DE102006018219A1

DE102006018219A1 - Mit einem Regler versehenes Stetigventil, insbesondere Proportionalventil

Info

Publication number: DE102006018219A1
Application number: DE200610018219
Authority: DE
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2006-04-19
Filing date: 2006-04-19
Publication date: 2007-10-25

Abstract

Es wird ein mit einem Regler (10) versehenes Stetigventil (16), insbesondere ein Proportionalventil, zur Regelung einer durch die Ventilstellung vorgebbaren Zustandsgröße vorgeschlagen, wobei die Reglereigenschaften durch Reglerparameter vorgebbar sind. In einer Speichereinrichtung (19) sind mehrere Kombinationen von Reglerparameter-Werten gespeichert und können durch eine Auswahleinrichtung (20) selektiv für den Regler (10) vorgegeben werden. Dadurch können die Reglereigenschaften ohne Programmierkenntnisse für den jeweiligen Anwendungsfall oder für das gewünschte Reglerverhalten optimiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein mit einem Regler versehenes Stetigventil, insbesondere Proportionalventil, zur Regelung einer durch die Ventilstellung vorgebbaren Zustandsgröße, wobei die Reglereigenschaften durch Reglerparameter vorgebbar sind.
Bei einem Regler gibt es verschiedene Möglichkeiten der Einstellung des Regelverhaltens. So kann die Regelabweichung integral (I-Anteil) oder proportional (P-Anteil) oder differenziell (D-Anteil) beeinflusst werden. Kombinationen können variabel vorgegeben werden, je nachdem, welche Wertvorgaben für das Regelergebnis bestehen und wie der Regelkreis beschaffen ist. Der Regler kann weiterhin als Kaskadenregler mit unterlagerten Regelkreisen, als Zustandsregler und dergleichen ausgebildet sein.
Aus der DE 3838353 C2 ist es bekannt, einen Regelverstärker zum Ansteuern von fluidtechnischen Ventilen mittels eines programmierbaren Bausteins zu programmieren, indem verstär ker- und ventilspezifische Daten geladen werden. Die Programmierung eines Reglers erfordert jedoch fachspezifische Kenntnisse und kann üblicherweise nur durch Spezialisten ausgeführt werden. Darüber hinaus ist eine solche Programmierung aufwendig und kompliziert.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe ein Regler ohne besondere Vorkenntnisse variabel für eine vorgegebene Aufgabe optimiert eingestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in einer Speichereinrichtung mehrere Kombinationen von Reglerparameter-Werten gespeichert und durch eine Auswahleinrichtung selektiv für den Regler vorgebbar sind.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung bestehen insbesondere darin, dass keinerlei Programmierkenntnisse erforderlich sind, um eine optimale Einstellung für den Regler beziehungsweise Anpassung an Gegebenheiten des jeweiligen Reglerkreises vorzunehmen. Lediglich durch Betätigung der Auswahleinrichtung können verschiedene Reglereigenschaften, die bereits fest programmiert sind, wahlweise vorgegeben werden, wobei dann diejenige Einstellung ausgewählt werden kann, die zum besten Regelergebnis führt. Wenn sich der Regelkreis oder die Vorgaben für das Regelergebnis ändern, so kann durch weitere Betätigung der Auswahleinrichtung wieder auf einfache Weise eine optimale Einstellung gefunden werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des mit einem Regler versehenen Stetigventils möglich.
Die zu regelnde Zustandsgröße kann beispielsweise ein Druck, ein Durchfluss oder die Position eines fluidischen Aktors sein. Hierzu ist zweckmäßigerweise eine Sensoranordnung zur Erfassung des Istwerts der jeweiligen Zustandsgröße vorgesehen.
Vorgebbare Reglerparameter-Werte sind beispielsweise P-Werte, I-Werte, D-Werte, Verstärkungsfaktoren, Gewichtungsfaktoren und/oder entsprechende Werte von unterlagerten Regelkreisen.
Die Auswahleinrichtung weist zweckmäßigerweise manuelle Bedienungselemente und eine optische und/oder akustische Anzeigevorrichtung auf. In einer bevorzugten Ausführung kann jeder auswählbaren Kombination ein Anzeigeelement zugeordnet sein, insbesondere eine LED, um die jeweilige Einstellung ablesen beziehungsweise erkennen zu können. Dabei dient vorzugsweise wenigstens eine Bedienungstaste zur Umschaltung oder zur Weiterschaltung zwischen den gespeicherten Kombinationen. Alter nativ hierzu kann auch ein Display, z. B. ein LCD-Display, als Anzeigevorrichtung verwendet werden.
Der Regler ist zweckmäßigerweise zusammen mit der Speichereinrichtung in einem Elektronikmodul angeordnet, das am oder im Stetigventil angeordnet ist. In einer bevorzugten Ausführung ist die Auswahleinrichtung dabei am Elektronikmodul oder Stetigventil und/oder an einer vom Stetigventil entfernten Anordnung vorgesehen, die mit dem Elektronikmodul über Steuerleitungen, insbesondere Busleitungen, oder drahtlos verbunden ist. Dadurch kann die Auswahl zwischen den verschiedenen gespeicherten Kombinationen direkt am Stetigventil oder ferngesteuert erfolgen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild eines Regelkreises zur Regelung eines Drucks P als Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine Seitenansicht einer modulartig aufgebauten Ventilanordnung und
3 eine Draufsicht auf das Elektronikmodul mit Bedienungs- und Anzeigeelementen.
Bei dem in 1 als Blockschaltbild dargestellten Ausführungsbeispiel besteht ein Regelkreis aus einem als PID-Regler ausgebildeten Regler 10, der ein P-Glied 11 (Proportionalglied), ein I-Glied 12 (Integralglied) und ein D-Glied 13 (Differenzierglied) enthält, um die P-, I- und D-Eigenschaften des Reglers vorzugeben. Die Ausgänge der drei Glieder 11–13 sind in einem Summenglied 14 zusammengeführt, das den Reglerausgang bildet, der auf einen Ventilantrieb 15 eines Stetigventils 16 einwirkt. Als Ventilantrieb 15 dient beispielsweise ein elektrisch steuerbarer Proportionalmagnet, ein Linearmotor, ein Schrittmotor, ein Torque-Motor, ein Piezoantrieb und dergleichen. Das Stetigventil 16 bildet zusammen mit dem Ventilantrieb 15 beispielsweise ein Proportionalventil, ein Servoventil, ein Schaltventil mit Membran, ein Vorsteuerventil oder ein anderes bekanntes Stetigventil.
Der am Ausgang des Stetigventils 16 anliegende fluidische Druck P wird mittels eines Drucksensors 17 gemessen und als elektrischer Istwert Pi einem Summenglied 18 zugeführt, an den auch ein Druck-Sollwert Ps angelegt ist. Die Regelabweichung, also die Differenz zwischen Ps und Pi, wird dem Eingang des Reglers 10 zugeführt.
Der Druck-Sollwert Ps und der Druck-Istwert Pi können als digitale Größen vorgegeben werden, wozu entsprechende Analog-/Digital-Wandler vorgesehen sein können. Bei einem digitalen Regler 10 kann jedoch auch die Regelabweichung als analoge Größe, z. B. über einen Analog-/Digital-Wandler dem Regler 10 zugeführt werden.
In einer elektronischen Speichereinrichtung 19 sind Kombinationen von Reglerparameter-Werten gespeichert, also im Ausführungsbeispiel Kombinationen von P-Werten, I-Werten und D-Werten. Mittels einer mit der Speichereinrichtung 19 verbundenen elektronischen Auswahleinrichtung 20 können alternativ dem Regler 10 die verschiedenen gespeicherten Reglerparameter beziehungsweise Reglerparameter-Werte vorgegeben werden, um das Reglerverhalten variabel ohne Programmierkenntnisse einstellen zu können. Die Auswahl kann mittels manueller Bedienelemente an der Auswahleinrichtung 20 vorgenommen werden, wie dies im Zusammenhang mit 3 noch näher erläutert wird, oder die Auswahl kann ferngesteuert von einer räumlich entfernten Anordnung aus, beispielsweise einer Zentralsteuerung, vorgenommen werden. Hierzu ist diese räumlich entfernte Anordnung über eine Steuerleitungsanordnung 21 mit der Auswahleinrichtung 20 verbunden. Dabei kann es sich um Einzelleitungen oder Busleitungen handeln. Die ankommenden Steuersignale werden dann in der Auswahleinrichtung 20, die beispielsweise einen Mikrocontroller enthält, verarbeitet, wobei entsprechend die gespeicherten Kombinationen von Reglerparameter-Werten alternativ dem Regler 10 zugeführt werden.
Die Fernsteuerung der Auswahleinrichtung 20 kann auch drahtlos erfolgen, beispielsweise über Funksteuersignale, Infrarotsignale oder dergleichen.
Von der externen Anordnung aus kann auch der Druck-Sollwert Ps vorgegeben werden. Diese Vorgabe kann auch über die Auswahleinrichtung 20 erfolgen, wobei im Falle einer ferngesteuerten Auswahl die Auswahlsignale und der Druck-Sollwert Ps über die Steuerleitungsanordnung 21 beziehungsweise entsprechende Busleitungen vorgegeben werden können.
Anstelle der Ausbildung des Reglers 10 als PID-Regler sind selbstverständlich auch andere Ausbildungen möglich. So kann der Regler auch als P-Regler, I-Regler, PI-Regler, Kaskadenregler mit einem oder mehreren unterlagerten Regelkreisen, Zustandsregler und dergleichen ausgebildet sein. Entsprechend unterschiedlich können die Kombinationen und Reglerparameter-Werte sein. Bei einem Zustandsregler können beispielsweise verschiedene Verstärkungsfaktoren für die jeweilige Zustandsgröße und deren Ableitungen in verschiedenen Kombinationen als unterschiedliche Parametersätze vorgegeben werden. Bei einem Kaskadenregler können zusätzlich Reglerparameter für die unterlagerten Regelkreise als Kombinationen von Reglerparameter-Werten vorgegeben werden.
Der im Ausführungsbeispiel dargestellte Regelkreis dient zur Vorgabe eines fluidischen Drucks P. Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Zustandsgröße des fluidischen Drucks eingeschränkt, sondern umfasst Regelkreise auch für andere Zustandsgrößen, die über ein Stetigventil 16 vorgegeben beziehungsweise beeinflusst werden können. So kann der Regelkreis auch zur Vorgabe eines Durchflusses oder einer Position, beispielsweise der Position eines fluidischen Aktors, ausgebildet sein.
Die geometrische Gestalt der Gesamtanordnung ist in 2 in der Seitenansicht dargestellt. Beim modulartigen Aufbau ist ein das Stetigventil 16 enthaltendes Ventilmodul 22 neben einem den Ventilantrieb 15 enthaltenden Antriebsmodul 23 angeordnet. Ein Elektronikmodul 24, das die elektrischen und elektronischen Komponenten des Regelkreises einschließlich der Speichereinrichtung 19 und der Auswahleinrichtung 20 enthält, übergreift das Ventilmodul 22 und das Antriebsmodul 23. An dieses Elektronikmodul 24 ist die Steuerleitungsanordnung 21 angeschlossen. Ein derartiger modulartiger Aufbau eines geregelten Proportionalventils ist beispielsweise in der EP 1586777 A1 dargestellt und näher beschrieben.
In 3 ist die Oberseite des die Auswahleinrichtung 20 enthaltenden Elektronikmoduls 24 dargestellt. Fünf LED 25–29 dienen als optische Anzeigevorrichtung, während drei Bedientasten 30–32 die Bedienelemente für die Auswahleinrichtung 20 bilden. Die erste LED 25 (Po) dient als Anzeigeleuchte für das Vorhandensein der Betriebsspannung beziehungsweise den Einschaltzustand. Die LED 26 (E) dient als Error-Anzeige, um Störungen oder Fehlfunktionen anzuzeigen. Die drei LED 27–29 zeigen alternativ jeweils eingestellte Kombinationen von Reglerparameter-Werten an. Dabei zeigt die LED 27 eine Reglerparametereinstellung für eine langsame, jedoch sehr präzise Regelung und die LED 29 eine Reglerparametereinstellung für eine sehr schnelle Regelung an, während die LED 28 eine mittlere Einstellung wiedergibt. In Abhängigkeit der jeweils gewählten Einstellung leuchtet im Betrieb immer eine der drei LEDs 27–29. Soll eine andere Reglerparameterkombination beziehungsweise -einstellung vorgenommen werden, so wird die als Einstelltaste dienende Bedientaste 31 betätigt, worauf dann eine sequenzielle Durchschaltung der gespeicherten Kombinationen mittels der als Aufwärtstaste dienenden Bedientaste 30 oder der als Abwärtstaste dienenden Bedientaste 32 durchgeführt werden kann. Ist die gewünschte Einstellung er reicht, so erfolgt eine entsprechende Vorgabe für den Regler 10 durch Betätigung der mittleren Bedientaste 31.
Selbstverständlich ist die Zahl der Einstellkombinationen nicht auf die Zahl drei beschränkt, sondern kann je nach Kundenwunsch und gewünschter Variabilität größer oder kleiner sein. Es ist auch möglich, das Elektronikmodul 24 an spezielle Applikationswünsche oder geänderte Applikationswünsche anzupassen, indem neue Reglerparameterkombinationen einprogrammiert und gespeichert werden. Zwischen diesen kann dann wieder in der beschriebenen Weise ausgewählt werden. Die neuen Werte können prinzipiell auch über die Steuerleitungsanordnung 21 von der Ferne aus, beispielsweise über das Internet, eingespeichert beziehungsweise einprogrammiert werden.
Alternativ zu Leuchtdioden (LED) kann auch ein Display, beispielsweise ein LCD-Display vorgesehen sein, auf dem die jeweiligen Funktionen graphisch und/oder als Text dargestellt sind.
Alternativ oder zusätzlich zur optischen Anzeigevorrichtung durch LED oder andere optische Anzeigemittel kann auch eine akustische Anzeigevorrichtung vorgesehen sein. Beispielsweise kann eine sehr schnelle Signalfolge eine schnelle Regelung und eine sehr langsame Signalfolge eine langsamere und dafür präzisere Regelung wiedergeben. Zwischenkombinationen können entsprechend durch dazwischen liegende Signalfolgen wiedergegeben werden.

Claims

Mit einem Regler versehenes Stetigventil, insbesondere Proportionalventil, zur Regelung einer durch die Ventilstellung vorgebbaren Zustandsgröße, wobei die Reglereigenschaften durch Reglerparameter vorgebbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Speichereinrichtung (19) mehrere Kombinationen von Reglerparameter-Werten gespeichert und durch eine Auswahleinrichtung (20) selektiv für den Regler (10) vorgebbar sind.
Mit einem Regler versehenes Stetigventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsgröße ein Druck (P), ein Durchfluss oder die Position eines fluidischen Aktors ist.
Mit einem Regler versehenes Stetigventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sensoranordnung (17) zur Erfassung des Istwerts der jeweiligen Zustandsgröße (P) vorgesehen ist.
Mit einem Regler versehenes Stetigventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor gebbare Reglerparameter-Werte P-Werte, I-Werte, D-Werte, Verstärkungsfaktoren, Gewichtungsfaktoren und/oder entsprechende Werte von unterlagerten Regelkreisen sind.
Mit einem Regler versehenes Stetigventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahleinrichtung (20) manuelle Bedienungselemente (30–32) und eine optische und/oder akustische Anzeigevorrichtung (25–29) aufweist.
Mit einem Regler versehenes Stetigventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder auswählbaren Kombination von Reglerparameter-Werten ein Anzeigeelement als Anzeigevorrichtung (27–29) zugeordnet ist, insbesondere eine LED, oder dass die Anzeigevorrichtung als Display ausgebildet ist.
Mit einem Regler versehenes Stetigventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Bedienungstaste als manuelles Bedienungselement (30–32) zur Umschaltung oder zur Weiterschaltung zwischen den gespeicherten Kombinationen vorgesehen ist.
Mit einem Regler versehenes Stetigventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (10) zusammen mit der Speichereinrichtung (19) in ei nem Elektronikmodul (24) angeordnet ist, das am oder im Stetigventil (16; 22) angeordnet ist.
Mit einem Regler versehenes Stetigventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahleinrichtung (20) am oder im Elektronikmodul (24) oder Stetigventil (16; 22) und/oder an einer vom Stetigventil entfernten Anordnung vorgesehen ist, die mit dem Elektronikmodul (24) über Steuerleitungen (21), insbesondere Busleitungen, oder drahtlos verbunden ist.
Mit einem Regler versehenes Stetigventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahleinrichtung und/oder das Elektronikmodul (24) einen Mikrocontroller enthält.