Anordnung zum periodischen digitalen Ermitteln der relativen Abweichung einer in eine elektrische Analoggrösse umgewandelten Messgrösse von einer entsprechenden Sollgrösse Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum periodischen Ermitteln der relativen Abweichung einer in eine elektrische Analoggrösse, z.B. Spannung, umge wandelten Messgrösse von einer entsprechenden Soll- grösse mit Hilfe einer Zählschaltung. Derartige Anord nungen werden in der modernen Technik bei selbsttä tigen Maschinensteuerungen zum Überwachen von Dreh zahlen, Vorschüben oder Drücken, aber auch für viele Aufgaben in der Regelungstechnik benötigt.
Bei diesen Anwendungsgebieten werden die Messgrössen zur Fern übertragung an eine Zentralstelle in elektrische Analog- grössen umgewandelt und weiter verarbeitet. In den meisten Fällen sind dann die Analoggrössen den Mess- grössen direkt proportional. Es kommt jedoch auch vor, dass die Analoggrössen zu den Messgrössen umgekehrt proportional sind.
Der Erfindung liegt im wesentlichen die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung erstellen zu können, die die Analoggrösse zyklisch überwacht und deren relative Abweichung von der Sollgrösse digital von 10 % zu 10 % bzw. in Prozenten oder in Promille zu überwachen erlaubt. Für Anlagen, bei denen die Digitalwerte der Abweichung nicht im ganzen Bereich von beispielsweise 100<B>%</B> ermittelt zu werden brauchen, sollen nur die jenigen relativen Abweichungen in einem vorgegebenen Bereich um die Sollgrösse digital ausgegeben werden.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass für die Analoggrösse und die Sollgrösse je ein in der Periodendauer von der zugeordneten Grösse ein stellbarer Impulsgenerator vorgesehen ist und die Pe riodendauer des zweiten Generators bei der Abweichung Null mindestens um eine Zehnerpotenz niedriger liegt als diejenige des ersten Generators, der bei einem ersten Steuerimpuls den zweiten Generator anschaltet und beim folgenden Steuerimpuls wieder abschaltet, und die zwi schen den beiden Steuerimpulsen von dem zweiten Im pulsgenerator abgegebenen Impulse die Zählschaltung fortschalten, deren vor dem zweiten Steuerimpuls ein gestellte Zählstellung dem Wert der relativen Ab weichung entspricht.
Bei Anordnungen nach dem zweiten Teil der Auf gabenstellung kann der Aufwand an Bauteilen für die Zählschaltung wesentlich herabgesetzt werden, weil diese nur noch eine geringe Anzahl von Zählstufen bzw. Zähl stellungen zum Ausgeben von wenigen Werten relativer Abweichungen von der Sollgrösse haben muss. Es ist dann vorteilhaft, ein Schaltmittel zwischen der Zähl schaltung und dem zweiten Impulsgenerator vorzusehen, dessen Impulse hierdurch erst von einem durch die An zahl von Zählerstellungen vorgegebenen Wert der rela tiven Abweichung die Zählschaltung fortschalten. Als Schaltmittel kann eine Zählschaltung dienen, die einen Teil der Impulse des zweiten Impulsgenerators unter drückt.
Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemässen Anordnungen ist darin zu sehen, dass die relativen Ab weichungen mit beliebiger Genauigkeit bestimmt wer den können, weil dies lediglich vom Aufwand an Bau teilen abhängt. Wenn z.B. die Periodendauer des zweiten Impulsgenerators um drei Zehnerpotenzen niedriger liegt als diejenige des ersten Impulsgenerators, so können re lative Abweichungen von Promille zu Promille bestimmt werden. Weiterhin ist es als besonders günstig anzusehen dass die Anordnung leicht und ohne zusätzlichen Auf wand an Schaltmitteln auf beliebig viele verschiedene Sollwerte feinstufig eingestellt werden kann. Ausserdem kann neben dem digitalen Wert der Messwertab- weichung ermittelt werden.
Für Messanordnungen, bei denen die Messgrösse sich verhältnismässig schnell än dert, kann die Zeit zur Bestimmung der relativen Ab weichung leicht verkürzt werden, z.B. durch Umschal tung der beiden Impulsgeneratoren.
Zur weiteren Minderung des Aufwandes an Bautei len kann zwischen dem zweiten Impulsgenerator und der Zählschaltung auch eine monostabile Kippstufe vorge- sehen werden, deren Rückstellzeit in Abhängigkeit von der Sollgrösse und dem vorgegebenen Wert der relati ven Abweichung einstellbar ist.
Die Erfindung wird anhand der Fig. 1 bis 3 nach stehend beispielsweise näher erläutert, wobei zugleich weitere, der Ausgestaltung der Erfindung dienende Merkmale aufgezeigt werden.
Es zeigen: Fig. 1 eine Anordnung zum Ermitteln der relativen Abweichungen der als Analogwert vorgegebenen Mess- grössen von der Sollgrösse in weiten Grenzen, Fig.2 eine Anordnung, mit der nur relative Ab weichungen um die Sollgrösse ermittelt werden und Fig. 3 die nähere Darstellung eines Teiles der An ordnung nach Fig. 2.
In der Anordnung nach Fig. 1 ist ein Umsetzer U1, z.B. ein astabiler Multivibrator vorgesehen, dessen Pe riodendauer mit Hilfe einer Kapazitätsdiode einstellbar ist. Dieser Impulsgenerator U1 steuert über eine bistabile Kippstufe SS einen zweiten Impulsgenerator U2. An den Ausgang dieses Impulsgenerators U2 ist eine Zählschal tung ZZ angeschlossen, deren einzelne Zählstufen bzw. deren den Zählerstellungen zugeordneten Ausgänge mit einer Anzeigeeinrichtung A verbunden sind.
Die Periodendauer des ersten Impulsgenerators U1 hängt direkt vom Wert der über die Eingangsklemmen 1 zugeführten Messgrösse ab, die zuvor in nicht darge stellten Einrichtungen in eine elektrische Analoggrösse umgewandelt wird. Bei grossen Werten der Analog- grösse gibt der Impulsgenerator U1 also Impulse mit grosser Periodendauer (kleine Impulsfolgefrequenz) ab. Zwischen der Periodendauer des zweiten Impulsgenera- tors U2 und der über die Eingangsklemme 2 zugeführten Sollgrösse besteht derselbe Zusammenhang.
Wenn die re lative Abweichung von der Sollgrösse in Prozenten er mittelt werden soll, wird die Periodendauer des zweiten Impulsgenerators U2 bei Übereinstimmung der Mess- grösse mit der Sollgrösse um zwei Zehnerpotenzen nied riger gewählt als diejenige des ersten Impulsgenerators Ul.
Bei der dargestellten Grundstellung der Anordnung ist der zweite Impulsgenerator U2 abgeschaltet und wird erst bei einem ersten vom Impulsgenerator U1 abgegebe nen Steuerimpuls mit Hilfe der bistabilen Kippstufe SS wirksam geschaltet. Die dann vom zweiten Impulsgene rator U2 über die Leitung L1 abgegebenen Impulse schalten die Zahlschaltung ZZ aus einer bistabilen Kipp- stufe SS eingestellten Grundstellung fort.
Wenn relative Abweichungen zwischen = 100% und -f- 100% ermit telt werden sollen, sind für die Zählschaltung ZZ je nach Typ 201 Zählstufen bzw. bei weniger Zählstufen eine zusätzliche Anzahl von Gatterschaltungen vorge sehen, so dass die Zählschaltung ZZ über 201 Zähler stellungen verfügt.
Es wird angenommen, dass die relative Abweichung = 60%, von der Sollgrösse ist, dass also die Messgrösse nur 40%, von der Sollgrösse beträt. Das bedeutet, dass der zweite Impulsgenerator 41 Impulse an die Zähl schaltung ZZ abgibt, bevor der Impulsgenerator<B>UI</B> einen zweiten Steuerimpuls abgibt, der die bistabile Kippstufe SS wieder in die Grundstellung zurückstellt und damit den Impulsgenerator U2 abschaltet. Durch die 41 Impulse ist bei der Zählschaltung ZZ die 41. Zählstufe bzw. diejenigen Zählstufen und Gatter vor bereitet, die der 41. Zählerstellung entsprechen.
Der zweite Steuerimpuls des Impulsgenerators U1 löst über die Leitung L0 entsprechend dieser vorbereiteten Zäh- lerstellung ein Zählerkennzeichen aus, das in der An zeigeeinrichtung die Anzeige - 60 % bewirkt. Diese Anzeige bleibt bis zum dritten vom Impulsgenerator<B>UI</B> abzugebenden Steuerimpuls bestehen und wird kurz vor her von einer nicht dargestellten Einrichtung gelöscht.
Je nachdem wie hoch der untere Wert der Perioden dauer des ersten Impulsgenerators<B>UI</B> gewählt ist, ist der aus Messzeit und Anzeigezeit definierte Zyklus zum Ermitteln der relativen Abweichung grösser oder kleiner. Wenn z.B. der Wert der Messgrösse sich nur sehr lang sam ändert, kann jeder Zyklus mehr Zeit in Anspruch nehmen.
Die Anordnung nach Fig. 2 ermittelt nur relative Ab weichungen in einem vorgegebenen Bereich um die Soll- grösse. Diese Anordnung hat in der Praxis den Vorzug, weil es bei vielen Messaufgaben gar nicht nötig ist, sehr grosse relative Abweichungen genau zu bestimmen. Ins besondere bei Regelanlagen ist die relative Abweichung nur in einem gewissen positiven und negativen Bereich um die Sollgrösse von Interesse.
Bei grösseren Abwei chungen genügt eine Anzeige Istgrösse kleiner Soll- grösse oder Istgrösse grösser Sollgrösse . Hierdurch wird der Aufwand für die Anordnung wesentlich ge ringer.
In der Anordnung nach Fig. 2 sind alle Bauteile, die in der Anordnung nach Fig. 1 in gleicher Art enthalten sind, mit denselben Bezugszeichen versehen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel steuert der Impuls generator U2 nicht direkt die Zählschaltung, sondern über ein Schaltmittel SM. Hierdurch werden die Impulse des Impulsgenerators U2 erst von einem durch die An zahl von Zählstufen bzw. Anzahl von den Zählerstel lungen zugeordneten Ausgängen der Zählerschaltung vorgegebenem Wert der relativen Abweichung an abge geben. Der vorgegebene Wert der relativen Abweichung ist im Beispiel - 5 %,. Als Zählschaltung ist ein Schiebe register Z vorgesehen mit dreizehn Zählstufen Z51, Z50, Z40, Z30, Z20, Z10, Z0, Z01, Z02, Z03, Z04, Z05 und Z051.
Jede dieser Stufen, ausser der ersten Stufe Z51, die der Grundstellung des Schieberegisters Z entspricht, ist mit einem Eingang eines zugeordneten Speichers 1350, B40, B30, B20, B10, B0, B01, 1302, B03, 1304, B05 bzw. B051 verbunden, an den die betreffende Zählstufe im eingestellten Zustand so lange Öffnungspotential abgibt, bis die folgende Stufe eingestellt wird. Der Speicher B51 wird und bleibt über das Schaltmittel SM so lange durch Öffnungspotential vorbereitet, bis das Schiebere gister Z aus der Grundstellung (Zählstufe Z51) fort geschaltet und die Zählstufe Z50 eingestellt wird. Eine weitere Ausnahme macht der Speicher 13051; dieser wird bei vorhandenem Öffnungspotential nicht nur vorberei tet, sondern auch gleich in die andere Lage gesteuert.
Dann gibt dessen Ausgang ein Kennzeichen ab, das besagt, dass die relative Abweichung grösser als + 5 % ist.
Die ersten 95 Impulse, die vom Impulsgenerator U2 nach dessen Anschalten durch die bistabile Kippstufe SS über die Leitung L1 an das Schaltmittel SM abge geben werden, werden von diesem nicht an das Schiebe register Z weitergeschaltet, sondern während dieser Zeit wird lediglich der Speicher B51 über die Leitung L2 vorbereitet. Gibt der Impulsgenerator<B>UI</B> während die ser Zeit den zweiten Steuerimpuls ab, so gelangt die ser u.a. über die Leitung L0 auf den zweiten Eingang des Speichers B51 und steuert diesen in die andere Lage. Der zugehörige Ausgang gibt dann ein Kennzeichen ab, das besagt, dass die relative Abweichung grösser als - 5 % ist.
Bevor mit einem dritten Steuerimpulsgene- rator U1 ein weiterer Zyklus beginnt, wird der Speicher B51 über ein an den Grundstellungsausgang der Kipp- stufe SS angeschlossenes Verzögerungsglied V in Grund stellung zurückgestellt. Vorher wird beim Einstellen der Grundstellung der Kippstufe SS das Schaltmittel SM über die Leitung L4 in Grundstellung gebracht.
Wenn die relative Abweichung z.B. - 2 % beträgt, hat der Impulsgenerator U2 bereits 99 Impulse an das Schaltmittel SM abgegeben, bevor der zweite Steuer impuls vom Impulsgenerator U1 ausgelöst wird. Von diesen 99 Impulsen werden 95 vom Schaltmittel SM un terdrückt, und die restlichen vier Impulse gelangen über die Leitung L3 an das Schieberegister Z und schalten dieses aus der Grundstellung Z51 fort, so dass nach dem 99. Impuls die Zählstufe Z20 eingestellt ist. Hierdurch wird der zugehörige Speicher B20 vorbereitet. Der zweite Steuerimpuls vom Impulsgenerator U1 steuert dann le diglich den Speicher B20 in die andere Lage, weil alle anderen Speicher nicht vorbereitet sind.
Das dann vom Speicher B20 abgegebene Kennzeichen dient dann zur Anzeige - 2 % und kann aber auch weiter verarbeitet werden. Überschreitet die Istgrösse die Sollgrösse, z.B. um + 3<B>0/"</B> so kann der Impulsgenerator U2 104 Im pulse abgeben, bis der zweite Steuerimpuls vom Impuls generator U1 ausgelöst wird. Dann wird bei diesem Im puls der von der Zählerstufe Z03 vorbereitete Speicher B03 in die andere Lage gesteuert und gibt dann das Kennzeichen zur Anzeige der relativen Abweichung von 3 aJo aus. Die Rückstellung des Schieberegisters Z ge schieht gleichzeitig mit der Rückstellung des Schaltmit tels SM.
Als Schaltmittel SM kann eine einfache Zählschal tung, also Impulsuntersetzerschaltung verwendet werden, die erst nach dem 95. Impuls vom Impulsgenerator U2 Impulse an das Schieberegister Z abgibt. Es ist aber auch grundsätzlich möglich, eine Anordnung nach Fig. 3 zu verwenden. Diese Anordnung besteht im wesentlichen aus einer monostabilen Kippstufe MK, deren Rückstell- zeit aus der instabilen Lage in die stabile Lage (darge stellte Grundstellung) in Abhängigkeit von der Sollgrösse und dem vorgegebenen Wert der relativen Abweichung einstellbar ist.
Die Wirkungsweise dieses Schaltmittels SM ist folgende: Der erste nach einem ersten Steuerim puls vom Impulsgenerator U2 über die Leitung L1 ab gegebene Impuls gelangt auf eine UND-Schaltung K, 'die bei Grundstellung einer bistabilen Kippstufe SSl vorbereitet ist. Die UND-Schaltung K steuert dann die monostabile Kippstufe MK in die instabile Lage, in der sie über die Leitung L2 den Speicher B51 (Fig. 2) vor bereitet. Mit Hilfe des ersten Impulses vom Impulsge nerator U2 wird die bistabile Kippstufe SS1 aus der dar gestellten Grundstellung in die andere stabile Lage ein gestellt.
Hierdurch entfällt für alle weiteren Impulse des Impulsgenerators U2 die Vorbereitung der UND-Schal- tung K, so dass die monostabile Kippstufe MK nach deren Rückstellzeit nicht ohne weiteres wieder in die in stabile Lage einstellbar ist.. Während dieser Lage ist ein Schalter S geöffnet, wodurch die Impuls des Impulsge- nerators U2 nicht nach dem Schieberegister Z gelangen.
Nach der Rückstellzeit der monostabilen Kippstufe MK, also nachdem der Impulsgenerator U2 95 Impulse abge geben hat, fällt diese wieder in die stabile Lage zurück und schliesst dabei den Schalter S. Damit können alle weiteren Impulse des Impulsgenerators U2 über die Lei tungen L1 und L3 das Schieberegister fortschalten, bis über die Leitung L4 nach dem zweiten Steuerimpuls vom Impulsgenerator U1 der Schalter S wieder geöff net wird und die bistabile Kippstufe SS1 wieder in Grundstellung gelangt.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Beispiele beschränkt. Die Anordnung ist auch dann verwendbar, wenn die Messgrösse sich umgekehrt proportional zur Periodendauer verhält. In diesem Fall braucht lediglich das Zählergebnis der Zählschaltung anders ausgewertet zu werden. Wenn dies nicht erwünscht ist, können die Impulsgeneratoren so gestaltet werden, dass von der je den Impulsgenerator steuernden Analoggrösse nicht die Periodendauer, sondern die Folgefrequenz verändert wird.
In Ausgestaltung der Erfindung ist es leicht ohne grossen Aufwand möglich, die erfindungsgemässe An ordnung nach Fig. 2 so zu erweitern, dass bei kleineren Abweichungen als - 1 % die relative Abweichung durch Umschaltung des zweiten Impulsgenerators U2 von dem hundertsten Teil der Periodendauer des ersten Impulsgenerators U1 auf den tausendsten Teil der Pe riodendauer noch genauer ermittelt werden kann.