DE1270868B - Einrichtung mit einem durch mehrere Messsignale steuerbaren Regler - Google Patents

Einrichtung mit einem durch mehrere Messsignale steuerbaren Regler

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DE1270868B
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DE19631270868
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Inventor
Helmut Kuehnlenz
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Continental Elektronidustrie AG
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Continental Elektronidustrie AG
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00Control of temperature
    • G05D23/19Control of temperature characterised by the use of electric means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Figuren erläutern ein Ausführungsbeispiel.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (5)

  1. Patentansprüche: 1. Einrichtung mit einem durch Meßsignale mehrerer Meßgrößen über eine Auswahlvorrichtung, die das jeweils größte oder kleinste Meßsignal zur Bildung der Stehgröße 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, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung (34a) für den Sollwert der Regelgröße (4) mit den Vorrichtungen (17, 22; 18, 23) zur Einstellung der Grenzwerte der übrigen Meßgrößen (5, 6) derart gekuppelt ist, daß bei ihrer Verstellung eine selbsttätige Anpassung der Meßsignale der übrigen Meßgrößen an diesen neuen Sollwert erfolgt.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Signalpfad der Einrichtung zwischen den Meßvorrichtungen zur Ermittlung der der Auswahlvorrichtung zuzuführenden Meßsignale und Auswahlvorrichtung Signalmischvorrichtungen angeordnet sind, denen neben den Meßsignalen einstellbare und mit dem Sollwert des Reglers verstellbare Korrektursignale zugeführt sind.
  3. 3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Signalpfaden der Meßumformer (8, 11) der zu begrenzenden Meßgröße (5, 6) unabhängig von den mit dem Sollwertgeber (34 a) für die Regelgröße (4) gekuppelten Mitteln (17, 22; 18, 23) unabhängige, auf die Meßsignale einwirkende Vorrichtungen (21, 23) zur Verstellung ihrer Grenzwerte vorgesehen sind.
  4. 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Auswahlvorrichtung ein durch eingeprägte elektrische Gleichströme speisbares Auswahlgleichrichternetzwerk vorgesehen ist.
  5. 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Verwendung in Regeleinrichtungen mit durch ein z. B. als Programmsteuerwerk ausgebildetes Steuerwerk gleitend als Funktion der Zeit verstellbarem Sollwert für die Regelgröße. In Betracht gezogene Druckschriften: O p p e 1 t, Kleines Handbuch technischer Regelvorgänge, Weinheim, 1960, S. 196; Regelungstechnik, 1960, Heft 9, S. 293 bis 297; 1960, Heft 10, S. 359; Frede, Bauelemente der Regelungstechnik, München, 1961, S. 18.
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