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Hintergrund
der Erfindung
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Diese Erfindung betrifft Steuereinrichtungen für Hochspannungspotentialquellen,
welche zum Beispiel bei elektrostatisch unterstützter Beschichtungsmaterialzerstäubung und
Abgabevorrichtungen verwendet werden. Es sind viele solcher Systeme
bekannt. Die
US 5 138 513 offenbart
eine Lichtbogen-verhindernde Energieversorgung, welche einen Ausgangsstrom
und eine Spannungs-Feedbackschaltung enthält. Es ist ein spannungsgesteuerter Regler
vorgesehen, welcher die Spannung am Energieeingang auf ein hohes
Gleichspannung erzeugendes Energiemodul einstellt. Schaltungen zum
Unterbrechen des Hochspannungsausgangs in vorbestimmten Fällen sind
zwischen der Feedbackschaltung und dem spannungsgesteuerten Regler
vorgesehen. Ferner gibt es zum Beispiel die Systeme, welche dargestellt
und beschrieben sind in den US-Patenten 3 851 618, 3 875 892, 3
894 272, 4 075 677, 4 187 527, 4 324 812, 4 481 557, 4 485 427,
4 745 520 und 5 159 544, um einige anzugeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Gemäß der Erfindung enthält eine
Hochspannungspotenzial-Versorgungseinrichtung
eine erste Schaltung zur Erzeugung eines ersten Signals, welches
im Zusammenhang steht mit einem gewünschten Ausgangshochspannungspotenzial über ein
Paar von Ausgangsanschlüssen
der Versorgungseinrichtung, eine zweite Schaltung zur Erzeugung
eines zweiten Signals, welches im Zusammenhang steht mit einem Ausgangsstrom
von der Hochspannungspotenzial-Versorgungseinrichtung, und eine
dritte Schaltung zur Zufuhr eines Betriebspotenzials zur Hochspannungspotenzial-Versorgungseinrichtung,
so dass sie das Hochspannungsbetriebspotenzial erzeugen kann. Die
dritte Schaltung hat einen Steuerungsanschluss. Eine vierte Schaltung
ist mit den ersten und zweiten Schaltungen und dem Steuerungsanschluss
gekuppelt. Die vierte Schaltung empfängt die ersten und zweiten
Signale von den ersten und zweiten Schaltungen und steuert das Betriebspotenzial,
welches der Hochspannungspotenzial-Versorgungseinrichtung durch die dritte
Schaltung zugeführt
wird. Es ist eine fünfte
Schaltung zum wahlweisen Abschalten der Zufuhr des Betriebspotenzials zur
Hochspannungspotenzial-Versorgungseinrichtung vorgesehen, so dass
kein Hochspannungs-Betriebspotenzial durch sie zugeführt werden
kann. Die fünfte
Schaltung ist auch mit dem Steuerunganschluss gekuppelt.
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Die ersten und zweiten Schaltungen
enthalten beispielsweise eine programmierbare logische Steuerung
(PLC; auch speicherprogrammierbare Steuerung SPS genannt) und einen
Hochgeschwindigkeitsbus zum Kuppeln der PLC an die vierte Schaltung.
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Zusätzlich enthalten beispielsweise
die ersten und zweiten Schaltungen je erste und zweite Potenziometer
zum Auswählen
eines gewünschten Ausgangshochspannungspotenzials
bzw. Ausgangsstromes und Leiter zum Kuppeln der ersten und zweiten
Potenziometer an die vierte Schaltung.
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Ferner kuppeln beispielsweise erste
und zweite Schalter selektiv die PLC oder das erste Potenziometers
bzw. die PLC oder das zweite Potenziometer mit der vierten Schaltung.
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Zusätzlich enthält beispielsweise gemäß der Erfindung
die dritte Schaltung einen Hochspannungspotenzialtransformator,
welcher eine Primärwicklung
und eine Sekundärwicklung
aufweist. Die Primärwicklung
hat eine Mittelanzapfung und zwei Endanschlüsse. Dritte und vierte Schalter
sind mit den jeweiligen Endanschlüssen gekuppelt. Eine Quelle
erster und zweiter Schaltsignale mit entgegengesetzter Phase steuert
die dritten bzw. vierten Schalter.
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Die vierte Schaltung enthält beispielsweise einen
Schaltregler mit einem Eingangsanschluss zur Bildung einer Additionsverbindung
für das
erste Signal und das zweite Signal und einen Ausgangsanschluss,
welcher mit der Mittelanzapfung gekuppelt ist. Die fünfte Schaltung
enthält
einen Mikroprozessor (μP)
und einen fünften
Schalter, welcher mit dem μP
gekuppelt ist, um ein drittes Schaltsignal vom μP zu empfangen. Der fünfte Schalter
ist mit der Additionsverbindung gekuppelt, um das dritte Schaltsignal mit
dem Schaltregler zu kuppeln, um die Zufuhr des Betriebspotenzials
zur Mittelanzapfung abzuschalten.
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Der fünfte Schalter ist beispielsweise
mit der Additionsverbindung durch einen Filter gekuppelt, welcher
die Schaltsignale glättet,
welche durch den fünften
Schalter als Antwort auf die Steuerung des μPs erzeugt werden.
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Die Vorrichtung enthält ferner
beispielsweise eine sechste Schaltung, welche mit dem μP kooperiert,
um festzustellen, ob das Betriebspotenzial der Hochspannungspotenzial-Versorgungseinrichtung zugeführt wird,
und eine siebte Schaltung, welche mit dem μP kooperiert, um festzustellen,
ob die Hochspannungspotenzial-Versorgungseinrichtung anzeigt, dass
sie ein Hochspannungspotenzial erzeugt. Der μP zeigt einen Fehler an, wenn
das Betriebspotenzial nicht der Hochspannungspotenzial-Versorgungseinrichtung
zugeführt
wird und die Hochspannungspotenzial-Versorgungseinrichtung anzeigt, dass
sie ein Hochspannungspotenzial erzeugt. Der μP zeigt beispielsweise auch
einen Fehler an, wenn das Betriebspotenzial der Hochspannungspotenzial-Versorgungseinrichtung
zugeführt
wird und die Hochspannungspotenzial-Versorgungseinrichtung anzeigt,
dass sie kein Hochspannungspotenzial erzeugt.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Die Erfindung kann am besten verstanden werden
mit Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung und beiliegende
Zeichnungen, welche die Erfindung darstellen. In den Zeichnungen
zeigen
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1–2 Flussdiagramme, welche
nützlich sind
beim Verständnis
der Erfindung;
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3–5, 6a–i, 7a–f und 8 in Block- und schematischer Form Schaltungen,
welche nützlich
sind beim Verständnis
der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
einer beispielhaften Ausführungsform
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In der detaillierten Beschreibung,
welche folgt, sind mehrere integrierte Schaltungen und andere Komponenten
mit besonderen Schaltungstypen und Quellen gekennzeichnet. In vielen
Fällen
sind Anschlussnamen und Pinnummern für diese speziell gekennzeichneten
Schaltungstypen und Quellen angegeben. Dies sollte nicht dahingehend
interpretiert werden, dass es bedeutet, dass die gekennzeichneten
Schaltungen die einzigen Schaltungen sind, welche von der gleichen
oder irgendeiner anderen Quelle erhältlich sind, welche die beschriebenen
Funktionen ausführen.
Andere Schaltungen sind typischerweise erhältlich von der gleichen oder
anderen Quelle, welche die beschriebenen Funktionen ausführen. Die
Anschlussnamen und Pinnummern von solchen anderen Schaltungen können die
gleichen sein oder nicht wie diejenigen, welche bei den speziell
gekennzeichneten Schaltungen in dieser Anmeldung angegeben sind.
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Flussdiagramme der Routinen, welche
durch den μP 40 ausgeführt werden,
sind in den 1–4 dargestellt. Insbesondere
mit Bezug auf 1 sind ein Hochspannungsversorgungseinrichtung-Erdungsrückstromfeedback
(Rückkopplung),
IFB, und eine Anzahl von Filterproben für eine Funktion 42 vorgesehen,
welche einen Stromfeedbackmittelwert, IFB Average (AVG) aus diesen
Variablen berechnet. Eine di/dt Δ-Einstellung
wird dem μP 40 von
einer Anzeige-/Einstellfunktionsroutine 44 geliefert. di/dt Δ und die
Länge einer
Proben- und Halteperiode werden einem Entscheidungsblock 46 zugeführt, welcher
feststellt, ob die Änderung
im IFB-Durchschnitt, IFB AVG Δ, über die
Proben- und Halteperiode größer ist
als di/dt Δ.
Dieser Entscheidungsblock 46 wird weiter abgefragt, bis
IFB AVGΔ größer ist
als di/dt Δ über die
Proben- und Halteperiode. Sobald dieses Ergebnis erreicht ist, bestimmt 48 die
Routine als nächstes,
ob di/dt-Einschaltung aktiv ist. Dieser Entscheidungsblock 48 wird
weiter abgefragt, bis di/dt-Einschaltung als aktiv festgestellt
wird. Sobald diese Entscheidung 48 erreicht ist, wird di/dt
bei 49 auf aktiv gesetzt.
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Eine andere Routine enthält einen
Entscheidungsblock 50 "ist
Hochspannung (HV) an?".
Dieser Entscheidungsblock 50 wird weiter abgefragt, bis
HV als "an" festgestellt wird.
Sobald die HV als "an" festgestellt wird,
wird ein Entscheidungsblock 52 erreicht, "ist IFB größer als
Stromgrenzbefehl (CLCOM)?" Der
Entscheidungsblock 52 wird weiter abgefragt bis festgestellt
wird, dass IFB größer ist
als CLCOM. Dann wird ein Entscheidungsblock 54 erreicht "ist die Überstromaktivierung
aktiv?". Der Entscheidungsblock 54 wird
weiter abgefragt, bis die Überstromaktivierung
als aktiv festgestellt wird. Sobald entweder di/dt oder die Überstromaktivierung
erreicht ist, wird der Überstrom
bei 55 auf aktiv gesetzt.
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Eine andere Entscheidung, welche
die HV an (HVON) ausschaltet bzw. deaktiviert (disable), wird nun
erklärt.
Es gibt bestimmte Ereignisse in den Feedbackwegen für die Ausgangshochspannung und
den Erdungsrückstrom
zur Hochspannungs-Versorgungseinrichtung, welche das System als
Feedbackfehler interpretiert. Wenn irgendeiner dieser Fehler auftritt,
wird das System durch den μP 40 abgeschaltet
(disabled). Wenn IFB größer als
2 μA oder das
Kilovolt-Feedback (KVFB) größer als
2 KV, 57, ist, nach einem vorbestimmten Verbots (INHIBIT)-Zeitintervall 53 nach
der Initialisierung des Systems, dann interpretiert 58 der μP 40 dieses
Ereignis als ein Feedbackfehler (Rückkopplungsfehler) und schaltet
das System ab (disables). Dies entspricht der Situation eines Ausgangs
ohne Eingang. In ähnlicher
Weise, wenn IFB niedriger ist als 0,1 μA oder KVFB niedriger ist als
0,5 KV und die Spannung an der Mittelanzapfung (VCT) des Hochspannungspotenzial-Versorgungseinrichtungs-Eingangstransformators
größer ist
als 4 Volt Gleichstrom (DC), 59, nach dem Verstreichen
des INHIBIT-Intervalls, dann interpretiert 58 der μP dieses
Ereignis als ein Feedback-Fehler und schaltet das System ab (disable). Dies
entspricht der Situation eines Eingangs ohne Ausgang.
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Angenommen, dass HV "an" (ON) durch eine dieser
Routinen nicht abgeschaltet (not disabled) ist, dann bestimmt 60 der μP 40,
ob Hochspannung "aus" (HV OFF) aktiv ist.
Dieser Entscheidungsblock 60 wird weiter abgefragt, bis
HV OFF als aktiv festgestellt wird. Sobald HV OFF als aktiv festgestellt
wird, wird "schalte
Hochspannung an" (Set
HV ON = SHVON) bei 62 abgeschaltet (disabled). Wenn HV "an" (ON) nicht längs eines
dieser Wege abgeschaltet (disabled) wird, wird vom μP 40 als
nächstes
bestimmt 64, ob die Verriegelung (Interlock, 1) des Systems
aktiv ist. Dieser Entscheidungsblock 64 wird weiter abgefragt,
bis die Verriegelung als aktiv festgestellt wird. Die Verriegelung-aktiv-Entscheidung 64 steuert
(gates) 65 entweder die Entscheidung 66 "ist PLC bereit aktiv
(PLCRA)?" oder die
Entscheidung 68 "ist
die Frontpanel-Hochspannung "an" aktiv (FPHVOA).
Die Schaltung bzw. der Durchgang einer dieser Entscheidungen 66, 68 durch "ist Verriegelung (Interlock)
aktiv?" 64 führt 70 zur
Einstellung "HV
bereit" (SHVR =
HV Ready). Dies führt 72 zur
Einstellung der HS "an" (ON), außer "Schalte an" (SHVON) wurde abgeschaltet
(disabled) durch "setze Überstrom
aktiv" (SOA) 55 oder
durch "setze Feedbackfehler
(SFBF)" 58.
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Wenden wir uns nun der Regelung der
Spannung an der Mittelanzapfung (VCT) zu, und mit Bezug auf 2 bestimmt der μP 40 zuerst 74,
ob die Funktion Spannungsrampe (VR) aktiviert ist. Dieser Entscheidungsblock 74 wird
weiter abgefragt, bis die Spannungsrampe (VR) aktiviert (enabled)
ist. Sobald die Spannungsrampe aktiviert ist, bestimmt der μP 40 als
nächstes 76,
ob KVFB Δ größer ist
als VR Δ.
Dieser Entscheidungsblock 76 wird weiter abgefragt, bis KVFB Δ größer ist
als VR Δ.
Sobald diese Entscheidung festgestellt ist, wird die Spannungsrampe
bei 78 auf aktiv gesetzt. Dies ist ein Weg, wie Pulse an
die Spannungs-Mittelanzapfungs (VCT)-Steuereinrichtung 80 geliefert
werden können.
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Pulse werden auch an die VCT-Steuerungseinrichtung 80 gesandt,
wenn der Feedbackstrom IFB größer ist
als die Feedback-Stromgrenze (I LIM). Dieser Entscheidungsblock
ist bei 81 dargestellt. Ein dritter Weg, wie Pulse zur
VCT-Steuereinrichtung 80 gesandt
werden, ist, wenn di/dt aktiv ist. Diese Entscheidung ist bei 49 dargestellt.
Dieser Zustand wird festgestellt, wie oben in Verbindung mit der
Erörterung
von 1 beschrieben. Bei
der dargestellten Ausführungsform
kann dieses Verfahren je nach Wahl 82 der Bedienungsperson
angewendet werden oder nicht.
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Pulse mit Pulsbreiten und Frequenzen,
welche auf eine Weise festgestellt werden, welche beschrieben werden
wird, werden dem VCT-Abschaltschalter 84 zugeführt. Der
Ausgang des VCT-Abschaltschalters 84 ist ein Eingang des
VCT-Reglers IC 86. Andere Eingänge des VCT-Reglers IC 86 schließen das
KVFB-Signal ein, welches durch den KVFB-Puffer 88 gepuffert
ist, und eine befohlene KV-Einstellung (KV COM). Eine befohlene
KV COM kann von einer von zwei Quellen kommen, einem KV-Einstellpotenziometer 90 am
Frontpanel der Vorrichtung oder von einer PLC als eine der I/O-Funktionen 89.
Siehe auch 3. Um die
KV-Einstellung unter den I/O-Funktionen auszuwählen, muss die Bedienungsperson
die Entfernt-Position eines Lokal-/Entfernt-Schalters 96 am Frontpanel
wählen.
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Wenden wir uns nun den Blockdiagrammen der
zwei gedruckten Leiterplatten zu, welche das System enthalten, wobei
die μP-Platte, 4, den μP 40 selbst, ein Display 100 und
ein Hochgeschwindigkeitsnetzwerk I/O 102, z. B. einen standard
Steuerbereichnetzwerkbus (CANBUS) I/O enthält. Der μP 40 ist beispielsweise
ein μP des
Typs 80C196KB-12. Der μP 40 konvertiert
mehrere Eingaben, enthaltend: die befohlene KV-Einstellung, KVCOM,
vom Frontpanel; die befohlene Hochspannungspotenzial-Versorgungseinrichtungausgangsstromgrenze,
die Stromgrenze (Current Limit Command = CLCOM) vom Frontpanel;
das KV-Feedbacksignal (KVFB) vom Ausgang der Hochspannungspotenzialversorgungseinrichtung;
das Erdungsrückstromfeedback,
IFB, an der Hochspannungspotenzial-Erdungsverbindung; und die Größe der Mittelanzapfungsspannung,
VCT, zur Primärwicklung
des Hochspannungstransformators der Hochspannungspotenzial-Versorgungseinrichtung.
Der μP 40 erzeugt
von diesen Eingängen und
anderen Ausgängen,
einschließlich:
ein Phasenverriegelungs-Aktivierungssignal (Phase Lock ENABLE signal
= PLEN) zum Einschalten (enable) des phasenverriegelten Schleifenoszillators 112 der Hochspannungspotenzial-Versorgungseinrichtung; ein
Korona-SSeNSe-Signal (CSSNS) zum VCT-Regler 86; eine Lufttriggersteuerung
zum Triggern des Stromes von zum Beispiel Zerstäubungs- oder Formungsluft zu
einem pneumatisch unterstützten
Zerstäuber 113 (8), z. B. einem automatischen
Zerstäuber
des Pistolentyps, oder einem Rotationszerstäuber, z. B. einem Zerstäuber des
Glocken- oder Scheibentyps; eine Fluidtriggersteuerung zum Triggern
des Stromes von zum Beispiel Beschichtungsmaterial oder Lösungsmittel
während
eines Beschichtungsbetriebes bzw. Farbwechsels; Hochspannungs(KV)-Einstellung
(KV SET), welche entweder KVCOM in der lokalen Steuerungsart oder
die Ausgangshochspannungseinstellung ist, welche durch eine PLC
in der Fernsteuerungsart befohlen wird; I SET (Stromeinstellung),
welche entweder CLCOM in der lokalen Steuerungsart oder die Stromeinstellung
ist, welche durch eine PLC in der Fernsteuerungsart befohlen wird;
und das Hochspannungs-EIN-Signal (HVON-Signal), welches die Hochspannungspotenzial-Versorgung 106 zur
Zerstäubungsvorrichtung 113 einschaltet.
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Die gedruckte Ausgangsleiterplatte, 5, enthält: einen Pufferverstärker 114,
welcher das IFB-Signal empfängt
und das gepufferte IFB-Signal an den μP 40 und an eine analoge
Neigungssteuerungsschaltung 116 (slope control circuit)
ausgibt; und einen Pufferverstärker 88,
welcher das KVFB-Signal empfängt
und das gepufferte KVFB-Signal an den μP 40, an die analoge
Neigungssteuerungsschaltung 116, und an einen Anschluss 118a eines einpoligen,
zweianschlüssigen
Primär-/Sekundär-Feedback-Wählschalters 118 ausgibt.
Der Pol 118b des Schalters 118 ist durch einen
Skalierungsverstärker 120 mit
dem Feedbackanschluss des VCT-Reglers 86 gekuppelt. Die
Ausgangsplatte enthält
auch einen Eingang KV SET zum VCT-Regler 86. Der Ausgangsanschluss
des VCT-Reglers 86 ist durch einen Puffer 122 mit
der Mittelanzapfung 108 der Primärwicklung des Hochspannungspotenzialtransformators
gekuppelt. Dieser Anschluss ist auch durch einen Skalierungsverstärker 124 mit
dem verbleibenden Anschluss 118c des Feedback-Wählschalters 118 gekuppelt.
Die Bedienungsperson hat daher die Möglichkeit, die Quelle des Spannungsfeedbacksignals
zum Spannungsfeedback-Eingangsanschluss des VCT-Reglers 86 zu
wählen 118b,
wobei die Bedienungsperson entweder die VCT-Eingangsspannung wählen kann,
in geeigneter Weise skaliert durch den Verstärker 124, welche am Anschluss 118c erscheint,
oder die Ausgangsspannung der Hochspannungspotenzial-Versorgungseinrichtung,
KVFB, welche am Anschluss 118a erscheint. Die gedruckte
Ausgangsleiterplatte enthält auch
den VCT-Abschaltschalter 84, welcher den VCT-Regler 86 durch
Schalten des kompensierenden Eingangsanschlusses (COMP) des VCT-Reglers 86 als
Antwort auf das Korona- SSeNSe A-Signal (CSSNSA) vom μP 40 abschaltet.
Die Ausgangsplatte enthält
auch den phasenverriegelten Hochspannungspotenzial-Versorgungseinrichtungsoszillator 112,
mit seinen Phasenverriegelungsaktivierungs (PLEN)- und Phasenverriegelungsfeedbackeingängen (PLFB)
und seinen verstärkten 132, 134 Ausgängen A und
B zu den zwei Enden der Primärwicklung 133a des
Eingangstransformators 133 der Hochspannungspotenzial-Versorgungseinrichtung (8).
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Mit Bezug auf 6a–i,
die teils Block- und teils schematischen Diagramme der Prozessplatte des
dargestellten Systems sind, werden Signale und Betriebspotenziale
zu und von dem internen Bus 140 des Systems, 6a–c, gekuppelt. Der μP 40 enthält einen
Wechselstrom/Gleichstrom (A/D)-Anschluss 0, 6d, welcher vom Bus 140 erhält VCT,
IFB, KVCOM, Pulsbreitenmodulations-Steuerungs (CONT)-, gepufferten
IFB (BUFF IFB)-, CLCOM- und gepufferte KVFB (BUFF KVFB)-Signale
vom Bus 140. Diese Signale werden durch Eingangsschaltungsanordnungen
enthaltend 270 Ω--0,01 μF RC-Schaltungen
bzw. Back-to-Back-Diodenschutzschaltungen den P0,7–P0,1-Anschlüssen des
Anschlusses 0 zugeführt.
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Das Display 100 wird durch
einen Displaytreiber 142, 6e,
betrieben, welcher zwischen den Anschluss 1 des μP 40 und
das Display 100 gekuppelt ist. Im einzelnen sind die Anschlüsse P1,0–P1,5 des μP 40 an
die ID0–ID3,
MODE, bzw. Schreibanschlüsse
des Displaytreibers 142 gekuppelt. Der Displaytreiber 142 ist
beispielsweise ein Displaytreiber des Typs ICM7218A1J1.
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Das Programm, welches durch den μP 40 ausgeführt wird,
ist in einem EPROM 144, 6f–g, gespeichert.
Ein statisches RAM 146 sorgt für die Speicherung der Berechnungen,
welche vom μP 40 ausgeführt werden,
sowie von Daten, welche von und zu einem Bus 148 hin- und
hergeschickt werden. Das EPROM 144 ist beispielsweise ein
EPROM des Typs 28F001BX. Das SRAM 146 ist beispielsweise
ein SRAM des Typs 43256. Der CANBUS I/O 102 enthält einen
drei-zu-acht-Demultiplexer 150, 6h, dessen Ausgänge Q4– Q0 unter anderem die Korona-SSeNSe
A (CSSNSA)-, Phasenverriegelungsaktivierungs (PLEN)-, Fluidtrigger
(FLDTRIG)-, Lufttrigger (AIR TRIG)-, bzw. HVON A#-Leitungen des
Busses 148 treiben. Der Demultiplexer 150 ist
beispielsweise ein Demultiplexer des Typs 74LS259. Der CANBUS I/O 102 enthält auch
einen seriell-zu-parallel/parallel-zu seriell-Wandler 154 und einen Bustreiber 156.
Die Anschlüsse
CAN+- und CAN- des Busses 148 sind mit den Anschlüssen BUS+-
bzw. BUS- des Bustreibers 156 gekuppelt. Die RX1- bzw. RX0-Anschlüsse des
S-P/P-S-Wandlers 154 sind mit den Bezugs (REF)- bzw. RX-Anschlüssen des
Bustreibers 156 gekuppelt. Der TX0-Anschluss des S-P/P-S-Wandler 154 ist
mit dem TX-Anschluss des Bustreibers 156 gekuppelt. Der
S-P/P-S-Wandler 154 ist beispielsweise ein S-P/P-S-Wandler des
Typs 82C200. Die I/O-Funktionen enthalten Vorsehungen für ein RS232-Interface.
Folglich enthält
der I/O auch ein RS232-zu-TTL/TTL-zu-RS232-Interface 160, 6i. Die TXD bzw. RXD-Leitungen,
die Anschlüsse
P2.0 bzw. P2.1 des μP 40 sind
mit den T2i- bzw. R2o-Anschlüssen
des Interface 160 gekuppelt. Die T2o- und R2i-Anschlüsse des
Interface 160 sind mit den TX232- bzw. RX232-Leitungen
des Bus 148 gekuppelt. Das Interface 160 ist beispielsweise
ein Interface des Typs MAX232.
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Analogsignale zur Ausgangsplatte, 7a–f, werden durch einen
Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler 164 erzeugt, 6g, dessen Eingangsanschluss
DB0–DB7
mit den Anschlüssen P3.0–P3.7 des μP 40 über die
Systemleitungen AD0–AD7
gekuppelt ist. Die Vout A- und Vout B- Anschlüsse des Gleichstrom/Wechselstrom-Wandlers 164 bilden
die KVSET- bzw.
I SET-Leitungen des Bus 148. Der Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler 164 ist beispielsweise
ein Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler des Typs DAC8229. Die Knotenadresse
des μP 40 am
CANBUS ist durch einen oktalen Schalter 166 und 10 KΩ Pull-Down-Widerstände eingerichtet,
welche über
ein oktales Latch 168 mit den Systemleitungen AD0--AD7
gekuppelt sind. Das oktale Latch 168 ist ein oktales Latch
des Typs 74ALS245. Das System ist so ausgelegt, dass es eine Anzahl
von verschiedenen Typen von Stromversorgungseinrichtungen steuern
kann, wobei einige Hochspannungs-Stromversorgungseinrichtungs-Eingangstransformatoren 133 mit
hoher Qualität
verwenden, wie im US-Patent 5 159 544 gelehrt, und einige Hochspannungs-Stromversorgungseinrichtungs-Eingangstransformatoren 133 mit
relativ niedriger Qualität
verwenden. Das System muss in der Lage sein, den Typ der Energieversorgung
zu identifizieren, welchen es steuert. Eine Leitung "not RP1000" identifiziert die
Stromversorgung, welche durch das dargestellte System gesteuert
wird, als eine mit einem Eingangstranformator 133 hoher Qualität oder nicht.
Diese Leitung des Bus 148 instruiert ein Bit eines Eingangs
zum μP 40 über einen Schalter
eines Vierfachschalters 171. Ein anderer Schalter des Vierfachschalters 171 ist
der manuelle HVON-Schalter des Systems. Ein anderer Vierfachschalter 173 steuert
die Initialisierungssequenz des Systems. Diese Schalter sind über ein
oktales Latch 170 an die Leitungen AD0--AD7 des Systems
gekuppelt. Das Latch 170 ist beispielsweise ein oktales Latch
des Typs 74ALS245. Die Leitungen AD0--AD7 sind auch mit den jeweiligen
Anschlüssen
D0–D7
des EPROMs 144, bzw. den jeweiligen Anschlüssen O0--O7
des SRAMs 146 bzw. den jeweiligen Anschlüssen AD0– AD7 des
P-S/S-P-Wandlers 154 gekuppelt.
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Die Leitungen AD0--AD7 sind auch
mit den Leitungen D0–D7
eines Puffers/Latchs 174, 6f, gekuppelt.
Die Ausgangsanschlüsse
Q0–Q7
des Puffers/Latch 174 sind mit den Systemleitungen A0–A7 gekuppelt.
Der Puffer/Latch 174 ist beispielsweise ein Puffer/Latch
des Typs 74ALS573. Die Systemleitungen A0--A7 sind mit den jeweiligen
Anschlüssen A0–A7 des
EPROMs 144 und den jeweiliegen Anschlüssen A0–A7 des SRAMs 146 gekuppelt.
Die Anschlüsse
P4.0–P4.7
des μP 40 sind über die
jeweiligen Systemleitungen A8–A15
mit den jeweiligen Anschlüssen
A8–A15
des EPROMs 144 gekuppelt, und die Leitungen A8–A14 sind
auch mit den jeweiligen Anschlüssen
A8–A14
des SRAMs 146 gekuppelt. Hochspannung "an" (High
Voltage ON = HVON), Hochspannung "bereit" (High Voltage Ready = HVDY), Überstrom
(OverCURrent = OCUR) und Feedbackfehler (Feedback Fault = FBLT)-Status
wird der Bedienungsperson unter anderem angezeigt durch LEDs, welche
durch geeignete Verstärker
mit den jeweiligen Anschlüssen
HS0.3, HS0.2, HS0.1, HS0.0 des μP 40 gekuppelt
sind. Ein EEPROM 180, 6d, welches
Initialisierungsparameter für
den μP 40 enthält, hat
seine Anschlüsse
DO, DI, SK bzw. CS mit den jeweiligen Anschlüssen P2.4–P2.7 des μP 40 gekuppelt. Das
EEPROM 180 ist beispielsweise ein EEPROM eines Typs 93C46.
Ein CANBUS-Aktivstatus (CANBUS ACTIVE) und ein CANBUS-Fehlerstatus (CANBUS
ERROR) wird unter anderem angezeigt durch LEDs, welche durch geeignete
Verstärker, 6h, mit den Anschlüssen Q6
bzw. Q7 des Demultiplexers 150 gekuppelt sind.
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Mit Bezug auf die 7a–f enthält die Ausgangsplatte
eine phasenverriegelte integrierte Schleifenschaltung IC 198 (Phase
locked loop IC = PLL IC), 7c,
und die A- und B-Treibertransistoren 132, 134, 7f. Der Eingang SIG IN zum
PLL IC 198 ist das phasenverriegelte Feedbacksignal (PhaseLock
FeedBack = PLFB), welches durch eine RC-Schaltung geformt wird,
welche einen 0,0047 μF Kondensator
zum Erden und die Reihenkombination eines 0,01 μF Kondensators und eines 1 KΩ Widerstandes
enthält.
Der Eingangsanschluss SIG IN des PLL IC 198 ist auch mit
der nicht-phasenverriegelten IN A-Signalleitung (PLINA) gekuppelt. PLL
IC 198 ist beispielsweise ein PLL IC des Typs CD4046. Die Transistoren 132, 134 sind
beispielsweise FETs des Typs IFR540. Das Treibersignal für den Transistor 132 ist
der Ausgang des Anschlusses VOUT des PLL IC 198 zum Takteingangsanschluss
CK (Clock Input Terminal) eines D-Flip-Flops 200. Die entgegengesetzt
gephasten Q- und NotQ-Ausgänge
des DFF 200 sind mit zwei druck-zug-konfigurierten Vortreiben-Transistorpaaren 202 bzw. 204 gekuppelt,
deren Ausgänge
durch jeweilige wellenformende parallele RC-Schaltungen 206 an
die Gates der betreffenden A und B-Treibertransistoren 132, 134 gekuppelt
sind. Die Drains (Ableitungen) der A- und B-Treibertransistoren 132, 134 sind
mit den entgegengesetzten Enden, den Treibern A (DA)- bzw. Treiber
B (DB)-Anschlüssen, der
Primärwicklung 133a des
Eingangstransformators 133 der Hochspannungspotenzial-Versorgungseinrichtung
verbunden, 8. Die Sources
(Quellen) der Transistoren 132, 134 sind an die
+24 V Gleichstrom-Erdungsrückleitung
(VDC RET = VDC ground return) des Systems gekuppelt. D FF 200 ist
beispielsweise ein D FF eines Typs CD4013. Transistorenpaare 202, 204 sind
beispielsweise Transistorenpaare des Typs TPQ6002. Der Rest der
PLL-Schaltung ist im wesentlichen wie im US-Patent 5 159 544 beschrieben.
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Mit Bezug auf 7b ist das Signal PC I SET, die Stromeinstellung,
welche vom PLC zum System kommt, durch einen 100 KΩ Eingangswiderstand
mit dem nicht-invertierenden (+)-Eingangsanschluss eines Differenzverstärkers 210 gekuppelt. Der
(+)-Eingangsanschluss des Verstärkers 210 ist durch
einen 49,9 KΩ Widerstand
mit der Erde gekuppelt. Die Analog-Erdungsleitung (Analog Ground
= AGND) des Systembus ist durch einen 100 KΩ Eingangswiderstand mit dem
invertierenden (–)-Eingangsanschluss
des Verstärkers 210 gekuppelt.
Der (–)-Eingangsanschluss
des Verstärkers 210 ist
durch einen 49,9 KΩ Feedback-Widerstand
mit seinem Ausgangsanschluss gekuppelt. Der Ausgangsanschluss des
Verstärkers 210 ist
durch ein normalerweise geschlossenes Paar 212a von Relais 212-Kontakten
mit einem Anschluss 214 gekuppelt. Das normalerweise offene
Paar 212b von Kontakten des Relais 212 ist über den
Anschluss 214 und den Schleifkontakt eines 1 KΩ Potentiometers 218 gekuppelt.
Diese Anordnung erlaubt es der Bedienungsperson entweder eine PLC-Steuerung
der Stromeinstellung des Systems oder eine Frontplattensteuerung
der Stromeinstellung über
das Potenziometer 218 auszuwählen.
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Eine ähnliche Konfiguration, welche
einen Verstärker 220 enthält, erlaubt
es der Bedienungsperson des Systems auch die PLC-Steuerung des gewünschten
Ausgangshochspannungspotenzials der Hochspannungspotenzial-Versorgungseinrichtung
zu wählen.
Die Signalleitung PC KV SET ist durch einen 100 kΩ Eingangswiderstand
mit dem (+)-Eingangsanschluss
des Verstärkers 220 gekuppelt.
49,9 kΩ Widerstände zwischen
+5 V Gleichstromzufuhr (VDC) und Erde setzen den (–)-Eingangsanschluss
des Verstärkers
bei +2,5 V Gleichstrom (VDC) unter Vorspannung. Die Analog-Erdung (AGND)
ist durch einen 100 kΩ Widerstand
mit dem (–)-Eingangsanschluss
des Verstärkers 220 gekuppelt.
Eine parallele RC-Feedbackschaltung, welche einen 25,5 kΩ Widerstand
und einen 0,01 μF-Kondensator enthält, ist über den
(–)-Eingangsanschluss und
den Ausgangsanschluss des Verstärkers 220 gekuppelt.
Der Ausgangsanschluss des Verstärkers 220 ist
durch die normalerweise geschlossenen Anschlüsse 222a eines Relais 222 mit
der befohlenen Leitung (KV Commanded = KV COM) des Systembus gekuppelt.
Dieses Signal ist alternativ wählbar auf
Wunsch der Bedienungsperson mit einer Gleichspannung, welche an
dem (+)-Eingangsanschluss
eines Pufferverstärkers 224 eingerichtet
ist. Diese Gleichspannung wird am Schleifkontakt eines 1 KΩ Potenziometers 226 eingerichtet.
Das Potenziometer 226 ist in Reihe mit einem 825 Ω Widerstand
und einem 500 Ω Potenziometer
zwischen dem +5 V Gleichstrom (VDC) und Erde. Der Schleifkontakt
des 500 Ω Potenziomters
ist auch mit der Erde verbunden, so dass der 825 Ω Widerstand
und die Einstellung des 500 Ω Potenziometers
das Minimum-Ausgangshochspannungspotenzial bildet, welches durch die
Bedienungsperson an der Frontplatte des Systems einstellbar ist.
Der Ausgang des Verstärkers 220 ist
wahlweise über
die normalerweise offenen Anschlüsse 222b des
Relais 222 mit der Leitung KV COM gekuppelt. Die Verstärker 210, 220 und 224 zeigen
3/4 eines Vierfachverstärkers
des Typs LF444CN.
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Mit Bezug auf die 7d ist das Signal IFB vom Systembus mit
dem (+)-Eingangsanschluss
des Verstärkers 114 über einen
47 KΩ Eingangswiderstand
gekuppelt. Ein 0,22 μF
Kondensator ist zwischen dem (+)-Eingangsanschluss des Verstärkers 114 und
Erde gekuppelt. Der Ausgangsanschluss des Verstärkers 114 ist mit
seinem (–)-Eingangsanschluss
in Pufferkonfiguration gekuppelt und bildet den gepufferten Anschluss
BUFF IFB, welcher mit dem μP 40 gekuppelt
ist. Das Signal KVFB vom Systembus ist mit dem (+)-Eingangsanschluss
des Verstärkers 88 über einen
1 kΩ Eingangswiderstand
gekuppelt. Der (+)-Eingangsanschluss des Verstärkers 88 ist zwischen
0,6 V Gleichstrom (VDC) und –15,6
V Gleichstrom (VDC) durch Dioden 226, 228 an seinem (+)-Eingangsanschluss
geklemmt. Der Ausgangsanschluss des Verstärkers 88 ist mit seinem
(–)-Eingangsanschluss
in Pufferkonfiguration gekuppelt und bildet den gepufferten Anschluss
BUFFKVFB, welcher mit dem μP 40 gekuppelt
ist. BUFFKVFB ist auch mit einem Anschluss 118a des Primär/Sekundär-Feedbackschalters
(Primary/Secondan Feedback switch = PRISECFB) 118 gekuppelt.
Der Anschluss 118b des Schalters 118 ist mit dem
(–)-Eingangsanschluss
eines Skalierungsverstärkers 120 über einen
20 KΩ Reihenwiderstand
gekuppelt. Der (+)-Eingangsanschluss des Verstärkers ist bei +5/3 V Gleichstrom
durch einen 20 KΩ--10
KΩ Reihenspannungsteiler
unter Vorspannung gesetzt. Der Ausgangsanschluss des Verstärkers 120,
welcher die Steuerungsleitung des Pulsbreitenmodulators (Pulse width
Modulator Control = PWMCONT) des Systembus bildet, ist durch einen
1 KΩ Reihenwiderstand
mit dem Steuerungseingangsanschluss, Pin 1, eines Schaltreglers
IC VCT-Regler 86 gekuppelt. VCT erscheint über den
I+- Ausgangsanschluss,
Pin 4, des IC 86 und Erde. VCT wird durch 0,1 Ω, 5 W und
21,5 KΩ Widerstände mit
dem (–)-Eingangsanschluss
des Skalierungsverstärkers 124 zurückgeführt. Der
Ausgangsanschluss des Verstärkers 124 ist
mit seinem (–)-Eingangsanschluss
durch einen 15 KΩ Feedbackwiderstand
gekuppelt, und mit dem Anschluss 118c des Schalters 118.
Die Verstärker 88, 114, 120 und 124 sind
beispielsweise ein Vierfachverstärker eines
Typs LF444CN. Der VCT-Regler IC 86 ist beispielsweise ein
Schaltregler des Typs UC3524A.
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Die Analog-Neigungssteuerungsschaltung 116 (analog
slope control circuit) enthält
einen Differenzverstärker 230,
einen Differenzverstärker 232 und
einen Transistor 234. Der (–)-Eingangsanschluss des Verstärkers 230 empfängt das
Signal BUFFKVFB über
den Schleifkontakt eines 100 KΩ Potenziometers
und einen 100 KΩ Reihenwiderstand
vom Ausgangsanschluss des Verstärkers 88.
Ein 100 KΩ Feedbackwiderstand
ist zwischen den Ausgangsanschluss und den (–)-Eingangsanschluss des Verstärkers 230 gekuppelt.
Der Ausgangsanschluss des Verstärkers 230 ist
durch einen 100 kΩ Widerstand mit
dem (–)-Eingangsanschluss
des Verstärkers 232 gekuppelt.
BUFFIFB ist auch mit dem (–)-Eingangsanschluss
des Verstärkers 232 durch
einen 100 KΩ Widerstand
gekuppelt. Der (–)-Eingangsanschluss des
Verstärkers
ist unter negativer Vorspannung über einen
100 KΩ Widerstand
zum Schleifkontakt eines 100 KΩ Potenziometers
in Reihe zwischen –15
V Gleichspannung (VDC) und Erde. Der Ausgangsanschluss des Verstärkers 232 ist
durch einen 100 Ω Widerstand
mit der Basis des Transistors 234 gekuppelt. Der Kollektor
des Transistors 234 ist mit Erde gekuppelt und sein Emitter
ist mit dem Kompensationsanschluss (COMP) des IC 86 gekuppelt.
Die Verstärker 230, 232 sind
beispielsweise duale Verstärker eines
Typs LF442CN. Der Transistor 234 ist beispielsweise ein
bipolarer Transistor eines Typs 2N2907.
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Wieder mit Bezug auf 7e ist der Anschluss Corona SSeNSe A
(CSSNS A) des Systembus mit dem Gate des VCT-Abschaltschalters 84 gekuppelt
und mit Erde durch einen 100 KΩ Widerstand.
Der Drain des Schalters 84 ist durch Reihenwiderstände 6,8 Ω und 390 Ω 240 bzw. 242 mit
dem Anschluss COMP des IC 86 gekuppelt. Ein 100 μF Glättungskondensator 244 ist
zwischen der Verbindung dieser Widerstände und Erde gekuppelt. Das Pulsbreitenmodulierte
Ausgangssignal Korona SSeNSe A (CSSNS A) vom μP 40 zum Gate des Schalters 84 ergibt
eine Gleichspannung über
dem Kondensator 244. Diese Spannung wird am Anschluss COMP
des IC 86 mit dem Ausgangssignal der Analog-Neigungssteuerungsschaltung 116 summiert.
Dieses Signal kann dem Anschluss COMP des IC 86 auf andere
Weise zugeführt
werden. Der μP 40 hat
zum Beispiel einen Gleichstrom/Wechselstrom-Ausgangsanschluss (D/A
output port). Das Ausgangssignal am Ausgangsanschluss des μP 40 liefert
ein sogar glätteres
Signal als das Corona SSeNSe A-Ausgangssignal (CSSNS A), welches durch
den Filter 240, 242, 244 zu dem Anschluss COMP
des IC 86 gefiltert wird. Die Verwendung des Pulsbreiten-modulierten
Korona SSeNSe A-Ausgangssignal vom μP 40, welches durch
die Filter 240, 242, 244 gefiltert ist,
oder der Gleichstrom/Wechselstrom-Eingang (D/A port) des μP 40 erlaubt
eine zusätzliche
Flexibilität
in den Anwendungen, bei welchen mehr als eine Abgabevorrichtung 113 mit
dem System gekuppelt ist. Zum Beispiel in einer Situation mit einem
einzelnen Applikator 113, kann eine Verzögerung von
zum Beispiel einer halben Sekunde vor dem Erreichen des vollen Hochspannungspotenzials durch
das System toleriert werden. Wo mehrere Auftragsvorrichtungen 113 zu
einer gemeinsamen Hochspannungspotenzial-Versorgungseinrichtung gekuppelt werden,
kann jedoch der Versuch, das Hochspannungspotenzial zu schnell auf
seinen vollen befohlenen Wert zu heben, zu einem Ladungsstrom führen, welcher
größer ist
als der statische Überlaststrom
I SET. Der μP 40 gibt
der Bedienungsperson die Flexibilität das Hochspannungspotenzial
zu seinem vollen befohlenen Wert KV SET in diesen Situationen langsamer
anzuheben, was zu weniger "störenden" Überstromzuständen führt. Zusätzlich erleichtert
das langsamere Ansteigen zur vollen befohlenen Hochspannung die
Belastung der Hochspannungskabel, welche gewöhnlicherweise die Hochspannungsversorgungseinrichtung
mit den Beschichtungsmaterial-Abgabevorrichtungen 113 kuppelt.
Der Oszillatoranschluss (OSC) des IC 86 ist durch einen
1 kΩ Reihenwiderstand
und einen 100 pF Kondensator mit den gemeinsamen Emittern des Transistorpaars 204 gekuppelt.
Der Schalter 84 ist beispielsweise ein FET des Typs IRFD210.
IC 86 und seine zugehörigen
Komponenten funktionieren im wesentlichen wie im US-Patent 4 745
520 beschrieben.
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Eine Quellenkode-Auflistung des Programms,
welches durch den μP 40 ausgeführt wird, ist
hier als Anlage A beigefügt.