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Selbstabgleichendes Leitgerät für druckmittelbetriebene Regelanlagen
Die Erfindung betrifft ein selbstabgleichendes Leitgerät für druckmittelbetriebene Regelanlagen zur stossfreien Umschaltung eines Regelkreises von Handbetrieb auf automatische Regelung oder umgekehrt, mit zwei Druckmittelverstärkern, die wahlweise bei Verstärkerbetrieb einen Eingangsdruck im Verhältnis 1 :
1 auf den Ausgangsdruck abbilden oder nach Umschaltung auf Speicherbetrieb einen im Augenblick der Umschaltung bestehenden Wert des Ausgangsdruckes halten" wobei der gespeicherte Wert dann von Hand stetig veränderbar ist, und mit einer Umschaltventilanordnung, durch welche in einer Schaltstellung (Handbetrieb) der Eingang des ersten Verstärkers an einen Istwert und der Ausgang des Verstärkers an den Sollwerteingang eines druckmittelbetriebenen Reglers anlegbar ist und der Ausgang des zweiten, auf Speicherbetrieb geschalteten Verstärkers einen von Hand stetig veränderbaren Stelldruck auf ein Stellglied gibt, und durch welche in der andern Schaltstellung (Automatik)
der Ausgang des ersten auf speichergeschalteten Verstärkers auf den Sollwerteingang des Reglers geschaltet ist und der Eingang des andern vom Stellglied abgeschalteten Verstärkers von dem Stelldruck beaufschlagt wird.
EinsolchesGerätistbekannt durch den Aufsatz"Fast Simultaneou Bumpless Transfer"aus der Zeitschrift "Control Engineering", August 1965, Seite 97 - 99. Solche selbstabgleichenden Leitstationen haben den Zweck, einen Regelkreis von Handbetrieb auf Automatik umzuschalten, ohne dass sprunghafte Änderungen eintreten können, durch die der Regelkreis zu Schwingungen erregt werden könnte. Bei gro- ssen Anlagen sind meist eine Vielzahl von Regelkreisen vorhanden, die teils direkt aussen über die Regelanlage oder aber über den Prozess miteinander verknüpft sind. Diese Regelkreise werden von Hand in den gewünschten Zustand angefahren und dann muss die Regelung von Handbetrieb auf automatische Regelung umgeschaltet werden.
Es ist dann wesentlich, dass der Regler an einem Stellglied genau an den Stelldruck liefert, der zuletzt von Hand eingestellt worden war. Sonst erhält man bei der Umschaltung eine sprunghafte Änderung einer Stellgrösse, wodurch der Regelkreis zu Schwingungen erregt werden kann.
Ähnlich ist es bei der Umschaltung von automatischer Regelung auf Handbetrieb, was etwa bei einer Störung in der Anlage (z. B. dem Ausfall eines Ventils) erforderlich werden kann. Hier ist es erforderlich, dass von Hand zunächst genau der gleiche Stelldruck gegeben wird, wie er zuletzt von dem Regler geliefert wurde. Das wird bei Leitgeräten der vorliegenden Art dadurch bewerkstelligt, dass bei Handbetrieb durch den ersten als Sollwertgeber für den Regler fungierenden Verstärker der Sollwert des Reglers stets dem jeweiligen Istwert nachgeführt wird.
Der Regler selbst greift bei Handbetrieb ja nicht in den Reglerkreis ein. Er läuft blind mit. Durch den zweiten als Stelldruckgeber fungierenden Verstärker kann der Stelldruck von Hand stetig verändert werden. Wird jetzt auf automatische Regelung umgestellt, dann befindet sich der Regler in einem Zustand, bei welchem der Sollwert dem Istwert entspricht. Der Regler hat also zunächst keine Veranlassung in den Prozess einzugreifen, so dass der Übergang auf automatische Regelung stossfrei erfolgt. Der Sollwert kann dann mittels des'ersten Verstärkers stetig verändert,. werden. Wenn der Regelkreis auf automatische Regelung umgeschaltet ist, dann ist der Ausgang des zweiten Verstärkers vom Stellglied abgeschaltet. Der zweite Verstärker läuft blind mit. Sein Eingang wird aber ständig von dem durch den Regler bestimmten Stelldruck beaufschlagt.
Wird von Automatik auf Handbetrieb zurückgeschaltet, dann liefert der jetzt wieder als Stelldruckgeber wirkende zweite Verstärker zunächst den Stelldruck, der zu-
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letzt vor der Umschaltung vom Regler geliefert worden war, so dass auch hiebei eine stossfreie Umschal- tung erfolgt.
Die beiden Verstärker wiesen bei der bekannten Einrichtung je eine Reduzierstation auf, d. h. praktisch einen Druckgeber mit einstellbarem Sollwert. Die Sollwerte der Druckregler oder Reduzierstationen sind durch Turbinen verstellbar, die von einem Hilfsluftstrom angeblasen werden. Der Ausgangsdruck der Reduzierstation wird mit einem Eingangsdruck verglichen und von der Druckdifferenz wird der Hilfsluftstrom gesteuert. Hiedurch werden die Turbinen in der einen oder andern Richtung angeblasen und entsprechend die Sollwerte der Reduzierstationen verstellt. Es handelt sich also um eine Nachlaufsteuerung, durch welche der Ausgangsdruck der Reduzierstation einem Eingangsdruck nachgeführt wird, wobei die Turbine als Servomotor für eine mechanische Verstellung wirkt.
Zur manuellen Verstellung kann auch durch handbetätigte Ventilmittel Hilfsluft auf die Turbine geleitet werden. Diese bekannte Anordnung ist recht kompliziert und aufwendig.
Es ist durch die USA-Patentschrift Nr. 2, 769, 453 ein pneumatisch arbeitender Regler bekannt, bei welchem ein Druck über eine erste nachgiebige Wandung in Gestalt eines Balgens auf eine Flüssigkeit in einem Druckraum übertragen wird. Der Druckraum ist weiterhin durch eine zweite federnd nachgiebige Wandung in Gestalt eines federbelasteten Balgens abgeschlossen. Vom Hub dieser letzteren Wandung ist eine nach Massgabe einer Regelgrösse verstellbare Prallplatte zusätzlich bewegbar, welche eine Auslassdüse mehr oder weniger abdeckt und damit einen Druck regelt. Bei dieser bekannten Anordnung handelt es sich um eine nachgiebige Rückführung. Der auf die erste nachgiebige Wandung wirksame Druck ist ebenso wie der durch die Prallplatte geregelte Druck der auf ein Membranventil wirkende Stelldruck der Regelanlage.
Bei einer Änderung der Regelgrösse wird die Prallplatte verstellt. Hiedurch erfolgt eine entsprechende Änderung des Stelldruckes, der aber über die Balgenanordnung zunächst wieder entgegengewirkt wird. Die Rückführung über die Balgenanordnung gibt aber nach, indem Flüssigkeit aus dem Druckraum zwischen den Balgen über eine Drossel abströmt. Es handelt sich dabei nicht um ein selbstabgleichendes Leitgerät und nicht um das Problem der Umschaltung von Handbetrieb auf Automatik und umgekehrt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfachere Konstruktion für ein selbstabgleichendes Leitgerät der eingangs definierten Art zu schaffen.
Die Erfindung besteht darin, dass die pneumatischen Verstärker jeder einen Druckraum aufweisen, auf welchen über eine wahlweise absperrbare drosselnde Verbindung der jeweilige Eingangsdruck +b übertragbar ist, und welcher teilweise von einer federnd nachgiebigen Wandung und teilweise von einer Trennwand begrenzt ist, die Druck ohne Rückstellkraft überträgt und auf der andern Seite von dem Ausgangsdruck eines druckgeregelten Druckmittelstromes beaufschlagt ist, und durch deren Hub der besagte Druckmittelstrom regelbar ist und dass bei Speicherbetrieb jedes Verstärkers zwecks Veränderung des Speicherwertes wahlweise Atmosphärendruck oder ein erhöhter Zuluftdruck auf den Eingang des Verstärkers aufschaltbar ist.
Bei einer solchen Ausbildung der Verstärker wird der zu speichernde Druck unmittelbar auf den besagten Druckraum gegeben und bewirkt dort eine entsprechende Deformation der federnd nachgiebigen Wandung. Die den Druck ohne Rückstellkraft übertragende Trennwand steuert den Ausgangsdruck so, dass sie auf beiden Seiten von dem gleichen Druck beaufschlagt ist. Solange der Eingangsdruck auf den Druckraum übertragen wird, wird der Eingangsdruck im Verhältnis 1 : 1 auf den Ausgangsdruck des Druckmittelstromes abgebildet. Wenn die drosselnde Verbindung abgesperrt wird, bleibt der Druck im Druckraum auf dem zuletzt vorhandenen Wert und ein entsprechender Ausgangsdruck des Druckmittelstromes wir l eingeregelt.
Der so gespeicherte Wert kann stetig verändert werden, indem-von Hand gesteuert-über die drosselnde Verbindung eine Zeit lang Druckmittel zu-oder abgeführt werden. Auf diese Weise kann dannbei Handbetrieb der Stelldruck oder bei Automatikbetrieb der Sollwert des Reglers verändert und eingestellt werden.
EinAusführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und im folgenden beschrieben.
Fig. l zeigt einen nach der Erfindung ausgebildeten Verstärker, Fig. 2 zeigt eine Regelanlage mit einem erfindungsgemässen Leitgerät bei Handbetrieb, Fig. 3 zeigt die Anlage bei Automatikbetrieb und Fig. 4 ist eine schematisch schaubildliche Darstellung des erfindungsgemässen Leitgerätes.
Der Verstärkeraufbau
Der Aufbau eines Verstärkers ist aus Fig. l ersichtlich. Ein Gehäuse 1 wird durch eine Zwischenwand 2 in zwei gleichachsige flache Kammern 3,4 von kreisförmigem Querschnitt unterteilt. Die obere Kammer 3 ist ihrerseits durch eine druckübertragende Trennwand in Gestalt einer schlappen Membran 17 in zwei Räume unterteilt. Der obere Raum 3a ist über eine Leitung 5 an einen
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Ein gangsdruck angeschlossen. Der untere Raum 3b der oberen Gehäusekammer 3 ist mit einer Flüssigkeit gefüllt und bildet den zweiten Druckraum.
Die untere Kammer 4 des Gehäuses 1 enthält eine federnde Metallmembran 6, die mit konzentrischen Wellen versehen ist und sich nach Massgabe des darauf wirkenden Druckes durchbiegt.
Unterhalb dieser Membran 6 liegt eine schlappe Membran 7. Zwischen der federnden Metallmem-
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bildet die druckübertragende Trennwand dieses ersten Druckraumes 8.
Der erste Druckraum 8 ist mit dem zweiten Druckraum 3b über eine nicht gezeigte Laminar- drossel und ein Ventil 9 verbunden. Das Ventil 9 kann von einem Druckmittelschalter 10 wahl- weise geöffnet oder geschlossen werden. Unter der Membran 7 wird in der Kammer 4 des Gehäu- ses 1 ein Raum 11 gebildet, in welchen eine Zuluftleitung 12 mit einer Drosselstelle 13 mündet und von welcher eine Ausgangsleitung 14 abgeht. Zentral unter der schlappen Membran 7 ist auf dem Boden des Gehäuses 1 ein Ventilsitz 15 mit einem Auslass 16 vorgesehen.
Die Membran 7 bildet mit dem Ventilsitz 15 einen drosselnden Ringspalt. Wenn die Membran 7 angehoben wird und der Ringspalt sich vergrössert, wird ein Auslass parallel zu der Ausgangsleitung 14 freigegeben. Der Druck im Raum 11 und damit der Ausgangsdruck in der Leitung 14 sinkt. Bewegt sich die Membran 7 nach unten, wird der Auslass 16 gedrosselt und der Ausgangsdruck steigt.
Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt :
Durch die schlappe Membran 17 wird der Eingangsdruck im Raum 3a auf die Flüssigkeit im Raum 3b (zweiter Druckraum) übertragen. Dieser Druck pflanzt sich bei geöffnetem Ventil 9 in den ersten Druckraum 8 fort und bewirkt eine entsprechende Deformation der Metallmembran 6.
Der gleiche Druck wirkt auch auf die schlappe Membran 7. Wenn etwa der Ausgangsdruck im Raum 11 geringer ist als der im Raum 8 wirksame Eingangsdruck, dann bewegt sich die Membran 7 nach unten, drosselt den Auslass 16 und erhöht damit den Ausgangsdruck so lange, bis auf beiden Seiten der Membran der gleiche Druck herrscht.
Bei dieser Betriebsweise wird also der Eingangsdruck im Verhältnis l : l auf den Ausgangsdruck abgebildet. Es kann aber ausgangsseitig durchaus Druckmittel verbraucht werden, während es sich eingangsseitig um einen rein statischen Druck ohne Druckmittelverbrauch handeln kann.
Wenn nun, z. B. durch einen Steuerdruck auf den Schalter 10, das Ventil 9 abgesperrt wird, dann wird hiedurch der in diesem Augenblick bestehende Druck im Raum 8 konserviert. Dieser Druck bleibt auf die Membran 7 wirksam und wird demgemäss weiterhin als Ausgangsdruck eingeregelt. Die Erfindung gestattet es also, einen im Moment der Absperrung des Ventils 9 bestehenden Eingangsdruck (wenn man einmal von der Wirkung der Laminardrossel absieht) zu speichern und ständig als Ausgangsdruck eines Druckmittel-, vorzugsweise Luftstromes, zur Verfügung zu halten. Das wird mit relativ einfachen Mitteln ohne komplizierte Nachlaufsteuerung erreicht, wie sie beider vorbekannten Anordnung erforderlich ist.
Die Laminardrossel gestattet es, einen gespeicherten Wert stetig zu verändern. Zu diesem Zweck kann beispielsweise der Eingang 5 mit der Atmosphäre verbunden werden. Wird dann das Ventil 9 geöffnet, so sucht sich der jetzt bestehende Druckunterschied zwischen dem ersten Druckraum 8 und dem zweiten Druckraum auszugleichen. Es fliesst Flüssigkeit über die Laminardrossel, so dass der geregelte Ausgangsdruck stetig absinkt. Beim Erreichen eines gewünschten Druckes kann dann das Ventil 9 wieder abgesperrt werden. Entsprechend kann man zur Erhöhung des gespeicherten Druckes Zuluft, also erhöhten Druck, auf den Eingang 5 geben und dann das Ventil 9 öffnen, bis der gewünschte Wert erreicht ist.
Die Schaltung des selbstabgleichenden Leitgerätes
Die Fig. 2 und 3 zeigen als Blockschaltbild ein selbstabgleichendes Leitgerät und seine Verbindungen zu den verschiedenen Gliedern der Regelanlage, u. zw. zeigt Fig. 2 das Gerät in Handstellung und Fig. 3 in Automatikstellung.
Mit 54 ist das Leitgerät oder die Hand-Automatik-Station bezeichnet. Die Hand-AutomatikStation 54 ist mit einem Messfühler 18 für eine Regelgrösse, einem Stellglied 19 in Gestalt : ines Membranventils und einem pneumatischen Regler 20 verbunden. Bei dem beschriebenen Ausfüh- rungsbeispiel handelt es sich um eine rein pneumatische Regelung, bei welcher alle Regelsignale in Drücke umgewandelt oder durch Drücke dargestellt werden.
Der Regler 20 hat einen Sollwerteingang 21 und einen Istwerteingang 22. Der Istwertein-
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gang 22 ist über eine Leitung 23 mit dem Messfühler 18 verbunden. In der in Fig. 2 dargestell- tenHandstellung des Gerätes 54 ist die Leitung 23 über eine Zweigleitung 24 und einem Schal- ter 25 mit dem Eingang 26 eines nach Art der Fig. 1 aufgebauten Verstärkers 27 verbunden.
Der dem Istwert entsprechende Druck aus der Leitung 23 wird dementsprechend auch auf den Aus- gang 28 des Verstärkers 27 im Verhältnis 1 : 1 abgebildet, und dieser Ausgangsdruck wird über eine Leitung 29 auf den Eingang des Reglers 20 gegeben. Der Ausgang 30 des Reglers ist in die- ser Stellung durch einen Hahn 31 vom Stellglied abgeschaltet. Er liefert aber auch kein Korrektur- signal, weil der Istwert und der Sollwert ständig übereinstimmen.
An einem Anzeigegerät 3a, das mit der Leitung 24 über eine Zweigleitung 32 verbunden ist, wird der Istwert angezeigt.
An einem darüber liegendenAnzeigegerät 33, das über eine Leitung 34 mit dem Ausgang 28 des Verstärkers 27 in Verbindung steht, erfolgt die Anzeige des auf den Regler 20 gegebenen Soll- wertes. Bei der in Fig. 2 dargestellten Betriebsweise stehen Istwert- und Sollwertzeiger ständig genau übereinander. Ein drittes Anzeigeinstrument 35 ist über eine Leitung 36 mit dem Membranven- til 19 verbunden und zeigt den Stelldruck an.
Der zweite Verstärker 37 dient als Stelldruckgeber. Sein Ausgang 38 ist über einen weiteren
Verstärker 39, einen Schalter 40 und die Leitungen 41 und 42 mit dem Membranventil 19 verbunden. Der Verstärker 37 ist als Speicher geschaltet, d. h. das Ventil 9 (Fig. l) ist in der Re- gel abgesperrt, so dass der Ausgangsdruck bei 38 einem im ersten Druckraum 8 (Fig. l) gespeicher- ten Wert entspricht. Dieser Wert kann über Plus- und Minus-Steuertasten 44,45 stetig erhöht oder vermindert werden. Wenn die Plus-Steuertaste 45 gedrückt wird, dann wird über die Leitung 46 und Schalter 47 ZuluftaufdenRaum 3b (Fig. l) des Reglers 37 gegeben und gleichzeitig wird das Ventil 9 (Fig. l) geöffnet. Über die Laminardrossel strömt dann Druckmittel aus dem Raum 3b in den ersten Druckraum 8.
Der Druck im Raum 8 und damit am Ausgang 38 steigt. Entsprechend wird nach Drücken der Minus-Steuertaste 44 der Raum 3a auf Atmosphärendruck gebracht und gleichzeitig ebenfalls das Ventil 9 geöffnet. EsströmtdannDruekmittelausdemerstenDruckraum 8 ab.
Durch den als Speicher mit von Hand stetig veränderbarem Speicherwert geschalteten Verstärker 37 kann also der am Membranventil 19 wirksame Stelldruck eingestellt und verändert werden.
Wenn der angezeigte Istwert-Sollwert von einem gewünschten Wert abweicht, dann kann man die Plus- oder Minus-Steuertaste so lange drücken, bis deristwert-und Sollwertzeiger (die ja übereinander stehen) den gewünschten Wert erreicht hat.
Wenn das Gerät 54 jetzt über einen Wippschalter 48 auf Automatikbetrieb umgeschaltet wird, der Regler 20 also jetzt die Steuerung des Stellgliedes 19 übernehmen soll, dann wird der Schal- ter 25 umgeschaltet (Fig. 3). Der Messfühler 18 mit dem Istwertdruck liegt also nicht mehr an dem Eingang des Verstärkers 27. Dieser ist jetzt auf Speicherbetrieb umgeschaltet und hält an seinem Ausgang 28 den zuletztvorhandenen Wert. Das ist der Sollwert des Reglers.
Der Ausgang des Reglers 20 wird über den Schalter 31 auf das Stellglied 19 geschaltet. Dafür wird der Ausgang des Verstär- kers 39 durch den Druckmittelschalter 40 vom Stellglied 19 abgeschaltet, so dass der Stelldruckgeberverstärker 37 keinen Einfluss mehr auf das Stellglied hat. Es erfolgt jetzt eine automatische Regelung durch den Regler 20.
Da im Augenblick der Umschaltung Istwert und Sollwert des Reglers 20 übereinstimmen und der Sollwert sich bei der Umschaltung auch nicht ändert, greift der Regler 20 nach der Umschaltung zunächst auch nicht irgendwie in den Prozess ein. Die Umschaltung von Hand- auf Automatikbetrieb bringt somit keinerlei abrupte Änderungen mit sich, welche den Regelkreis zu Schwingungen anregen könnten.
Der Schalter 47 ist in Fig. 3 umgeschaltet worden und hat damit den Verstärker 37 von den Plus- und Minus-Steuertasten 44, 45 bzw. den damit verbundenen Steuerorganen abgeschaltet. Dafür ist der Verstärker 27 über einenDruckmittelschalter 49 mit den Plus- und Minus-Steuertasten verbunden. Dadurch kann in der oben im Zusammenhang mit Verstärker 37 beschriebenen Weise der Sollwert des Reglers 20 erhöht oder vermindert werden.
Bei der Stellung"Automatik"in Fig. T ist der Eingang des Verstärkers 37 über eine Leitung 50 sowie einen Druckmittelschalter 51 mit dem Reglerausgang 30 verbunden, wird also von dem Stelldruck beaufschlagt. Sein Ausgang liefert also ständig den vom Regler 20 bestimmten Stelldruck.
Wenn jetzt aus irgendeinem Grunde eine Rückschaltung auf Handbetrieb erforderlich ist, der Regler 20 also vom Stellglied 19 ab-und der Verstärker 37 (oder Verstärker 39) an das Stellglied angeschaltet wird, dann liefert der Verstärker 37 ohne weitere Manipulationen sofort den Stelldruck, welcher zuletzt vom Regler 20 geliefert worden war. Es erfolgt also auch hier eine stossfreie Umschaltung.
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Self-balancing master device for pressure medium-operated control systems
The invention relates to a self-balancing master device for pressure-medium-operated control systems for smooth switching of a control circuit from manual operation to automatic control or vice versa, with two pressure-medium boosters, which optionally have an input pressure in the ratio 1:
1 to the output pressure or after switching to memory operation hold a value of the output pressure existing at the moment of the switchover "whereby the saved value can then be continuously changed by hand, and with a switching valve arrangement through which the input of the first amplifier in a switching position (manual operation) can be applied to an actual value and the output of the amplifier can be applied to the setpoint input of a pressure-medium-operated controller and the output of the second amplifier, which is switched to storage mode, provides a manually continuously variable control pressure on an actuator, and through which in the other switching position (automatic)
the output of the first amplifier connected to the memory is switched to the setpoint input of the controller and the input of the other amplifier switched off by the actuator is acted upon by the control pressure.
Such a device is known from the article "Fast Simultaneou Bumpless Transfer" from the magazine "Control Engineering", August 1965, pages 97-99. The purpose of such self-adjusting control stations is to switch a control loop from manual to automatic without sudden changes being caused by the the control loop could be excited to oscillate. Large systems usually have a large number of control loops, some of which are linked to one another directly via the control system or via the process. These control loops are set to the required state by hand and then the control must be switched from manual to automatic control.
It is then essential that the regulator on an actuator delivers exactly the signal pressure that was last set manually. Otherwise you will get a sudden change in a manipulated variable when switching, which can cause the control loop to oscillate.
The situation is similar when switching from automatic control to manual operation, which may be necessary in the event of a fault in the system (e.g. failure of a valve). Here it is necessary that the exact same signal pressure is given manually as it was last supplied by the regulator. In the case of control devices of the present type, this is achieved in that, in manual operation, the setpoint of the controller is always tracked to the respective actual value by the first amplifier functioning as a setpoint generator for the controller.
The controller itself does not intervene in the controller circuit in manual mode. He walks along blindly. The second booster, which acts as a signal pressure transmitter, enables the signal pressure to be continuously changed by hand. If you now switch to automatic control, the controller is in a state in which the setpoint corresponds to the actual value. The controller therefore initially has no reason to intervene in the process, so that the transition to automatic control takes place smoothly. The setpoint can then be continuously changed by means of the first amplifier. will. When the control loop is switched to automatic control, the output of the second amplifier is switched off from the actuator. The second amplifier runs blindly. However, its input is constantly subjected to the signal pressure determined by the regulator.
If you switch back from automatic to manual mode, the second amplifier, which now again acts as a signal pressure transmitter, initially supplies the signal pressure that is
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last was supplied by the controller before the switchover, so that a bumpless switchover also takes place here.
In the known device, the two amplifiers each had a reducing station, i. H. practically a pressure transmitter with an adjustable setpoint. The setpoints of the pressure regulators or reducing stations can be adjusted using turbines that are blown by an auxiliary air stream. The outlet pressure of the reducing station is compared with an inlet pressure and the auxiliary air flow is controlled by the pressure difference. As a result, the turbines are blown in one direction or the other and the setpoints of the reducing stations are adjusted accordingly. This is a follow-up control, by means of which the output pressure of the reducing station is adjusted to an input pressure, the turbine acting as a servomotor for mechanical adjustment.
For manual adjustment, auxiliary air can also be fed to the turbine using manually operated valve means. This known arrangement is quite complicated and expensive.
A pneumatically operating regulator is known from US Pat. No. 2,769,453, in which a pressure is transmitted to a fluid in a pressure chamber via a first flexible wall in the form of a bellows. The pressure chamber is also closed off by a second resiliently flexible wall in the form of a spring-loaded bellows. A baffle plate, which can be adjusted according to a controlled variable and more or less covers an outlet nozzle and thus regulates a pressure, can also be moved from the stroke of this latter wall. This known arrangement is a resilient return. The pressure acting on the first flexible wall, like the pressure regulated by the baffle plate, is the actuating pressure of the control system acting on a diaphragm valve.
When the controlled variable changes, the baffle plate is adjusted. This results in a corresponding change in the signal pressure, which is initially counteracted again via the bellows arrangement. The return via the bellows arrangement gives way, however, in that liquid flows out of the pressure space between the bellows via a throttle. It is not a self-balancing master device and not the problem of switching from manual to automatic and vice versa.
The invention is based on the object of creating a simpler construction for a self-balancing control device of the type defined at the outset.
The invention consists in the fact that the pneumatic amplifiers each have a pressure chamber to which the respective input pressure + b can be transmitted via an optionally lockable throttling connection, and which is partially limited by a resilient wall and partially by a partition wall, the pressure without restoring force transmits and is acted upon on the other side by the output pressure of a pressure-regulated pressure medium flow, and through the stroke of which said pressure medium flow can be regulated and that during storage operation each amplifier can be switched to either atmospheric pressure or an increased supply pressure to the input of the amplifier in order to change the storage value.
With such a design of the booster, the pressure to be stored is given directly to the said pressure chamber and causes a corresponding deformation of the resilient wall there. The dividing wall, which transmits the pressure without a restoring force, controls the output pressure in such a way that the same pressure is applied to it on both sides. As long as the input pressure is transferred to the pressure chamber, the input pressure is mapped in a ratio of 1: 1 to the output pressure of the pressure medium flow. When the throttling connection is shut off, the pressure in the pressure chamber remains at the last existing value and a corresponding output pressure of the pressure medium flow is regulated.
The value stored in this way can be continuously changed in that, controlled by hand, pressure medium is supplied or discharged for a period of time via the throttling connection. In this way, the signal pressure can be changed and set in manual mode or the setpoint of the controller in automatic mode.
An embodiment of the invention is shown in the drawings and described below.
1 shows an amplifier designed according to the invention, FIG. 2 shows a control system with a control device according to the invention in manual mode, FIG. 3 shows the system in automatic mode and FIG. 4 is a schematic diagram of the control device according to the invention.
The amplifier structure
The structure of an amplifier can be seen from FIG. A housing 1 is divided by a partition 2 into two equiaxed flat chambers 3, 4 of circular cross-section. The upper chamber 3 is in turn divided into two spaces by a pressure-transmitting partition in the form of a slack membrane 17. The upper space 3a is via a line 5 to one
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An inlet pressure connected. The lower space 3b of the upper housing chamber 3 is filled with a liquid and forms the second pressure space.
The lower chamber 4 of the housing 1 contains a resilient metal membrane 6 which is provided with concentric waves and which bends in accordance with the pressure acting on it.
Below this membrane 6 is a slack membrane 7. Between the resilient metal membrane
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forms the pressure-transmitting partition of this first pressure space 8.
The first pressure space 8 is connected to the second pressure space 3b via a laminar throttle (not shown) and a valve 9. The valve 9 can optionally be opened or closed by a pressure medium switch 10. A space 11 is formed under the membrane 7 in the chamber 4 of the housing 1, into which a supply air line 12 opens with a throttle point 13 and from which an outlet line 14 branches off. A valve seat 15 with an outlet 16 is provided centrally below the slack membrane 7 on the bottom of the housing 1.
The membrane 7 forms a throttling annular gap with the valve seat 15. When the membrane 7 is raised and the annular gap increases, an outlet parallel to the outlet line 14 is opened. The pressure in space 11 and thus the outlet pressure in line 14 drops. If the membrane 7 moves downwards, the outlet 16 is throttled and the outlet pressure increases.
The described arrangement works as follows:
Through the slack membrane 17, the inlet pressure in space 3a is transferred to the liquid in space 3b (second pressure space). When the valve 9 is open, this pressure is propagated into the first pressure chamber 8 and causes a corresponding deformation of the metal membrane 6.
The same pressure also acts on the slack membrane 7. If, for example, the outlet pressure in space 11 is lower than the inlet pressure effective in space 8, then the membrane 7 moves downward, throttles outlet 16 and thus increases the outlet pressure until the pressure is the same on both sides of the membrane.
In this mode of operation, the inlet pressure is mapped to the outlet pressure in the ratio l: l. However, pressure medium can certainly be consumed on the output side, while on the input side it can be a purely static pressure without consumption of pressure medium.
If now, e.g. B. by a control pressure on the switch 10, the valve 9 is shut off, then the existing pressure in space 8 at that moment is preserved. This pressure remains effective on the membrane 7 and is accordingly still regulated as the output pressure. The invention thus makes it possible to store an input pressure that is present at the moment the valve 9 is shut off (if one disregards the effect of the laminar throttle) and to keep it constantly available as the output pressure of a pressure medium, preferably air flow. This is achieved with relatively simple means without complicated follow-up control, as is required in the previously known arrangement.
The laminar throttle allows a stored value to be changed continuously. For this purpose, for example, the inlet 5 can be connected to the atmosphere. If the valve 9 is then opened, the now existing pressure difference between the first pressure chamber 8 and the second pressure chamber tries to equalize. Liquid flows over the laminar throttle so that the regulated outlet pressure drops steadily. When a desired pressure is reached, the valve 9 can then be shut off again. Correspondingly, to increase the stored pressure, supply air, that is to say increased pressure, can be applied to input 5 and then valve 9 can be opened until the desired value is reached.
The circuit of the self-adjusting master device
2 and 3 show a block diagram of a self-balancing control device and its connections to the various members of the control system, u. Between Fig. 2 shows the device in the manual position and Fig. 3 in the automatic position.
The control unit or the manual-automatic station is denoted by 54. The manual / automatic station 54 is connected to a measuring sensor 18 for a controlled variable, an actuator 19 in the form of a diaphragm valve and a pneumatic controller 20. The exemplary embodiment described is a purely pneumatic control in which all control signals are converted into pressures or represented by pressures.
The controller 20 has a setpoint input 21 and an actual value input 22. The actual value input
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passage 22 is connected to the measuring sensor 18 via a line 23. In the hand position of the device 54 shown in FIG. 2, the line 23 is connected via a branch line 24 and a switch 25 to the input 26 of an amplifier 27 constructed in the manner of FIG.
The pressure from line 23 corresponding to the actual value is accordingly also mapped to output 28 of amplifier 27 in a ratio of 1: 1, and this output pressure is sent to the input of controller 20 via line 29. In this position, the output 30 of the controller is switched off by a valve 31 from the actuator. However, it also does not provide a correction signal because the actual value and the setpoint value constantly match.
The actual value is displayed on a display device 3a, which is connected to the line 24 via a branch line 32.
On a display device 33 located above, which is connected to the output 28 of the amplifier 27 via a line 34, the setpoint given to the controller 20 is displayed. In the operating mode shown in FIG. 2, the actual value and setpoint pointers are always exactly one above the other. A third display instrument 35 is connected to the diaphragm valve 19 via a line 36 and displays the control pressure.
The second amplifier 37 serves as a control pressure transmitter. Its exit 38 is via another
Amplifier 39, a switch 40 and lines 41 and 42 are connected to the diaphragm valve 19. The amplifier 37 is connected as a memory, i. H. the valve 9 (FIG. 1) is generally shut off, so that the output pressure at 38 corresponds to a value stored in the first pressure chamber 8 (FIG. 1). This value can be continuously increased or decreased using the plus and minus control buttons 44, 45. When the plus control button 45 is pressed, air is supplied to the room 3b (Fig. 1) of the controller 37 via the line 46 and switch 47 and at the same time the valve 9 (Fig. 1) is opened. Pressure medium then flows through the laminar throttle from the space 3b into the first pressure space 8.
The pressure in space 8 and thus at outlet 38 increases. Correspondingly, after pressing the minus control key 44, the space 3a is brought to atmospheric pressure and at the same time the valve 9 is also opened. Pressure medium then flows out of the first pressure chamber 8.
By means of the amplifier 37, which is connected as a memory with a memory value that can be continuously changed by hand, the control pressure effective at the diaphragm valve 19 can be set and changed.
If the displayed actual value setpoint deviates from a desired value, you can press the plus or minus control key until the actual value and setpoint pointer (which are on top of each other) have reached the desired value.
If the device 54 is now switched to automatic mode via a rocker switch 48, ie the controller 20 is now to take over the control of the actuator 19, then the switch 25 is switched over (FIG. 3). The measuring sensor 18 with the actual value pressure is therefore no longer at the input of the amplifier 27. This is now switched to storage mode and holds the last available value at its output 28. This is the controller's setpoint.
The output of the controller 20 is switched to the actuator 19 via the switch 31. For this, the output of the amplifier 39 is switched off by the pressure medium switch 40 from the actuator 19, so that the control pressure transducer amplifier 37 no longer has any influence on the actuator. There is now an automatic regulation by the controller 20.
Since the actual value and the setpoint of the controller 20 match at the moment of the switchover and the setpoint does not change during the switchover, the controller 20 does not initially intervene in the process after the switchover. Switching from manual to automatic mode does not result in any abrupt changes that could cause the control loop to oscillate.
The switch 47 has been switched over in FIG. 3 and has thus switched off the amplifier 37 from the plus and minus control buttons 44, 45 or the control elements connected therewith. For this purpose, the amplifier 27 is connected to the plus and minus control buttons via a pressure medium switch 49. As a result, the setpoint value of controller 20 can be increased or decreased in the manner described above in connection with amplifier 37.
In the "automatic" position in FIG. T, the input of the amplifier 37 is connected to the controller output 30 via a line 50 and a pressure medium switch 51, so it is acted upon by the control pressure. Its output therefore constantly supplies the control pressure determined by the controller 20.
If, for whatever reason, a switch back to manual mode is required, i.e. the controller 20 is switched off from the actuator 19 and the amplifier 37 (or amplifier 39) is switched on to the actuator, the amplifier 37 immediately delivers the control pressure, which is the last, without further manipulation was supplied by controller 20. There is also a bumpless changeover here.
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EMI5.1