DE2021507A1

DE2021507A1 - Fehlerwaechterschaltung fuer die Rueckkopplung eines Regelsystems

Info

Publication number: DE2021507A1
Application number: DE19702021507
Authority: DE
Inventors: Erb James Lewis; Coons Jun Horace Westlake
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1969-05-05
Filing date: 1970-05-02
Publication date: 1970-11-12
Also published as: JPS5128126B1; DE2021507C3; GB1293264A; US3576485A; DE2021507B2

Description

Fehlerwächterschaltung für die Bückkopplung eines Rege!systems

Die Erfindung bezieht sich auf Motorregelsysteme und insbesondere auf Fehlerwächterschaltungen, die eine Beschleunigung der geregelten Motoren dieser Systeme auf zu hohe Drehzahlen verhindern helfen.

Es ist bekannt, daß die Drehzahl regelbarer Gleichstrommotoren häufig durch elektrische Motorregelsysteme geregelt wird, um den strengen Anforderungen an den Antrieb komplexer Industriegeräte, wie 25.B. Werkzeugmaschinen, Industriekränen, Walzstrecken und ähnlichen Vorrichtungen zu gentigen. Eine geregelte Variable, wie z.B. die Ausgangsdrehzahl des Gleichstrommotors, wird in einem Motorregelsystem durch die Verwendung eines Reglers in einem geschlossenen Regelkreis auf . einem eingestellten Wert bzw, einem Sollwert gehalten, wobei

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der Regler die Motorerregung in Abhängigkeit von Veränderungen dieser Drehzahl einstellt. Die Genauigkeit der durch den Regler erhaltenen Regelung v/ird durch die Existenz und die Genauigkeit eines Drehzahl-Rückkopplungssignales bestimmt, das von einem irgendwie gearteten Drehzahlsensor, wiö z.B, einem Tachometergenerator, an den Regelkreis gegeben wird, Wenn zwischen dem Wert des Drehzahlrückkopplungssignales und dem Wert einer Führungsgröße bzw. eines Befehlssignales, das ein Muß für die gewünschte Ausgangsdrehzahl des Motors ist, eine Differenz besteht, bewirkt der Regler, daß das Motorregelsystem die tatsächliche Drehzahl des Motors einstellt, indem die dom Anker des Gleichstrommotors abgeführte Spannung herabgase tat oder erhöht v/ird. Wenn der Wert des RückkopplungssignaIes größer ist als der Wert der Führungsgröße, stellt der Regelkreis fest, daß der Motor schneller läuft als 'erwünscht und er verlangsamt somit den Motor, indem die dem Anker des Gleichstrommotors auge führ te Spannung herabgesetzt \vird, Wenn der Ragler abtastet, daß die Führungsgröße größer ist als das Drehzahl-.RUckkopplungssignal, stellt der Regler fest, daß der Motor langsamer rotiert als erwünscht,, und er versucht, dia Drehzahl zu erhöhen, indem beispielsweise der Wert der an den Anker des Gleichstrommotors angelegten Spannung-erhöht wird,

Sobald der Regler also feststellt, daß die tatsächliche Drehaahl haw. die Ist-Drehzahl kleiner ist als die Soll-Drehzahl, erhöht somit das Motorregelsystem die Drehzahl des Motors und diese Erhöhung wird so lange fortgesetzt, bis der Regler feststellt, daß eine richtige Drehzahl erreicht ist. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß gelegentlich aus dem einen oder anderen Grunde das Rückkopplungssignal nicht sum Regler gelangt, daß das Rückkopplungssignal nicht proportional aur Ist-· Drehzahl des Motors ist oder daß die Polarität des Rückkopplungssignales, wie es mit dem Regler in Verbindung steht, umgekehrt .sein kann. Beispielsweise kann es bei der Inbetriebnahme eines komplexen Motorrege !systems oder bei der Wartung

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eines derartigen Systems gelegentlich auftreten, daß eine oder mehrere Verbindungen von dem Drehzahlwächter, wie z.B. einem Tachometer, mit dem Regelkreis nicht vollständig hergestellt sind, so daß kein Rückkopplungssignal entsteht. Es kann auch vorkommen, daß die Verbindung eines Leiterpaares von dem Drehzahlwächter vertauscht sein kann, so daß ein Rückkopplungssignal mit umgekehrter Polarität auftritt. Solange ein Rückkopplungssignal fehlt, die Polarität des Rückkopplungssignales umgekehrt ist oder ein Rückkopplungssignal auftritt, das kleiner ist als es sein sollte, ist die Führungsgröße größer als das der Drehzahl entsprechende Rückkopplungssignal, so daß das Motorregelsystem den Motor zu beschleunigen versucht. Diese Beschleunigung tritt selbst dann auf, wenn der Motor tatsächlich mit der richtigen Drehzahl oder einer höheren Drehzahl als erforderlich rotiert und somit kann es vorkommen, daß der Motor bei einer nicht gewollten überhöhten Drehzahl arbeitet.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fehlerwächterschaltung zu schaffen, die den Betrieb eines Gleichstrommotors mit regelbarer Drehzahl dann verhindert, wenn ein Rückkopplungskreis eines geschlossenen Regelsystemes geöffnet bzw. unterbrochen ist. Weiterhin beinhaltet die Erfindung eine Fehlerwächterschaltung, die den Betrieb eines derartigen Gleichstrommotors unterbricht, wenn ein Rückkopplungssignal die entgegengesetzte Polarität von der beabsichtigten aufweist. Weiterhin soll eine Fehlerwächterschaltung geschaffen werden, die die Verlangsamung eines Gleichstrommotors mit Drehzahlregelung eines elektrischen Motorantriebssystems einleitet, wenn aus irgendeinem Grunde während des Betriebes des Motorantriebssystems ein Rückkopplungssignal fehlt. Die Verlangsamung soll gleichfalls dann erfolgen, wenn aus irgendeinem Grunde das Rückkopplungssignal eines Regelungssystems einen eingestellten Wert überschreitet oder wenn der Wert des Rückkopplungssignales wesentlich kleiner ist als er für die tatsächliche Drehzahl des Motors sein sollte.

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Kurz gesagt, umfaßt die erfindungsgemäße Fehlerwächterschaltung einen Schalter, der es normalerweise zuläßt, daß dem Motor durch ein Motorregelsystem Leistung zugeführt wird. Eine Rückkopplungsschaltung, die ein Rückkopplungssignal liefert, welches ein Maß für die gewünschte Leistung des Motors ist, bildet ein Eingangssignal für die Fehlerwächterschaltung, während ein Signal, welches sich als eine Funktion der dem Motor von einer Spannungsquelle zugeführten Energie verändert, ein weiteres Eingangssignal zur Fehlerwächterschaltung bildet.

Ferner sind Mittel vorgesehen, um erste und zweite Potentialwerte herzustellen, und die Rückkopplungsschaltung steht mit dem ersten Potentialwert in Verbindung. Ein elektrischer Leiter mit einer wesentlich höheren Impedanz als die Rückkopplungsschaltung ist mit dem zweiten Potential verbunden. Ein Punkt der Rückkopplungsschaltung und ein Punkt des elektrischen Leiters sind in einer Schaltung verbunden, die bestimmt, ob dem Motor über den Schalter Leistung zugeführt wird oder nicht. Wenn die Rückkopplungsschaltung vor der Motorspeisung unterbrochen 1st, legt der elektrische Leiter den Schalter auf den zweiten Potentialwert, so daß keine Spannung an den Motor angelegt ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungeform der Erfindung enthält die Fehlerwächterschaltung eine Vergleichsschaltung, die auf die Differenz zwischen den Signalen des Rückkopplungssignales und desjenigen Signalee, welches eich als Funktion der dem Motor zugeführten Leistung ändert, anspricht. Immer wenn der Zustand des Rückkopplungskreises bewirkt, daß der wert des Signales, welches sich als Funktion der dem Motor zugeführten Leistung verändert, mindestens tut einen bestimmten Betrag größer 1st als der Wert des Rückkopplungssignalee, wird der Schalter vorgespannt, so daß der Motor verlangsamt wird.

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Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Figur 1 ist ein Blockdiagramm eines Motorregelsystemes, welches die erfindungsgemäße Fehlerwächterschaltung enthält.

Figur 2 ist ein schematisches Schaltbild und zeigt eine Fehlerwächterschaltung gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung.

Obwohl die vorliegende Erfindung in einem Regelsystem beliebiger Art, in dem die Betriebsfähigkeit (Integrität) einer Rückkopplungsschaltung bestimmt werden soll, und in Jedem Regelsystem*verwendet werden kann, in dem der Wert eines Rückkopplungssignales dem Wert der Erregung einer Last für das System proportional ist, wird diese Erfindung anhand eines Motorregelsystems erläutert, für das sie als höchst vorteilhaft befunden wurde. Figur 1 zeigt ein Blockdiagramm eines üblichen Motorregelsystems mit einem geschlossenen Regelkreis zur Drehzahlregelung, wobei das System eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung enthält. Eine Energiequelle 12 führt einem Regler 14 für die Motorerregung über eine verbindung 16 elektrische Energie zu. Der Regler 14 kann beliebige Mittel enthalten, um elektrische Energie an den Motor zu liefern. Beispielsweise kann er einen dynamoelektrischen Generator oder einen Magnetverstärker enthalten, um einem Gleichstrom-Antriebsmotor Gleichstrom zuzuführen. Er könnte auch eine statische Energiequelle aufweisen, wie z.B. eine Gleichstromquelle, wobei steuerbare Gleichrichtervorrichtungen verwendet werden, um eine Wechselstromenergie in eine Gleichstromenergie umzuwandeln, oder er kann eine statische Wachse1-stromquelle enthalten, wie z.B. einen Inverter oder einen Zyklokonverter, die einer Last über steuerbare Gleichrichter Energie zuführen. In der bevorzugten Ausführungsforst enthält der Motorregler 14 eine Gleichstromquelle, die mit dem Anker eines Gleichstrommotors in verbindung steht.

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Wenn von einem Befehlsgeber 18 und einem Regler 20 Eingangssignale ankommen, mißt der Motorregler 14 die elektrische Leistung zu einem Antriebsmotor 22 über eine Ausgangsverbindung 24. Der Befehlsgeber 18 kann irgendwelche Mittel zur Erzeugung von Bezugssignalen mit einer Größe aufweisen, die der gewünschten Leistung des Antriebsmotors 22 proportional ist. Er kann beispielsweise eine geregelte Leistungsversorgung, einen Rechner, einen Tachometergenerator, der durch ein Hauptrege lsystem angetrieben ist, etc. aufweisen.

Da die Drehzahl die zu regelnde Größe des Motorregelsystems ist, liefert ein Drehzahlsensor ein Rückkopplungssignal, das der Drehzahl des Antriebsmotors 22 proportional ist. Dieser Drehzahlsensor 26 kann von einem Gleichstrom- oder einem Wechselstromtachometer gebildet werden, der durch den Motor 22 angetrieben wird. Er könnte aber auch irgendwelche anderen zweckmäßigen Mittel umfassen, um ein Ausgangssignal mit einer Größe zu liefern, die sich als Funktion der Drehzahl des Antriebsmotors 22 ändert. Wenn ein anderer Parameter eines Motorrege !systems oder ein andersartiges System überwacht werden soll, kann eine entsprechende Abtast- bzw. Meßvorrichtung in die Rückkopplungsschaltuhg eingefügt werden. Eine Rückkopplungsverbindung 28 leitet dieses Rückkopplungssignal zu einer Summierstelle 30, wo das Signal mit einem Drehzahl-Befehlssignal von dem Befehlsgeber 18 verglichen wird, das der gewünschten Drehzahl des Antriebsmotors 22 proportional ist. Bei diesem Vergleich wird ein Fehlersignal erzeugt. Das Drehzahl-Befehlssignal wird der Summierstelle 30 über eine Verbindung 32 zugeführt. Eine Verbindung 38 leitet das Fehlersignal von der Summierst©He 30 zum Regler 20. Eine Verbindung 34 für den Richtungsbefehl leitet qualitative Befehle, die die gewünschte Drehrichtung des Motors angeben, von dem Befehlsgeber 18 zum elektrischen Mo tor regler 14. Ein Ge schwindigkeitssignal, das ein Maß für die in der Erregung des Antriebsmotors 22 vorzunehmende Korrektur ist, so daß dessen Drehzahl der Drehzahl des Befehlseignales entspricht, wird

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dem elektrischen Motorregler über eine Geschwindigkeitsverbindung 36 von der Reglerschaltung 20 eingegeben. Das Geschwindigkeitssignal ist eine verstärkte abgeleitete Größe vom Fehlersignal, das in der Summierstelle 30 entwickelt wird.

Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung enthält das Motor regelsystem weiterhin eine Fehlerwächterschaltung 42, weiche bei Speisung des Antriebsnotors 22 durch das Motorregelsystem feststellt, daß die RUckkopplungsechaltung vollständig ist, daß das Rückkopplungssignal die erforderliche Polarität aufweist und, etwa der tatsächlichen Drehzahl des Antriebsmotors 22 proportional ist.

Damit die Fehlerwächterschaltung 42 das Rückkopplungssignal abtasten kann, ist ein Fehlerwächtersignal, welches dem Rückkopplungssignal proportional ist, über eine verbindung 40 mit der Fehlerwächterschaltung 42 gekoppelt. Ein zweites Fehlerwächtersignal, welches sich als Funktion der den Antriebsmotor 22 zugeführten Energie verändert, 1st durch eine zweite Verbindung 44 alt der Fehlerwächterschaltung 42 gekoppelt. Wenn der Antriebsmotor 22 ein Gleichstrommotor ist, liefert die Fehlerverbindung 44 ein Signal, das der an den Motoranker angelegten Spannung proportional ist. Wenn ein Gleichstrom-Nebenschlußmotor in seinem unteren oder dem Grunddrehzahlbereich betrieben wird, wird die Drehzahl dieses Motors durch Veränderung der an den Anker angelegten Spannung eingestellt, je höher diese Ankerspannung 1st, desto schneller läuft der Gleichstrommotor. Somit sollte auch das Ausgangesignal von dem Drehzahleenaor 26 größer sein. Indem nun der Wert des Signales, welches der Ankerspannung proportional ist, mit dem Wert des Signales ton dem Drehcahlsensor verglichen wird, wobei mich beide im Verhältnis zu den Motordrehzahl änderungen verändern sollten, kann die Fehlerwächterschaltung 42 die Betriebebereitschaft bzw. die Integrität der Rückkopplunge- **schaltung feststellen. Immer wenn der Wert des der Ankerspannung entsprechenden Signales um mindestens einen bestimmten Betrag größer ist als der Wert des der Drehzahl entsprechenden Rttckkopplungesignales, stellt die Fehlerwächterschaltung

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42 fest, daß in der Rückkopplungsschaltung ein Fehler aufgetreten ist und sie bewirkt deshalb eine Verlangsamung bzw. Abbremsung des Motors. Aus diesem Grunde ist die Verbindung für das Fehlerausgangssignal zwischen der Fehlerwächterschaltung 42 und dem Motorregler 14 erforderlich. Da der Wert des der Ankerspannung proportionalen Sighales für eine Fehleranzeige um einen vorbestimmten Betrag größer sein muß als der Wert des Rückkopplungssignales, ist die Fehlerwächterschaltung 42 in dem oberen Drehzahl-Einstellbereich des Motors einsetzbar, wo die Ankerspannung konstant gehalten wird, wenn die Drehzahl größer wird.

Die Fehlerwächterschaltung 42 kann die Verlangsamung des Motors in einer Anzahl verschiedener Wege herbeiführen. Beispielsweise könnte die Fehlerwächterschaltung 42 einen Schalter enthalten, der den Regler von der Netzleitung trennt, oder sie könnte auch einen Schalter aufweisen, der den Antriebsmotor 22 von dem Motorregler 14 selbst abschaltet. Der Antriebsmotor 22 könnte ferner dadurch abgebremst werden, daß der Befehlsgeber 18 von dem übrigen Teil des Motorregelsystems getrennt oder der Regler 20 von dem Motorregler-14 abgeschaltet wird. Als weitere Alternative könnten auch die Signalwerte vom Befehlsgeber 18 oder vom Regler 20 verkleinert werden. Schließlich könnte die Fehlerwächterschaltung auch bewirken, daß eine andere Rückkopplungsschaltung mit der Summierstelle 30 verbunden wird. Dem Fachmann sind darüber hinaus noch zahlreiche andere Möglichkeiten zur Verlangsamung eines geregelten Motors oder für eine andersartige Abschaltung einer Last von einem Regelsystem bekannt.

Wie im folgenden anhand von Figur 2 noch näher erläutert v/erden wird, enthält die bevorzugte Ausführungsform der Fehlerwächterschaltung 42 eine dreiadrige Gleichstromversorgung 48 zur Speisung der Fehlerwächterschaltung 42 und eine Hilfsspeisung 50. Diese Versorgungsquellen stehen über elektrische Verbindungen 52 bzw. 54 mit der Fehlerwächterschaltung 42 in Verbindung.

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Es sei nun die Wirkungsweise des in Figur 1 gezeigten Motorregelsystems kurz beschrieben:

Wenn das Motorregelsystem anläuft, gibt ein Signal von dem Befehlsgeber 18 über die Verbindung 34 die Richtung an, in. der der Antriebsmotor 22 drehen soll. Der Befehlsgeber 18 liefert weiterhin ein Signal über die Leitung 32 zur Summierstelle 30, das die gewünschte Drehzahl des Antriebsmotors bestimmt. Dieses Befehlssignal wird an der Summierstelle mit dem Rückkopplungssignal von dem Drehzahlsensor 26 verglichen und ein Fehlersignal, das der Differenz zwischen der Bef.ehls- bzw. der Führungsgröße und dem der Drehzahl entsprechenden Rückkopplungssignal proportional ist, wird mit der Regelschaltung 20 gekoppelt. Das Ausgangssignal aus der Regelschaltung 20 ist das Geschwindigkeitssignal, welches den Betrag festlegt, um den die Erregung des Antriebsmotors 22 geändert werden muß, um die gewünschte Motordrehzahl zu erzeugen.

In der Fehlerwächterschaltung 42 wird das über die Leitung .zugeführte Rückkopplungssignal mit einem Signal verglichen, das der dem Antriebsmotor 22 zugeführten Ankerspannung proportional ist. Wenn der dieser Ankerspannung entsprechende Signalwert um einen vorbestimmten Betrag größer ist als der Wert des der Drehzahl entsprechenden Rückkopplungssignales, bewirkt die Fehlerwächterschaltung 42, daß der Antriebsmotor 22 abgebremst bzw. verlangsamt wird.

In Figur 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Fehlerwächterschaltung gemäß dieser Erfindung dargestellt/Soweit möglich, sind die in Figur 1 auftretenden Bezugszahlen auch in Figur 2 verwendet, um beiden Figuren gemeinsame Elemente darzustellen. In Figur 1 als einzelne Linie und mit einer einzigen Bezugszahl bezeichnete verbindungen sind in Figur durch diese Bezugszahl und mit einem alphabetischen Index bezeichnet, falls die in Figur 1 gezeigte Verbindung von

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zahlreichen stromführenden Pfaden gebildet wird. Beispielsweise enthält die Verbindung 44 gemäß Figur 1 zwei Strompfade, die in Figur 2 als 44a und 44b bezeichnet sind. Bezugszahlen innerhalb der Fehlerwächterschaltung 42, wie sie in Figur 2 enthalten ist, sind nicht auf die in Figur 1 verwendeten Bezugszahlen bezogen.

Die Fehlerwächterschaltung gemäß dieser Erfindung umfaßt hauptsächlich ein Schaltrelais 60, das normalerweise durch eine statische Schaltanordnung 88 erregt wird. Das Relais 60 enthält eine Spule 62 und vier Kontakte 64, 66, 68 und 70, die zur Gewinnung von Ausgangssignalen von der Fehlerwächterschaltung selbst verwendet werden. Um für einen völlig fehlersicheren Betrieb der Fehlerwächterschaltung zu sorgen, ist die Spule 62 normalerweise während des Betriebes des Motorregelsystemes erregt und wird bei Auftreten eines Fehlers abgeschaltet. Zur Angabe eines Beispieles sind die vier Kontakte in typischen Schaltstellungen dargestellt, die für Antriebssysteme verwendet werden könnten. Die Verbindungen 54a und 54b führen Leistung von der Hilfsquelle 50 gemäß Figur 1 und über den Kontakt 66 zu einer Signallampe 72, die bei Auftreten eines Fehlers aufleuchtet. Der Kontakt 68 ist über Verbindungen 46a und 46b mit dem Motorregler 14 gemäß Figur verbunden, um beim Auftreten eines Fehlers die Verlangsamung des Antriebsmotors 22 einzuleiten.

Ein positiver Sammelleiter 74, ein gemeinsamer Sammelleiter und ein negativer Sammelleiter 78 führen für den Betrieb der Fehlerwächterschaltung über die Verbindungen 52a, 52b bzw. 52c eine Gleichstromleistung von der dreiadrigen Gleichstromversorgung 48 gemäß Figur 1.

In der Schaltanordnung 38 sind ein Transistor 80 und Vorspaanwiderst&ide 82, M und SS enthalten. Ein Leiter 89 in desa Vorspannkreis des Transistors 80 ist über die Diode 138 mit eiaer statischen Schaltanordnung 9O ¥erbuadenj, die einen Tr&ssistor 92 tsnd Vorspannwiderstände 94 und S6 enthält. Der

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Transistor 92 ist während des Betriebes des Motorregelsystemes normalerweise leitend und, wenn die Diode 138 in Durchlaßrichtung vorgespannt ist, verbindet sie den Leiter 89 über den Transistor 92 mit dem gemeinsamen Sammelleiter 76, um den Transistorschalter 80 in seinem gesättigten Leitfähigkeitszustand zu halten. Wie oben bereits erwähnt wurde, ist die Relaisspule 62 zu diesem Zeitpunkt erregt, so daß angezeigt wird, daß kein Fehler festgestellt wurde.

Der Leiter 89 ist ferner über eine Diode 140, eine Verbindung 40b und einen Tachometergenerator 26, der als Drehzahlsensor verwendet wird, und Über eine Verbindung 40a mit dem gemeinsamen Sammelleiter 76 verbunden. Wenn gemäß einem weiteren Merkmal dieser Erfindung die Diode 140 in Durchlaßrichtung vorgespannt ist und die Rückkopplungsschaltung zwischen ihrer Kathode und dem gemeinsamen Sammelleiter 76 vollständig ist, steht der Leiter 89 über den einen Auegangskreis des Tachometers 26 kleiner Impedanz mit dem gemeinsamen Leiter 76 in Verbindung, so daß der Transistorschalter 80 weiterhin leitend und die Spule 62 erregt ist.

Ferner verbindet entsprechend diesem erfindungsgemäßen Merkmal die Diode 140 den Leiter 89 über einen Leiter oder eine Sammelschiene 148 und über eine Impedanz 104, welche einen ohmschen Widerstand 102, ein Potentiometer 98 und einen ohmschen Widerstand 100 enthält, mit dem negativen Sammelleiter 78. Der Wert der gesamten Impedanz 104 ist wesentlich größer als diejenige des Ausgangekreises des Tachometergenerators Aufgrund dieser größeren Impedanz legt, solange der Ausgangskreis des Tachometergenerators 26 vor einem Anlauf des in Figur 1 gezeigten Motors vollständig ist, der Tachometergenerator den Leiter 89 und den Vorspannkreis des Transistors 80 auf das Potential der gemeinsamen Sammelschiene 76, wobei der Transistor 80 eingeschaltet und die Spule 62 erregt bleibt. Wenn jedoch der Ausgangskreis des Tachometergenerators

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26 nicht mit der Summierstelie gemäß Figur 1 verbunden ist, ist die Diode 140 über die Impedanz 104 auf das Potential der negativen Sammelschiene gelegt. In diesem Falle ist die Diode 138 aufgrund des Potentials der negativen Sammelschiene in Sperrichtung vorgespannt und desgleichen ist auch der Transistor 80 umgekehrt vorgespannt! Die Spule 62 ist abgeschaltet und somit ist eine Erregung des Antriebsmotors 22 verhindert.

Gemäß einem weiteren Merkmal dieser Erfindung ist der Schleifdraht des Potentiometers 98 über eine Diode 106 mit dem Basiskreis des Transistors 92 verbunden. Nachdem der Antriebsmotor 22 gemäß Figur 1 eingeschaltet ist und der Tachometergenerator ein Ausgangssignal mit der in Figur 2 gezeigten Polarität aufweist, wobei die Diode 140 in Sperrichtung vorgespannt ist, tastet der durch die Impedanz 104 gebildete Spannungsteiler das Ausgangssignal des Tachometergenerators ab. Wenn der Ausgangswert des Tachometergenerators 26 über einem vorbestimmten Wert liegt, der durch die Stellung des Schleifdrahtes 160 des Potentiometers 98 festgelegt ist, wird die Diode 106 in Durchlaßrichtung vorgespannt, wobei der Transistor 92 ausgeschaltet wird, so daß der Transistor 80 ausgeschaltet und die Spule 62 abgeschaltet wird.

Eine Vergleichsschaltung 108 der Fehlerwächterschaltung enthält einen Transistor 110 und Vorspannwiderstände 112, 114, 116 und 118. Eine Diode 120 ist von Kathode zu Anode vom ohmschen Widerstand 116 zur Basiselektrode des Transistors 110 geschaltet. Das der Drehzahl entsprechende Rückkopplungssignal vom Ausgangskreis des Tachometergenerators 26 ist über den Leiter 148, eine Kondensator-Filterschaltung 121 und einen Leiter 123 mit einem Verbindungspunkt 125 zwischen dem ohmschen Widerstand 116 und der Diode 120 verbunden. Diese Filterschaltung enthält einen Kondensator 13I₁ der von Anode zu Kathode einer Diode 132 mit dem Leiter 123 in Verbindung

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steht. Ein Regelwiderstand 126 ist dem Kondensator 131 und der Diode 132 parallel geschaltet. Die Stellung des Schleifdrahtes des Regelwiderstandes 126 bestimmt die Größe des der Drehzahl entsprechenden Rückkopplungssignales, das mit der Vergleichsschaltung 108 gekoppelt ist. Wie im folgenden noch näher erläutert wird, ist die Größe des Rückkopplungssignales so eingestellt, daß diese Größe dem Signalwert der Ankerspannung entspricht, um den Transistor 110 in Durchlaßrichtung vorzuspannen, wenn die Tachometer-Rückkopplungsschaltung richtig arbeitet. Ein Widerstand 124 verbindet den Verbindungspunkt 125 zwischen dem Kondensator 131 und der Diode mit dem gemeinsamen Sammelleiter 76.

Ein der Größe der Motorerregung proportionales Signal wird den Verbindungen 44a und 44b zugeführt. Beispielsweise wird ein Ankersignal, das der Größe der an den Anker eines Gleichstrommotors angelegten Spannung proportional ist, über einen Regelwiderstand 133 zu einem Verbindungspunkt 117 zwischen dem ohmschen Widerstand 118 und dem Emitter des Transistors 110 geleitet. Der Schleifdraht des Regelwiderstandes 133 kann so eingestellt werden, daß er den Wert des Ankersignales auswählt, der tatsächlich mit dem Emitterkreis des Transistors 110 gekoppelt ist. Durch Einstellung sowohl des Regelwiderstandes 126 als auch des Regelwiderstandes 133 können geeignete Werte für das Rückkopplungssignal und das Ankersignal erhalten werden, um den Transistor 110 normalerweise in Durchlaßrichtung vorzuspannen, wenn die Rückkopplungsschaltung , nach Wunsch arbeitet.

Der Kollektor des Transistors 110 ist über eine Diode 134 mit der Kathode einer Zener-Diode 122 verbunden. Die Zener-Diode 122 erreicht ihre Durchbruchsspannung, wenn der Transistor 110 nicht leitend wird und die Spannung an der positiven Sammelschiene 74 über die Diode 134 an diese Zener-Diode gelegt wird. Wenn die Zener-Diode 122 ihre Durchbruehsspannung erreicht, wird eine positive Spannung an den

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Basiskreis des PNP-Transistors 92 gelegt, so daß dieser abgeschaltet wird. Die Diode 138 verbindet dann den Basiskreis des Transistors 80 über den ohmschen Widerstand 94 mit der negativen Sammelschiene 78 und schaltet den Transistor 80 und desgleichen die Spule 62 ab.

Die Fehlerwächterschaltung enthält ferner einen Wiedereinschaltkrels, der nach der Korrektur des Fehlers Verwendung findet. Dieser Wiedereinschalt kreis enthält einen Rückstellschalter 130, der der Kollektor-Emitterverbindung des Transistors 8O parallelgeschaltet ist. In dieser Schaltung ist ein ohmscher Widerstand 128 von der Kollektor-Elektrode des Transistors 80 Über einen Kondensator 135 an die gemeinsame Sammelschiene 76 gelegt. Der Kondensator 135 wird über den ohmschen Widerstand 128 aufgeladen, wenn der Transistor 80 abgeschaltet ist. Die Diode 136, deren Anode zwischen den Kondensator 135 und den ohmschen Widerstand 128 gelegt ist und deren Kathode zwischen die Diode 134 und die Zener-Diode 122 geschaltet ist, begrenzt die an den Transistor 80 angelegte Spannung. Die Anodenspannung der Diode 136 steigt mit der RC-Zeitkonstanten der von dem Widerstand 128 und dem Kondensator 135 gebildeten Reihenkreis an, wenn der Transistor seine Leitfähigkeit verliert. Wenn diese Anodenspannung einen Wert oberhalb des Spannungsabfalles in Durchlaßrichtung der Diode 136 und oberhalb der Durchbruchsspannung der Zener-Diode 122 erreicht, wird ein Kreis über den ohmschen Widerstand zur negativere Sammelschiene 78 hergestellt. Dadurch wird der Spannungswert au der Basis des Transistors 92 erhöht, die Leitfähigkeit des Transistors 92 wird unterbrochen und der Transistor 80 wird in einem nicht-leitenden Zustand gehalten. Durch Betätigung des lückstelischalters 130 wird der Kondensator 135 entladen und die Anodeaspannuiag der Diode 136 bis unter die BureMbraeJtespaBaung der Zener-Diode 122 verkleinert. Dadurch werden di© Betriebsbedingungen des Transistors 92 wiederhergestellt, der, wenn er wieder leitend ist, den Transistor 16?fS Betrieb setzt»

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Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung gemäß Figur sei angenommen, daß der in Figur 1 dargestellte Antriebsmotor 22 im Stillstand sei und daß das Motorregelsystem, welches den Antriebsmotor regelt, im Betriebszustand sei. Wenn der Fehlerwächterschaltung gemäß Figur 2 Leistung zugeführt wird und die RUckkopplungsschaltung zwischen den Verbindungen 40a und 40b vollständig oder geschlossen ist, befindet sich der Transistor 80 in seinem leitenden Zustand, da der Leiter 89 über die Diode 140 und den Ausgangskreis des Tachometers 26 mit der gemeinsamen Sammelschiene 76 in Verbindung steht. Zu diesem Zeltpunkt sind desgleichen der Transistor und der Transistor IiO in der Vergleichsschaltung 108 eingeschaltet. Somit ist die Spule 62 erregt und die Kontakte 68 und 70 gestatten eine Leistungsaufnahme des Motors, wenn dieser anlaufen soll.

Im Falle, daß im Ausgangskreis, des Tachometers 26 entweder infolge einer falschen Montage oder Wartung des Motorregelsystems oder aus irgendeinem anderen Grunde eine Unterbrechung aufgetreten ist, so ist der Transistor 80 in seinen nicht -leitfähigen Zustand vorgespannt. Der Leiter 89 steht dann Über die Diode 140 und die Impedanz 104 mit der negativen Sammelschiene 78 in Verbindung. Das Potential an der negativen Sammelschiene 78 hat zur Folge, daß die Diode 138 in Sperrichtung vorgespannt wird, so daß der Leiter 89 in dem Vorspannkreis des Transistors 80 keine Verbindung zu der gemeinsamen Sammelschiene 76 besitzt. Zu diesem Zeltpunkt ist die Spule 62 abgeschaltet und die Kontakte des Relais verhindern, daß dem Antriebsmotor 22 gemäß Figur 1 Leistung zugeführt wird.

Wenn dem Antriebsmotor 22 bereits Leistung zugeführt wurde, wobei angenommen sei, daß es sich für diese Erörterungen um einen Gleichstrom-Nebenschlußmotor handelt, wird dem ohmschen Widerstand 118 in dem Emitterkreis des Transistors 110 über die Verbindungen 44a und 44b ein Signal zugeführt, das der an

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den Motor angelegten Ankerspannung proportional ist. Das der Drehzahl entsprechende Rückkopplungssignal wird über den Kondensatorkreis 121 und an den ohmschen Widerstand 116 im Basiskreis des Transistors 110 geführt. Die Größen des Ankersignales am Widerstand 118 und des Rückkopplungssignales am Widerstand 116 sind so eingestellt, daß die Basis-Emitterverbindung des Transistors 110 in Durchlaßrichtung vorgespannt ist, so daß dieser Transistor voll eingeschaltet ist, wenn die Rückkopplungsschaltung so arbeitet wie erforderlich. Sollte jedoch in dem Rückkopplungskreis ein Fehler auftreten, α der zur Folge hat, daß das Motorregelsystem den Motor zu be-

™ schleunigen versucht, wird der Transistor 110 abgeschaltet

und die Spannung an der positiven Sammelschiene 74 über die Diode 134 geleitet, um den Durchbruch der Zener-Diode 122 herbeizuführen. Die dabei entstehende positive Spannung an der Basis des Transistors 92 schaltet diesen Transistor ab, was zur Folge hat, daß der Vorspannkreis des Transistors 80 über die Diode 138 und den ohmschen Widerstand 94 mit der negativen Sammelschiene 78 verbunden wird. Da die Diode 140 durch das der Drehzahl entsprechende Rückkopplungssignal in Sperrichtung vorgespannt wird, bewirkt das Potential an der negativen Sammelschiene 78, daß der Transistor 80 und die Spule 62 abgeschaltet werden. Wenn somit während der Motor-A speisung ein Fehler auftritt, bewirkt das Relais 60, daß das

Motorregelsystem den Motor in der einen oder anderen Weise verlangsamt, wie es bereits anhand von Figur 1 beschrieben wurde.

Es sei nun angenommen, daß während des Betriebes des Antriebsmotors 22 gemäß Figur 1 das Ausgangssignal vom Tachometergenerator 26 entweder wesentlich vermindert ist oder vollständig fehlt, wie es z.B. bei der Abtrennung eines Tachometerleiters von dem Motorregelsystem auftritt. Für einen kürzen Zeitraum beeinflußt dieser Fehlerzustand die Motorregelsysteme nicht, da der Kondensator 131 der Kondensatorschaltung 121 vorher durch das Rückkopplungssignal geladen worden ist und

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sich nun über die Diode 132 entlädt und dabei versucht, die Spannung an dem ohmschen Widerstand 116 auf ihrem vorherigen Wert zu halten. Der Zweck des Kondensators 131 liegt darin, transiente Unterschiede zwischen dem Ankersignalwert und dem Drehzahl-Rückkopplungswert daran zu hindern, das Motorregelsystem herunterzufahren. Nachdem sich der Kondensator 131 entladen hat, bleibt die Spannung am Widerstand 118 auf ihrem vorherigen Wert, wobei die Spannung am Emitter des Transistors 110 eine positive Polarität aufweist. Da das positive Potential an dem Verbindungspunkt 125 jetzt herabgesetzt ist, schaltet die positive Spannung am Emitter des NPN-Transistors 110 diesen Transistor ab. Auf diese Weise vergleicht die Vergleichsschaltung 108 die Größe des Rückkopplungssignales mit der Größe des Ankersignales und bewirkt, daß die Spule 62 abgeschaltet wird, wenn die Größe des Rückkopplungssignales an der Verbindungsstelle 125 bezüglich der Größe des Ankersignales an der Verbindungsstelle 117 nicht groß genug ist, um den Basis-Emitterübergäng des Transistors 110 in Durchlaßrichtung vorzuspannen.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Rückkopplungsfehlerarten, gegen die durch den oben beschriebenen Teil der Fehlerwächterschaltung ein Schutz geboten wird, diejenigen sind, welche ein Motorregelsystem der in Figur 1 angegebenen Art den Motor zu beschleunigen versuchen. Dies sind also mit anderen Worten diejenigen Fehler, die zu einem kleineren Rückkopplungssignal führen, als es für die tatsächliche Drehzahl des Antriebsmotors 22 sein sollte. Ein Fehler dieser Art umfaßt eine Umkehrung bzw. Vertauschung der Leiter eines Tachometergenerators, was zu einem sogenannten Gegenkopplungssignal in dem Rückkopplungskreis des Antriebssystems führt. Infolge der Umkehrung der Leiter des Tachometergenerators 26 wird ein negatives Rückkopplungssignal an den Widerstand 116 gelegt, das zusammen mit dem Ankersignal positiver Polarität an der Verbindungsstelle 117 die Vorspannung an dem Basis-Emitterübergang

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des Transistors 110 umkehrt, wobei dieser Transistor ausgeschaltet und dadurch die Spule 62 abgeschaltet wird.

Die Fehlerwächterschaltung gemäß dieser Erfindung schützt auch das Motorregelsystem, indem es eine Verlangsamung hervorruft, wenn das der Drehzahl entsprechende Rückkopplungssignal von dem Tachometergenerator 26 anzeigt, daß der Motor mit einer höheren als der¹gewünschten Drehzahl rotiert. In diesem Falle spannt das Rückkopplungssignal die Diode an dem Sohle ifdraht des Potentiometers 98 in Durchlaßrichtung vor und legt die positive Spannung an die Basis des PNP-Transistors 90. Diese Spannung positiver Polarität schaltet den Transistor 90 ab, was wiederum zur Folge hat, daß der Vorspannkreis des Transistors 80 über die Diode 138 und den ohmschen Widerstand 94 mit der negativen Sammelschiene 78 verbunden wird. Dadurch wird auch die Spule 62 abgeschaltet, so daß das Relais 60 eine Verlangsamung des Antriebsmotors bewirkt.

Neben vielen anderen Vorteilen dieser Erfindung ist insbesondere die Tatsache zu berücksichtigen, daß die Fehlerwächterschaltung dazu verwendet werden kann, eine Unstetigkeit bzw. Unregelmäßigkeit in dem Rückkopplungskreis eines Regelsystems sowohl vor der Zeit, in der der Rückkopplungskreis Rückkopplungssignale liefert, als auch nach dem Auftreten von Signalen zu bestimmen. Es stellt ferner nicht-adäquate Rückkopplungssignale fest, die durch andere Faktoren hervorgerufen sind. Die bevorzugte Ausführungsform der Fehlerwächterschaltung ist fehlersicher, da mögliche Fehler dieser Schaltung, wie z.B. ein Ausfall ihrer Energieversorgung, die Folge hat, daß die Schaltung anzeigt, daß ein Fehler aufgetreten ist. Im Falle eines Ausfalles der Energie aus der Gleichstromzufuhr werden einer oder mehrere der normalerweise leitenden Transistoren 80, 92 und 110 nicht-leitend, wobei die Spule 62 ausgeschaltet wird, so daß das Relais 60 so arbeitet, als wäre in dem Rückkopplungskreis ein Fehler aufgetreten.

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Für den Fachmann sind selbstverständlich verschiedenartige, im Rahmen dieser Erfindung liegende Abwandlungen möglich. Beispielsweise kann das Rückkopplungssignal ein- Gleichstromsignal sein, das entweder von einem Gleichstrom-Rückkopplungskreis, wie z.B. einem Gleichstromtachometer, oder von einem gleichgerichteten Wechselstromsignal von einem WechseIstromtachometer kommt.

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Claims

Patentansprüche

1.) Motorregelungssystem zur Regelung der Drehzahl eines Antriebsmotors in Abhängigkeit vom Ausgangssignal eines mit dem Motor gekoppelten Drehzahlsensors mit einer Fehlerwächterschaltung, gekennzeichnet durch die Kombination

a) einer Schaltanordnung (60), die mit dem Motorregelungssystem gekoppelt ist, und Schaltmitteln (62) zur Aufrechterhaltung einer ersten Schaltstellung der Schaltanordnung während des normalen Betriebes des Motorregelsystems, in der dem Motor (22) Leistung zuführbar ist,

b) eines Drehzahlsensors (26) mit einem Ausgangskreis,

c) Sammelschienen (76, 78) mit einem ersten und zweiten Potentialwert,

d) einer Leitung zur Verbindung einer ersten Seite (4Oa) des Ausgangskreises mit dem ersten Potentialwert und einer Gleichrichteranordnung zur Verbindung der zweiten Seite (40b) des Ausgangskreises mit der Speisung der Schaltanordnung (60), wobei die Gleichrichteranordnung während des normalen Betriebes des Motorregelungssystems vor dem Anlauf des Motors normalerweise leitend ist, so daß die Schaltmittel (62) zur Aufrechterhaltung der Schaltstellung über den Ausgangskreis mit dem ersten Potential an der Sammelschiene (76) verbunden ist,

e) eines elektrischen Leiters (104) mit einer wesentlich größeren Impedanz als der Ausgangskreis, wobei das eine Ende des elektrischen Leiters (104) mit dem zweiten Potential an der Sammelschiene (78) und das andere Ende des elektrischen Leiters (104) mit der zweiten Seite des Ausgangskreises verbunden ist und die Größe des zweiten Potent ialwerte's dei-art bemessen ist, daß, wenn die

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Gleichrichteranordnung in Durchlaßrichtung vorgespannt ist, aber nicht über den Ausgangskreis mit dem ersten Potential an der Sammelschiene (76) vep· bunden ist, die Schaltanordnung (60) durch die Schaltmittel (62) in einer zweiten Schaltstellung gehalten ist, so daß dem Motor (22) keine Leistung zuführbar ist.

2. Motorregelungssystem nach Anspruch 1 mit einem Antriebsmotor, einer Spannungsquelle zur Zuführung von Energie zum Motor im Verhältnis zur gewünschten Drehzahl des Motors, einem mit dem Motor gekoppelten Drehzahlsensor, so daß ein Drehzahlsignal erzeugbar ist, das als Funktion der tatsächlichen Motordrehzahl veränderbar ist, und einer verbesserten Fehlerwächterschaltung (42), g e k e η η z-e lehnet, .du rc*h

eine Einrichtung zur Leitung eines ersten Signales von der Spannungsquelle zu der Fehlerwächterschaltung (42), wobei das erste Signal als eine Funktion der dem Motor von der Spannungsquelle zugeführten Energie veränderbar ist,

Mittel zur Leitung des Drehzahlsignales zur Fehlerwächterschaltung (42) und

eine Vergleichsschaltung (108), die mit den Schaltmitteln (62) zur Aufrechterhaltung der Schaltstellung der Schaltanordnung (60) verbunden ist, wobei die.Vergleichsschaltung (108) auf die Differenz zwischen den Signalwerten des ersten Signales und des Drehzahlsignales anspricht, so daß die Schaltmittel (62) die Schaltstellung der Schaltanordnung (60) ändern, wenn der Wert des ersten Signales mindestens um einen vorbestimmten Betrag größer ist als der Wert des Drehzahlsignales, so daß eine Verlangsamung des Motors (22) herbeiführbar ist. " '

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3. Motorregelungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennze ic h η e t , daß die Mittel zur Leitung eines Drehzahlsignales eine Kondensatorschaltung (121) enthalten, so daß eine Beeinflussung der Vergleichsschaltung (108) durch transiente Veränderungen in dem Drehzahlsignalwert verhindert ist.

4. Motorregelungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennze lehnet , daß eine von dem Wert des Drehzahlsignales abhängige Einrichtung vorgesehen und mit den Schaltmitteln (62) verbunden ist, so daß die Schaltanordnung in die zweite Stellung schaltbar 1st, wenn das Drehzahlsignal größer als ein vorbestimmter Wert ist.

5. Motorregelungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das System in einem geschlossenen Regelkreis verwendet ist und einen bestimmten Parameter einer Last in Abhängigkeit vom Ausgangssignal eines Sensors dieses Parameters regelt, wobei das Ausgangssignal normalerweise als eine Funktion des bestimmten Parameters mit der Größe der Laständerungen veränderbar ist.

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Lee rs e i t e