DE102022107930A1

DE102022107930A1 - Reglereinrichtung, Reglergerät und Verfahren

Info

Publication number: DE102022107930A1
Application number: DE102022107930.9A
Authority: DE
Inventors: Valentin Falkenhahn
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2022-04-04
Filing date: 2022-04-04
Publication date: 2023-10-05
Also published as: WO2023194306A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Reglereinrichtung (5) für die Automatisierungstechnik, zur Ansteuerung einer Ventileinrichtung (6), um eine Regelung einer Regelgröße (18) auf einen Sollwert eines Sollwert-Signals (15) bereitzustellen, wobei die Reglereinrichtung (5) über wenigstens einen Reglerparameter, beispielsweise eine Reglerverstärkung, verfügt, auf dessen Basis die Regelung erfolgt, und wobei die Reglereinrichtung (5) ausgebildet ist, während der Regelung eine Schwingung (25) der Regelgröße (18) zu erfassen, die erfasste Schwingung (25) in eine von mehreren Schwingungsklassen zu klassifizieren und in Abhängigkeit der Schwingungsklasse, in die die erfasste Schwingung klassifiziert ist, eine Reglerparameter-Anpassung des wenigstens einen Reglerparameters durchzuführen, um die Schwingung (25) zu reduzieren oder eliminieren..

Description

Die Erfindung betrifft eine Reglereinrichtung für die Automatisierungstechnik, zur Ansteuerung einer Ventileinrichtung, um eine Regelung einer Regelgröße auf einen Sollwert eines Sollwert-Signals bereitzustellen, wobei die Reglereinrichtung über wenigstens einen Reglerparameter, beispielsweise eine Reglerverstärkung, verfügt, auf dessen Basis die Regelung erfolgt, und wobei die Reglereinrichtung ausgebildet ist, während der Regelung eine Schwingung der Regelgröße zu erfassen.
Die EP 2 356 522 B1 beschreibt ein Verfahren zum Regeln eines Regelsystems, das von einer Regelvorrichtung geregelt wird, wobei die Regelvorrichtung den Regeleingang zu mindestens einer Regeleinheit in dem System, z.B. einem Ventil, liefert. Das Verfahren umfasst ein Detektieren des Oszillationspegels in dem Regeleingang in die Regeleinheit und ein Verstärken des Regeleingangs um einen Multiplikationsfaktor auf der Basis des detektierten Oszillationspegels.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine flexibel einsetzbare Reglereinrichtung bereitzustellen. Die Aufgabe wird gelöst durch eine Reglereinrichtung gemäß Anspruch 1. Die Reglereinrichtung ist ausgebildet, die erfasste Schwingung in eine von mehreren Schwingungsklassen zu klassifizieren und in Abhängigkeit der Schwingungsklasse, in die die erfasste Schwingung klassifiziert ist, eine Reglerparameter-Anpassung des wenigstens einen Reglerparameters durchzuführen, um die Schwingung zu reduzieren oder eliminieren.
Auf diese Weise wird es möglich, die Reglereinrichtung für Anwendungen einzusetzen, bei denen verschiedene Ursachen für Schwingungen der Regelgröße - und damit verschiedene Schwingungsklassen - auftreten können, und die Schwingung - falls erforderlich - durch die Reglerparameter-Anpassung gemäß der jeweiligen Ursache für die Schwingung effektiv zu reduzieren oder zu eliminieren. Abhängig von den Ursachen für die Schwingungen können verschiedene Reglerparameter-Anpassungen erforderlich sein, um eine Reduzierung oder Eliminierung der Schwingungen zu erzielen. Ferner ist es möglich, dass eine oder mehrere Ursachen für eine Schwingung keine Reglerparameter-Anpassung erfordern, z.B. dann, wenn die Schwingung vorgegeben ist oder wenn die Schwingung auch durch eine Reglerparameter-Anpassung nicht reduziert oder eliminiert werden kann. Durch die Klassifizierung der erfassten Schwingung in eine der mehreren Schwingungsklassen wird es möglich, zielgerichtet - und damit effektiv - auf die jeweils vorliegende Ursache der erfassten Schwingung zu reagieren.
Da die Reglereinrichtung eine auftretende Schwingung reduzieren oder eleminieren kann, ist es grundsätzlich nicht erforderlich die Regelung über den gesamten Sollwertbereich stabil auszulegen - was typischerweise erfordern würde, dass die Regelung defensiv, also langsam, ausgelegt wird oder dass der Sollwertbereich begrenzt wird. Die Regelung kann also über einen großen Sollwertbereich schnell ausgelegt werden. Sofern dann für einen bestimmten Sollwert eine Instabilität der Regelung - also eine Schwingung - auftritt, kann diese durch eine (insbesondere für diesen Sollwert geltende) Reglerparameter-Anpassung reduziert oder eliminiert werden, insbesondere ohne dass die Regelung für den übrigen Sollwertbereich (in dem keine Schwingung auftritt) angepasst, beispielsweise defensiver eingestellt, wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung betrifft ferner ein Reglergerät, umfassend die Reglereinrichtung und die Ventileinrichtung.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben der Reglereinrichtung oder des Reglergeräts, umfassend die Schritte: Bereitstellen der Regelung der Regelgröße auf den Sollwert auf Basis des wenigstens einen Reglerparameters, Erfassen einer Schwingung der Regelgröße, Klassifizieren der erfassten Schwingung in eine von mehreren Schwingungsklassen, und in Abhängigkeit von der Schwingungsklasse, in die die erfasste Schwingung klassifiziert ist, Durchführen der Reglerparameter-Anpassung.
Weitere exemplarische Details sowie beispielhafte Ausführungsformen werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Dabei zeigt

1 eine schematische Darstellung eines Systems,
2 ein Blockdiagramm eines Regelkreises,
3 ein Schaubild mit einem zeitlichen Verlauf einer Regelgröße und einem zeitlichen Verlauf eines Sollwert-Signals,
4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb einer Reglereinrichtung.

Die 1 zeigt ein System 1, das ein Reglergerät 2 und einen fluidischen Aktor 3 umfasst. Optional umfasst das System 1 ferner eine übergeordnete Steuerung 4. Das Reglergerät 2 umfasst eine Reglereinrichtung 5 und zweckmäßigerweise ferner eine Ventileinrichtung 6. Alternativ kann die Ventileinrichtung 6 außerhalb des Reglergeräts 2 bereitgestellt sein. Das System stellt eine exemplarische Anwendungsumgebung für das Reglergerät 2, insbesondere die Reglereinrichtung 5, dar. Das Reglergerät 2, insbesondere die Reglereinrichtung 5, kann auch für sich genommen - also insbesondere ohne die anderen Komponenten des Systems 1 - bereitgestellt sein.
Das Reglergerät 2 ist beispielsweise als Universalregelventil ausgeführt. Das Reglergerät 2 kann insbesondere als Druckregelventil, Massenstromregelventil, Kraftregelventil und/oder Ventil mit integriertem Positionieralgorithmus ausgeführt sein und/oder betrieben werden. Das Reglergerät 2 kann als Einzelventil, als Ventil auf einer Ventilinsel, oder als Ventilinsel ausgeführt sein. Ferner kann das Reglergerät 2 als Positioner ausgeführt sein.
Das Reglergerät 2 verfügt zweckmäßigerweise über Einstellmöglichkeiten durch den Benutzer, beispielsweise durch eine Auswahl von Parametersets und/oder durch die Einstellung einzelner Parameter, auf die der Benutzer Zugriff hat, insbesondere mittels einer Benutzerschnittstelle.
Das Reglergerät 2 verfügt zweckmäßigerweise über ein Gehäuse 7. In dem Gehäuse 7 ist exemplarisch die Reglereinrichtung 5 und/oder die Ventileinrichtung 6 untergebracht.
Exemplarisch umfasst das System 1 eine Sensoreinrichtung 8. Die Sensoreinrichtung 8 umfasst exemplarisch eine Drucksensoreinheit 9 und/oder eine Positionssensoreinheit 10. Die Drucksensoreinheit 9 dient insbesondere dazu, einen Druck einer Druckkammer 11 des fluidischen Aktors 3 zu erfassen. Exemplarisch ist die Drucksensoreinheit 9 Teil des Reglergeräts und ist insbesondere im Gehäuse 7 untergebracht. Die Positionssensoreinheit 10 dient insbesondere dazu, eine Position eines Aktorglieds 12 des fluidischen Aktors 3 zu erfassen. Die Positionssensoreinheit 10 ist zweckmäßigerweise an dem fluidischen Aktor 3 angeordnet.
Die übergeordnete Steuerung 4 ist beispielsweise als speicherprogrammierbare Steuerung - also als SPS - ausgeführt. Die übergeordnete Steuerung 4 ist zweckmäßigerweise mit dem Reglergerät 2 über eine Kommunikationsverbindung 13, beispielsweise einen Bus, insbesondere einen Feldbus, kommunikativ verbunden. Die übergeordnete Steuerung 4 dient zweckmäßigerweise dazu, dem Reglergerät 2 ein Sollwertsignal 15 bereitzustellen, gemäß dem das Reglergerät 2 eine Regelung des fluidischen Aktors 3 durchführt.
Der fluidische Aktor 3 ist exemplarisch als Antriebszylinder ausgeführt. Der fluidische Aktor 3 ist insbesondere ein pneumatischer Aktor. Der fluidische Aktor 3 verfügt über das fluidisch betätigbare Aktorglied 12, das insbesondere als Kolben ausgeführt ist. Der fluidische Aktor 3 verfügt über die Druckkammer 11, die mit einem Druckfluid, insbesondere Druckluft, beaufschlagbar ist, um das Aktorglied 12 zu betätigen. Exemplarisch ist der fluidische Aktor 3 als einfachwirkender fluidischer Aktor ausgeführt und verfügt über ein Federelement 32, das auf das Aktorglied 12 wirkt. Der fluidische Aktor 3 kann ferner als doppeltwirkender fluidischer Aktor ausgeführt sein. Ferner kann der fluidische Aktor als Ventilantrieb oder als Ventil ausgeführt sein. Der fluidische Aktor 3, insbesondere die Druckkammer 11, ist zweckmäßigerweise über eine Fluidleitung 14, insbesondere einen Schlauch, mit dem Reglergerät 2, insbesondere der Ventileinrichtung 6, fluidisch verbunden.
Die Reglereinrichtung 5 umfasst zweckmäßigerweise einen Mikrocontroller oder ist als Mikrocontoller ausgeführt. Die Reglereinrichtung 5 stellt das Sollwertsignal 15 bereit. Beispielsweise empfängt die Reglereinrichtung 5 das Sollwertsignal 15, insbesondere von der übergeordneten Steuerung 4, oder die Reglereinrichtung 5 berechnet das Sollwertsignal 15 selbst. Auf Basis des Sollwertsignals 15 berechnet die Reglereinrichtung 5 ein Ansteuersignal 16 zur Ansteuerung der Ventileinrichtung 6. Das Ansteuersignal 16 vorzugsweise ein elektrisches Ansteuersignal.
Die Ventileinrichtung 6 ist vorzugsweise als elektrofluidischer, insbesondere elektropneumatischer, Wandler ausgeführt oder umfasst einen elektrofluidischen, insbesondere elektropneumatischen, Wandler. Die Ventileinrichtung 6 umfasst ein Ventilglied 17 und ist zweckmäßigerweise ausgebildet, auf Basis des Ansteuersignals 16 das Ventilglied 17 zu betätigen, insbesondere zu positionieren. Vorzugsweise ist die Ventileinrichtung 6 ausgebildet, gemäß dem Ansteuersignal 16 ein Fluidsignal bereitzustellen, das exemplarisch der Druckkammer 11 zugeführt wird.
Die Reglereinrichtung 5, insbesondere das Reglergerät 2, dient zweckmäßigerweise zum Einsatz in der Automatisierungstechnik, insbesondere der Industrieautomatisierung. Beispielsweise wird eine industrielle Anlage bereitgestellt und die Reglereinrichtung 5, insbesondere das Reglergerät 2, vorzugsweise das System 1, ist Teil der industriellen Anlage.
Die Reglereinrichtung 5 dient zur Ansteuerung der Ventileinrichtung 6, um eine Regelung einer Regelgröße 18 auf einen Sollwert des Sollwert-Signals 15 bereitzustellen. Die Regelgröße 18 umfasst beispielsweise einen Druck, einen Massenstrom, eine Kraft und/oder eine Position. Vorzugsweise umfasst die Regelgröße 18 den Druck der Druckkammer 11 und/oder die Position des Aktorglieds 12.
Die 2 zeigt ein Blockdiagramm eines exemplarischen Regelkreises, gemäß dem die Regelung erfolgen kann.
Zweckmäßigerweise wird die Regelgröße 18 mit der Sensoreinrichtung 8, insbesondere der Drucksensoreinheit 9 und/oder der Positionssensoreinheit 10, gemessen und als Rückführungsgröße 19 der Reglereinrichtung 5 zugeführt. Die Reglereinrichtung 5 umfasst zweckmäßigerweise ein Subtraktionsglied 20, das eine Regelabweichung 21 als Differenz zwischen dem Sollwertsignal 15 und der Rückführungsgröße 19 berechnet. Die Reglereinrichtung 5 umfasst zweckmäßigerweise eine Reglereinheit 22, die auf Basis der Regelabweichung 21 das Ansteuersignal 16 berechnet. Das Subtraktionsglied 20 und/oder die Reglereinheit 22 sind zweckmäßigerweise in Software implementiert. Die Reglereinheit 22 verfügt vorzugsweise über wenigstens ein Proportionalglied zur Berechnung des Ansteuersignals 16. Die Reglereinheit 22 ist beispielsweise als PID-Regler oder als PI-Regler ausgeführt oder umfasst (zur Berechnung des Ansteuersignals 16) einen PID-Regler und/oder einen PI-Regler. Ferner kann die Reglereinheit 22 ein Reglermodell zur Berechnung des Ansteuersignals 16 umfassen.
Das Ansteuersignal 16 dient zweckmäßigerweise als Stellgröße für eine Regelstrecke 23, die exemplarisch die Ventileinrichtung 6 und/oder den Aktor 3 umfasst. Gemäß dem Ansteuersignal 16 und/oder einer Störgröße 24 stellt sich bei der Regestrecke 23 die Regelgröße 18 ein.
Die Reglereinrichtung 5 verfügt über wenigstens einen Reglerparameter auf dessen Basis die Regelung erfolgt. Zweckmäßigerweise verfügt die Reglereinrichtung 5 über mehrere Reglerparameter, auf deren Basis die Regelung erfolgt. Die Reglereinrichtung 5 berechnet unter Verwendung des einen oder der mehreren Reglerparameter das Ansteuersignal 16 auf Basis des Sollwertsignals und der Rückführungsgröße 19. Der wenigstens eine Reglerparameter ist beispielsweise ein Verstärkungsfaktor des Proportionalglieds. Der eine oder die mehreren Reglerparameter sind beispielsweise Reglerparameter des PID-Reglers, PI-Reglers und/oder des Reglermodells der Reglereinheit 22. Beispielsweise sind der eine oder die mehreren Reglerparameter Reglerverstärkungen der Reglereinheit 22.
Die Reglereinrichtung 5 ist ausgebildet, während der Regelung eine Schwingung 25 der Regelgröße 18 zu erfassen. Mit dem Erfassen der Schwingung 25 ist insbesondere ein Erkennen der Schwingung 25 durch die Reglereinrichtung 5 gemeint. Die erfasste Schwingung 25 kann auch als erkannte Schwingung 25 bezeichnet werden. Zweckmäßigerweise erfasst die Reglereinrichtung 5 die Schwingung 25 auf Basis eines von der Sensoreinrichtung 8, insbesondere der Drucksensoreinheit 9 und/oder der Positionssensoreinheit 10, bereitgestellten Sensorsignals, das die Regelgröße 18 abbildet. Das Sensorsignal stellt beispielsweise die Rückführungsgröße 19 dar. Bei der Schwingung 25 handelt es sich insbesondere um eine periodische Schwingung. Die Reglereinrichtung 5 verfügt zweckmäßigerweise über eine Schwingungserkennungsfunktion, um die Schwingung 25 zu erkennen. Beispielsweise ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet, eine Frequenzanalyse, beispielsweise eine Fourier-Transformation, durchzuführen, insbesondere auf Basis der Regelgröße 18, der Rückführungsgröße 19 und/oder der Regelabweichung 21, um die Schwingung 25 zu erkennen. Die Reglereinrichtung 5 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, auf Basis der erkannten Schwingung 25 eine Schwingungsinformation bereitzustellen, die die erkannte Schwingung 25 anzeigt.
Die Schwingung 25 ist insbesondere eine ungewollte Schwingung. Beispielsweise tritt die Schwingung 25 in einem Randbereich (insbesondere der Regelgröße 18) und/oder bei einem Sonderfall - beispielsweise bei besonderen Umgebungsbedingungen - auf. Die Schwingung 25 tritt insbesondere bei einem konstanten Sollwert des Sollwertsignals 15 auf, also insbesondere bei einer konstanten Sollwert-Vorgabe.
Die Reglereinrichtung 5 erfasst (und insbesondere erkennt) die Schwingung 25 zweckmäßigerweise online - also insbesondere in einem Normalbetrieb der Reglereinrichtung 5. Im Normalbetrieb führt die Reglereinrichtung 5 die Regelung zu einem anderen Zweck als der reinen Erfassung der Schwingung 25 durch. Beispielsweise führt die Reglereinrichtung 5 die Regelung im Normalbetrieb zum Zwecke eines industriellen Prozesses, insbesondere eines industriellen Fertigungsprozesses, durch.
Vorzugsweise ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet, die Schwingung 25 in einem stationären Zustand des Sollwertsignals 15 - also bei einem konstanten Sollwert - zu erkennen. Insbesondere ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet, die Schwingung 25 nur in dem stationären Zustand des Sollwertsignals 15 zu erkennen. Beispielsweise prüft die Reglereinrichtung 5, ob der stationäre Zustand des Sollwertsignals 15 vorliegt, und führt die Erkennung der Schwingung 25 nur durch, wenn der stationäre Zustand vorliegt. Der stationäre Zustand ist insbesondere dann gegeben, wenn seit der letzten Änderung des Sollwerts eine vorbestimmte Zeitdauer vergangen ist.
Die Reglereinrichtung 5 ist ferner ausgebildet, die erfasste Schwingung 25 in eine von mehreren Schwingungsklassen zu klassifizieren. Diejenige Schwingungsklasse, in die die Reglereinrichtung 5 die erfasste Schwingung 25 klassifiziert, soll auch als vorliegende Schwingungsklasse oder als detektierte Schwingungsklasse der erfassten Schwingung 25 bezeichnet werden. Die mehreren Schwingungsklassen sind zweckmäßigerweise in der Reglereinrichtung 5 definiert. Die mehreren Schwingungsklassen unterscheiden sich zweckmäßigerweise in der Ursache der Schwingungen und/oder in einer Art einer Reglerparameter-Anpassung zur Reduzierung oder Eliminierung der Schwingungen. Bevorzugt ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet, auf Basis der detektierten Schwingungsklasse der Schwingung 25 eine Schwingungsinformation bereitzustellen, die die detektierte Schwingungsklasse anzeigt.
Bevorzugt ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet, die Klassifizierung der erfassten Schwingung 25 auf Basis einer Schwingungscharakteristik der erfassten Schwingung 25 vorzunehmen, beispielsweise auf Basis eines Spektrums, insbesondere einer Frequenz, einer Phase und/oder einer Amplitude der erfassten Schwingung 25. Ferner kann die Reglereinrichtung 5 ausgebildet sein, bei der Klassifizierung der erfassten Schwingung 25 eine (beispielsweise in der Reglereinrichtung 5 hinterlegte) Referenz-Schwingungscharakteristik zu berücksichtigen. Insbesondere ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet, für die Klassifizierung der erfassten Schwingung 25 die Schwingungscharakteristik der erfassten Schwingung 25 mit einer oder mehreren Referenz-Schwingungscharakteristiken (die zweckmäßigerweise in der Reglereinrichtung 5 hinterlegt sind) zu vergleichen. Beispielsweise ist für jede definierte Schwingungsklasse eine jeweilige Referenz-Schwingungscharakteristik in der Reglereinrichtung 5 hinterlegt. Vorzugsweise ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet, für die Klassifizierung der erfassten Schwingung 25 das Sollwertsignal 15 zu berücksichtigen, insbesondere eine Schwingungscharakteristik des Sollwertsignals 15, beispielsweise ein Spektrum, insbesondere eine Frequenz, eine Phase und/oder eine Amplitude des Sollwertsignal 15. Insbesondere ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet, für die Klassifizierung der erfassten Schwingung 25 die Schwingungscharakteristik der erfassten Schwingung 25 mit einer Schwingungscharakteristik des Sollwertsignals 15 zu vergleichen.
Exemplarisch umfassen die Schwingungsklassen eine Sollwert-Schwingungsklasse, eine Sensorrauschen-Schwingungsklasse, eine Stabilitätsreserve-Schwingungsklasse und/oder eine Störungs-Schwingungsklasse.
Bevorzugt ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet, zu detektieren, dass die erfasste Schwingung 25 von einer Sollwert-Schwingung verursacht wird, und in Ansprechen auf diese Detektion die erfasste Schwingung 25 in die Sollwert-Schwingungsklasse zu klassifizieren. Beispielsweise ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet eine Sollwert-Schwingung des Sollwertsignals 15 zu erfassen und auf Basis eines Vergleichs der erfassten Schwingung 25 mit der Sollwert-Schwingung zu detektieren, dass die erfasste Schwingung 25 von der Sollwert-Schwingung verursacht wird, insbesondere in Ansprechen darauf, dass eine Frequenz der Sollwert-Schwingung gleich einer Frequenz der erfassten Schwingung 25 ist.
Bevorzugt ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet, zu detektieren, dass die erfasste Schwingung 25 von einem Sensorrauschen verursacht wird, und in Ansprechen auf diese Detektion die erfasste Schwingung 25 in die Sensorrauschen-Schwingungsklasse zu klassifizieren. Beispielsweise ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet, anhand einer Amplitude der erfassten Schwingung 25 zu detektieren, dass die erfasste Schwingung von dem Sensorrauschen verursacht wird, insbesondere in Ansprechen darauf, dass die Amplitude geringer ist als ein vorbestimmter Amplituden-Schwellenwert. Ferner kann die Reglereinrichtung 5 ausgebildet sein, unter Berücksichtigung einer (insbesondere in der Reglereinrichtung 5) hinterlegten Sensorrauschen-Charakteristik, beispielsweise einem Sensorrauschen-Spektrum, zu detektieren, dass die erfasste Schwingung 25 von dem Sensorrauschen verursacht wird, insbesondere indem die Reglereinrichtung die Sensorrauschen Charakteristik mit einer Schwingungscharakteristik, insbesondere einem Spektrum, der erfassten Schwingung 25 vergleicht.
Bevorzugt ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet, zu detektieren, dass die erfasste Schwingung von einer zu geringen Stabilitätsreserve der Regelung verursacht wird, und in Ansprechen auf diese Detektion die erfasste Schwingung in die Stabilitätsreserve-Schwingungsklasse zu klassifizieren. Insbesondere ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet, die Stabilitätsreserve der Regelung zu ermitteln, beispielsweise auf Basis eines oder mehrerer der Reglerparameter, insbesondere Reglerverstärkungen, der Regelung, insbesondere der Reglereinheit 22. Zweckmäßigerweise ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet, die Stabilitätsreserve mit einem Stabilitätsreserve-Schwellenwert zu vergleichen und auf Basis des Vergleichs zu detektieren, dass die erfasste Schwingung 25 von einer zu geringen Stabilitätsreserve verursacht wird, insbesondere dann, wenn die Stabilitätsreserve geringer als der Stabilitätsreserve-Schwellenwert ist. Ferner kann die Reglereinrichtung 5 ausgebildet sein, auf Basis einer in der Reglereinrichtung 5 hinterlegten Referenz-Schwingungscharakteristik, die der Stabilitätsreserve-Schwingungsklasse zugeordnet ist, zu detektieren, dass die erfasste Schwingung 25 von einer zu geringen Stabilitätsreserve verursacht wird.
Bevorzugt ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet, zu detektieren, dass die erfasste Schwingung 25 von einer externen Störung verursacht wird, und in Ansprechen auf diese Detektion die erfasste Schwingung 25 in die Störungs-Schwingungsklasse zu klassifizieren. Beispielsweise klassifiziert die Reglereinrichtung 5 die erfasste Schwingung 25 in Ansprechen darauf in die Störungs-Schwingungsklasse, dass die Reglereinrichtung 5 detektiert, dass die erfasste Schwingung 25 nicht in eine, mehrere oder sämtliche der anderen Schwingungsklassen, beispielsweise der Sollwert-Schwingungsklasse, Sensorrauschen-Schwingungsklasse und/oder Stabilitätsreserve-Schwingungsklasse gehört. Ferner kann die Reglereinrichtung 5 ausgebildet sein, auf Basis einer in der Reglereinrichtung 5 hinterlegten Referenz-Schwingungscharakteristik, die der Störungs-Schwingungsklasse zugeordnet ist, zu detektieren, dass die erfasste Schwingung 25 von einer externen Störung verursacht wird.
Bevorzugt ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet, in Abhängigkeit der Schwingungsklasse, in die die erfasste Schwingung 25 klassifiziert ist, eine Reglerparameter-Anpassung des wenigstens einen Reglerparameters durchzuführen. Insbesondere ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet, die Reglerparameter-Anpassung durchzuführen, um die Schwingung zu reduzieren oder eliminieren. Zweckmäßigerweise passt die Reglereinrichtung 5 bei der Reglerparameter-Anpassung mehrere Reglerparameter, insbesondere mehrere Reglerverstärkungen, an, insbesondere in Abhängigkeit von der detektierten Schwingungsklasse.
Beispielsweise ist jeder Schwingungsklasse eine jeweilige Reglerparameter-Anpassung zugeordnet. Reglerparameter-Anpassungen, die verschiedenen Schwingungsklassen zugeordnet sind, unterscheiden sich zweckmäßigerweise voneinander. Beispielsweise sind eine oder mehrere Reglerparameter-Anpassungen in einer Reglerparameter-Anpassungsinformation definiert, insbesondere in Zuordnung zu den jeweiligen Schwingungsklassen. Die Reglerparameter-Anpassungsinformation ist beispielsweise in der Reglereinrichtung 5 hinterlegt. Die Reglereinrichtung 5 ist ausgebildet, diejenige Reglerparameter-Anpassung durchzuführen, die der jeweils detektierten Schwingungsklasse zugeordnet ist.
Optional ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet, die Reglerparameter-Anpassung ferner in Abhängigkeit von einer Schwingungscharakteristik, beispielsweise einem Spektrum, insbesondere einer Frequenz, und/oder einer Amplitude, der erfassten Schwingung 25 durchzuführen.
Bevorzugt ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet, in Ansprechen auf eine Detektion wenigstens einer Schwingungsklasse und/oder in Abhängigkeit der Schwingungscharakteristik, beispielsweise dem Spektrum, insbesondere der Frequenz, und/oder der Amplitude, der erfassten Schwingung 25 keine Reglerparameter-Anpassung durchzuführen. Beispielsweise ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet, auf Basis der Schwingungsklasse und/oder der Schwingungscharakteristik zu erkennen, dass eine Reglerparameter-Anpassung die Schwingung der Regelgröße nicht reduzieren (oder sogar verstärken) würde, und in diesem Fall keine Reglerparameter-Anpassung durchzuführen. Bevorzugt ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet, in Ansprechen auf eine Detektion einer ersten Schwingungsklasse eine Reglerparameter-Anpassung durchzuführen, und in Ansprechen auf eine Detektion einer zweiten Schwingungsklasse keine Reglerparameter-Anpassung durchzuführen.
Bevorzugt ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet, in Ansprechen auf eine Detektion, dass die erfasste Schwingung 25 von der Sollwert-Schwingung verursacht wird, die Reglerparameter-Anpassung nicht durchzuführen.
Bevorzugt ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet, in Ansprechen auf eine Detektion, dass die erfasste Schwingung 25 von dem Sensorrauschen verursacht wird, die Reglerparameter-Anpassung nicht durchzuführen.
Bevorzugt ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet, in Ansprechen auf eine Detektion, dass die erfasste Schwingung 25 von einer zu geringen Stabilitätsreserve der Regelung verursacht wird, die Reglerparameter-Anpassung gemäß der Stabilitätsreserve-Schwingungsklasse durchzuführen. Vorzugsweise ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet, bei der Reglerparameter-Anpassung gemäß der Stabilitätsreserve-Schwingungsklasse wenigstens eine Reglerverstärkung, optional mehrere Reglerverstärkungen, zu reduzieren. Bei Schwingungen der Stabilitätsreserve-Schwingungsklasse ist der Regler in der Regel zu stark eingestellt, so dass die Reglerverstärkung zu reduzieren ist.
Bevorzugt ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet in Ansprechen auf eine Detektion, dass die erfasste Schwingung 25 von einer externen Störung verursacht wird, die Reglerparameter-Anpassung gemäß der Störungs-Schwingungsklasse durchzuführen. Insbesondere ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet, bei der Reglerparameter-Anpassung gemäß der Störungs-Schwingungsklasse wenigstens eine Reglerverstärkung, optional mehrere Reglerverstärkungen, zu erhöhen. Bei Schwingungen der Störungs-Schwingungsklasse ist der Regler in der Regel zu schwach eingestellt, so dass die Reglerverstärkung zu erhöhen ist.
Bevorzugt ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet, auf Basis desjenigen Sollwerts und/oder desjenigen Regelgrößenwerts (der Regelgröße 18), bei dem die Reglereinrichtung 5 die Schwingung 25 erfasst hat, einen Reglerparameter-Anpassungsbereich für den Sollwert und/oder den Regelgrößenwert zu definieren. Optional ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet, den Reglerparameter-Anpassungsbereich, insbesondere dessen Größe, in Abhängigkeit von der detektierten Schwingungsklasse der erfassten Schwingung 25 zu definieren.
Insbesondere ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet, in Ansprechen auf die erfasste Schwingung 25 den Reglerparameter-Anpassungsbereich zu speichern. Der Reglerparameter-Anpassungsbereich ist beispielsweise ein kontinuierlicher Wertebereich oder ein Toleranzbereich, in dem der Sollwert und/oder der Regelgrößenwert liegt, bei dem die Schwingung 25 aufgetreten ist. Die Reglereinrichtung 5 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, für die weitere Regelung der Regelgröße 18 für Sollwerte und/oder Regelgrößenwerte, die innerhalb des Reglerparameter-Anpassungsbereichs 26 liegen, den gemäß der Reglerparameter-Anpassung angepassten wenigstens einen Reglerparameter zu verwenden. Optional ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet, (insbesondere nacheinander) mehrere Schwingungen der Regelgröße 18 bei verschiedenen Sollwerten und/oder verschiedenen Regelgrößenwerten zu erfassen und für diese Sollwerte und/oder Regelgrößenwerte verschiedene Reglerparameter-Anpassungsbereiche zu definieren. Optional ist jedem Reglerparameter-Anpassungsbereich eine jeweilige Schwingungsklasse und/oder eine jeweilige Reglerparameter-Anpassung zugeordnet.
Bevorzugt ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet, einen Normalbereich 27 zu definieren, der außerhalb des Reglerparameter-Anpassungsbereichs 26 liegt, und für die weitere Regelung der Regelgröße 18 für Sollwerte und/oder Regelgrößenwerte, die innerhalb des Normalbereichs 27 liegen, einen nicht gemäß der Reglerparameter-Anpassung angepassten wenigstens einen Reglerparameter zu verwenden. Der nicht gemäß der Reglerparameter-Anpassung angepasste wenigstens eine Reglerparameter ist beispielsweise ein Standard-Reglerparameter. Der gemäß der Reglerparameter-Anpassung angepasste Reglerparameter ist zweckmäßigerweise von dem Standard-Reglerparameter verschieden. Optional verwendet die Reglereinrichtung 5 für den Normalbereich 27 einen Standard-Reglerparameter-Satz mit mehreren Reglerparametern und für den Reglerparameter-Anpassungsbereich 26 einen angepassten Reglerparameter-Satz mit mehreren gemäß der Reglerparameter-Anpassung angepassten Reglerparametern.
Zweckmäßigerweise ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet, einen arbeitspunktabhängigen Eingriff in einen oder mehrere Reglerparameter durchzuführen. Der Arbeitspunkt ist beispielsweise der Sollwert und/oder der Regelgrößenwert, bei dem die Schwingung 25 auftritt. Die Reglereinrichtung 5 stellt insbesondere einen adaptiven Regler dar. Exemplarisch ist die Reglereinrichtung 5 ausgebildet, in Ansprechen auf die erfasste Schwingung 25 mehrere Reglerverstärkungen am Arbeitspunkt zu reduzieren. Beispielsweise reduziert die Reglereinrichtung 5 für Sollwerte nahe eines Abluftdrucks eine oder mehrere Reglerverstärkungen. Zweckmäßigerweise speichert die Reglereinrichtung 5, insbesondere ein Algorithmus der Reglereinrichtung 5, diese Reduktion für eine nächste Sollwert-Vorgabe, die den Sollwerten nahe des Abluftdrucks entspricht und/oder an diese Sollwerte angrenzt. Zweckmäßigerweise führt die Reglereinrichtung die Reduktion für einen regulären Arbeitsbereich - beispielsweise den Normalbereich 27 - nicht durch und führt die Regelung in diesem regulären Arbeitsbereich auf Basis eines oder mehrerer nicht-reduzierter Reglerverstärkungen durch.
Die 3 zeigt ein Schaubild mit einem zeitlichen Verlauf der Regelgröße 18 und einem zeitlichen Verlauf des Sollwert-Signals 15. Auf der horizontalen Achse ist die Zeit aufgetragen und auf der vertikalen Achse der Wert der Regelgröße 18 und des Sollwert-Signals 15.
Das Sollwert-Signal 15 gibt einen ersten Sollwert 28 vor. Die Reglereinrichtung 5 regelt die Regelgröße 18 auf den ersten Sollwert 28, insbesondere unter Verwendung des Standard-Reglerparameters. Die Reglereinrichtung 5 erfasst für den ersten Sollwert 28 keine Schwingung der Regelgröße 18 und führt dementsprechend keine Klassifizierung einer erfassten Schwingung und/oder keine Reglerparameter-Anpassung und/oder keine Definition eines Reglerparameter-Anpassungsbereichs durch.
Das Sollwert-Signal 15 gibt einen zweiten Sollwert 29 vor. Die Reglereinrichtung 5 versucht die Regelgröße 18 auf den zweiten Sollwert 29 zu regeln, insbesondere zunächst unter Verwendung des Standard-Reglerparameters. Bei der Regelung auf den zweiten Sollwert 29 tritt die Schwingung 25 der Regelgröße 18 auf. Die Reglereinrichtung 5 erfasst diese Schwingung 25 und führt eine Klassifizierung der Schwingung 25 in eine der Schwingungsklassen durch. Gemäß der Klassifizierung der Schwingung 25 passt die Reglereinrichtung 5 den wenigstens einen Reglerparameter an und führt die Regelung auf den zweiten Sollwert 29 auf Basis des angepassten Reglerparameters fort. Dadurch wird die Schwingung 25 reduziert, insbesondere eliminiert. Zweckmäßigerweise definiert die Reglereinrichtung 5 für den zweiten Sollwert 29, bei dem die Schwingung 25 aufgetreten ist, den Reglerparameter-Anpassungsbereich 26, so dass der zweite Sollwert 29 in dem Reglerparameter-Anpassungsbereich 26 liegt. Der Reglerparameter-Anpassungsbereich ist insbesondere ein kontinuierlicher Wertebereich für das Sollwertsignal 15.
Das Sollwert-Signal 15 gibt einen weiteren Sollwert 30 vor, der auch als dritter Sollwert bezeichnet werden kann. Die Reglereinrichtung 5 prüft, ob der weitere Sollwert 30 innerhalb des Reglerparameter-Anpassungsbereichs 26 liegt. In Ansprechen darauf, dass die Reglereinrichtung 5 erkennt, dass der weitere Sollwert 30 nicht innerhalb des Reglerparameter-Anpassungsbereichs 26 (und zweckmäßigerweise nicht innerhalb eines anderen Reglerparameter-Anpassungsbereichs) liegt, verwendet die Reglereinrichtung 5 den Standard-Reglerparameter, um die Regelgröße 18 auf den weiteren Sollwert 30 zu regeln.
Das Sollwert-Signal 15 gibt einen weiteren Sollwert 31 vor, der auch als vierter Sollwert bezeichnet werden kann. Die Reglereinrichtung 5 prüft, ob der weitere Sollwert 31 innerhalb des Reglerparameter-Anpassungsbereichs 26 liegt. In Ansprechen darauf, dass die Reglereinrichtung 5 erkennt, dass der weitere Sollwert 30 innerhalb des Reglerparameter-Anpassungsbereichs 26 liegt, verwendet die Reglereinrichtung 5 den für diesen Reglerparameter-Anpassungsbereich 26 vorgegebenen angepassten Reglerparameter, um die Regelgröße 18 auf den weiteren Sollwert 30 zu regeln. Aufgrund der Verwendung des angepassten Reglerparameters tritt keine oder nur eine reduzierte Schwingung der Regelgröße 18 auf.
Die 4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb der Reglereinrichtung 5 oder des Reglergeräts 2.
Das Verfahren umfasst einen Schritt S1, bei dem die Reglereinrichtung 5 auf Basis des wenigstens einen Reglerparameters eine Regelung der Regelgröße 18 auf den Sollwert bereitstellt.
Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt S2, bei dem die Reglereinrichtung 5 die Schwingung 25 der Regelgröße 18 erfasst.
Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt S3, bei dem die Reglereinrichtung 5 die erfasste Schwingung 25 in eine von mehreren Schwingungsklassen klassifiziert.
In Ansprechen darauf, dass bei dem dritten Schritt S3 die erfasste Schwingung 25 in eine erste Schwingungsklasse, beispielsweise die Stabilitätsreserve-Schwingungsklasse und/oder die Störungs-Schwingungsklasse klassifiziert wird, fährt das Verfahren mit einem Schritt S4 fort, bei dem die Reglereinrichtung 5 gemäß der Schwingungsklasse der erfassten Schwingung 25 die Reglerparameter-Anpassung des wenigstens einen Reglerparameters durchführt. Zweckmäßigerweise definiert die Reglereinrichtung 5 im Schritt S4 ferner den Reglerparameter-Anpassungsbereich.
In Ansprechen darauf, dass bei dem dritten Schritt S3 die erfasste Schwingung 25 in eine zweite Schwingungsklasse, beispielsweise die Sollwert-Schwingungsklasse und/oder die Sensorrauschen-Schwingungsklasse klassifiziert wird, fährt das Verfahren mit einem Schritt S5 fort, bei dem die Reglereinrichtung 5 nicht die Reglerparameter-Anpassung durchführt und/oder nicht den Reglerparameter-Anpassungsbereich definiert.
Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt S6, bei dem die Reglereinrichtung 5 für einen geänderten Sollwert prüft, ob der Sollwert innerhalb eines/des definierten Reglerparameter-Anpassungsbereichs liegt.
In Ansprechen darauf, dass die Reglereinrichtung 5 im Schritt S6 feststellt, dass der geänderte Sollwert in einem/dem Reglerparameter-Anpassungsbereich liegt, fährt das Verfahren mit dem Schritt S7 fort, in dem die Reglereinrichtung 5 den gemäß der Reglerparameter-Anpassung angepassten Reglerparameter für die Regelung der Regelgröße 18 auf den geänderten Sollwert verwendet.
In Ansprechen darauf, dass die Reglereinrichtung 5 im Schritt S6 feststellt, dass der geänderte Sollwert nicht in einem Reglerparameter-Anpassungsbereich liegt, verwendet die Reglereinrichtung 5 den Standard-Reglerparameter für die Regelung der Regelgröße auf den geänderten Sollwert. Vorzugsweise fährt das Verfahren dann mit dem Schritt S2 fort.
Bevorzugt wird die Reglereinrichtung 5 außerhalb ihrer Spezifikation betrieben. Sofern eine Schwingung (insbesondere außerhalb der Spezifikation) auftritt, kann diese durch die Reglerparameter-Anpassung reduziert oder eliminiert werden.
Zweckmäßigerweise stellt die Reglereinrichtung 5 einen Universalregler, insbesondere einen Universaldruckregler, mit einem erweiterten Arbeitsbereich dar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2356522 B1 [0002]

Claims

Reglereinrichtung (5) für die Automatisierungstechnik, zur Ansteuerung einer Ventileinrichtung (6), um eine Regelung einer Regelgröße (18) auf einen Sollwert eines Sollwert-Signals (15) bereitzustellen, wobei die Reglereinrichtung (5) über wenigstens einen Reglerparameter, beispielsweise eine Reglerverstärkung, verfügt, auf dessen Basis die Regelung erfolgt, und wobei die Reglereinrichtung (5) ausgebildet ist, während der Regelung eine Schwingung (25) der Regelgröße (18) zu erfassen, die erfasste Schwingung (25) in eine von mehreren Schwingungsklassen zu klassifizieren und in Abhängigkeit der Schwingungsklasse, in die die erfasste Schwingung klassifiziert ist, eine Reglerparameter-Anpassung des wenigstens einen Reglerparameters durchzuführen, um die Schwingung (25) zu reduzieren oder eliminieren.
Reglereinrichtung (5) nach Anspruch 1, wobei die mehreren Schwingungsklassen eine Sollwert-Schwingungsklasse umfassen, und die Reglereinrichtung (5) ausgebildet ist, zu detektieren, dass die erfasste Schwingung von einer Sollwert-Schwingung verursacht wird, und in Ansprechen auf diese Detektion die erfasste Schwingung (25) in die Sollwert-Schwingungsklasse zu klassifizieren und die Reglerparamter-Anpassung nicht durchzuführen.
Reglereinrichtung (5) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mehreren Schwingungsklassen eine Sensorrauschen-Schwingungsklasse umfassen, und die Reglereinrichtung (5) ausgebildet ist, zu detektieren, dass die erfasste Schwingung von einem Sensorrauschen verursacht wird, und in Ansprechen auf diese Detektion die erfasste Schwingung in die Sensorrauschen-Schwingungsklasse zu klassifizieren und die Reglerparameter-Anpassung nicht durchzuführen.
Reglereinrichtung (5) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei die mehreren Schwingungsklassen eine Stabilitätsreserve-Schwingungsklasse umfassen, und die Reglereinrichtung (5) ausgebildet ist, zu detektieren, dass die erfasste Schwingung (25) von einer zu geringen Stabilitätsreserve der Regelung verursacht wird, und in Ansprechen auf diese Detektion die erfasste Schwingung (25) in die Stabilitätsreserve-Schwingungsklasse zu klassifizieren und die Reglerparameter-Anpassung gemäß der Stabilitätsreserve-Schwingungsklasse durchzuführen.
Reglereinrichtung (5) nach Anspruch 4, wobei die Reglereinrichtung (5) ausgebildet ist, bei der Reglerparameter-Anpassung gemäß der Stabilitätsreserve-Schwingungsklasse wenigstens eine Reglerverstärkung zu reduzieren.
Reglereinrichtung (5) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei die mehreren Schwingungsklassen eine Störungs-Schwingungsklasse umfassen, und die Reglereinrichtung (5) ausgebildet ist, zu detektieren, dass die erfasste Schwingung (25) von einer externen Störung verursacht wird, und in Ansprechen auf diese Detektion die erfasste Schwingung (25) in die Störungs-Schwingungsklasse zu klassifizieren und die Reglerparameter-Anpassung gemäß der Störungs-Schwingungsklasse durchzuführen.
Reglereinrichtung (5) nach Anspruch 6, wobei die Reglereinrichtung (5) ausgebildet ist, bei der Reglerparameter-Anpassung gemäß der Störungs-Schwingungsklasse wenigstens eine Reglerverstärkung zu erhöhen.
Reglereinrichtung (5) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei die Reglereinrichtung (5) ausgebildet ist, auf Basis desjenigen Sollwerts und/oder desjenigen Regelgrößenwerts der Regelgröße, bei dem die Reglereinrichtung (5) die Schwingung (25) erfasst hat, einen Reglerparameter-Anpassungsbereich (26) für den Sollwert zu definieren, und für die weitere Regelung der Regelgröße (18) für Sollwerte und/oder Regelgrößenwerte, die innerhalb des Reglerparameter-Anpassungsbereichs (26) liegen, den gemäß der Reglerparameter-Anpassung angepassten wenigstens einen Reglerparameter zu verwenden.
Reglereinrichtung (5) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei die Reglereinrichtung (5) ausgebildet ist, einen Normalbereich (27) zu definieren, der außerhalb des Reglerparameter-Anpassungsbereichs (26) liegt, und für die weitere Regelung der Regelgröße (18) für Sollwerte und/oder Regelgrößenwerte, die innerhalb des Normalbereichs (27) liegen, einen nicht gemäß der Reglerparameter-Anpassung angepassten wenigstens einen Reglerparameter zu verwenden.
Reglereinrichtung (5) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei die Regelgröße (18) einen Druck, einen Massenstrom, eine Kraft und/oder eine Position umfasst.
Reglergerät (2), umfassend eine Reglereinrichtung (5) nach einem der voranstehenden Ansprüche und die Ventileinrichtung (6).
Verfahren zum Betreiben einer Reglereinrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder eines Reglergeräts (2) nach Anspruch 11, umfassend die Schritte: - Bereitstellen (S1) der Regelung der Regelgröße (18) auf den Sollwert auf Basis des wenigstens einen Reglerparameters, - Erfassen einer Schwingung (25) der Regelgröße (18), - Klassifizieren der erfassten Schwingung (25) in eine von mehreren Schwingungsklassen, - in Abhängigkeit von der Schwingungsklasse, in die die erfasste Schwingung (25) klassifiziert ist, Durchführen der Reglerparameter-Anpassung.