DD141207B1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR ELECTRICAL-PNEUMATIC POSITIONING REGULATORS AND LIKE SIGNAL CONVERTERS - Google Patents
CIRCUIT ARRANGEMENT FOR ELECTRICAL-PNEUMATIC POSITIONING REGULATORS AND LIKE SIGNAL CONVERTERS Download PDFInfo
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Description
Erfinde г t Dipl.-Ing. Peter Domidtz Berlin, 24,9.1982 Dipl.-Ing. Michael Taegor (P 1092)Inventive г t Dipl.-Ing. Peter Domidtz Berlin, 24.9.1982 Dipl.-Ing. Michael Taegor (P 1092)
Zustellungsbevollm.tZustellungsbevollm.t
Institut für Regelungstechnik im Kombinat VEB BAW Berlin-Treptow "Friedrich Ebert»Institute of Control Engineering in the combine VEB BAW Berlin-Treptow "Friedrich Ebert»
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Scleitungsanordnung zur elektriscb-pneumatJisoüQn SignalumformungScanning arrangement for electrical-pneumatic-signal conditioning
G 05 B, 11/00G 05 B, 11/00
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur elektrisch-pneumatischen Signalumformung für elektrisch-pneumatische Stellungsregler und elektrisch-pneumatische Signalwandler, die einen Wechselspannungsgenerator mit nachgeschalteter Kompensationsschaltung, Wa gießeinrichtung, Strom-Druck-Umformer und Hilfsspannungsgleichrichtung enthält und außerdem einen Operationsverstärker und eine Eingangsschaltung, aus einer Reihenschaltung von Z-Diode und Signalwiderstand bestehend, aufweist und bei der die Versorgungsspannungen aus dem Eingangssignalstrom mittels Z-Diode und dem Wechselspannungsgenerator gewonnen werden.The invention relates to a circuit arrangement for electric-pneumatic signal conversion for electric-pneumatic positioner and electric-pneumatic signal converter, the gungseinrichtung an AC voltage generator with downstream compensation, Wa, current-pressure converter and auxiliary voltage rectification and also includes an operational amplifier and an input circuit from a series connection of Zener diode and signal resistance consisting, and in which the supply voltages are obtained from the input signal current by means of the Zener diode and the AC voltage generator.
Die Anwendung der Erfindung ist in Automatisiarungsgeräten zweckmäßig, die im Chemie-Anlagenbau und im Maschinenbau eingesetzt werden.The application of the invention is useful in Automatisiarungsgeräten that are used in chemical plant engineering and mechanical engineering.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
Es ist in der Regelungstechnik bekannt, den Vergleich zwischen Führungs- und Rückführgröße mit elektronischen Mitteln und unter Anwendung der Zweileitertechnik, also unter Verzicht auf zusätzliche Stromversorgungsleitungen, durchzuführen.It is known in control technology to perform the comparison between leadership and feedback size by electronic means and using the two-wire technology, ie, waiving additional power supply lines.
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Dabei wird die in eine Spannung umgeformte Führungsgröße Strom mit der aus der Ausgangegröße Weg gewonnenen Rückführgröße Spannung verglichen. Die Spannungsdifferenz steuert über einen elektronischen Verstärker mit einstellbarer Verstärkung einen Strom-Druck-Umformer und beeinflußt so in bekannter Weise über I»uf !'leistungsverstärker und pneumatischen Stellantrieb die Stellung der Stelleinrichtung· Diese wird dann elektrisch induktiv oder kapazitiv gemessen und in eine entsprechende Rückführspannung umgeformt. Die Versorgung der Wegmeßeinrichtung und des Verstärkers mit elektrischer Hilfsenergie erfolgt über die beiden Signalleitungen, die an die Eingänge der Eingangsschaltung führen.In this case, the reference variable current converted into a voltage is compared with the feedback variable voltage obtained from the output path. The voltage difference controls a current-pressure converter via an electronic amplifier with adjustable amplification and thus influences the position of the actuating device in a known manner via the power amplifier and pneumatic actuator. This is then measured electrically inductively or capacitively and into a corresponding feedback voltage reshaped. The supply of the displacement measuring device and the amplifier with auxiliary electrical energy via the two signal lines leading to the inputs of the input circuit.
Ss ist eine derartige Schaltungsanordnung bekannt geworden, bei der die Versorgungsspannungen mittels einer Z-Mode aus dem Signalstrom gewonnen werden. Dieser Anordnung haftet jedoch der Nachteil an, daß die Z-Diodenspannung nicht konstant ist, da sie sowohl von der Aussteuerung der Z-Diode (Signalstromhub) als auch von der Temperatur abhängig ist. Diese Schwankungen der Z-Diodynspannung beeinflussen die Genauigkeit der Stellungsmessung und damit den Übertragungsfaktor des Gerätes.Ss is such a circuit arrangement has become known, in which the supply voltages are obtained by means of a Z-mode from the signal stream. However, this arrangement has the disadvantage that the Z-diode voltage is not constant, since it is dependent both on the modulation of the Zener diode (Signalstromhub) and on the temperature. These variations in the z-diode voltage affect the accuracy of the position measurement and thus the transmission factor of the device.
Bei einer weiteren Schaltungsanordnung wird die Hilfsenergie mittels Trägerfrequenz über die Signalleitungen übertragen. Dazu ist in der Meßwarte, am Anfang der Übertragungsleitung zum Stellungsregler, ein Einspeisegerät erforderlich. Innerhalb der Schaltungsanordnung wird die Trägerfrequenz aus der Signalleitung ausgekoppelt und auf ein internes Netzteil geleitet, das die notwendigen internen Versorgungsspannungen bereitstellt. Dieser Lösung haftet jedoch der Nachteil an, daß zur Realisierung der Stromversorgung ein erheblicher gerätetechnischer Aufwand erforderlich ist.In a further circuit arrangement, the auxiliary power is transmitted by means of carrier frequency via the signal lines. For this purpose, in the control room, at the beginning of the transmission line to the positioner, a feed-in device is required. Within the circuit arrangement, the carrier frequency is decoupled from the signal line and passed to an internal power supply, which provides the necessary internal supply voltages. However, this solution has the disadvantage that a considerable device-technical effort is required to realize the power supply.
Beide Anordnungen verwenden wechselspannungsgespeiste, induktive oder kapazitive Weg- bzw. Winkelmeßeinrichtungen, für die jeweils noch ein geräteinterner Wechselspannungsgenerator erforderlich ist. Daraus entspringt jedoch noch ein weiterer Nachteil, da dessen Amplitudenschwankungen, die durchBoth arrangements use AC-powered, inductive or capacitive displacement or angle measuring devices, for each of which a device-internal AC voltage generator is still required. However, this gives rise to yet another disadvantage, since its amplitude fluctuations caused by
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Temperatur-, Versorgungs- und Belastungsänderungen bedingt sind, ebenfalls den Übertragungsfaktor negativ beeinflussen.Temperature, supply and load changes are conditional, also negatively affect the transmission factor.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Erfindung ist es, eina Schaltungsanordnung zu schaffen, die es bei Anwendung der Zweileitertechnik gestattet, die Schwankungen des Übertragungsfaktors des elektrisch-pneumatischen Gerätes zu verringern·The object of the invention is to provide a circuit arrangement which, when using the two-wire technique, makes it possible to reduce the fluctuations of the transmission factor of the electric-pneumatic device.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Gewinnung der Versorgungsspannung über eine Z-Diode die Verringerung der Schwankungen des Übertragungsfaktors des elektrisch-pneumatischen Gerätes durch Kompensationsmaßnahmen und Maßnahmen zur Entlastung des Wechselspannungsgenerators zu realisieren.The invention has for its object to realize when recovering the supply voltage via a Zener diode, the reduction of fluctuations in the transmission factor of the electric-pneumatic device by compensatory measures and measures to relieve the AC voltage generator.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der in der Eingangsschaltung befindlichen Reihenschaltung der Z-Diode mit dem Signalwiderstand ein Widerstand parallelgeschaltet ist, dessen Abgriff an den einen der beiden Spannungsausgänge der Kompensationsschaltung geschaltet ist und ihr zweiter Ausgang mit dem einen Ausgang der Wegmeßeinrichtung und deren anderer Ausgang mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers über einen Beschaltungswiderstand mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers und mit dem Ausgang der Hilfsspannungsgleichrichtung zusammengesehaltet ist und daß am Ausgang des Operationsverstärkers der Strom-Druck-Umformer angeordnet ist, der mit seinem Eingang an den Ausgang des Operationsverstärkers und mit seinem and&ren Eingang an den negativen Versorgungsspannungsanschluß angeschlossen ist.According to the invention, this object is achieved in that the series circuit in the input circuit of the Zener diode is connected in parallel with the signal resistor, a resistor whose tap is connected to one of the two voltage outputs of the compensation circuit and its second output to the one output of the displacement measuring device and their another output is connected to the noninverting input of the operational amplifier via a schaltungswiderstand with the inverting input of the operational amplifier and the output of the auxiliary voltage rectification and that the output of the operational amplifier of the current-pressure converter is arranged, with its input to the output of the operational amplifier and is connected to the negative supply voltage terminal with its androgenic input.
Ausführungsbeispielembodiment
In dem Ausführungsbeispiel ist die Schaltungsanordnung eines elektrisch-pneumatischen Stellungsreglers dargestellt. Einem Wechselsparnrnngsgenerator 1 sind eine Kompensationsschaltung 2,In the embodiment, the circuit arrangement of an electric-pneumatic positioner is shown. A Wechselsparnrnngsgenerator 1 are a compensation circuit 2,
— ц. _- ц. _
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eine Wegmeßeinrichtung 3 ν eine Hilfsspannungsgleichrichtung 4 паеhgeschaltet. Zwe... Versorgungsspannungsanschlüsse 25 und 26 des Wechselspannungsgenerators 1 sind an eine Z-Diode einer Eingangsschaltung 6 geführt, die in Reihe mit einem Signalwiderstand 11 geschaltet ist. Dieser Reihenschaltung ist ein Spannungsteiler mit den Widerständen 12 und 13 parallel geschaltet und gemeinsam mit der Reihenschaltung an die Eingangsklemmen 27 und 28 angeschlossen. Der Abgriff 29 des Spannungsteilers ist mit dem einen Ausgang 14 der Kompensationsschaltung 2 verbunden, während ihr anderer Ausgang 15 mit dem einen Ausgang 16 der Wegmeßeinrichtung 3 zusammengeschaltet ist. Der andere Ausgang 17 der Wegmeßeinrichtung 3 liegt am nichtinvertierenden Eingang 19 eines Operationsverstärkers 31· Der Ausgang 30 der Hilfsspannungsgleichrichtung 4 ist mit dem positiven Versorgungsspannungsanschluß 20 des Operationsverstärkers 31 und über einen Beschaltungswiderstand 18 mit dem invertierenden Eingang 21 des Operationsverstärkers 3I verbunden. Der Ausgang 35 des Operationsverstärkers 3I ist mit dem einen Eingang 22 eines Strom-Druck-Umformers 7 und über einen Beschaltungswiderstand 34 mit dem invertierenden Eingang 21 des Operationsverstärkers 31 susammengeschaltet. Zwischen dem invertierenden Eingang 21 und einem internen Bezugspotential 32 liegt ein Beschaltungswiderstand 33. Der andere Eingang 23 des Strom-Druck-Umformers 7 liegt am negativen Spannungsversorgungsanschluß 24 des Operationsverstärkers 3I· Der Operationsverstärker 31 stellt in Verbindung mit den Beschaltungswiderständen 33 und 34 einen Elektrometerverstärker 5 dar. Der Strom-Druck-Umformer 7 ist über eine Luftleitung mit einem Luftleistungsverstärker 8 verbunden, der über einen Stellantrieb ein Stellglied 36 ansteuert. Das Stellglied 36 weist eine mechanische Verbindung zur Wegmeßeinrichtung 3 auf.a displacement measuring device 3 ν an auxiliary voltage rectification 4 паеhschaltet. Zwe ... supply voltage terminals 25 and 26 of the AC voltage generator 1 are fed to a Zener diode of an input circuit 6, which is connected in series with a signal resistor 11. This series connection is a voltage divider with the resistors 12 and 13 connected in parallel and connected together with the series circuit to the input terminals 27 and 28. The tap 29 of the voltage divider is connected to the one output 14 of the compensation circuit 2, while its other output 15 is connected to the one output 16 of the distance measuring device 3. The output 17 of the auxiliary voltage rectifier 4 is connected to the positive supply voltage terminal 20 of the operational amplifier 31 and via a circuit resistor 18 to the inverting input 21 of the operational amplifier 3I. The output 35 of the operational amplifier 3I is connected to the one input 22 of a current-to-pressure converter 7 and via a circuit resistor 34 to the inverting input 21 of the operational amplifier 31. Between the inverting input 21 and an internal reference potential 32 is a snubber resistor 33. The other input 23 of the current-to-pressure converter 7 is connected to the negative power supply terminal 24 of the operational amplifier 3I. The operational amplifier 31 provides an electrometer amplifier 5 in conjunction with the snubber resistors 33 and 34 The current-pressure converter 7 is connected via an air line with an air power amplifier 8, which controls an actuator 36 via an actuator. The actuator 36 has a mechanical connection to the position measuring device 3.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bildet bei Anliegen eines Signalstromes Ig an den Eingangsklemmen 27 und 28 der Eingangsschaltung 6 in bekannter Weise die Differenz zwischen Eingangsgröße und ausgangsproportionaler ßückführgröße. Dazu steuert der Ausgangsstrom Ід des Operationsverstärkers 3I überWhen a signal current Ig is present at the input terminals 27 and 28 of the input circuit 6, the circuit arrangement according to the invention forms the difference between the input quantity and the output-proportional feedback quantity in a known manner. For this purpose, the output current І д of the operational amplifier 3I over
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den Strom-Druck-Umformer 7 und den Luftleistungsverstärker 8 den Stellantrieb 9 so, daß die mittels Stellantrieb 9 und Wegmeßeinrichtung 3 erzeugte Rückführspannung UR der eingangsseitig erzeugten Signalspannung Ug entspricht.the current-pressure converter 7 and the air power amplifier 8, the actuator 9 so that the feedback voltage U R generated by means of actuator 9 and measuring device 3 corresponds to the signal generated on the input side Ug.
Fließt ein Signals brom Ig über die Eingangsklemmen 27 und 28 in die Bingangssohaltung 6, so entsteht am Signalwiderstand 11 die Signalspannung Ug und an der Z-Diode 10 die Z-Diodenspannung Uz, die auch zur Speisung des Weohselspaimungsgenerators dient. Durch die Widerstände 12 und 13 des Spannungsteilers entsteht· die korrigierte Signalspaanung Us f. Damit wird den durch die Z-i)iodenspammngsschwankungen bedingten nachteiligen Änderungen des Übertragungsfaktors der Wegmeßeinrichtung 3 entgegengewirkt. Die durch den Wechselspannungsgenerator 1 bedingten Schwankungen der Generatorausgangsspannung U« gehen ebenfalls in den Übertragungsfaktor der Wegmeßeinrichtung 3 ein. Diesem weiteren nachteiligen Effekt wird dadurch entgegengewirkt, daß eine in der Kompensationsschaltung 2 durch Gleichrichten der Generatorausgangsspaiinung U^ an den Ausgangsklemmen 14 und 15 gewonnene Kompensationsspannung UK, die in gleichem Maße wie die an den Ausgangsklemmen 16 und 17 gewonnene Rückführspannung UR der Wegmeßeinrichtung 3 schwankt, dieser entgegengeschaltet wird. Da sowohl die korrigierte Signalspannung Ug, die Kompensationsspannung TJg- und die Rückführspannung U« hochohmige Spannungsquellen darstellen, wird die Summen- bzw. Differenzbildung dieser Spannungen durch den Blektrometerverstärker 5 realisiert. Die dadurch bedingte sehr geringe Belastung der Spannungsquellen durch den Elektrometerverstärker 5 ermöglicht eine fehlerfreie Differenzbildung, Abweichend топ den an sich bekannten Blektrometerverstärkern ist der erfindungsgemäß ausgebildete durch zwei wesentliche Merkmale gekennzeichnet, die insbesondere den Bedingungen der Zweileitertechnik Rechnung tragen. So wird zum einen die positive Versorgungsspannung des Operationsverstärkers 31 mittels der Hilfsspannungsgleichrichtung 4 aus der Genaratorausgangsspannung XJq gewonnen und zum anderen die Ausgangsspannung des Blektromaterverstärkers 3I auf die negative Betriebsspannung bezogen. Dadurch wird in vorteilhafter WeiseIf a signal brom Ig flows via the input terminals 27 and 28 into the Bingangssohaltung 6, the signal resistor Ug is formed at the signal resistor 11 and at the Zener diode 10, the Z diode voltage U z , which also serves to feed the Weohselspaimungsgenerators. By the resistors 12 and 13 of the voltage divider arises · the corrected Signalspaanung U s f . This counteracts the disadvantageous changes in the transmission factor of the displacement measuring device 3 caused by the fluctuations in the oscillation. The conditional by the AC voltage generator 1 fluctuations of the generator output voltage U «are also in the transmission factor of the distance measuring device 3 a. This further disadvantageous effect is counteracted by the fact that a compensation voltage U K obtained in the compensation circuit 2 by rectifying the generator output signal U 1 at the output terminals 14 and 15, to the same extent as the return voltage U R of the position measuring device 3 obtained at the output terminals 16 and 17 fluctuates, this is countered. Since both the corrected signal voltage Ug, the compensation voltage TJg and the return voltage U "represent high-impedance voltage sources, the sum or difference formation of these voltages is realized by the gun amplifier 5. The resulting very low load on the voltage sources through the electrometer amplifier 5 allows error-free subtraction, Notwithstanding the known per se, the inventively designed Blektrometerverstärkern is characterized by two essential features that bear particular the conditions of the two-wire technology. Thus, on the one hand, the positive supply voltage of the operational amplifier 31 is obtained by means of the auxiliary voltage rectification 4 from the Genaratorausgangsspannung XJq and on the other hand, the output voltage of the Blektromaterverstärkers 3I based on the negative operating voltage. This will be done in an advantageous manner
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die Belastung des Wechselspannungsgenerators 1 nahezu konstant gehalten, wodurch die Generatorausgangsspannung Uq von der Aussteuerung des Elektrometerverstärkers 5 weitgehend unbeeinflußt bleibt* Bin ebenfalls noch der erfindungsgemäßen Ausbildung des Elektrometerverstärkers 5 zuzurechnendes Merkmal besteht in der Aufschaltung der Hilfsspannungsschwanlmngen über den Beschaltungswiderstand 18 auf den invertierenden Eingang 21 des Operationsverstärkers 31, was eine Verringerung des Einflusses der Z-Spannungsschwankung bei Änderung der Verstärkung, des Operationsverstärkers 31 auf die Gesamtübertragungskennlinie zur Folge hat.The load of the AC generator 1 kept almost constant, whereby the generator output voltage Uq remains largely unaffected by the modulation of the electrometer 5 * Bin also still the inventive design of the electrometer amplifier 5 attributable feature consists in the connection of the auxiliary voltage Schwanlmngen on the Beschaltungswiderstand 18 to the inverting input 21 of Operational amplifier 31, which has a reduction of the influence of the Z-voltage fluctuation when changing the gain of the operational amplifier 31 to the overall transfer characteristic result.
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