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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit für einen digital oder analog arbeitenden Regelkreis, mit positiven und negativen bzw. einem Mehr- oder Wenigerwert der Stellgrösse entsprechenden Stellimpulsen, insbesondere für Dampfkesselregelanlagen bei Verfahrensanlagen zur Energieerzeugung, mit einem die Beträge der Stellgrösse gegenüber einem vorgegebenen Sollwert wertenden Vergleicher, durch dessen Ausgangssignal bei Störverhalten des Regelkreises das Stellglied beeinflusst wird.
Bei den zumeist in der Verfahrenstechnik eingesetzten Reglerarten kann man beobachten, dass bei Störung eines Regelkreises durch einen Defekt eines Messwertgebers (Messwandler oder Messwertumformer), der davon betroffene Regler das zugehörige Stellglied zumeist in eine Endlage aussteuert. Da Defekte, die im Messwertgeber entstehen, fast nie mit den gebräuchlichen Gefahrmeldeeinrichtungen erfasst werden, stellen sie für den Produktionsablauf bzw. für die Anlage eine wesentliche Gefahr dar. Weiters können bei kritisch eingestellten Reglern grosse Störgrössen oder grosse Änderungen der Regelparameter zu Pendelschwingungen führen. Für das Bedienungspersonal ist es schwierig, derartige Fehlfunktionen eines Reglers rasch zu erkennen.
Es sind nun bereits Einrichtungen zur Überwachung des Verhaltens von Regelkreisen bekannt, z. B. bei einigen Typen von elektrischen und elektronischen Reglern eine Überwachung der Regelabweichung. Bei Reglern mit mehreren Eingängen kann jedoch eine Überwachung der Eingangsgrössen und der daraus resultierenden Regelabweichung nur mit sehr grossem Aufwand durchgeführt werden. Weiters können Regelschwingungen, die keine grossen Regelabweichungen verursachen, durch die Überwachung der Eingangsgrössen nicht erfasst werden.
Es ist auch bekannt (deutsche Offenlegungsschrift 1523467), in Abhängigkeit eines Vergleiches zwischen Sollwert der Stellgrösse und Istwert derselben eine Umschaltung vorzunehmen. Es ist auch bekannt (deutsche Auslegeschrift 1223030 und deutsche Offenlegungsschrift 1538570), Massnahmen zum Eingriff in das zeitliche Verhalten des Reglers zu treffen, z. B. den kleinsten Regelschritt zu verkleinern. Auch durch diese Massnahmen können aber die eingangs erwähnten Schwierigkeiten nicht beseitigt werden.
Die Erfindung setzt sich nun zur Aufgabe eine Schaltungsanordnung der eingangs geschilderten Art zu schaffen, welche für die verschiedensten Typen, Aufgaben und zeitlichen Verhaltungsweisen der Regler und Regelkreise universell und mit geringem Aufwand anwendbar ist, wobei die Schaltungsanordnung nicht in das Konzept des Reglers eingreifen darf, insbesondere bei bereits bestehenden Anlagen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe im wesentlichen dadurch, dass als überwachungsstufe mindestens eine zur Bildung des Integrationswertes der Stellgrössen des Reglers oder des Integrationswertes einer den Stellgrössen proportionalen Hilfsgrösse dienende Integrierstufe vorgesehen ist, deren Ausgang mit dem Vergleicher verbunden ist. Durch diesen Vergleicher wird hiebei ein vorbestimmter absoluter Wert festgelegt, bei dessen Überschreitung oder Unterschreitung ein bestimmtes Signal ausgelöst wird, welches zur Gefahrenmeldung bzw. zur Durchführung beliebiger Schaltvorgänge herangezogen werden kann. Auf diese Weise wird sozusagen die vom Regler geleistete Arbeit überwacht, welche sich aus der Integration der Stellgrössen (z. B. Stellimpulse) ergibt.
Insbesondere bei Regelstrecken mit relativ grossen Anlauf-und Totzeiten ist eine solche Überwachung des Reglers vorteilhaft, da im Störungsfall rasch und verlässlich die Störung erkannt werden kann. Gleichzeitig mit dem Erkennen, dass der Regler sein normales Betriebsverhalten verlassen hat, kann diese Störung signalisiert und die Stellgrösse unterbrochen werden. Ferner lässt sich ohne Schwierigkeiten die erfindungsgemässe Einrichtung so ausbilden, dass bei Ausfall der Sicherheits- bzw. Schutzeinrichtungen des Regelkreises der Reglerausgang unterbrochen wird. Dies ist insbesondere bei Netzstörungen einer Anlage von Bedeutung, da dadurch ein Durchgehen einzelner Regler verhindert werden kann.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 1798334 ist die Anordnung einer Integrierstufe bei einem Zweipunktregler bekanntgeworden. Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung handelt es sich somit lediglich um die Ein- oder Ausschaltung eines Systems, da ja ein Zweipunktregler vorliegt. Ferner treten bei der bekannten Schaltungsanordnung keine positiven bzw. negativen Stellimpulse und auch keine stetige Regelung auf, da nur eine Ein- oder Ausschaltung erfolgt. Bei der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung handelt es sich hingegen um die Überwachung der Funktionsfähigkeit eines digital oder analog arbeitenden Regelkreises, wobei eine Überwachung der Funktionsfähigkeit des Regelkreises erfolgen kann, unabhängig davon, um welche Reglertype es sich handelt.
Bei stetiger Regelung ist es wesentlich, dass sich das Stellglied positiv oder negativ verändern kann, was bei der bekannten Schaltungsanordnung nicht möglich ist.
Im Rahmen der Erfindung besteht die Möglichkeit, die Integrierstufe an eine Rückführstufe des Reglers anzuschliessen, so dass also die von der Rückführstufe gelieferte Rückführgrösse des Reglers integriert und ausgewertet wird.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen des Erfindungsgegenstandes, welche in den Zeichnungen schematisch dargestellt sind. Fig. l zeigt das Blockschaltbild des Regelkreises. Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform bei einem Schrittregler, während Fig. 3 ein Diagramm zu Fig. 2 zeigt. Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung bei einem Regler, der als Stellglied einen Wirbelstrommotor ansteuert. Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung bei einem stetig arbeitenden Regler, während die Fig. 6 und 7 zwei Diagramme aus der Einrichtung nach Fig. 5 zeigen. Fig. 8 zeigt eine Variante zu Fig. 5. Fig. 9 ist ein detailliertes Schaltbild
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einer Schaltung, mit welcher die Stellimpulse des Reglers unterbrochen werden können.
Fig. 10 zeigt eine Variante zu Fig. 9.
Im Regelkreis nach Fig. l strömt der zu überwachende Energiefluss über eine Leitung--l--in. eine
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Störgrössen--Zt, z--11-- keine Änderung.
Es wird nun die Stellgrösse --Y-- bzw. die in einer bestimmten Zeit erfolgende Veränderung des Stellgliedes am Stellort--11--für die Überwachung des Regelkreises verwendet. Durch diese Überwachung der vom Regler geleisteten Arbeit ist es auch möglich, Störungen, die im Regler--8--entstehen und eine Aussteuerung des Stellgliedes in eine Endlage in relativ kurzer Zeit verursachen, zu erfassen. Ergibt sich nun aus der Integration der Stellgrösse bzw. der Veränderung des Stellgliedes am Ausgang der Integrationsschaltung
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der Regler--8--sich in seinem normalen Betriebsbereich (d. h. ein Betriebsbereich, in welchem eine vorbestimmte Anzahl von Stellimpulsen oder eine Stellgrösse vorbestimmten Wertes nicht überschritten und unterschritten wird) befindet oder diesen Betriebsbereich als Folge einer Störung verlassen hat.
Gleichzeitig mit
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auf Grund des Verhältnisses von Impulsdauer--t.-- (Fig. 3) zu Periodendauer--t--dieser Stellimpulse auf das Regel- bzw. Betriebsverhalten des Regelkreises schliessen. Liefert der Regler, bedingt durch eine Störung im Regelkreis (z. B. Ausfall eines Messwertes und dadurch Verstimmung der Regelparameter) mehr Impulse als in jedem möglichen normalen Betriebszustand, oder sogar einen Dauerimpuls, so soll dies möglichst rasch erfasst werden können.
Hiezu werden nun die elektrischen Stellimpulse, die im Reglerteil-8'--je nach der Richtung der gewünschten Veränderung des Stellgliedes in zwei Relais--17, 18--erzeugt werden und über eine bekannte Anspeisungsschaltung--19--auf einen Stellgliedmotor--20--zur Betätigung des Stellgliedes --21-- wirken, in einer von einem Integrierglied --R1, C1-- gebildeten Integrationsschaltung --13-integriert und in eine elektrische Spannung--Ui--umgewandelt, aus deren Grösse auf die Bewertung der in einem bestimmten Zeitabschnitt gelieferten Stellimpulse und damit auf die Verstellung des Stellgliedes
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--17-- oderZeitgliedes--Ri, Ci--ist nach der Totzeit (Übergangsfunktion) der Regelstrecke zu bemessen.
Es ist leicht möglich, die Steuerung des Stellgliedes --21-- so auszuführen, dass händische Stellimpulse nicht integriert werden, falls dies nicht erwünscht ist. Auch kann die Schaltung der Steuerung leicht so ausgebildet werden, dass der Regler auch dann aktiv bleibt und die Stellimpulse für die Integration erhalten bleiben, wenn die Stellimpulse auf das Stellglied unterbunden werden. Dadurch kann erkannt werden, ob der Regler richtig abgeglichen ist (Verhältnis Sollwert : Istwert) und möglichst stossfrei eingeschaltet werden kann.
In Fig. 3 ist in Diagrammform der Verlauf der Spannung-Ui-am Ausgang der Integrierschaltung - -13-- in Abhängigkeit des Verhältnisses Impulsdauer --ti--: Periodendauer --tP-- dargestellt.
Überschreitet dieses Verhältnis 100%, so liegt ein Dauerimpuls vor.
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Es besteht auch die Möglichkeit, die Grösse der Rückführspannung des Regelkreises als Bezugsgrösse für Anzahl und Dauer der Stellimpulse zu verwenden. Bei dieser Variante wird bei Erreichen eines bestimmten Wertes der Rückführspannung die Schutzeinrichtung (Schalter --15-- und Gefahrmeldungsleitung --16--, Fig. l) aktiviert. Diese Ausbildung ermöglicht eine Anpassung an das zeitliche Verhalten des Reglers und der Regelstrecke. Es ist jedoch der Abgriff der Rückführspannung so zu wählen, dass auch bei positiven oder negativen (bzw. mehr oder weniger) Stellimpulsen stets eine Summierung der Spannung--Ui--stattfindet, da dadurch auch Regelschwingungen erkannt werden können.
Reglerkonstruktionen, bei denen eine solche Erfassung der Impulszahl und Impulsdauer durch die Rückführspannung unabhängig von der Richtung der Stellimpulse möglich ist, sind bekannt.
Fig. 4 zeigt eine Variante, bei welcher der Regler einen Ferrarismotor (Wirbelstrommotor) als Stellglied - 20-ansteuert. Je nach der Richtung der Eingangsgrösse --XW-- liefert der Regler --8'-- am Ausgang
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jener nach Fig. 2.
Reicht die im Regler gebildete Rückführgrösse für eine Überwachung nicht aus, so kann bei stetig arbeitenden Reglern aus der zeitlichen Veränderung der Stellgrösse auf das Regel- bzw. Betriebsverhalten des Reglers geschlossen werden. Eine hiefür vorteilhafte Schaltung ist in Fig. 5 dargestellt. An den Reglerteil--8'--
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aus einem Kondensator --CD-- und einem Widerstand --RD-- besteht. Am Ausgang dieses Differenziergliedes--26--tritt eine Spannung--URD--auf, die dem Differentialquotienten der Stellgrösse --Y-- entspricht. Diese Spannung--URD--wird über einen Schmitt-Trigger--27-mit Verstärker einem von einem astabilen Multivibrator gebildeten Impulsgeber --28-- zugeführt, dessen Ausgangsimpulse der Integrierschaltung --13-- zugeleitet werden.
In Fig. 6 ist die Abhängigkeit des Ausgangsstromes --Ia-- der Stellgrösse --Y-- des Regelteiles --8'-- in Abhängigkeit von der Regelabweichtung --XW-- dargestellt.
In Fig. 7 ist der Verlauf der Spannung--URD)--und der Verlauf der Spannung --U1-- in Abhängigkeit von der Zeit--t--angegeben. Der Spannungswert--a--gibt dem Wert von--U-- an, bei welchem der Schmitt-Trigger--27--abschaltet und dadurch der Impulsgenerator --28-- ausgeschaltet wird.
Der Spannungswert--b-ist ein beispielsweiser Ansprechwert, bei welchem die elektronische Vergleichsschaltung--14-- (Fig. l) anspricht und die fünfte Leitung --16-- zur Gefahrmeldung Strom führt.
Bei mechanischen (pneumatischen oder hydraulischen) Reglern kann man auch die zeitliche Veränderung des Stellgliedes durch Bildung eines Differentialquotienten über ein Zeitglied zur Überwachung heranziehen. Eine solche Schaltung zeigt Fig. 8. Vom Stellgied --21-- wird ein elektrischer Stellungsmelder --29-- betätigt, dessen Ausgangsspannung auf das Differenzierglied --26-- gelegt ist. Die übrige Schaltung entspricht im wesentlichen jener der nach Fig. 5.
In Fig. 9 ist die elektronische Vergleichsschaltung--14- (Fig. l) im Detail dargestellt. Die durch die Integration der Stellimpulse bzw. die Stellgrössenänderung gebildete Spannung --U1-- gelangt über eine Diode --D3-- auf einen von einem Widerstand gebildeten Spannungsteiler, der zwecks Veränderung der Anspruchempfindlichkeit als einstellbarer Widerstand ausgebildet ist.
Eine Diode --D4-- und ein Widerstand --R4-- dienen zur Spannungsbegrenzung, so dass der Spannungswert am Abgriff zwischen--ruz und D4--, der auf den Eingang eines Schmitt-Triggers--30--gelegt ist, der aus einem Operationsverstärker
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bis Rg-besteht,NAND-Gliedern --33, 34--, den Widerständne --R11, R12-- und den Kondensatoren und und C3-- besteht und dessen Frequenz zirka 0, 5 Hz beträgt, angesteuert ;
seine Ausgangsimpulse werden über einen Widerstand--Rn-- und einen Schalttransistor --T1-- für die optische und akustische Gefahrmeldung (Aktivierung der Leitung-16-) verwendet. Gleichzeitig wird durch zwei weitere NAND-Glieder-35, 36--
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Elektronik vom Steuerkreis des Stellgliedes.
Wie ersichtlich, zeigt Fig. 9 eine Anlage mit Wechselspannungssteuerung. Liegt eine Gleichspannungssteuerung vor, so ist gemäss Fig. 10 statt des Triacs -40-- (Fig. 9) an den Übertrager--Ui--ein Transistor - anzuschalten, der über eine Gleichrichterbrücke-44-, einen Widerstand-Ri-und einen Kondensator --C9-- angesteuert wird. Die übrige Schaltung kann im wesentlichen jener nach Fig. 9 entsprechen.
Beispiel : In einem Dampfkraftwerk mit einem 340 t/h Zwangsdurchlaufkessel mit Schwerölfeuerung wurde die Sicherheitselektronik beim Speisewasser- und Brennstoffregler eingesetzt, da es durch Defekte an den Messwertgebern zu schweren und kostspieligen Betriebsstörungen gekommen war (ein Ausfall des Kessels für 6 bis 8 h bedeutet einen Ausfall an elektrischer Energie von 100 MWh). Bei dieser Anlage waren Regler eingesetzt, deren Spannung der Kurzzeitrückführung für die Überwachung der Regler verwendet werden konnte. Die Antriebe der Stellglieder waren Wechselstrommotoren, die über Wendeschütze gesteuert werden. Die Steuerspannung der Schütze betrug 220 V, 50 Hz. Die Stellzeit von 0 bis 100% beträgt bei diesen Stellgliedern zirka 60 sec, die Laständerungsgeschwindigkeit zirka 1 MW/min.
Dies bedingt bei der Brennstoff- und Speisewasserregelung während einer Laständerung Stellimpulse in Abständen von 10 bis 15 sec und einer Impulsdauer von 0, 3 bis 0, 4 sec. Bei diesen Impulsverhältnissen erreicht die Rückführspannung des Reglers zirka 10 V. Erhöht sich nun die Impulszahl oder die Impulsdauer, so wird die Rückführspannung im Regler über 10 V ansteigen und dadurch die Sicherheitselektronik aktiviert (s. Fig. 9). Durch die erhöhte Impulszahl (Pendelschwingung) kommt es zu einem kurzzeitigen Ansprechen der Elektronik, wodurch eine Verkürzung der Stellimpulse und dadurch ein Bedämpfen des Reglers eintritt. Wird nun durch einen defekten Messwertumformer der Regler voll ausgesteuert und liefert Dauerimpulse, so wird der Stellimpuls in zirka 1 bis 1, 5 sec durch die Elektronik abgeschaltet.
Durch diese Schaltvariante (Verwendung der Rückführspannung) werden händische Steuerimpulse auf das Stellglied nicht integriert, aber auch bei abgeschalteter Automatik liefert der Regler interne Impulse. Dadurch kann eine Differenz zwischen Soll- und Istwert erkannt werden. Zugleich wird stossfreies Einschalten erzielt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit für einen digital oder analog arbeitenden Regelkreis, mit positiven und negativen bzw. einem Mehr- oder Wenigerwert der Stellgrösse entsprechenden Stellimpulsen, insbesondere für Dampfkesselregelanlagen bei Verfahrensanlagen zur Energieerzeugung, mit einem die Beträge der Stellgrösse gegenüber einem vorgegebenen Sollwert wertenden Vergleicher, durch dessen Ausgangssignal bei Störverhalten des Regelkreises das Stellglied beeinflusst wird, d a d u r c h g e k e n n - zeichnet, dass als Überwachungsstufe mindestens eine zur Bildung des Integrationswertes der Stellgrössen des Reglers (8) oder des Integrationswertes einer den Stellgrössen proportionalen Hilfsgrösse dienende Integrierstufe (13) vorgesehen ist,
deren Ausgang mit dem Vergleicher (14) verbunden ist.
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The invention relates to a circuit arrangement for monitoring the functionality of a digital or analog working control loop, with positive and negative or a higher or lower value of the manipulated variable corresponding control pulses, in particular for steam boiler control systems in process plants for energy generation, with one of the amounts of the manipulated variable a predefined setpoint evaluating comparator whose output signal influences the actuator in the event of a malfunction of the control circuit.
With the types of controller mostly used in process engineering, it can be observed that if a control loop malfunctions due to a defect in a transducer (transducer or transducer), the controller concerned usually moves the associated actuator to an end position. Since defects that occur in the transducer are almost never recorded with the usual hazard warning devices, they represent a major danger for the production process or the system. Furthermore, with critically adjusted controllers, large disturbance variables or large changes in the control parameters can lead to pendulum oscillations. It is difficult for the operating personnel to quickly identify such malfunctions of a controller.
There are now already known devices for monitoring the behavior of control loops, z. B. with some types of electrical and electronic controllers, a monitoring of the control deviation. In the case of controllers with several inputs, however, the input variables and the resulting control deviation can only be monitored with great effort. In addition, control oscillations that do not cause large control deviations cannot be recorded by monitoring the input variables.
It is also known (German Offenlegungsschrift 1523467) to switch over as a function of a comparison between the setpoint of the manipulated variable and the actual value of the same. It is also known (German Auslegeschrift 1223030 and German Offenlegungsschrift 1538570) to take measures to intervene in the behavior of the controller over time, e.g. B. to reduce the smallest control step. Even with these measures, however, the difficulties mentioned at the beginning cannot be eliminated.
The object of the invention is to create a circuit arrangement of the type described above, which can be used universally and with little effort for a wide variety of types, tasks and time behavior of the controllers and control loops, whereby the circuit arrangement must not interfere with the concept of the controller, especially with existing systems.
The invention essentially solves this problem in that at least one integrating stage serving to form the integration value of the manipulated variables of the controller or the integration value of an auxiliary variable proportional to the manipulated variables is provided as the monitoring stage, the output of which is connected to the comparator. A predetermined absolute value is established by this comparator, and when it is exceeded or undershot, a specific signal is triggered which can be used to report danger or to carry out any switching operations. In this way, the work done by the controller is monitored, so to speak, which results from the integration of the manipulated variables (e.g. control pulses).
Such monitoring of the controller is advantageous in particular in the case of controlled systems with relatively long start-up and dead times, since in the event of a fault the fault can be identified quickly and reliably. Simultaneously with the recognition that the controller has left its normal operating behavior, this fault can be signaled and the manipulated variable interrupted. Furthermore, the device according to the invention can be designed without difficulty in such a way that the controller output is interrupted if the safety or protection devices of the control circuit fail. This is particularly important in the event of a system fault, as it prevents individual controllers from going through.
The arrangement of an integration stage in a two-point controller is known from the German patent application 1798334. In this known circuit arrangement, it is therefore only a matter of switching a system on or off, since a two-point controller is present. Furthermore, in the known circuit arrangement, there are no positive or negative actuating pulses and also no continuous regulation, since only switching on or off takes place. In the circuit arrangement according to the invention, however, it is a question of monitoring the functionality of a digital or analog operating control loop, with the functionality of the control loop being able to be monitored, regardless of the type of controller involved.
In the case of continuous regulation, it is essential that the actuator can change positively or negatively, which is not possible with the known circuit arrangement.
Within the scope of the invention there is the possibility of connecting the integration stage to a feedback stage of the controller, so that the feedback variable of the controller supplied by the feedback stage is integrated and evaluated.
Further details and advantages of the invention emerge from the following description of exemplary embodiments of the subject matter of the invention, which are shown schematically in the drawings. Fig. 1 shows the block diagram of the control loop. FIG. 2 shows an embodiment for a step controller, while FIG. 3 shows a diagram for FIG. Fig. 4 shows an embodiment of the device according to the invention in a controller which controls an eddy current motor as an actuator. FIG. 5 shows an embodiment of the device according to the invention with a continuously operating controller, while FIGS. 6 and 7 show two diagrams from the device according to FIG. Fig. 8 shows a variant of Fig. 5. Fig. 9 is a detailed circuit diagram
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a circuit with which the control pulses of the controller can be interrupted.
FIG. 10 shows a variant of FIG. 9.
In the control loop according to FIG. 1, the energy flow to be monitored flows via a line - 1 - in. a
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Disturbance variables - Zt, z - 11-- no change.
The manipulated variable --Y-- or the change in the actuator at the control location that takes place within a certain time - 11 - is now used to monitor the control circuit. Through this monitoring of the work done by the controller, it is also possible to detect disturbances that arise in the controller - 8 - and cause the actuator to move into an end position in a relatively short time. This now results from the integration of the manipulated variable or the change in the actuator at the output of the integration circuit
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the controller - 8 - is in its normal operating range (i.e. an operating range in which a predetermined number of control pulses or a manipulated variable of a predetermined value is not exceeded or undershot) or has left this operating range as a result of a fault.
At the same time with
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Based on the ratio of the pulse duration - t - (Fig. 3) to the period duration - t - of these actuating pulses, infer the control or operating behavior of the control loop. If the controller delivers more impulses than in any possible normal operating state, or even a continuous impulse, due to a disturbance in the control loop (e.g. failure of a measured value and thus detuning of the control parameters), this should be able to be detected as quickly as possible.
For this purpose, the electrical control impulses that are generated in the controller part 8 '- depending on the direction of the desired change in the actuator in two relays - 17, 18 - and via a known feed circuit - 19 - are sent to an actuator motor -20 - to actuate the actuator --21-- act, in an integration circuit formed by an integrating element --R1, C1-- --13-integrated and converted into an electrical voltage - Ui - from its size on the evaluation of the actuating impulses delivered in a certain period of time and thus of the adjustment of the actuator
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--17-- or timing element - Ri, Ci - is to be dimensioned according to the dead time (transition function) of the controlled system.
It is easily possible to control the actuator --21-- in such a way that manual control pulses are not integrated if this is not desired. The circuit of the control can also easily be designed in such a way that the controller remains active and the control pulses for the integration are retained when the control pulses on the actuator are suppressed. In this way it can be recognized whether the controller is correctly adjusted (ratio of setpoint: actual value) and can be switched on as smoothly as possible.
In Fig. 3, the course of the voltage-Ui-at the output of the integrating circuit - -13-- is shown as a function of the ratio of pulse duration --ti--: period duration --tP--.
If this ratio exceeds 100%, there is a continuous impulse.
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It is also possible to use the size of the feedback voltage of the control loop as a reference value for the number and duration of the control pulses. In this variant, the protective device (switch --15-- and alarm line --16--, Fig. 1) is activated when the feedback voltage reaches a certain value. This training enables an adaptation to the time behavior of the controller and the controlled system. However, the pick-up of the feedback voltage must be selected in such a way that the voltage - Ui - is always added up even with positive or negative (or more or less) control pulses, since this also enables control oscillations to be recognized.
Regulator designs in which such a detection of the number of pulses and pulse duration is possible by the feedback voltage independently of the direction of the actuating pulses are known.
FIG. 4 shows a variant in which the controller controls a Ferrari motor (eddy current motor) as an actuator - 20 -. Depending on the direction of the input variable --XW--, the controller delivers --8 '- at the output
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that of FIG. 2.
If the feedback variable formed in the controller is not sufficient for monitoring, in the case of continuously operating controllers, conclusions can be drawn about the control or operating behavior of the controller from the change in the manipulated variable over time. A circuit which is advantageous for this is shown in FIG. To the controller part - 8 '-
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consists of a capacitor --CD-- and a resistor --RD--. A voltage - URD - occurs at the output of this differentiating element - 26 - which corresponds to the differential quotient of the manipulated variable --Y--. This voltage - URD - is fed via a Schmitt trigger - 27 - with amplifier to a pulse generator --28-- formed by an astable multivibrator, the output pulses of which are fed to the integrating circuit --13--.
Fig. 6 shows the dependence of the output current --Ia-- of the manipulated variable --Y-- of the control part --8 '- as a function of the control deviation --XW--.
In Fig. 7 the course of the voltage - URD) - and the course of the voltage --U1-- are given as a function of the time - t -. The voltage value - a - indicates the value of - U-- at which the Schmitt trigger - 27 - switches off and thereby the pulse generator --28-- is switched off.
The voltage value - b - is an example of a response value at which the electronic comparison circuit - 14 - (Fig. 1) responds and the fifth line - 16 - leads to the danger message current.
In the case of mechanical (pneumatic or hydraulic) controllers, the change in the actuator over time can also be used for monitoring by forming a differential quotient via a timing element. Such a circuit is shown in Fig. 8. The actuator --21-- actuates an electrical position indicator --29--, the output voltage of which is applied to the differentiating element --26--. The remaining circuit corresponds essentially to that of FIG. 5.
In Fig. 9, the electronic comparison circuit - 14- (Fig. 1) is shown in detail. The voltage --U1-- formed by the integration of the actuating pulses or the change in the actuating variable passes through a diode --D3-- to a voltage divider formed by a resistor, which is designed as an adjustable resistor in order to change the sensitivity.
A diode --D4-- and a resistor --R4-- are used to limit the voltage so that the voltage value at the tap between - ruz and D4--, which is applied to the input of a Schmitt trigger - 30 -, the one from an operational amplifier
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until Rg- exists, NAND gates --33, 34--, the resistors --R11, R12-- and the capacitors and and C3-- and whose frequency is approximately 0.5 Hz, controlled;
Its output pulses are used via a resistor - Rn-- and a switching transistor --T1-- for the visual and acoustic alarm signal (activation of line -16-). At the same time, two further NAND links -35, 36--
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Electronics from the control circuit of the actuator.
As can be seen, FIG. 9 shows a system with AC voltage control. If there is a DC voltage control, according to FIG. 10 instead of the triac -40- (FIG. 9) the transformer - Ui - a transistor - is to be connected, which is connected via a rectifier bridge -44-, a resistor-Ri- and a capacitor --C9-- is controlled. The rest of the circuit can essentially correspond to that of FIG.
Example: In a steam power plant with a 340 t / h once-through boiler with heavy oil firing, the safety electronics were used for the feed water and fuel controller, since defects in the measuring transducers resulted in serious and costly operational malfunctions (a boiler failure for 6 to 8 hours means one Failure of electrical energy of 100 MWh). In this system, controllers were used whose short-term feedback voltage could be used to monitor the controller. The drives of the actuators were AC motors controlled by reversing contactors. The control voltage of the contactors was 220 V, 50 Hz. The actuating time from 0 to 100% for these actuators is approx. 60 seconds, the load change rate is approx. 1 MW / min.
With fuel and feed water control, this requires control pulses at intervals of 10 to 15 seconds and a pulse duration of 0.3 to 0.4 seconds during a load change. With these pulse ratios, the feedback voltage of the controller reaches approx. 10 V. If the number of pulses or increases the pulse duration, the feedback voltage in the controller will rise above 10 V and the safety electronics will be activated (see Fig. 9). The increased number of pulses (pendulum oscillation) causes the electronics to respond briefly, which causes the control pulses to be shortened and the controller to be dampened. If the controller is now fully controlled by a defective transducer and delivers continuous pulses, the control pulse is switched off by the electronics in about 1 to 1.5 seconds.
With this switching variant (use of the feedback voltage), manual control pulses are not integrated into the actuator, but the controller delivers internal pulses even when the automatic system is switched off. This allows a difference between the setpoint and actual value to be recognized. At the same time, bumpless switch-on is achieved.
PATENT CLAIMS:
1.Circuit arrangement for monitoring the functionality of a digital or analog working control loop, with positive and negative or a higher or lower value of the manipulated variable corresponding control pulses, in particular for steam boiler control systems in process systems for energy generation, with an evaluating the amounts of the manipulated variable compared to a predetermined setpoint Comparator, whose output signal influences the control element in the event of a malfunction of the control circuit, characterized in that at least one integrating stage (13) is provided as a monitoring stage to form the integration value of the manipulated variables of the controller (8) or the integration value of an auxiliary variable proportional to the manipulated variables,
whose output is connected to the comparator (14).
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