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Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung und ein Regelungsverfahren.
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Bei der Regelung eines Prozesses wird in Abhängigkeit von einer Regelabweichung zwischen einer Führungsgröße (Sollwert) und einer Regelgröße (Istwert) über eine Stellgröße in den Prozess eingegriffen, um die Regelabweichung zu minimieren. Die Stellgröße wird von einem Regler aus der ihm zugeführten Regelabweichung erzeugt, wobei der Regler über ein Stellglied den Prozess steuert. Die Regelgröße kann von Störgrößen beeinflusst sein. Oft wird zwischen einer von dem Regler für die Stelleinrichtung erzeugten Steuergröße, und der Stellgröße unterschieden, mit der die Stelleinrichtung auf den Prozess (Regelstrecke) wirkt. Im Folgenden wird diese Unterscheidung nicht getroffen, d. h. Steuergröße und Stellgröße werden vereinfacht gleichgesetzt.
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In technischen Anlagen gibt es Anwendungen für Regelungen, bei denen die Regelgröße nicht exakt auf einem Sollwert, sondern nur innerhalb definierter Grenzen gehalten werden soll. Ein Beispiel hierfür ist die Pufferstandsregelung, bei der es sich um eine Füllstandsregelung für einen Pufferbehälter handelt, in dem der Füllstand nicht exakt, sondern innerhalb definierter Grenzen gehalten werden soll. Der Füllstand wird über ein Ventil als Stellglied im Ablauf geregelt. Der Zulauf stellt eine Störgröße dar. Solche Regelungen mit Regelgrößen-Totzone haben den Vorteil, dass innerhalb der Totzone keine Stellgliedaktivität stattfindet und dadurch der Energieverbrauch und Verschleiß des Stellglieds verringert werden kann.
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Zur Realisierung der Totzone ist es bekannt, dem Regler ein Regler-Totzonenglied vorzuschalten. Dies führt jedoch bisher meist zu einer Verschlechterung der Regelgüte, weil der exakte Sollwert nur mit einem von der Totzonenbreite abhängigen Offset erreicht wird.
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Um eine Verbesserung bei der Reduzierung von Stelleingriffen und ein günstigeres Regelverhalten zu erreichen, wird in der
EP 2 579 112 B1 eine Regeleinrichtung vorgeschlagen, bei der das dem Regler vorgeschaltete Regler-Totzonenglied deaktivierbar und wieder aktivierbar ist, wobei die dem Regler zugeführte Regelabweichung im aktiven Zustand des Regler-Totzonenglieds von der Regler-Totzone beeinflusst und im deaktiven Zustand unbeeinflusst ist. Wenn die Regelabweichung einen ersten Schwellenwert (der gleich der Totzonengrenze sein kann) überschreitet, wird das Totzonenglied deaktiviert und erst dann wieder aktiviert, wenn die Regelabweichung einen zweiten Schwellenwert, der kleiner als der erste Schwellenwert ist, unterschreitet. Bezüglich weiterer Ausgestaltungen und Vorteile des bekannten Totzonenglieds wird auf die
EP 2 579 112 B1 verwiesen.
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Ein Nachteil der Totzonen-Regelung besteht darin, dass Störgrößen schlechter ausgeregelt werden, weil die Regelgröße zuerst die Totzone verlassen muss, um die Regelung zu aktivieren und der Störgröße entgegenzuwirken.
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Abhilfe schafft gemäß der älteren Europäischen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen
EP16189313.6 eine Störgrößenaufschaltung, indem bei einer Pufferstandsregelung aus dem gemessenen Zulauf in den Pufferbehälter ein Korrekturwert (Hilfsstellgröße) erzeugt und der Stellgröße aufschaltet wird. Während innerhalb der Totzone die Regelung deaktiviert bleibt, nimmt eine Änderung der Störgröße direkten Einfluss auf die Stellgröße, so dass messbaren Störungen wesentlich schneller entgegengewirkt und so im besten Fall ein Verlassen der Totzone verhindert werden kann.
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Um zu vermeiden, dass viele kleine Änderungen oder ein Rauschen der Störgröße wieder zu entsprechend vielen Änderungen der Stellgröße führen, kann die aufgeschaltete Störgröße tiefpassgefiltert und so die Stellgliedaktivität reduziert werden. Da das Tiefpassfilter in der Störgrößenaufschaltung außerhalb des Rückführzweiges des Regelkreises liegt, hat es keine destabilisierende Wirkung auf den Regelkreis. Die Zeitkonstante des Tiefpassfilters muss so groß gewählt werden, dass sich Rauschen und kleine Schwankungen in der gefilterten Störgröße (bzw. der daraus erzeugten Hilfsstellgröße) nicht mehr bemerkbar machen. Ein großer Glättungsfaktor zieht jedoch auch eine große Verzögerung mit sich, was wiederum dazu führen kann, dass die beabsichtigte Wirkung der Störgrößenaufschaltung, nämlich eine schnelle Reaktion auf Störungen, abgeschwächt wird. Außerdem führt eine einmalige Änderung einer Störung zu einer zwar langsamen, aber länger andauernden Änderung des tiefpassgefilterten Störsignals, so dass sich daraus eine kontinuierliche Stellgliedaktivität ergibt.
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Gegenstand der Erfindung ist nun eine Regeleinrichtung für einen Prozess, die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einer Regelabweichung zwischen einer Führungsgröße und einer von einer Störgröße beeinflussten Regelgröße über eine Stellgröße in den Prozess einzuwirken,
- - mit einem Regler, der die Stellgröße aus der ihm zugeführten Regelabweichung erzeugt,
- - mit einem dem Regler vorgeschalteten und durch eine Steuereinrichtung aktivier- und deaktivierbaren Regler-Totzonenglied, in dessen aktivem Zustand die über das Regler-Totzonenglied geführte Regelabweichung von einer Regler-Totzone beeinflusst und im inaktiven Zustand unbeeinflusst ist, und das deaktiviert wird, wenn die Regelabweichung einen ersten Schwellenwert überschreitet, und wieder aktiviert wird, wenn die Regelabweichung einen zweiten Schwellenwert, der kleiner als der erste Schwellenwert ist, unterschreitet, und
- - mit einem ein Tiefpassfilter und ein diesem nachgeordnetes Störgrößen-Totzonenglied enthaltenden Aufschaltglied, das aus der Störgröße eine Hilfsstellgröße erzeugt und diese auf die Stellgröße aufschaltet.
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Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Regelungsverfahren für einen Prozess, um eine von einer Störgröße beeinflusste Regelgröße mit einer zulässigen Schwankungsbreite auf eine Führungsgröße zu regeln, wobei
- - ein Regler aus der ihm zugeführten Regelabweichung eine Stellgröße erzeugt,
- - ein dem Regler vorgeschaltetes und eine Regler-Totzone zur Festlegung der zulässigen Schwankungsbreite aufweisendes Regler-Totzonenglied deaktiviert wird, wenn die Regelabweichung einen ersten Schwellenwert überschreitet, wobei in dem deaktivierten Zustand die dem Regler geführte Regelabweichung von der Regler-Totzone unbeeinflusst ist, und das Regler-Totzonenglied wieder aktiviert wird, wenn die Regelabweichung einen zweiten Schwellenwert, der kleiner als der erste Schwellenwert ist, unterschreitet, wobei in dem aktivierten Zustand die dem Regler geführte Regelabweichung von der Regler-Totzone beeinflusst ist, und
- - die Störgröße gemessen und über ein Tiefpassfilter und ein diesem nachgeordnetes Störgrößen-Totzonenglied als Hilfsstellgröße auf die Stellgröße aufgeschaltet wird.
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Statt die Störgröße (genauer: das Störgrößen-Messsignal) lediglich mit Hilfe eines Tiefpassfilters mit vergleichsweise großer Zeitkonstante zu glätten, wird eine Kombination aus dem Tiefpassfilter und einer eigenen Totzone für die Störgröße vorgeschlagen, wodurch die Zeitkonstante des Tiefpassfilters wesentlich kleiner sein kann. Durch die kleinere Zeitkonstante verringert sich sowohl die Filterwirkung als auch die Zeitverzögerung. Die Störgröße schwankt zwar nach der Tiefpassfilterung weiterhin, jedoch weniger stark als vorher. Die Störgrößen-Totzone hält nun den Wert der Störgrößenaufschaltung konstant, solange die Schwankung der gefilterten Störgröße innerhalb der definierten Grenzen der Totzone stattfindet. Bei entsprechender Parametrierung des Tiefpassfilters und der Störgrößen-Totzone trifft dies für das Rauschen und kleine Schwankungen der Störgröße im Normalbetrieb zu, so dass eine im Mittel konstante Störgröße keine Stellgliedaktivität verursacht. Die Zeitkonstante des Tiefpassfilters sollte dabei so klein gewählt sein, dass eine deutliche Änderung der Störgröße vergleichsweise schnell die Totzone überschreitet und damit in der Störgrößenaufschaltung zur Wirkung kommt.
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Da in den allermeisten Fällen die Störgröße im Mittel größer als Null ist bzw. einen von Null verschiedenen Trend aufweist, muss die Lage der Störgrößen-Totzone entsprechend nachgeführt werden. Dies kann durch eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Störgrößen-Totzonenglieds erfolgen, die die aktuelle Lage der Störgrößen-Totzone mit der tiefpassgefilterten Störgröße auf Abweichung vergleicht und auf den aktuellen Wert der tiefpassgefilterten Störgröße ändert, wenn die Abweichung ein vorgegebenes Maß übersteigt. Im einfachsten Fall erfolgt dies z. B. dadurch, dass die Lage der Störgrößen-Totzone um den Betrag der halben Totzonenbreite geändert wird, wenn die tiefpassgefilterte Störgröße die Totzone verlässt, so dass der zu diesem Zeitpunkt aktuelle Wert der Störgröße in der Mitte der geänderten Totzone liegt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Steuereinrichtungen beider Totzonenglieder miteinander gekoppelt, wobei auch das Störgrößen-Totzonenglied durch seine Steuereinrichtung aktivierbar und deaktivierbar ist und für temporär deaktiviert wird, wenn die Regelabweichung die Regler-Totzone verlässt. Verlässt die Regelgröße die Regler-Totzone, wird die Regelung aktiv. Da zu diesem Zeitpunkt eine erhöhte Stellgliedaktivität unvermeidbar ist, kann die Totzone der Störgröße vorübergehend deaktiviert werden. In vorteilhafter Weise können beide Totzonen temporär deaktiviert werden, bis die Regelabweichung sehr klein ist. Durch die Kopplung der Störgrößen-Totzone an die Regler-Totzone kann die Regelgröße schneller wieder zum Sollwert zurückgeführt und der Stellwert schneller wieder in den konstanten Betrieb gebracht werden.
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Überschreitet die Störgröße ihre Totzone, so kann die Regler-Totzone ebenfalls temporär deaktiviert werden. Einerseits kann so dem Verlassen der Regler-Totzone vorgebeugt werden, indem die Regelgröße präventiv in die Nähe des Sollwertes zurückgeführt wird. Generell ergeben sich dadurch allerdings auch häufiger Änderungen der Stellgröße. Eine Kopplung der Regler-Totzone an die Störgrößen-Totzone kann in bestimmten Fällen Sinn ergeben, führt jedoch allgemein zu mehr Stellgliedaktivität.
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Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung kann in vorteilhafter weise Bestandteil einer Pufferstandsregelung sein, bei der der in einem Pufferspeicher gemessene Füllstand als die Regelgröße, der gemessene Zulauf in den Pufferspeicher als die Störgröße und der Ablauf aus dem Pufferspeicher als die zu stellende Größe herangezogen werden.
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Eine weitere vorteilhafte Applikation ist z. B. die pH-Wert-Regelung eines Mediums in einem Behälter durch dosierte Zufuhr eines Neutralisationsmittels, wobei der im Ablauf des Behälters gemessene pH-Wert als Regelgröße y, der im Zulauf gemessene pH-Wert als die Störgröße und die Dosierung des zugeführten Neutralisationsmittels als die zu stellende Größe herangezogen werden.
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Weitere Applikationen sind z. B.:
- - Die Temperatur-Regelung in einem Rührkesselreaktor mit einem Heiz-/Kühlmantel, wobei zur Temperierung entweder Heißdampf oder Kühlwasser zugeführt wird. Regelgröße ist die Temperatur im Inneren des Rührkesselreaktor und im Falle einer Kaskadenregelung die Temperatur des Heiz-/ Kühlmantels. Störgrößen sind die Zulaufmengen der dem Reaktor zugeführten Haupt-Edukte.
- - Die Regelung von Produktfeuchte und Produkttemperatur über die Verstellung von Heißluftmenge und Temperatur in einem Wirbelschichttrockner. Messbare Störgrößen sind hier die Feuchte und der Durchfluss des zu trocknenden Rohstoffes sowie ggf. die Luftfeuchtigkeit der angesaugten Frischluft. Totzonen für die Temperatur und Feuchte sind hier üblich, weil sie mit einem vorgegebenen Spezifikationsbereich für die Produktqualität korrespondieren.
- - Die Temperaturregelung an Kopf und Sumpf einer Destillationskolonne über die Vorgabe von Sollwerten für unterlagerte Durchflussregler für Heizdampf und Rücklauf. Störgröße ist die Zulaufmenge in die Kolonne. Totzonen für die Temperatur sind hier üblich, weil sie mit einem Spezifikationsbereich für die Produktqualität (z. B. einem Alkoholgehalt von 39-41% beim Brennen von Schnaps) korrespondieren.
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Das Regelungsverfahren, welches mit der Regeleinrichtung durchgeführt werden kann, ist bevorzugt in Software oder einer Kombination von Soft-/Hardware implementiert, so dass die Erfindung auch ein Computerprogramm mit durch einen Computer ausführbaren Programmcodeanweisungen zur Implementierung des Verfahrens betrifft. In diesem Zusammenhang betrifft die Erfindung auch ein Computerprogrammprodukt, insbesondere einen Datenträger oder ein Speichermedium, mit einem durch einen Computer ausführbaren derartigen Computerprogramm. Ein solches Computerprogramm ist bevorzugt Bestandteil eines Automatisierungsgeräts, durch welches die Regeleinrichtung realisiert ist, oder wird in einem Speicher des Automatisierungsgeräts vorgehalten oder ist in diesen Speicher ladbar, so dass beim Betrieb des Automatisierungsgeräts dieses das Verfahren zur Regelung des Füllstands in einem Pufferspeicher automatisch ausführt.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Beispielen erläutert, wozu auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen wird; im Einzelnen zeigen:
- 1 eine Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung,
- 2 eine Beispiel für Anpassung der Lage der Störgrößen-Totzone in Bezug auf Störgrößenänderungen,
- 3 ein Beispiel für die erfindungsgemäße Regeleinrichtung als Bestandteil einer Pufferstandsregelung.
- 4 eine Beispiel für Anpassung der Lage der Störgrößen-Totzone in Bezug auf Störgrößenänderungen,
- 5 ein Beispiel für die erfindungsgemäße Regeleinrichtung als Bestandteil einer pH-Wert-Regelung,
- 6 ein Beispiel für die erfindungsgemäße Regeleinrichtung als Bestandteil einer Temperatur-Regelung eines Rührkesselreaktors.
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1 zeigt das Blockschaltbild einer Regeleinrichtung 1 zur Regelung einer Regelgröße y in einem Prozess 2. Der aktuelle Wert (Istwert) der Regelgröße y wird mit einer Führungsgröße (Sollwert) w verglichen. Eine als Differenz zwischen der Führungsgröße w und den Istwerten der Regelgröße y berechnete Regelabweichung e wird über ein Regler-Totzonenglied 3 einem Regler 4 zugeführt, der aus der Regelabweichung e eine Stellgröße u erzeugt und mit dieser über ein Stellglied 5 den Prozess 2 steuert. Die Regelgröße y wird von einer hier messbaren Störgröße d beeinflusst, die auf den Prozess wirkt.
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Das Regler-Totzonenglied
3 ist entsprechend dem aus der eingangs genannten
EP 2 579 112 B1 bekannten Totzonenglied ausgebildet und durch Parametrierung auf eine zulässige Schwankungsbreite der Regelgröße y eingestellt. Das heißt, die Regelgröße y soll nicht exakt auf den Sollwert w geregelt, sondern nur innerhalb definierter Grenzen gehalten werden. Das Regler-Totzonenglied
3 ist, wie in der
EP 2 579 112 B1 beschrieben, mit einer Steuereinrichtung
6 zu seiner automatischen Aktivierung und Deaktivierung versehen, wobei die dem Regler
4 zugeführte Regelabweichung e im aktiven Zustand des Regler-Totzonenglieds
3 von der Regler-Totzone beeinflusst und im deaktiven Zustand unbeeinflusst ist. Das Regler-Totzonenglied
3 wird von der Steuereinrichtung
6 automatisch deaktiviert, wenn die Regelabweichung e einen ersten Schwellenwert überschreitet, und wieder aktiviert, wenn die Regelabweichung e einen zweiten Schwellenwert, der kleiner als der erste Schwellenwert ist, unterschreitet.
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Aufgrund der Totzonen-Regelung werden Änderungen der Störgröße d schlechter ausgeregelt, weil die Regelgröße y zuerst die Regelgrößen-Totzone bzw. die Regelabweichung e die Regler-Totzone verlassen muss, um die Regelung zu aktivieren und der Störgröße d entgegenzuwirken. Daher wird in einem Aufschaltglied 7 das aus der gemessenen Störgröße d eine Hilfsstellgröße u* erzeugt und auf die Stellgröße u aufschaltet. Dies kann über eine interne Störgrößenaufschaltung des Reglers 4 oder, wie hier gezeigt, in einem dem Regler 4 nachgeschalteten Summierglied 8 erfolgen. Unter dem hier gezeigten Regler 4 ist insbesondere die eigentliche Regelfunktion, z. B. P-Regelfunktion oder PI-Regelfunktion zu verstehen. In einer breiteren Sichtweise umfasst ein Regler alle Funktionen, die dazu beitragen, aus der Regelabweichung e die Stellgröße u zu erzeugen, und somit z. B. auch die Regler-Totzone oder eine Stellgrößenbeschränkung. Die Additionsstelle 8 muss dann im Hinblick auf die Anti-Windup-Logik des Reglers vor der Stellgrößenbeschränkung liegen, damit die Gesamtstellgröße u - u* korrekt begrenzt wird und der Regelalgorithmus das Erreichen der Grenzen erkennt. Das Aufschaltglied 7 enthält ein Korrekturglied 9, ein Tiefpassfilter 10 und ein diesem nachgeschaltetes Störgrößen-Totzonenglied 11.
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Das Korrekturglied 9 dient zur Berücksichtigung einer möglichen Nichtlinearität des Einflusses der Störgröße d auf die Regelgröße y. Die Korrektur kann über eine empirisch vorbestimmte Kennlinie erfolgen, wozu z. B. verschiedene Störgrößenwerte eingestellt und dazu die jeweiligen Stellgrößenwerte (einschließlich aufgeschalteter Hilfsstellgröße) ermittelt werden, die erforderlich sind, um die Regelgröße mit den jeweils eingestellten Störgrößenwerten einigermaßen konstant zu halten.
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Das Tiefpassfilter 10 dient zur Glättung der ggf. korrigierten Störgröße d, so dass sich Rauschen und kleine Schwankungen in der gefilterten Störgröße d* nicht mehr bemerkbar machen.
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Das Störgrößen-Totzonenglied 11 dient dazu, den Wert der Störgrößenaufschaltung konstant zu halten, solange das Rauschen und die Schwankungen der gefilterten Störgröße d* innerhalb der Grenzen der Störgrößen-Totzone stattfinden. Die Zeitkonstante des Tiefpassfilters 10 kann daher vergleichsweise klein gewählt werden, um die mit der Tiefpassfilterung einhergehende Zeitverzögerung und daraus folgende Verlangsamung der Reaktion der Störgrößenaufschaltung auf Störungen zu verringern. Während also Rauschen und kleine Schwankungen der Störgröße d im Normalbetrieb innerhalb der Störgrößen-Totzone stattfinden, so dass der Wert der Störgrößenaufschaltung konstant bleibt, führt eine deutliche Änderung der Störgröße d vergleichsweise schnell zu einem Überschreiten der Störgrößen-Totzone und wird in der Störgrößenaufschaltung wirksam.
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Bei größeren Änderungen der Störgröße d wird die Lage der Störgrößen-Totzone entsprechend nachgeführt, damit die Störgröße d im Mittel innerhalb der Störgrößen-Totzone liegt. Dazu wird das Störgrößen-Totzonenglied 11 von einer weiteren Steuereinrichtung 12 gesteuert, die die aktuelle Lage, z. B. die Mitte, der Störgrößen-Totzone mit der tiefpassgefilterten Störgröße d* vergleicht und auf deren aktuellen Wert ändert, wenn die Abweichung ein vorgegebenes Maß übersteigt.
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2 zeigt ein Beispiel für die Lageanpassung der Störgrößen-Totzone an die Störgröße in vereinfachter Form eines Signalflussplans in der graphischen Programmiersprache CFC (Continuous Function Chart). In einen Addierer 13 wird ein der halben Breite der Störgrößen-Totzone entsprechender Wert Δ einem gespeicherten und aktuell als die Hilfsstellgröße u* ausgegebenen Wert der tiefpassgefilterten Störgröße d* hinzuaddiert und in einem Subtrahierer 14 von der Hilfsstellgröße u* subtrahiert. Die so gebildete Summe u* + Δ die obere Grenze und die Differenz u* - Δ die untere Grenze der aktuellen Störgrößen-Totzone. In einem Vergleicher 15 wird die tiefpassgefilterte Störgröße d* mit jeder der beiden Totzonengrenzen u* + Δ und u* - Δ verglichen. Für die beiden Vergleiche erzeugt der Vergleicher 15 zwei Ausgangssignale H und L, die beide den logischen Wert „0“ haben, wenn die tiefpassgefilterten Störgröße d* innerhalb der aktuellen Störgrößen-Totzone liegt, und jeweils den logischen Wert „1“ annehmen, wenn die tiefpassgefilterten Störgröße d* die betreffende Grenze überschreitet (z. B. die untere Grenze nach unten überschreitet). Ein ODER-Glied 16 erzeugt ein Steuersignal St mit dem Wert „1“, sobald eine der beiden Totzonengrenzen überschritten wird, und steuert damit einen Auswahlglied 17, das im Falle einer Grenzüberschreitung den bis dahin ausgegebenen Wert der Hilfsstellgröße u* durch den aktuellen Wert der tiefpassgefilterten Störgröße d* ersetzt.
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Zurück zu 1 sind die Steuereinrichtungen 6, 12 der beiden Totzonenglieder 3, 11 miteinander gekoppelt (Kopplung 18), so dass sie sich gegenseitig steuern können. Wenn die Regelgröße e die Regler-Totzone verlässt, wird die Regelung aktiv, so dass eine erhöhte Stellgliedaktivität stattfindet. ist. Daher deaktiviert die weitere Steuereinheit 11 in diesem Fall die Störgrößen-Totzone vorübergehend. Weiterhin können beide Totzonen temporär deaktiviert werden, bis die Regelabweichung e sehr klein ist. Durch die Kopplung der Störgrößen-Totzone an die Regler-Totzone kann somit die Regelgröße y schneller wieder zum Sollwert w zurückgeführt und der Wert der Stellgröße u - u* schneller wieder in den konstanten Betrieb gebracht werden.
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In bestimmten Fällen kann umgekehrt auch die Regler-Totzone temporär deaktiviert werden, wenn die Störgröße d* ihre Totzone überschreitet, um die Regelgröße y vorbeugend in die Nähe des Sollwertes w zurückzuführen und zu vermeiden, dass die Regelabweichung e die Regler-Totzone verlässt.
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3 zeigt die Regeleinrichtung 1 als Bestandteil einer Pufferstandsregelung, bei der ein Behälter (z. B. Tank) in einer nicht weiter dargestellten Anlage als Pufferbehälter 19 dient, um in einem Ablauf 20 trotz schwankendem Durchfluss in einem Zulauf 21 eine möglichst gleichmäßige Ablaufmenge zu realisieren. Die Füllmenge des Behälters 19 soll dazu beispielsweise zwischen 40% und 60% Befüllung gehalten werden. Zur Regelung des Füllstands als Regelgröße y werden dessen aktuelle Werte mittels eines Füllstands-Messumformers 22 erfasst und in der Regeleinrichtung 1 mit einem vorgegebenen Füllstands-Sollwert w, beispielsweise 50% Befüllung, verglichen. Weiterhin wird mittels eines Durchfluss-Messumformers 23 der Behälterzulauf gemessen und für die Störgrößenaufschaltung in der Regeleinrichtung 1 verwendet. Über ein das Stellglied 5 bildendes Regelventil 24 wird der Volumenstrom im Ablauf 20 eingestellt.
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4 zeigt beispielhaft die Verläufe des Füllstands als Regelgröße y, des Füllstands-Sollwertes w, des rauschbehafteten Behälterzuflusses als Störgröße d und der Stellung des Regelventils 24 bzw. der Stellgröße u - u* über die Zeit t. Die Regelung erfolgt mit eine Regler-Totzone von +/- 15% um den Sollwert w und der erfindungsgemäßen Störgrößenaufschaltung mit einer Störgrößen-Totzone von +/- 7% um den aktuell gespeicherten Wert der Störgrößenaufschaltung. Es ist zu erkennen, dass bei einem Störgrößen-Sprung (bei konstantem Sollwert w) die Ventilstellung über lange Zeitabschnitte sehr konstant bleibt. Dem Sprung der Störgröße (Position A) folgt das Ventil 24 schnell und der Füllstand y bleibt innerhalb der Regler-Totzone von +/- 15%. Die Ventilstellung bleibt vorerst konstant, wird kurze Zeit später (Position B) allerdings nochmal angepasst, weil die Störgröße d die Grenze der Störgrößen-Totzone überschreitet.
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5 zeigt die Regeleinrichtung 1 als Bestandteil einer pH-Wert-Regelung eines Mediums in einem Behälter 25 durch dosierte Zufuhr eines Neutralisationsmittels 26 aus einem Vorratsbehälter 27. Der im Ablauf 28 des Behälters mittels einer Messsonde 29 gemessene pH-Wert bildet die Regelgröße y. Störgröße d ist der ebenfalls mittels einer Messsonde 30 gemessene pH-Wert im Zulauf 31. Das Stellglied 5 ist ein Regelventil 32 zur Dosierung des zugeführten Neutralisationsmittels 26. Die von der Regeleinrichtung 1 erzeugte Stellgröße u - u* wird mit dem von einem Durchflussmesser 33 gemessenen Durchfluss F im Zulauf 31 multipliziert, bevor sie dem Stellglied 5 zugeführt wird. Zur Vermeidung unnötiger Ventilbewegungen darf der pH-Wert des Mediums im Ablauf 28 innerhalb einer Totzone um den Sollwert w schwanken.
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6 zeigt die Regeleinrichtung 1 als Bestandteil einer Temperatur-Regelung eines Rührkesselreaktors 34 mit einem Heiz-/Kühlmantel (Jacket) 35. Die Temperierung erfolgt durch einen Temperierkreislauf, dem über steuerbare Ventile 37, 38 entweder Heißdampf 39 oder Kühlwasser 40 zugeführt wird. Die Regeleinrichtung 1 ist als Kaskadenregelung aufgebaut und erhält als Regelgrößen y1, y2 die mit Temperatursensoren 41, 42 im Inneren des Rührkesselreaktors 34 und in dem Heiz-/Kühlmantel gemessenen Temperaturen. Störgrößen d1, d2 sind die mittels Durchfluss-Messumformern 43, 44 in den Zuläufen 45, 46 gemessenen Zulaufmengen der Hauptrohstoffe.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2579112 B1 [0005, 0021]
- EP 16189313 [0007]
