-
Verfahren zur Umschaltung von Handsteuerung auf automatische Regelung
bei Verfahrensreglern Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umschaltung von Handsteuerung
auf automatische Regelung bei elektrischen Verfahrensreglern unter Verwendung eines
gegengekoppelten Verstärkers, dem während des automatischen Betriebs eine von Regelabweichung
un& Gegenkopplung abhängige Spannung eingegeben wird, die nach ihrer Verstärkung
ein Stellglied steuert, welches während der Handsteuerung von einer zusätzlichen
Spannungsquelle gespeist wird, wobei die Ausgangsspannung des Vera stärkers jederzeit
der Spannung entspricht, die am Stellglied anliegt.
-
Bei bekannten Verfahren dieser Art tritt, obwohl sie sich einen stoßfreien
übergang beim Umschalten zur Aufgabe gemacht haben, bei einer Regelabweichung von
100% ein Stoß von SO% auf, wenn man vom Handbetrieb auf Automatikbetrieb umschaltet.
Die, bekannten Regeleinrichtungen arbeiten deshalb nicht völlig stoßfrei.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, bei solchen Umschaltungen Stöße völlig
zu vermeiden.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß während der
Handsteuerung der Eingang C
des Verstärkers von dem Soll-Ist-Vergleichsglied
getrennt und die Regelabweichung an einen Kondensator gelegt wird, der auch die
Gegenkopplungsspannung aus dem Ausgang des Verstärkers erhält, und daß im Augenblick
der Umschaltung die im Kondensator gespeicherte Spannung sowie die von der Regelabweichung
abhängige Gegenkopplungsspannung dem Eingang des Verstärkers zugeführt und dessen
Eingangsspannung hierdurch auf Null gestellt wird.
-
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird während der Handsteuerung
das Stellglied vom Verstärkerausgang getrennt und von einer zusätzlichen Spannungsquelle
versorgt, von der auch das Signal am Verstärkereingang abhängig ist. I-Berbei wird
die Ausgangsspannung des Verstärkers mit dem von Hand eingestellten Steuersignal
verglichen und daraus eine Folgespannung abgeleitet, die dem Verstärkereingang zugeführt
wird, so daß dessen Ausgangsspannung gleich dem Steuersignal ist und im Augenblick
des Umschaltens von Hand- auf automatischen Betrieb mit diesem übereinstimmt. Man
kann in diesem Fall auf einen Verstärker für die Handsteuerung verzichten und den
ohnehin vorhandenen Verstärker in seiner Rückkopplungsschleife belassen, was ein
Minimum an Schaltaufwand ergibt. Die wichtigsten Verbindungen sind dann vor und
nach dem Umschalten die gleichen.
-
Eine besonders günstige Art, die Folgespannung zu erzeugen, besteht
darin, daß beim Handbetrieb die Ausgangsspannung des Verstärkers einer Ersatzlast
zugeführt wird, die in Reihe mit Scheinwiderständen und dem Stellglied liegt. Die
Folgespannung ergibt sich dabei gemäß der relativen Größe des durch die Scheinwiderstände
fließenden Stroms.
-
Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels
beschrieben. Die einzige Figur stellt ein Schaltbild einer Regeleinrichtung dar.
-
An der linken Seite der Figur ist ein kombinierter Fühler und Meßwandler
10 gezeigt, der einen Übertrager aufweist, welcher einen dem Wert des gemessenen
Verfahrenszustands entsprechenden Strom, beispielsweise im Bereich von
10 bis 50 mA erzeugt. Die Ausgänge dieses Übertragers sind über Leitungen
12, 14 mit einem Regler 16 verbunden.
-
Der Regler 16 weist einen Eingangswiderstand 18
von
100 L2 auf, der eine dem über die Leitungen 12 und 14 fließenden Strom entsprechende
Meßspannung von beispielsweise 1 bis 4 V erzeugL Ein an die eine Klemme des
Widerstands 18 angeschlossenes Sollwert-Potentiometer 20 überbrückt eine
Gleichstromquelle 22 und liefert in Reihe mit der über dem Widerstand
18 erzeugten Meßspannung eine entgegengerichtete einstellbare Führungsgröße.
Der Unterschied zwischen diesen beiden Potentialen ergibt die Regelabweichung 24.
In
der rechten oberen Ecke der Figur ist ein zwischen zwei Stellungen hin- und herbewegbarer
mehrpoliger Umschalter 26 eingezeichnet, mit dessen Hilfe der Regler
16 entweder auf automatischen Betrieb oder auf Handbetrieb umgestellt werden
kann. In der eingezeichneten Stellung, in der sich der Schalter in der Stellung
automatischer Betrieb befindet, wird die Regelabweichung 24 zusammen mit einem Gegenkopplungssignal
28 den Anschlüssen 30 und 32 eines Verstärkers 34 zugeführt. Dieser
Eingangskreis des Verstärkers umfaßt die Leitung 36, die Schaltzunge
38 und den Anschluß 30 und andererseits die Leitung 40, die Schaltzungen
42 und 44 und den Anschluß 32 des Verstärkers 34.
-
Der Verstärker 34 kann eine selbstschwingende Transistorschaltung
sein, die an den Klemmen 46 und 48 ein der mittleren Amplitude der Verstärker-Eingangsspannung
entsprechenden pulsierenden Strom erzeugt. Der Verstärker 34 besitzt einen verhältnismäßig
großen Verstärkungsgrad, so daß beispielsweise eine Schwankung in der Eingangsspannung
von ± 10 mV bei einer Belastung des Ausgangskreises mit 600 9 eine
Veränderung des Ause, Clangsstroms von 10 bis 50 mA ergibt.
-
Zwecks Vereinfachung der Erläuterung ist nur die Endstufe
50 des Verstärkers 34 dargestellt, die von einer Gleichspannungsquelle
52 gespeist wird. Das Ausgangssignal dieser Stufe wird mit Hilfe eines Kondensators
53 gefiltert und als die automatische Regelgröße über den Umschalterkontakt
54 und eine Doppelleitung 56 einem entfernt angeordneten Stellglied
58 zur Betätigung eines Ventils zugeführt.
-
Der vom Verstärker 34 abgegebene pulsierende Strom wird durch die
Primärwicklung eines Rückkopplungstransformators 60 geführt, dessen Sekun-C,
därwicklung an Gleichrichter 62 angeschlossen ist, welche über einem Potentiometer
64 und einem Filterkondensator 66 eine der Stellgröße entsprechende Gleichspannung
erzeugen. Die am Abgriff des Potentlometers 64 erzeugte Spannung wird einem aus
einem Rückführkondensator 68 und einem Rückführ-Parallelwiderstand
70 bestehenden Rückführkreis zugeführt. Die Spannung über dem Parallelwiderstand
70 ist das vorher erwähnte Gegenkopplungssignal 28. Jede Verstellung
des Potentiometers 64 bewirkt eine entsprechende Änderung der Gegenkopplung und
legt daher den Betrag der Änderung der Ventilstellung für eine vorgegebene Änderung
des Istwerts fest.
-
Der erfindungsgemäße Regler arbeitet wie folgt: Wenn der Istwert auf
den gewünschten Sollwert ein-Clestellt ist, besitzt die Regelabweichung 24 den Wert
Null. Ist die dem Stellglied zugeführte Stellgröße normalerweise auf einen mittleren
Stromwert von beispielsweise 30 mA eingestellt, befindet sich die am Potentiometer
64 auftretende Spannung auf einem entsprechenden Mittelwert von beispielsweise
15 V und ist das am Parallelwiderstand 70 auftretende Gegenkopplungssignal
28 gleich Null. Wenn jedoch der kombinierte Fühler und Meßwandler
10 eine t' Crrößere Spannung abgibt, entsteht eine entsprechende Regelabweichung
24, die den Anschlüssen 30
und 32 des Verstärkers 34 zugeführt wird.
Im selben Augenblick, in welchem sich die Ausgangsspannung des Verstärkers 34 in
entsprechendem Maß ändert, ändert sich auch die Gleichspannung am Potentiometer
64 und wird ein der Regelabweichung 24 entgegengerichtetes entsprechendes Gegenkopplungssignal
28 erzeugt, da sich die Spannung über dem Rückstellkondensator
68 nicht sofort ändern kann.
-
Der Verstärker 34 hat einen solchen Verstärkungsgrad, daß das Gegenkopplungssignal
28 praktisch gleich der Regelabweichung 24 ist. Beispielsweise
be-
trägt bei einer Regelabweichung 24 von 2 V die Größe des Gegenkopplungssignals
28 anfänglich 1,996 V, so daß die tatsächliche Änderung des dem Verstärker
zugeführten Signals nur 4 mV beträgt.
-
Wenn der Rückführkondensator 68 sich im Anschluß hieran über
dem Parallelwiderstand 70 auflädt, was normalerweise eine lange Zeit von
beispielsweise bis zu 30 Minuten in Anspruch nimmt, nimmt die Größe des Gegenkopplungssignals
28 allmählich die Größe des vom Verstärker 34 abgegebenen Signals an, und
damit wird die ursprüngliche Regelwirkung erhöht. Schließlich kehrt der Istwert
praktisch auf einen Sollwert zurück, wodurch die Regelabweichung 24 verringert und
die dem Verstärker 34 zugeführte Spannung entsprechend erniedrigt wird, bis ein
neuer Gleichgewichtszustand im Verfahren erreicht ist.
-
Wenn der Umschalter 26 auf »Handsteuerung« umgelegt wird, wird
das Stellglied 58 über einen handbetätigten Einstellwiderstand
72 und die Schaltzunge 74 von der Gleichspannungsquelle 52 mit Spannung
versorgt. Der Stromfluß durch das Stellglied 58 kann demgemäß durch Änderung
der Einstellung dieses Einstellwiderstands 72 geändert werden, um die Stellung
des den Verfahrensablauf steuernden Ventils zu ändern. Normalerweise wird die von
Hand eingestellte Steuergröße vor dem Umschalten auf Handbetrieb durch die Verwendung
herkönunlicher, nicht dargestellter Meßinstrumente gleich der automatischen Stellgröße
gemacht. Diese vor dem Umschalten dem Stellglied 58 zugeführte Stellgröße
wird nun durch die Schaltzunge 54 einer Ersatzlast76 zugeführt, welche dieselben
elektrischen Eigenschaften wie das Stellglied 58 hat.
-
An den positiven Pol der Gleichspannungsquelle 52 sind in Reihe
mit dem Stellglied 58 bzw. der Ersatzlast 76 zwei kleine Widerstände
78 bzw. 80 von beispielsweise 75 9 angeschlossen, deren von
der Gleichspannungsquelle 52 abgekehrte Enden bei auf Handbetrieb stehendem
Umschalter 26 über Leitungen 82 bzw. 84 und die Schaltzungen
38 bzw. 44 mit den Anschlüssen 30 bzw. 32 des Verstärkers 34
verbunden sind. Wenn das dem Stellglied 58 zugeführte von Hand eingestellte
Steuersignal gleich der der Ersatzlast 76 zugeführten Regelgröße ist, sind
die Spannungsabfälle über den Widerständen 78 und 80
gleich, so daß
dem Verstärker 34 eine Spannung Null zugeführt wird. Falls jedoch über die Widerstände
78
und 80 verschiedene Ströme fließen, wird dem Verstärker 34 eine
entsprechende Spannung zugeführte so daß sich die vom Verstärker abgegebene Spannung
entsprechend ändert und der über die Ersatzlast 76 fließende Strom auf einem
Wert gehalten wird, daß der Spannungsabfall über dem Widerstand 78 wieder
praktisch gleich dem Spannungsabfall über dem Widerstand 80 wird. Mit anderen
Worten versucht also die Rückkopplung die Eingangsspannung des Verstärkers 34 auf
Null zu halten. Ersichtlicherweise folgt daher die der Ersatzlast 76 bei
Handbetrieb zugeführte Stellgröße als Folgespannung laufend dem von Hand eingestellten
Steuersignal.
-
Beim Umlegen des Umschalters 26 auf Handbetrieb wird weiterhin
die Regelabweichung 24 über
die Schaltzunge 42 unmittelbar dem Rückführkondensator
68 zugeführt. Demgemäß wird das Potential der linken Belegung des Rückführkondensators
68 auf einem der Regelabweichung gleichen Wert gehalten; Änderungen in der
Ausgangsspannung des Verstärkers 34 ändern das Potential der rechten Belegung des
Rückführkondensators 68 und damit dessen Ladung, haben aber keinen Einfluß
auf das Potential der linken Belegung, welche sich nur mit der Regelabweichung ändert.
-
Wenn der Umschalter 26 erneut auf automatischen Betrieb umgelegt
wird, werden die Regelabweichung 24 und das Gegenkopplungssignal 28 wieder mit umgekehrter
Polarität in Reihe geschaltet und den Anschlüssen 30 und 32 des Verstärkers
34 zugeführt. Da jedoch während des Handbetriebs die Regelabweichung 24 dem Rückführkondensator
68 unmittelbar zugeführt wurde, ist im Augenblick der Umschaltung auf automatischen
Betrieb die Rückführgröße gleich der Regelabweichung 24 und somit die dem Verstärker
34 zugeführte Spannung gleich Null. Da die dem Verstärker zugeführte Spannung jedoch
vorher praktisch auf Null gehalten worden war, ändert sich der vom Verstärker abgegebene
Strom beim Umschalten auf automatischen Betrieb nicht merklich.