DE3430148C2

DE3430148C2 - Einrichtung zur Erzeugung pulsdauermodulierter Signale, insbesondere für Regeleinrichtungen für Heizungsanlagen

Info

Publication number: DE3430148C2
Application number: DE3430148A
Authority: DE
Inventors: Norbert Dipl.-Ing. Göstl; Friedrich Ing. Wien Kalny; Norbert Ing. Payer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-09-07
Filing date: 1984-08-16
Publication date: 1986-10-02
Also published as: DE3430148A1; ATA318883A

Abstract

Die Erfindung betrifft die Erzeugung pulsdauermodulierter Signale für Regeleinrichtungen, wobei zur Erzeugung einer Abtastspannung ein an einen periodisch von Null bis zu einem vorgebbaren Maximalwert zählender Zähler (7) angeschlossener Digital-Analog-Wandler (Wo-Wn-1) dient. Die mit dem Zählerstand stufenweise ansteigende, als Abtastspannung dienende Ausgangsspannung (U) des Digital-Analog-Wandlers weist vorgebbare Grenzwerte (U1, U2) auf, die durch die Einstellungen der Mittenanzapfungen zweier an der Betriebsspannung liegender Potentiometer (5, 6) bestimmt sind. Damit kann die Erzeugung pulsdauermodulierter Signale mit einfachen Mitteln ausgeführt werden.

Description

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Binietallschalters dient Diese zusätzliche Erwärmung meter 5 bzw. 6 abhängig sind. Die Potentiale der Einerfolgt intcrniittierend im Rhythmus von pulsdauermo- gänge E1 bzw. E 2 sind durch zusätzliche Spannungsteicluiicrlen Signalen in Abhängigkeit sowohl von der Au- ler 12, 13, bzw. 14, 15 stabilisiert Zur Begrenzung der ßcnleinperalur ft als auch von einem vorgegebenen mit den Potentiometern 5 bzw. 6 einstellbaren Span-Sollwert Diese Signale werden in der in Fig. 1 mit 2 5 nungsbereiche sind diese Potentiometer zwischen weibczeichneten Regeleinrichtung erzeugt und einem im tere W'iderstandspaare 16,17 bzw. 18, Ϊ9 geschaltet Speisestromkreis der Heizwicklung 1 eingeschalteten Mit 20 ist ein als Spannungskomparator dienender

Triac 3 als Steuerimpulse zugeführt Zur Ermittlung der Operationsverstärker bezeichnet, dessen invertierender Außentemperatur ·ζ? dient ein in einem Spannungsteiler Eingang an das die stufenweise veränderbare Spannung angeordneter temperaturabhängiger Widerstand 4. Mit 10 U führende Ende des Vorwiderstandes 8 geschaltet ist. 5 und 6 sind zwei Stellpotentiometer bezeichnet, mit Der nichtinvertierende Eingang des Operationsversiärderen Hilfe das Tastverhältnis der Steuerimpulse we- kers 20 ist über einen Widerstand 21 an die Mittenansentlich beeinflußbar ist zapfung eines aus dem von der Außentemperatur ft

An Hand der Fig.2, die die Schaltung der Regelein- abhängigen Widerstand 4 und einem weiteren Widerrichtung 2 zeigt wird im folgenden die Erzeugung und 15 stand 22 bestehenden Spannungsteilers geschaltet Der die Ermittlung des Tastverhältnisses der Steuerimpulse Operationsverstärker 20 liefert entweder eine konstanmit Hilfe eines Binärzählers erläutert: te Ausgangsspannung L"oder keine Ausgangsspannung

F.in Binärzähler 7 bildet an seinen den Zweierpoten- je nach dem Vorzeichen des Potentialunterschiedes an zen 2° bis 2" zugeordneten Ausgängen Aq bi^c A_n im Takt seinen beiden Eingängen. Solange die stufenweise anvon Zählerimpulsen, die seinem Zähleingang EZ züge- 20 steigende Spannung t/des Vorwiderstandes 8 kleiner ist führt werden, der Reihe nach die n-stelligen Dualzahlen als die vom Spannungsteiler 4, 22 gelieferte Spannung in der Weise, daß die Darstellung der Dualziffer »0« an i/3, liefert der Operationsverstärker 20 die Ausgangscincm der Ausgänge Aq ... durch die Durchschaltung spannung U'. Sobald jedoch die Spannung t/im Zuge dieses Ausganges an einen ersten Eingang E\ und die ihres Anstieges den Wert £/3 überschreitet, fällt die Darstellung der Dualziffer »L« durch die Durchschal- 25 Ausgangsspannung auf den Wert Null zurück, bis am tung dieses Ausganges an einen zweiten Eingang E2 Ende des Anstieges, nämlich nach Erreichen des oberen realisiert wird. Die Ausgänge Λο bis A_n-\ sind über zu- Wertes i/2, die Spannung U auf den Anfangswert t/l geordnete, als Digital-Analog-Wandler dienende Wi- zurückfällt; dann liefert der Operationsverstärker 20 erderslände Wo bis W_n-1 mit nach den Zweierpotenzen 2° ntuit die Ausgangsspannung W. Es ergeben sich somit bis 2"-' gestuften Leitwerten sowie über einen gemein- 30 am Ausgang des Operationsverstärkers 20 Impulse mit samen Vorwiderstand 8 mit einem Leitwert der seftr einer von der Größe der Spannung i/3 und somit auch groß ist gegenüber den Leitwerten der anderen Wider- von der Außentemperatur ϋ· abhängigen Impulsbreite, stände, an Spannung gelegt Die die Widerstände VKo bis Diese sind im zweiten Diagramm der F i g. 3 dargestellt. W_n-1 durchfließenden Ströme haben zufolge der auf Über einen Widerstand 23 kann dem nichtinvertierenalle in gleicher Weise wirkenden Spannung ebenfalls 35 den Eingang des Operationsverstärkers 20 noch eine nach Zweierpotenzen gestufte Stromstärken. So wie die Korrekturzwecken dienende Spannung zugeführt wer-Summe der durch die »L«-Stellen markierten Zweier- den.

potenzen einer Dualzahl gleich dem Zahlenwert selbst

ist, so ergeben die entsprechend eingeschalteten, nach Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

den Zweierpotenzen gestuften Ströme in ihrer Summe 40

einen diesen Zahlenwert abbildenden Analogwert. Da
alle diese Ströme gemeinsam über den Vorwiderstand 8
fließen, erzeugen sie einen diesem Analogwert entsprechenden Spannungsabfall.

Dem Zähleingang £Zdes Binärzählers 7 werden die 45
Wellen des Nelzwechselstromes über einen Vorwiderstand 9 als Zählimpulse zugeführt. Demgemäß erhöht
sich der Wert dei an den Ausgängen Λο bis A„-\ des

;i Binärzählers 7 abgebildeten Dualzahl mit jedem Zähl-

*■ impuls um eins, bis sich der Ausgang A_n vom Wert »0« 50
auf den Wert »L« umstellt Der Ausgang A_n ist aber mit
dem Rückstelleingang RS des Binärzählers 7 verbunden
und bricht somit immer nach je 2" Zählimpulsen den
Zäh IVorgang ab und stellt den Ausgangswert nuf Null
zurück. Im fortlaufenden Betrieb ergibt sich somit am 55
Vorwiderstand 8 eine schrittweise bis zum 2"fachen
Wert einer Einzelstufe ansteigende Spannung, die nach
Abfall auf den Wert Null erneut zu steigen beginnt.

Der Verlauf der am Vorwiderstand 8 auftretenden
Spannung LJ ist im Diagramm der Fi g. 3 in Abhängig- 60
kcit von der Zeit t dargestellt. Da, wie bereits erwähnt,
die Ausgänge Au bis A_n intern entweder an den Eingang
E1 oder an den Eingang El geschaltet werden, sind die
Anfangs- und Endwerte t/l bzw. t/2 des Spannungsabfalles am Vorwiderstand 8 von den an den Eingängen 65
Έ1 bzw. E2 jeweils herrschenden Potentialen abhängig,
die wieder von der Einstellung der diesen Eingängen
über Widerstände 10 bzw. 11 vorgeschalteten Potentio-

Claims

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messenen Außentemperatur und dem vorgegebenen Patentanspruch: Sollwert mittels eines Rechners gewonnen.

Aus Funktechnik, 1966, Nr. 22, Seiten 793 bis 794 ist es

Einrichtung zur Erzeugung pulsdauermodulierter bekannt, bei NF-Verstärkern das zu verstärkende Ana-Signale mit einem einerseits von einer Steuerspan- 5 logsignal mit einer Sägezahnspannung abzutasten und nung und andererseits von vorgebbaren Grenzwer- damit das Analogsignal in eine pulsdauer-modulierte Siten dieser Steuerspannung abhängigen Tastverhält- gnalfolge umzuwandeln. Mit dieser pulsdauer-moduiicrnis, insbesondere in Anwendung als Sollwertgeber in ten Signalfolge wird dann eine Verstärker-Endstufe im Regeleinrichtungen für die temperaturabhängige Schaltbetrieb angesteuert Die Erzeugung einer Drei-Regelung oder Steuerung der Heizleistung oder der io eckspannung erfolgt durch einen analogen Dreieck-Gc-Heizenergiebevorratung in Heizungsanlagen (Spei- nerator.

cherheizgeräten), unter Verwendung eines Impuls- Aus der Literaturstelle »Sheingold« Analog-Digital-

gebers, der zu den Zeitabschnitten, während welcher Conversion Notes, 1977, Analog Devices, Inc. Seiten 66, die Steuerspannung den Wert einer periodischen 115 bis 117 ist ein digitaler Sägezahngenerator bekannt, Abtastspannung über- oder unterschreitet, eine Im- is der aus einem getrennten Zähler und Digital-Analogpulsspannungliefert, dadurch gekeηnzeich- Wandler besteht Der Zähler steuert entsprechende net, daß zur Erzeugung der Abtastspannung ein im Schalter in dem Digital-Analog-Wandler an. Der darge-Takt der Netzfrequenz betriebener, periodisch bis stellte Sägezahngenerator bietet keinerlei Möglichkeil, zu einem Maximalwert zählender Binärzähler (7) die Anfangs- und Endwerte der Sägezahnspannung zu vorgesehen ist, der die aktivierten Ausgänge einer- 20 beeinflussen, was für die eingangs genannte Einrichtung seits und die nicht aktivierten Ausgänge andererseits von besonderer Bedeutung ist

jeweils an zwei verschiedene Eingänge (Ei, E2) Aus der Literaturstelle »Data Acquisition Products

durchschaltet, von denen jeder an die Mittenanzap- Catalog Supplement«, 1979, Analog Devices, Inc. Seiten fung je eines von zwei an Spannung liegenden Po- 129 S bis 136 S ist es bekannt, bei einem Digital-Analogtentiometern (5, 6) geschaltet ist, wobei die an den 25 Wandler eine Nullpunktjustierung und eine Verstärkerbeiden Mittenanzapfungen liegenden Spannungen Justierung der Wandlerkennlinie vorzunehmen. Damit die Grenzwerte der Steuerspannung abbilden und ist es jedoch nicht möglich, Anfangsspannung und Enddaß die den Zweierpotenzen zugeordneten Ausgän- spannung einer Sägezahnspannung unmittelbar festzuge des Binärzählers (7) über Widerstände (W₀, W_n-1) legen, da beispielsweise eine Änderung der Nullpunkimit nach den gleichen Zweierpotenzen gestuften 30 justieiung sich auch auf den Endwert der Sägezahn-Leitwerten und über einen gemeinsamen Vorwider- spannung auswirken würde. Zähler und Digital-Analogstand (8) an eine gemeinsame Spannung angeschlos- Wandler sind hierbei getrennte Baugruppen, sen sind, wobei der am Vorwiderstand (8) auftreten- Aus der DE-AS 21 62 486 ist es bekannt, einen digiial-

de Spannungsabfall als Abtastspannung dient. gesteuerten Impulsgenerator mit dem Takt der Nclzfre-

35 quenz anzusteuern.

Aufgabe der Erfindung ist es, die erzeugten pulsdau-

ermodulierten Signale für Regeleinrichtungen der beschriebenen Art ohne Zuhilfenahme eines Rechners mit

Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur einfachen Mitteln durchzuführen.

Erzeugung pulsdauermodulierter Signale mit einem ei- 40 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, nerseits von einer Steuerspannung und andererseits von daß zur Erzeugung der Abtastspannung ein im Takt der vorgebbaren Grenzwerten dieser Steuerspannung ab- Netzfrequenz betriebener, periodisch bis zu einem Mahängigen Tastverhältnis, insbesondere in Anwendung ximalwert zählender Binärzähler (7) vorgesehen ist, der als Sollwertgeber in Regeleinrichtungen für die tempe- die aktivierten Ausgänge einerseits und die nicht akliraturabhängige Regelung oder Steuerung der Heizlei- 45 vierten Ausgänge andererseits jeweils an zwei verschicstung oder der Heizenergiebevorratung in Heizungsan- dene Eingänge (E 1, £2) durchschaltet, von denen jeder lagen (Speicherheizgeräten), unter Verwendung eines an die Mittenanzapfung je eines von zwei an Spannung Impulsgebers, der zu den Zeitabschnitten, während wel- liegenden Potentiometern (5,6) geschaltet ist, wobei die eher die Steuerspannung den Wert einer sich periodisch an den beiden Mittenanzapfungen liegenden Spannunändernden Abtastspannung über- oder unterschreitet, 50 gen die Grenzwerte der Steuerspannung abbilden und eine Impulsspannung liefert. daß die den Zweierpotenzen zugeordneten Ausgänge

Bei einer bekannten Ausführung von Speicherheizge- des Binärzählers (7) über Widerstände (W₀, W_n ,) mit raten wird die jeweilige Einschaltdauer des Heizstromes nach den gleichen Zweierpotenzen gestuften Lcitwcrdurch einen Bimetallschalter bestimmt, der einerseits ten und über einen gemeinsamen Vorwiderstand (8) an der Temperatur des Speicherkernes und andererseits 55 eine gemeinsame Spannung angeschlossen sind, wobei zusätzlich einer von der Außentemperatur abhängigen der am Vorwiderstand (8) auftretende Spannungsabfall Erwärmung mittels eines Steuerheizgerätes ausgesetzt als Abtastspannung dient.

ist. Zufolge dieser Anordnung berücksichtigt der Birne- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der

tallschalter sowohl die Menge der im Speicherkern ge- Zeichnung dargestellt.

speicherten Wärme als auch das Ausmaß der durch die 60 F i g. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Regeleinjeweilige Außentemperatur bedingten Wärmezufuhr. richtung für Heizungsanlagen, der beschriebenen Art, Schließlich erfolgt auch die Sollwertvorgabe mit Hilfe während die spezielle erfindungsgemäße Ausführung in einer zusätzlichen Erwärmung des Bimetallschalters Fig.2 dargestellt ist. Fig.3 zeigt in einem Diagramm durch das Steuerheizgerät, das mit Heizstrom-Steuer- das Zustandekommen der pulsdauermodulierten Signaimpulsen versorgt wird, deren Tastverhältnis einerseits 65 Ie.

von der Außentemperatur und andererseits vom vorein- In Fig. 1 ist mit 1 die Heizwicklung eines Steucrhciz-

stellbaren Sollwert abhängt. gerätes bezeichnet, die der zusätzlichen Erwärmung ci-

Hierbei wird das jeweilige Tastverhältnis aus der ge- nes im Speicherkern der Heizungsanlage befindlichen