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Einrichtung mit einem durch mehrere Meßsignale steuerbaren Regler
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung mit einem durch Meßsignale mehrerer
Meßgrößen über eine Auswahlvorrichtung, die das jeweils größte oder kleinste Meßsignal
zur Bildung der Stellgröße des Reglers auswählt, gesteuerten Regler zur Regelung
einer dieser Größen und zur Begrenzung der übrigen Meßgrößen auf einstellbare Werte,
bei der die Meßsignale der einzelnen Meßgrößen durch Meßumformer in Einheitssignale
abgebildet und im Signalpfad des Reglers eine Vorrichtung zur Vorgabe des Sollwerts
für - die Regelgröße und in den Signalpfaden der Meßumformer der übrigen Meßgrößen
Vorrichtungen zur Vorgabe ihrer Grenzwerte durch Veränderung der Meßsignalgröße
in Anpassung an den Wert des Meßsignals der Regelgröße beim Vorliegen ihres Sollwerts
angeordnet sind.
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Regeleinrichtungen dieser Art sind an sich bekannt. Sie machen es
erforderlich, daß die Meßsignale der einzelnen Meßgrößen bei Zuführung in die jeweilige
Auswahlvorrichtung aufeinander derart normiert werden, daß die der Auswahlvorrichtung
angebotenen Signale dann übereinstimmen, wenn der Wert des Meßsignals der Regelgröße
mit seinem Sollwert übereinstimmt, mit anderen Worten, die Anordnung muß derart
getroffen werden, daß für den Fall, daß die Regelgröße ihren Sollwert und die übrigen
Meßgrößen ihre Grenzwerte zum selben Zeitpunkt aufweisen, die Meßsignale, die auf
die Auswahlvorrichtung einwirken, einander gleich sind. Dieses ist beispielsweise
durch entsprechende, im Signalpfad der Meßvorrichtungen der übrigen Meßgrößen angeordnete
Vorrichtungen möglich oder aber auch durch entsprechenden Eingriff in die Meßvorrichtungen
selbst.
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Regeleinrichtungen dieser Art eignen sich in ihrer bekannten Form
nicht zur Regelung irgendeiner Regelgröße mit gleitendem Sollwert, da bei Veränderungen
des Sollwerts die Funktion solcher Regler gestört wird. Jede Änderung des Reglersollwerts
erfordert eine Neujustierung des Reglers.
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Zur Beseitigung dieser Schwierigkeiten wird gemäß der vorliegenden
Erfindung bei einer Einrichtung der eingangs näher bezeichneten Art vorgeschlagen,
daß die Einstellvorrichtung für den Sollwert der Regelgröße mit den Vorrichtungen
zur Einstellung der Grenzwerte der übrigen Meßgrößen derart gekuppelt ist, daß bei
Verstellung des Sollwerts eine selbsttätige Anpassung der Meßsignale der übrigen
Meßgrößen an den veränderten Sollwert erfolgt.
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In vorteilhafter Ausgestaltung von Einrichtungen nach der Erfindung
ist die Anordnung dabei derart getroffen, daß in den Signalpfaden der übrigen Meßgrößen
zusätzlich Vorrichtungen zur willkürlichen Veränderung des Meßsignals unabhängig
von der Einstellung: des Reglersollwerts vorgesehen sind. Mit solchen Anordnungen
können auch die Grenzwerte der übrigen Meßgrößenbeliebig verändert werden.
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Die Anordnung kann dabei in Einrichtungen nach der Erfindung derart
getroffen sein, daß sämtliche Einstellmittel mechanisch oder elektrisch, gekoppelt
sind. Dabei wird die Anordnung zweckmäßig derart getroffen, daß in den Signalpfad
der Einrichtung zwischen den Meßvorrichtungen zur Erfassung der Meßwerte der einzelnen
Meßgrößen und der Extremwertauswahlvorrichtung Signahmischvorrichtungen eingeschaltet
sind, denen neben den Meßsignalen von Hand einstellbare und. mit dem Reglersollwert
veränderliche Korrektursignale: zuführbar sind.
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Die Figuren erläutern ein Ausführungsbeispiel.
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F i g. 1 stellt .ein schematisches Blockdiagramm einer Regeleinrichtung
nach der Erfindung dar, während die Diagramme der F i g. 2, 3 und 4 zur Erläuterung
der Regelaufgabe bzw. zur Erläuterung der Funktion der nachfolgend näher beschriebenen
Einrichtung dienen.
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In F i g. 1 bezeichnet 1 einen Tiefofen, dem über die Rohrleitung
2 Brennstoff in regelbarer Menge zuführbar ist. Die Rohrleitung 3 dient zur
Abführung der Verbrennungsgase des Ofens. Ihre Temperatur ist im stationären Zustand
des geregelten Ofens gleich oder angenähert gleich der Temperatur des in den Ofen
bei relativ niedriger Eigentemperatur eingebrachten Wärmguts. Zu Beginn ist deshalb
der Brennstoffbedarf des Ofens, der durch Messung der Abgastemperatur a4 an der
Meßstelle 4 ermittelt wird, relativ groß, so daß - um den Ofen nicht zu gefährden
- die die Rohrleitung 2 durchströmende Brennstoffmenge Q auf einen einstellbaren
Wert 0""x begrenzt werden muß. Daneben ist dafür Sorge zu
tragen,
daß die Temperatur an kritischen Stellen der Ofeninnnenwandung eine obere Sicherheitsgrenze
nicht überschreitet. Mit 5 ist eine entsprechende Temperaturmeßstelle zur Ermittlung
der Ofenwandtemperatur b. bezeichnet. 6 kennzeichnet eine in der Rohrleitung 2 angeordnete
Mengenmeßstelle zur Ermittlung der Heizgasmenge Q.
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In F i g. 2 sind die Meßwerte der Temperatur e5 und 72s sowie der
Heizgasmenge Q als Funktion der Zeit dargestellt. Der Regler soll den Meßwert 05
auf den Wert b5rtax, den Meßwert Q auf den Wert Q.ax begrenzen und den Meßwert x74
auf seinen Sollwert e.. regeln.
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Hierzu sind an den Meßstellen 4 und 5 Thermoelemente vorgesehen, deren
Thermospannungen mittels der Meßumformer 7 und 8 in eingeprägte elektrische Gleichströme
i4 und i5 umgewandelt sind. Es handelt sich bei den Umformern 7 und 8 um selbsttätige
Kompensatoren z. B. vom Lindeck-Rothe-Typ. Die erzeugten Gleichströme sind den Fernleitungen
9 und 10 zugeführt. An der Meßstelle 6 ist eine Meßblende in die Rohrleitung 2 eingebaut.
Der Differenzdruck an der Blende ist mittels eines mechanischen Differenzdruckmeßwerks
in eine Kraft umgewandelt, und diese Kraft ist einem selbsttätigen elektromechanischen
Kraftkompensator 11 zugeführt. Dieser erzeugt an seinem Ausgang einen eingeprägten
elektrischen Gleichstrom i., der der Quardratwurzel aus der Kraft und damit der
Menge Q proportional ist. Er ist der Fernleitung 12 zugeführt.
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Bei den Kompensatoren 7, 8 und 11 handelt es sich um
Einheitsumformer, die die ihnen zugeordneten Meßgrößen in Gleichströme umwandeln,
die beispielsweise einheitlich zwischen 0 ... 10 mA mit den Meßgrößen variabel
sind. Die F i g. 3 erläutert die Meßcharakteristik der Umformer. Den Grenzwerten
Q.ax und t95,"ax sind auf den Fernleitungen 12 bzw. 10 Grenzgleichströme ieo bzw.
150 zugeordnet, während dem Aufgabenwert der Temperatur an der Meßstelle 4 auf der
Fernleitung 9 ein Gleichstrom 1.n zugeordnet ist.
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In den Signalpfad der Meßeinrichtung 5 und 6 sind zwei als Signalmischvorrichtungen
dienende Transduktormeßverstärker 13 und 14 eingeschaltet. Sie verstärken ihre Eingangssignale
im Verhältnis 1 :1 und erzeugen an ihren Ausgängen entsprechende eingeprägte elektrische
Gleichströme i.' bzw. 1,'. Sie weisen die Steuerwicklungen 15, 16 und 17 bzw. 18,
19 und 20 auf. Den Wicklungen 16 und 19 sind die Ströme der
Fernleitungen 10 und 12 zugeführt. Die Wicklungen 15, 17 und
18, 20 stehen jeweils mit eigenen einstellbaren Gleichstromsignalquellen
21, 22, 23 und 24 in Verbindung. Die Signale der Quellen 21 und 22 sind zum Signal
der Quelle 11 in Summe addiert, während die Signale der Quellen 23, 24 in Summe
vom Signal der Quelle 8 subtrahiert sind. Die Meßcharakteristiken der Vorrichtungen
5 und 6 werden dadurch - wie in F i g. 4 dargestellt -gegen die Meßcharakteristik
der Vorrichtung 4 verschoben.
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Die Verstärker 13 und 14 und der Umformer 7 speisen ein aus den drei
in Reihe geschalteten Gleichrichtern 30, 31 und 32 und aus dem in Reihe zu den Gleichrichtern
den Widerstand 33 bestehendes Auswahlgleichrichternetzwerk einfachster Art derart,
daß der Widerstand 33 stets von einem eingeprägten Gleichstrom durchflossen ist,
der dem jeweils gerade größten der drei in das Netzwerk eingespeisten Ströme entspricht.
Der Spannungsabfall am Widerstand 33 ist diesem Strom proportional.
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Mit 34 a ist eine Potentiometervorrichtung bezeichnet, die es gestattet,
eine Sollwertspannung einzustellen. Sie ist der Spannung am Widerstand 33 entgegengeschaltet,
so daß die resultierende Differenz am Eingang eines Verstärkers 34 als Regelabweichung
steuernd wirksam ist. Der Verstärker erzeugt an seinem Ausgang eine der Regelabweichung
proportionale 50-Hz-Wechselspannung, deren Phase bei Vorzeichenumkehr der Regelabweichung
um 180° springt. Sie steuert die Drehzahl und Drehrichtung eines elektrischen Stellmotors
35, der ein in der Rohrleitung 2 angeordnetes Ventil 36 verstellt. Ein der Stellung
des Ventils entsprechendes Rückführsignal ist auf den Eingang des Reglers 34 über
Zeitglieder zurückgeführt, so daß ein PI-Regler entsteht.
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Die Einstellmittel 50, 51 und 52 der Signalgeneratoren 22, 23 und
34a sind mechanisch miteinander gekuppelt, so daß eine Änderung der Einstellung
des Sollwerts am Generator 34 a eine entsprechende Parallelverschiebung der Meßcharakteristiken
der Meßvorrichtungen 5 und 6 zur Folge hat.
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Die Anordnung kann auch - wie in F i g. 5 angedeutet - derart getroffen
sein, daß die Steuerwicklungen 17 und 18, in Reihe (oder parallel)
geschaltet, von einem Strom durchflossen sind, der einem Gleichstromgenerator 34",
der einstellbar ist, entnommen ist und gleichzeitig den Widerstand 34' durchfließt,
der in Reihe (oder parallel) zu den Steuerwicklungen geschaltet ist und mit dem
an ihm auftretenden Spannungsabfall zur Vorgabe eines Reglersollwerts dient.
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Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt: Ist an den Korrektursignalquellen
22 und 23 bzw. an den Quellen 21 und 24 die Grenzmenge Q,"ax und die Grenztemperatur
e6 Max eingestellt, so übernimmt zu Beginn der Regelung der größte der drei Meßwerte
über den Regler 34 so lange die Dosierung der Brennstoffmenge am Ventil
36, bis irgendeine andere der Meßgröße unzulässig groß wird, worauf eine
entsprechende Drosselung der Brennstoffzufuhr erfolgt. Die einzelnen Meßsignale
können sich dabei beliebig abwechseln, ohne daß die Temperatur des Wärmguts unzulässig
von ihrem Sollwert abweicht bzw. ohne daß die Temperatur 17, "" oder die
Grenzmenge QMax überschritten wird. Der Sollwert für den Regler 34 kann dabei z.
B. durch ein motorisch angetriebenes Fahrplansteuerwerk 53 geändert werden, das
mechanisch über Kupplungsteile 50, 51 und 52 mit den Signalgeneratoren
34 a, 22 und 23 gekuppelt ist.
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Bei einer Verstellung des Sollwerts durch den Regler 34, 35 durch
Verstellung des Potentiometers der Vorrichtung 34 a werden gleichzeitig an den Vorrichtungen
17, 22 und 18, 23 in den Wicklungen 17
und 18 entsprechend der
Verstellung des Potentiometers neue Gleichströme eingestellt, die den neuen Reglersollwert
an den Ausgangssignalen der Vorrichtungen 13 und 14 entsprechend berücksichtigen.
Wird also beispielsweise der Sollwert für den Meßwert der Meßgröße 4 erhöht,
so wird gleichzeitig der Pegel der Ausgangssignale der Vorrichtungen 13 und
14
heraufgesetzt, so daß beim Vorliegen eines Meßsignals auf der Leitung 9,
das dem Sollwert der Regelgröße entspricht, und beim gleichzeitigen Vorliegen von
Meßsignalen auf den Leitungen 10 und 12, die den Grenzwerten der entsprechenden
Meßgrößen entsprechen, an den Ausgängen der Vorrichtungen 13, 7 und 14 gleich große
Gleichströme vorhanden sind.
Bei einer Erniedrigung des Reglersollwerts
werden diese Gleichströme entsprechend herabgesetzt.
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Unabhängig von dieser selbsttätigen Anpassung ist durch Verstellen
der Potentiometer an den Vorrichtungen 21 und 24 eine unabhängige Einstellung der
Grenzwerte der Meßgrößen 5 bzw. 6 durchführbar.