DD138089B1 - Anordnung zur elektrisch-pneumatischen und pneumatischelektrischen signalwandlung - Google Patents

Description

Erfinder: Dipl.-lag. Peter Domnitz Berlin, 23.9И982

Dr. Michael Schmeißer (P 1065)

Hans-Werner Bittner Dipl.-Ing. Eberhard bange

Zustellungsbevollm.:

Institut für Regelungstechnik

im Kombinat VSB BAW Berlin-Treptow

"Friedrich Ebert¹'

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Anordnung zur elektrisch-pneumatischen Signalumformung

P 15 B, 5/00 G 05 B, 11/00

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur elektrisch-pneumatischen Signalumformung für elektrisch-pneumatische Stellungsregler und elektrisch-pneumatische Signalwandler, bestehend aus Vorwärts- und Rückführzweig mit hoher Kreisverstärkung, bei der der Vergleich zwischen Eingangs- und Rückfuhrgröße elektronisch erfolgt.

Die Anwendung der Erfindung ist für die Automatisierungstechnik im Chemie-Anlagenbau und im Maschinenbau vorgesehen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Für die analoge Signalumformung elektrischer in pneumatische Einheitssignale sind eine Vielzahl technischer Lösungen bekannt, welche im wesentlichen auf dem Tauch- oder Festspulprinzip oder auf der Basis piezoresistiv^, kapazitiver oder induktiver Umformer beruhen. Während den nach dem Festspulprinzip arbeitenden und den piezoresistiven Umformern eine für den Anwendungszweck sehr nachteilige nichtlineare Übertragungskennlinie eigen ist, welche sich nur mit hohem Aufwand linear gestalten läßt (Regelkreis) , weist das Tauchspulprinzip als Mangel eine große Schwingungsempfindlichkeit auf. Ein weiterer Mangel bei nach dem

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Tauch.- und Festspalprinzip arbeitenden Signal umformern ist die aufwendige Art des Vergleiches der für den Soll- und Istwert analogen Größen in Form von Kräften, Momenten oder Wegen und dia ІІШ6П anhaftenden TJnsennuisiisitcn, ^o durch der Binsatz für bestimmte Anwendungsfälle unzweckmäßig ist. Sin weiterer bedeutender Mangel ist noch darin zu erblicken, daß für die Realisierung der elektrisch-pneumatischen Signalwandlung und Stellungsregelung unterschiedliche Wirkprinzipien und konstruktive Ausführungen üblich sind.

Seit geraumer Zeit geht die Entwicklung in der Automatisierungsgerätetechnik auf die Bereitstellung universeller Bausteine mit aufeinander abgestimmten Funktions- und Leistungsvermögen hin. Die funktioneile und anwendungstechnische Struktur dieser Bausteinsysteme gestattet weitgehend eine rationelle Realisierung von Automatisierungsgeräten. Ss gibt aber auch Anwendungsfälle, wo die mit derartigen Bausteinen realisierten Geräte nicht die funktioneilen Anwenderforderungen erfüllen und darüber hinaus erhöhten technischen und technologischen Aufwand erfordern.

Es ist nun eine technische Lösung eines elektrisch-pneumatischen Stellungsreglers bekannt geworden, die von der Bausteinvariante abgeht und bei welcher der Vergleich zwischen Bingangs- und Rückführgröße elektronisch erfolgt. Dieser Regelkreis besitzt im Rückführzweig einen kapazitiven Winkelumformer, der die jeweilige Tent ils te llung in einen entsprechenden Spannungswert abbildet. Als nachteilig erweist sich bei diesem Rückführ zweig, daß die Transformation des geradlinigen Tentilhubes in eine Drehwinkeländerung der beweglichen Platte des kapazitiven Gebers mit einem Fehler behaftet ist, der mit größer werdendem Hub des Ventils anwächst. Darüber hinaus ist die technische Lösung, bedingt durch die spezifische Ausgestaltung des Rückführzweiges, nur für elektrisch-pneumatische Stellungsregler geeignet.

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Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, Funktionseinheiten zu schaffen, mit denen eine Gerätefamilie zur elektrisch-pneumatischen und pneumatisch-elektrischen Signalwandlung sowie die elektrisch-pneumatische Stellungsregelung bei minimalem technischem Aufwand realisiert werden kann.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, im Hegelkreis eine hohe Kreisverstärkung zu realisieren und den Rückführzweig so auszubilden, daß er für die elektrisch-pneumatische Stellungsregelung und elektrisch-pneumatische Signalwandlung verwendet werden kann. Darüber hinaus soll der Eückfuhrzweig das Grundprinzip für eine pneumatisch-elektrische Signalwandlung darstellen. Die Realisierung soll abweichend vom Bausteinsystem in Funktionseinheiten erfolgen, damit der Aufbau von Kompaktgeraten möglich ist·

Brfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Vorwärtszweig einen elektrisch-pneumatischen Operationsverstärker und der Rückführzweig einen linearen Weg-Spannungs-Wandler aufweist*

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Beispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Blockschaltbildern zeigen:

Fig. 1: einen elektrisch-pneumatischen Stellungsregler Fig. 2: einen elektrisch-pneumatischen Signalwandler Fig. 3s einen pneumatisch-elektrischen Signalwandler

Der unter dem Gesichtspunkt der Verwendung universeller Funktionseinheiten vorgeschlagene elektrisch-pneumatische Stellungsregler gemäß Fig. 1 wird aus dem im Vorwärtszweig befindlichen Eingangsnetzwerk 1 zur Differenzbildung zwischen Eingangs- und Rückführgröße mit nachgeschaltetem elektrisch-pneumatischem Operationsverstärker 2/3 und einem pneumatischen Verstärker 4

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gebildet. Im Bückführzweig liegen ein Punktionsgetriebe 7, welches linear, progressiv oder degressiv ausgeführt sein kann, zur mechanischen Abbildung der jeweiligen Stellgliedstellung, sowie ein induktiver Weg-Sparmungs-Wandler 12, bestehend aus Generator 8, induktivem Geber 9 tmcL Meß schaltung 10. Der maßgeblich die Linearität des Bückführzweiges und damit des gesamten Gerätes bestimmende induktive Geber 9 besteht aus zwei hintereinandergeschalteten zylinderf örmigen Spulen, deren Induktivitäten durch einen vom Punktionsgetriebe 7 geradlinig bewegten gemeinsamen Ferritkern gegensinnig verändert werden« Der Ausgang 11 des Bückführzweiges ist mit dem Bückführe ingang des Eingangsnetzwerkes 1 verbunden. Der Eingangsstrom I™ wird über einen Widerstand im Eingangsnetzwerk 1 in eine proportionale Spannung umgeformt, welche in Reihe mit der Bückführ spannung des Bückführzweiges gegeneinandergeschaltet ist. Der proportional dieser Spannungsdifferenz am Ausgang des Operationsverstärkers 2 fließende Strom bewirkt über das Düse-Prallplatte-System des elektrisch-pneumatischen Verstärkers 3 eine Druckänderung. Dieses, mittels pneumatischen Verstärker 4· verstärkte Drucksignal verursacht über den pneumatischen Stellantrieb eine entsprechende Stellgliedbewegung· Dabei wird das Stellglied 6 so lange beaufschlagt, bis die vom Punktionsgetriebe bewirkte Verschiebung des Ferritkerns im induktiven Geber 9 eine solche gegensinnige Induktiv!tats- und damit Spannungsänderung über den beiden Spulen hervorgerufen hat, daß der von der Meßschaltung 10 erhaltene Gleichspannungswert als Abbildung der momentanen Ventilstellung gleich dem des vom Eingangsstrom Xg im Eingangsnetzwerk 1 verursachten Spannungsabfall ist. Am Eingang des Operationsverstärkers 2 liegt im ausgeregelten Pail nur noch die der bleibenden Regelabweichung entsprechende Spannung an.

Bedingt durch die sehr gute Linearität und hohe Empfindlichkeit des induktiven Weg-Spannungs-Wandlers 12 wird bei hinreichend großer Kreisverstärkung ein proportionales Übertragungsverhalten erzielt, wobei an die Linearität und Beproduzierbarkeit der Punktionseinheiten im Vorwärtszweig weniger hohe Anforderungen gestellt werden.

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Für die Realisierung des elektrisch-pneumatischen Signalwandlers als weiteren Anwendungsfall gemäß Fig. 2 werden im wesentlichen die gleichen Funktionseinheiten verwendet. Der Regelkreis besteht im Vorwärtszweig aus des S?ing?ngsnetzwerJi 1. elektrischpneumatischem Operationsverstärker 2/3 and pneumatischem Verstärker 4. Im Bückführzweig befindet sich anstelle des Funktionsgetriebes 7 gemäß Fig. 1 ein Druck-Weg-Wandler 13· Der Ausgang des induktiven Weg-Spannungs-Wandlers 12 ist wiederum mit dem Eingangsnetzwerk 1 verbunden.

Fließt ein Eingangsstrom Ig, so wird die Differenz zwischen Eingangs- und ausgangsdruckproportionaler Rückführgröße mittels elektrisch-pneumatischem Operationsverstärker 2/3 und pneumatischem Verstärker 4 in den Ausgangsdruckbereich umgewandelt. Bedingt durch die lineare Kennlinie des induktiven Weg-Spannungs-Wandlers 12 wird wiederum das proportionale Übertragungsverhalten des Signalwandlers erzielt.

Der pneumatisch-elektrische Signalwandler als ebenfalls möglichen Anwendungsfall gemäß- Fig. 3 entsteht durch Ergänzung des Rückführ zweiges des elektrisch-pneumatischen Wandlers gemäß Fig. 2, wobei dem Druck-Weg-Wandler 13 und dem induktiven Weg-Spannungs-Wandler 12 ein Spannungs-Strom-Wandler 14 zur Realisierung des Stromeinheitssignals nachgeschaltet ist.

Im Unterschied zum elektrisch-pneumatischen Stellungsregler gemäß Fig. 1 und elektrisch-pneumatischen Signalwandler gemäß Fig. 2 arbeitet der pneumatisch-elektrische Signalwandler nicht im Kompensationsverfahren, sondern im Ausschlagverfahren. Der Bingangsdruck erzeugt mittels Druck-Weg-Wandler 13 einen proportionalen Weg} dieser wird über den induktiven Weg-Spannungs-Wandler 12 in eine Spannung abgebildet und mittels des Spannungs-Strom-Wandlers 14 in das Stromeinheitssignal umgeformt.

Claims (2)

1. 206985

   Srfindungsansprueh

   Anordnung zur elektrisch-pneumatischen Signalumformung für elektrisch-pneumatische Stellungsregler und elektrisch-pneumatische Signalwandler, bestehend aus Torwarts- und Rückführzweig mit hoher Kreisverstärkung, bei der der Vergleich zwischen Eingangs- und Bückführgröße elektronisch erfolgt, gekennzeichnet dadurch, daß der Vorwärtszweig einen elektrischpneumatischen Operationsverstärker (2?3) und der Rückführzweig einen linearen Weg-Spannungs-Wandler (12) aufweist.

   - Hierzu
2. 2 Blatt Zeichnungen -