständen Λ6', RT bestehenden Treiber. Die Detektorschaltung 26 unterscheidet sich von der Signalformerschaltung 25 dadurch, daß sie keinen Spannungsteiler enthält. Der Transistor QA' wird eingeschaltet, wenn die Eingangsspannung beim Eingang 3 niedriger ist als der Wert Vl. Das Ausgangssignal des Transistors QA' hat den Verlauf C in Fig. 4.

Der Zeltgeber 11 besteht aus mehreren Frequenzteilern und erzeugt an einem Ausgang Ho ein Vorreinigungs-Endslgnal und am Ausgang Hi ein Sicherheltsperioden-Endslgnal.

Einem Eingang 27 wird ein Störungssignal zugeführt, das im Falle einer Störung einen niedrigen Wert aufweist. Ein Eingang 4 empfängt ein Flammen-Erfassungssignal, das bei vorhandener Flamme niedrig ist. Drei Eingangsschaltungen 28 kehren das zugeführte Eingangssignal um und erzeugen somit ein invertiertes Ausgangssignal.

Ein /JS-FHp-Flop 29 weist einen Ausgang 29a auf, auf dem bei Alarm ein hohes Potential liegt. Im Alarmzustand erzeugt eine Auswerteschaltung 30 an jedem ihrer Ausgänge 6, 7, 8 ein Stop-Signal zur Unterbrechung des Betriebs jeder der an diese Ausgänge angeschlossenen Einrichtungen; am Ausgang 9 wird Im Falle einer Störung ein Alarmsignal erzeugt.

Im folgenden wird die Arbeltswelse der derart aufgebauten, digitalen Steuerung beschrieben. Nach Einschalten des Arbeltsschalters 15 werden aufeinanderfolgende Impulse zugeführt, so daß die jeweiligen Teile der Verbrennungs-Steuereinrichtung richtig arbeiten. Der niedrige Pegel wird durch L und der hohe Pegel durch H bezeichnet.

Liegt die Temperatur der Last oberhalb der eingestellten Temperatur, so liegt das Signal am Temperaturerfassungs-Slgnalelngang 5 auf L und die Ausgangssignale eines NAND-Gatters 31, einer Umkehrstufe 32 und eines NAND-Gatters 33 auf H, L bzw. H. Das ÄS-Flip-Flop 29 wird rückgesetzt und sein Ausgang 29a liegt auf dem Potential L. Somit wird an jedem der Ausgänge 6, 7, 8, 9 ein Stop-Slgnal erzeugt.

Wird die Lasttemperatur geringer als die eingestellte Temperatur, so erhält das Potential am Eingang 5 den Wert H und die Ausgangssignale der Umkehrstufe 32 und des NAND-Gatters gehen auf den Wert H bzw. Z., so daß die Auswerteschaltung 30 am Ausgang 6 ein Gebläse-Speisesignal erzeugt. Liegen die Ausgänge einer Umkehrstufe 34 und eines Ausganges 40 auf dem Potential H und der Ausgang eines NAND-Gatters 35 auf L, so beginnt der Zeltgeber 11 seine Funktion. Auf diese Welse wird die Vorreinigung gestartet.

Geht das Signal am Ausgang 1 la auf H, so werden an den Ausgängen 7, 8 Speisesignale erzeugt, so daß der'

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Brennstoff einem Verbrennungsgerät zugeführt wird und ein Zünder arbeitet. Damit beginnt die Sicherheitsperiode.

Nach Beendigung der Zündoperation ändert sich das Signal am Flammenerfassungs-Signaleingang 4 von H s auf L, so daß die Auswerteschaltung die Zündung bestätigt und die Zündeinrichtung ausschaltet. Ein Ausgang 40 der Auswerteschaltung 30 geht auf L, so daß das Ausgangssignal am NAND-Gatter 35 auf H geht und der Zeltgeber 11 ausgeschaltet wird.

Kann die Zündoperation innerhalb der Sicherheitsperiode nicht vollendet werden, d. h., tritt kein Flammensignal an der Eingangsklemme 4 innerhalb der Perlode ein, so geht an diesem Ende die Spannung am Ausgang 116 auf H und die Auswerteschaltung 30 erzeugt an den Ausgängen 6, 7, 8 Stop-Signale. Ferner erzeugt die Auswerteschaltung 30 an Ihrem Ausgang 41 ein Signal //, so daß das Ausgangssignal eines ODER-Gatters 42 auf H und der Ausgang einer Umkehrstufe 43 auf L geht, wodurch das /?5-Fllp-Flop 29 gesetzt und an seinem Ausgang 29a ein Signal H entsteht, so daß die Stop-Signale an den Ausgängen 6, 7, 8 auf Ihrem vorherigen Wert gehalten werden und am Ausgang 9 ein Alarmsignal erzeugt wird.

Ist ein abnormaler Zustand eingetreten, so wird ein Störungssignal mit einem niedrigen Pegel L an den Eingang 27 angelegt, so daß das ODER-Gatter 42 über die Eingangsschaltung 28 ein hochpegellges Signal H empfängt und eine hochpegelige Ausgangsgröße H erzeugt. Demzufolge hat die Ausgangsgröße der Umkehrstufe 43 einen niedrigen Pegel L, wodurch ein Alarmsignal am Ausgang 9 in der gleichen Welse wie im oben beschriebenen Fall, bei dem der Zündvorgang Innerhalb der Sicherheitsperiode nicht vollendet werden konnte, erzeugt wird.

Wird innerhalb der Sicherheitsperiode der Eingang des Taktimpulses durch Verbindung mit Masse auf Null gebracht, so sinkt die Eingangsspannung am Eingang 3 unterhalb den Wert Vl (F i g. 4), so daß der Transistor QA' der Detektorschaltung 26 eingeschaltet wird und das Ausgangssigna! des NAND-Gatters 31 den Wert H erhält. Ähnlich zu dem Fall einer höheren Lasttemperatur erscheinen an den Ausgängen 6, 7, 8 Stop-Signale, durch die das Verbrennungsgerät stillgesetzt wird.

Entsprechend kann, selbst für den Fall der Unterbrechung der Taktimpulse bei NichtZündung Innerhalb der Sicherheitsperiode, das Verbrennungsgerät stillgesetzt und das Auftreten einer Gefahr verhindert werden.

Bricht ein Zuleitungsdraht an der linken Seite vom Verbindungspunkt der Gleichspannungsquelle 21, so kann das Verbrennungsgerät durch die Detektorschaltung 26 nicht stillgesetzt werden, während bei einem Leitungsdrahtbruch auf der rechten Seite das Verbrennungsgerät durch die Detektorschaltung 26 stillgesetzt werden kann.

Bei dem In Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel wird über einen Kondensator 50 eine Vorspannung zugeführt. Der Kondensator 50 wird durch Taktimpulse aufgeladen und erzeugt die Ausgangsspannung Vl. Durch diese Anordnung kann das Verbrennungsgerät im Falle eines Leitungsbruchs stillgesetzt werden.

Wird für den Fall, daß der Arbeitsschalter 15 eingeschaltet wurde, die als Taktgeber 13 dienende Wechselspannungsquelle eingeschaltet und liegt die Ladespannung des Kondensators 50 unterhalb des Wertes Vl, so ist der Transistor QA' der Detektorschaltung 26 eingeschaltet. Es besteht keine Schwierigkeit, während die Einleitung des Vorreinigungsvorgangs geringfügig verzögert wird. Im Verbrennungsgerät, in dem kein Vorreinigungsvorgang ausgeführt wird, entsteht keine Schwierigkeit, während die Einleitung der Zündoperation etwas verzögert wird.

Somit wird, wenn das Ausgangssignal der Detektorschaltung 26 eine Störung anzeigt, die Schaltung vorzugsweise äquivalent zu dem Zustand aufgebaut, in dem ein keine Verbrennung erforderndes Signal der Temperaturerfassungs-Signaleingangsklemme 5 zugeführt wird. Das heißt, die Schaltung wird vorzugsweise so aufgebaut, daß In diesem Fall das tfS-Flip-Flop 29 nicht arbeitet.

Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem bei durch eine Gleichspannungsquelle 21 zugeführter Vorspannung mittels einer Diode 16 ein halbgleichgerichteter Taktimpuls erzeugt wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel der FI g. 7 wird mit Hilfe einer Doppelweggleichrichtung durch eine Diodenbrücke 51 ein Taktimpuls erzeugt.

Der im zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendete und aus Frequenzteilern bestehende Zeitgeber 11 kann auch dann verwendet werden, wenn die digitale Steuerung 1 aus einem Mikrokomputer gebildet wird.

Statt bei einer Verbrennungssteuerung kann die Erfindung auch bei anderen Steuergeräten angewendet werden. Zeltgeber 11, Steuerschaltung 12 und Detektorschaltung 26 sollten zwar vorzugsweise in einer einzigen Schaltung zusammengefaßt sein, die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe läßt sich jedoch unter entsprechender Beeinträchtigung des Effekts auch anders lösen.

Durch die erfindungsgemäße Schaltung läßt sich der unsichere Zustand im Falle der Unterbrechung der Taktimpulszufuhr mit einer sehr einfachen Stellung vermeiden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

33 Ol Patentansprüche:

1. Digitale Steuerung mit

einem Taktgeber zur Erzeugung von Taktimpulsen,

einer Zeitmeßeinrichtung zur Zählung der Taktimpulse für die Zeitmessung und
einer Auswerteschaltung (30) mit einem ersten Ausgang zur Erzeugung eines ersten Signals zur Steuerung einer Last,

- wobei die Auswerteschaltung den Zustand des ersten Signals auf ein von der Zeitmeßeinrichtung erzeugtes Ausgangssignal ändert, falls eine is vorbestimmte Zeit erreicht Ist,