DE3932484A1 - Anordnung zum erfassen der position eines stellgliedes und verfahren zur inbetriebnahme einer solchen anordnung - Google Patents

Description

Zur Erfassung der Position eines Stellgliedes kann mit diesem der Schleifer eines an eine Konstantspannungsquelle angeschlos­ senen Potentiometers gegebenenfalls über ein Getriebe verbunden sein, so daß die Spannung am Schleifer des Potentiometers ein Maß für die Position des Stellgliedes ist. Wegen der starren Kopplung zwischen Schleifer und Stellglied ist mit dem Stell­ bereich des Stellgliedes auch der nutzbare Potentiometerbereich festgelegt. Häufig sollen jedoch unterschiedlich große Stell­ bereiche erfaßt werden. Der maximale Signalhub wird dann nur beim maximalen Stellbereich erreicht, während sich bei kleine­ ren Stellbereichen nur geringere Signalhübe ergeben. Die dem Potentiometerabgriff nachgeschaltete Auswerteeinheit muß für den maximalen Spannungshub ausgelegt sein. Kleinere Spannungs­ hübe wirken sich nachteilig, z. B. bei der Anzeige oder bei der Regelung, aus. Insbesondere wird bei einer digitalen Ver­ arbeitung wegen der dann notwendigen Analog-Digital-Umsetzung die Auflösung verringert.

In der DE-OS 37 21 065 ist eine Einrichtung zum Betrieb eines Stellantriebs beschrieben, bei welcher die Position des Stell­ gliedes mit einem Potentiometer erfaßt wird, das an einer Hilfsspannung liegt und an dessen Abgriff eine der Position des Stellgliedes entsprechende Spannung auftritt. Diese Span­ nung wird über eine Einstellvorrichtung zur Normierung der Position einer Verarbeitungseinheit zugeführt. Mit dieser Ein­ stelleinrichtung wird das Potentiometerausgangssignal mittels eines weiteren Potentiometers in der einen Endlage des Stell­ gliedes auf 100% normiert. Die Normierung der anderen Endlage des Stellgliedes, nämlich die Normierung des Nullpunktes, soll automatisch dadurch geschehen, daß das Stellglied in die "Zu"- Richtung gefahren wird, wobei der elektrische Nullpunkt mit dem mechanischen Nullpunkt zur Deckung gebracht wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Erfassen der Position eines Stellgliedes zu schaffen, mit der unabhängig vom jeweiligen Stellbereich des Stellgliedes eine nachgeschaltete Auswerteeinheit stets den maximal verarbeitbaren Signalhub als Eingangssignal erhält. Weiter liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Inbetriebnahme einer solchen Anordnung anzugeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den in den kennzeichnen­ den Teilen der Ansprüche 1 und 4 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Anhand der Zeichnungen, in denen zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, werden im folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher beschrieben und er­ läutert.

Es zeigen

Fig. 1 das Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels, bei dem die Versorgungsspannung eines Potentiometers vari­ abel ist, und

Fig. 2 das Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels mit einem Verstärker, dessen Nullpunkt und Verstärkungsgrad einstellbar sind.

In Fig. 1 ist mit M ein Motor bezeichnet, der ein Stellglied STG antreibt, an das der Schleifer eines Potentiometers P ge­ koppelt ist. Das Stellglied kann ein Ventil oder eine Klappe eines Heizungs-, Lüftungs- oder Klimagerätes sein. Die Span­ nung am Abgriff des Potentiometers P wird von einem Analog- Digital-Umsetzer ADU in einen Digitalwert umgesetzt, der einer digitalen Verarbeitungseinheit DVE zugeführt wird. Diese lie­ fert ein Signal, welches die jeweilige Position des Potentio­ meters und damit des Stellgliedes STG angibt. Die digitale Verarbeitungseinheit DVE trägt in Register REG1, REG2 Span­ nungswerte ein, die in Digital-Analog-Umsetzern DAU1, DAU2 in Versorgungsspannungen für das Potentiometer P umgesetzt werden.

Bei der Inbetriebnahme trägt die digitale Verarbeitungs­ einheit DVE in die beiden Register REG1, REG2 Spannungswerte für die Versorgungsspannungen, z. B. +5 V und -5 V oder +5 V und 0 V. Das Stellglied STG wird dann in die beiden Endlagen gebracht, und die jeweilige Spannung am Potentiometerabgriff wird gemessen. Aus den beiden Meßwerten und der bekannten Ver­ sorgungsspannungen des Potentiometers können die Potentiometer­ positionen in den beiden Endlagen des Stellgliedes STG bestimmt werden. Ferner können dann die Spannungen ermittelt werden, welche die beiden Digital-Analog-Umsetzer DAU1, DAU2 abgeben müssen, damit der Spannungshub am Potentiometerabgriff, der entsteht, wenn das Stellglied von der einen Endlage in die andere gebracht wird, gleich dem maximalen vom Analog-Digital- Umsetzer ADU verarbeitbaren Spannungshub ist, wobei in den bei­ den Endlagen des Stellgliedes am Potentiometer die Spannungen auftreten, welche die Grenzen des vom Analog-Digital-Umsetzers verarbeitbaren Spannungsbereiche sind. Nachdem die digitale Verarbeitungseinheit DVE die entsprechenden Spannungswerte in die Register REG1, REG2 eingetragen hat, ist die Anordnung be­ triebsbereit. Die am Potentiometerabgriff auftretenden Span­ nungen werden dann mit maximaler Auflösung vom Analog-Digital- Umsetzer ADU erfaßt.

Für die bisher beschriebene Anordnung wurde angenommen, daß in keiner Endlage des Stellgliedes STG auch das Potentiometer P seine Endlage erreicht. Es wurden daher zwei getrennt einstell­ bare Versorgungsspannungen für das Potentiometer erforderlich. Häufig sind jedoch das Stellglied STG und das Potentiometer P so miteinander verbunden, daß, wenn das Stellglied STG sich in einer Endlage befindet, auch das Potentiometer P eine Endlage einnimmt. In diesem Falle kann man das Potentiometer P einsei­ tig an Nullpotential anschließen, so daß z. B., wenn das Stell­ glied STG ein Ventil ist, bei geschlossenem Ventil die Span­ nung am Abgriff des Potentiometers P Null ist. Das Register REG2 und der Digital-Analog-Umsetzer DAU2 sind in einer sol­ chen Anordnung nicht erforderlich. Die Inbetriebnahme einer solchen Anordnung ist wesentlich einfacher als die zuvor be­ schriebene, da das Stellglied STG lediglich in die andere Endlage, z. B. in die, in der das Ventil offen ist, gebracht wird und der Spannungswert im Register REG1 so eingestellt wird, daß der Analog-Digital-Umsetzer die maximal verarbeit­ bare Eingangsspannung erhält.

In der Anordnung nach Fig. 2 wird das Potentiometer P mit konstanten Spannungen +US, -US versorgt. Zwischen den Poten­ tiometerabgriff und den Analog-Digital-Umsetzer ADU ist ein Differenzverstärker V mit steuerbarem Verstärkungsgrad ge­ schaltet, dessen nichtinvertierender Eingang an den Digital- Analog-Umsetzer DAU2 und dessen Steuereingang an den Digital- Analog-Umsetzer DAU1 angeschlossen ist. Für die Inbetriebnahme wird das Stellglied in die eine Endlage, z. B. 0% des Stell­ bereiches, gebracht und in das Register REG2 ein solcher Span­ nungswert eingetragen, daß das Ausgangssignal des Differenz­ verstärkers V Null ist. Danach wird das Stellglied in die andere Endlage (100%) gefahren und der Spannungswert im Register REG1 so eingestellt, daß die Ausgangsspannung des Verstärkers V gleich der maximal verarbeitbaren Spannung des Analog-Digital-Umsetzers ADU ist, so daß auch in dieser Anord­ nung das Ausgangssignal des Potentiometers an den Eingangs­ signalbereich der nachfolgenden Schaltung angepaßt ist und mit optimaler Auflösung verarbeitet werden kann.

Claims (7)

1. Anordnung zum Erfassen der Position eines Stellgliedes (STG) mit einem Potentiometer (P), dessen Abgriff mit dem Stellglied (STG) verbunden ist, so daß am Abgriff eine der Position des Stellgliedes entsprechende Spannung auftritt, die einer Signal­ verarbeitungseinheit (ADU, DVE) zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungs­ einheit (ADU, DVE) mittels Steuersignalen ein Einstellmittel so einstellt, daß in der einen Endlage des Stellgliedes (STG) ein erster vorgegebener Eingangssignalendwert und in der zwei­ ten Endlage ein zweiter vorgegebener Eingangssignalendwert der Signalverarbeitungseinheit zugeführt wird, wobei die vorge­ gebenen Eingangssignalendwerte die Grenzen des von der Signal­ verarbeitungseinheit verarbeitbaren Eingangssignalbereichs sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Einstellmittel die Versorgungsspan­ nungsquellen (DAU1, DAU2) des Potentiometers (P) sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an einem Versorgungsspannungsanschluß des Potentiometers (P) Nullpotential liegt, daß in der einen Endlage des Stellgliedes (STG) der Abgriff des Potentiometers in der Endlage ist, in der er auf dem Nullpotential liegt.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Einstellmittel ein Differenz­ verstärker mit steuerbarem Verstärkungsgrad ist, dem von der Verarbeitungseinheit ein erstes Steuersignal zugeführt wird, das zum Ausgangssignal des Potentiometers (P) addiert wird, und ein zweites Steuersignal zugeführt wird, das den Verstär­ kungsgrad einstellt.

5. Verfahren zur Inbetriebnahme einer Anordnung zum Erfassen der Position eines Stellgliedes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei bekannter Versorgungs­ spannung des Potentiometers (P) das Stellglied (STG) in die beiden Endlagen gebracht wird, daß die in den Endlagen am Potentiometerabgriff auftretenden Spannungen gemessen werden und daraus sowie aus den bekannten Versorgungsspannungen die Versorgungsspannungen ermittelt werden, bei denen in der einen Endstellung des Stellgliedes der erste vorgegebene Eingangssignalendwert und in der zweiten Endlage des Stell­ gliedes der zweite vorgegebene Eingangssignalendwert der Ver­ arbeitungseinheit zugeführt wird, daß die Versorgungsspannun­ gen auf die ermittelten Werte eingestellt und während des Be­ triebs der Anordnung aufrechterhalten werden.

6. Verfahren zur Inbetriebnahme einer Anordnung zum Erfassen der Position eines Stellgliedes nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (STG) in die andere Endlage gebracht wird und die Versorgungsspannung so eingestellt wird, daß am Potentiometerabgriff die maximale, von der Verarbeitungseinheit verarbeitbare Eingangsspannung auftritt.

7. Verfahren zur Inbetriebnahme einer Anordnung zum Erfassen der Position eines Stellgliedes nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied in die eine Endlage gebracht wird, das additive Steuersignal so eingestellt wird, daß dem Eingang der Verarbeitungseinheit der erste vorge­ gebene Signalendwert zugeführt wird, daß dann das Stellglied in die zweite Endlage gefahren wird und das den Verstärkungs­ grad beeinflussende zweite Steuersignal verändert wird, bis der zweite Signalendwert eingestellt ist.