DE1438974C

DE1438974C - Method and arrangement for step-wise electromotive adjustment of mechanical links

Info

Publication number: DE1438974C
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dipl.-Ing.. 6702 Dürkheim; Schlereth Georg Dipl.-Ing. 6703 Limburgerhof Feldhoff
Original assignee: Badische Anilin and Sodafabrik AG
Current assignee: BASF SE
Publication date: 1971-01-28

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum schrittweisen elektromotorischen Verstellen von mechanischen Gliedern zum Betätigen von Ventilen, Schiebern, Drosselklappen u. dgl., bei dem im Rechts- und Linkslaufbetrieb des Elektromotors die Schrittweite nach der Pulsverhältnismodulation verändert wird. Bei Ventilen und Schiebern ist der Gleichstrommotor in der Regel ein Motor mit besonders geringer Massenträgheit, auf den Kopf der Verstellspindel unmittelbar aufgesetzt. Das Verfahren ermöglicht es, mechanische Glieder durch Verändern des Energieinhaltes der Schaltschritte in Abhängigkeit vom jeweiligen Kraftbedarf des zu verstellenden mechanischen Gliedes, z. B. der Verstellspindel eines Ventils, mit sehr hoher Stellgeschwindigkeit und konstanter Schrittweite, elektromotorisch zu verstellen.The invention relates to a method for the step-by-step electromotive adjustment of mechanical links for operating valves, slides, throttle valves and the like Clockwise and counterclockwise operation of the electric motor changed the step size after the pulse ratio modulation will. In the case of valves and slides, the DC motor is usually a motor with special low inertia, placed directly on the head of the adjusting spindle. The procedure enables mechanical links by changing the energy content of the switching steps in Depending on the power requirement of the mechanical link to be adjusted, e.g. B. the adjusting spindle of a valve, with very high actuating speed and constant step size, electromotive to adjust.

Fast immer werden in der Verfahrenstechnik Regelstrecken am unmittelbaren Eingriffort durch mechanische Stellglieder beeinflußt. In betrieblichen Anlagen der chemischen Technik sind Ventile, Drosselklappen und Schieber die am häufigsten gebrauchten Stellglieder für eine Änderung der Verfahrensdaten. Zur Betätigung dieser Stellglieder sind bereits pneumatische, elektrische und hydraulische Antriebe bekannt. Wegen ihrer einfachen Konstruktion und verhältnismäßig großen Stellkräften be. hoher Stellgeschwindigkeit sowie guter Stellgenauigkeit werden hauptsächlich pneumatische Membranantriebe angewendet, da bisher elektrische Antriebe bei gleichen Stellkräften vergleichsweise längere Stellzeiten erfordern. Es werden daher in geregelten Anlagen als Geber für Regelventile, Drosselklappen, Schieber und ähnliche Stellglieder auch meist pneumatische Regler verwendet. Elektronische Regler sind indes schon bisher den pneumatischen Reglern vor allem durch die Schnelligkeit überlegen gewesen, mit der sie Regelvorgänge durchführen. Ein weiterer Vorteil elektronischer Regler, insbesondere als Magnetverstärker oder in Halbleiterausführung, ist in der Wartungsfreiheit und der hohen Lebensdauer zu sehen. Schließlich lassen sich elektronische Regler wesentlich besser als pneumatische durch sogenannte Prozeßrechner ansteuern.In process engineering, controlled systems are almost always implemented at the immediate site of intervention mechanical actuators affected. In chemical engineering plants there are valves, Butterfly valves and gate valves are the most commonly used actuators for changing process data. Pneumatic, electrical and hydraulic actuators are already used to operate these actuators Drives known. Because of their simple construction and relatively large actuating forces. high actuating speed and good actuating accuracy are mainly pneumatic diaphragm actuators used because previously electric drives with the same actuating forces were comparatively longer Require positioning times. It is therefore used in regulated systems as a transmitter for control valves, throttle valves, Gate valves and similar actuators also mostly used pneumatic regulators. Electronic regulators are however, it has so far been superior to pneumatic controllers, primarily because of their speed which they carry out control processes. Another advantage of electronic controllers, especially as Magnetic amplifier or in semiconductor design, is maintenance-free and long service life too see. After all, electronic controllers can be operated much better than pneumatic ones by so-called Control the process computer.

Wird im Rahmen der bisher üblichen Technik ein Membranantrieb durch einen elektronischen Regler gesteuert, dann ist immer ein elektropneumatischer Stellungsregler oder ein elektropneumatischer Wandler als Zwischenglied erforderlich. Dennoch haben sich, vor allem durch die rasche Stellzeit bedingt, pneumatische Stellantriebe in den meisten Fällen bisher gegenüber elektromotorischen oder elektrohydraulischen Stellantrieben als wirtschaftlicher und bzw. oder als regelungstechnisch günstiger erwiesen. Bei den bekannten elektromotorischen Stellantrieben zwingt nämlich die Trägheit der bewegten Massen in Motoren und Getrieben zu einer Herabsetzung der Stellgeschwindigkeiten. Die obengenannten Vorteile elektronischer Regler konnten demzufolge bisher wegen der relativ langen Stellzeiten in Verbindung mit elektromotorischen Stellantrieben nicht vollständig ausgenutzt werden.Is a diaphragm drive by an electronic controller in the context of the technology that has been used up to now controlled, then there is always an electropneumatic positioner or an electropneumatic converter required as an intermediate link. Nevertheless, mainly due to the quick response time, pneumatic actuators in most cases compared to electromotive or electrohydraulic actuators Actuators have proven to be more economical and / or more favorable in terms of control technology. In the known electromotive actuators namely the inertia of the moving masses in motors and gearboxes to a reduction in the actuating speeds. The advantages mentioned above Electronic controllers could therefore previously be connected because of the relatively long positioning times are not fully utilized with electromotive actuators.

Um diesen Mangel zu beheben, sind Fachleute bereits mehrfach bestrebt gewesen, schneller arbeitende elektrische Stellantriebe zu schaffen. Gewissermaßen «'ils elektrisches Analog zum Membranantrieb ist z. B. ein elektromagnetischer Antrieb bekannt, dessen stromabhängige Kraft durch die Gegenkraft einer Feder in einen proportionalen Verstellweg umgewandelt wird. Da die Verlustleitung .eines derartigen Antriebes quadratisch vom Strom abhängig ist, können aber mit diesem Antrieb nur verhältnismäßig kleine Stellkräfte erzeugt werden, die für viele Anwendungen nicht ausreichen. — Ein anderer schnellerer elektrischer Stellantrieb benutzt einen ständig eingeschalteten Antriebsmotor, der mittels je einer Magnetpulverkupplung für Rechts- und Linkslauf über ein Reversiergetriebe auf die Antriebswelle des Stellgliedes gekuppelt werden kann. Wenn dieser Antrieb auch höhere Stellkräfte zuläßt als der obengenannte elektromagnetische Antrieb, so erreicht er dennoch nicht die Kräfte der größeren Membranantriebe. In order to remedy this deficiency, experts have already tried several times to create faster operating electric actuators. To a certain extent, the electrical analogue of the diaphragm drive is e.g. B. an electromagnetic drive is known whose current-dependent force is converted into a proportional adjustment path by the counterforce of a spring. Since the power loss of such a drive is quadratically dependent on the current, only relatively small actuating forces can be generated with this drive, which are insufficient for many applications. - Another faster electric actuator uses a constantly switched on drive motor, which can be coupled to the drive shaft of the actuator by means of a magnetic powder clutch for clockwise and counterclockwise rotation via a reversing gear. Even if this drive allows higher actuating forces than the above-mentioned electromagnetic drive, it still does not achieve the forces of the larger diaphragm drives.

Zum Stand der Technik gehören ferner elektrohydraulische Antriebe, die den pneumatischen Antrieben hinsichtlich der Stellgeschwindigkeit und der Stellkräfte als etwa gleichwertig anzusehen sind. Ihre sehr aufwendige Konstruktion steht aber einem breiten Einsatz entgegen.The state of the art also includes electrohydraulic drives that replace pneumatic drives with regard to the actuating speed and the actuating forces are to be regarded as roughly equivalent. your but very complex construction stands in the way of broad use.

Es sind schließlich Methoden bekannt, die durch besondere Steuerung des Schrittbetriebes des Elektromotors eine gewisse Erhöhung der Stellgeschwindigkeit ermöglichen. Allen diesen Methoden ist gemeinsam, daß ein größerer Verstellweg nicht in einem Schritt durchlaufen wird, sondern durch eine Anzahl aufeinanderfolgender Schaltschritte. Der kleinstmögliche Schaltschritt bestimmt dabei die Stellgenauigkeit. Da die Pause nach jedem Schaltschritt die Gesamtstellzeit erhöht, ist es nicht zweckmäßig, mit zeitlich konstanten Schaltschritten und Pausen zu arbeiten.Finally, methods are known which are controlled by special control of the step-by-step operation of the electric motor enable a certain increase in the actuating speed. All these methods have in common that a larger adjustment path is not traversed in one step, but by a number successive switching steps. The smallest possible switching step determines the positioning accuracy. Since the pause increases the total operating time after each switching step, it is not advisable to to work with constant switching steps and pauses.

Aus der Nachrichtentechnik sind die Impulsbreitenmodulation und die Impulsfrequenzmodulation bekannt. Beide Modulationsarten ermöglichen bei größer werdender Regelabweichung, das ist die Abweichung des Istwertes vom Sollwert, eine zunehmende Stellgeschwindigkeit. Regelungstechnisch ist jedoch die sogenannte Impulsbreiten-Impulsfrequenz-Modulation günstiger. Da sowohl Impulsbreite als auch Impulsfrequenz dabei stark nichtlinear von der Regelabweichung abhängig sind, wird nachfolgend treffender die Bezeichnung Pulsverhältnismodulation verwendet.From communications engineering are pulse width modulation and pulse frequency modulation known. Both types of modulation allow with increasing control deviation, that is Deviation of the actual value from the setpoint, an increasing control speed. Control is however, the so-called pulse width pulse frequency modulation is cheaper. Since both pulse width and pulse frequency are also strongly non-linearly dependent on the control deviation, is shown below more appropriately the term pulse ratio modulation is used.

Die Fig. 1 zeigt die Abhängigkeit der Pulsfrequenz Pf und der Pulsdauer Pd vom Reglersignal Rs bei der Pulsverhältnismodulation. — Danach wird bei kleinem Ausgangssignal des Reglers der Stellantrieb mit kleinen Schritten niedriger Frequenz, also langsam verstellt. Mit steigendem Reglersignal Rs nimmt die Pulsfrequenz Pf bis zu einem Maximum sehr stark zu, um dann wieder abzunehmen. Die Pulsdauer Pd folgt dabei einer Exponentialfunktion. Dadurch erreicht der Stellantrieb bei steigendem Reglersignal sehr bald seine größte Stellgeschwindigkeit.1 shows the dependence of the pulse frequency Pf and the pulse duration Pd on the controller signal Rs in the pulse ratio modulation. - Then, if the controller output signal is small, the actuator is adjusted in small steps at a low frequency, i.e. slowly. As the controller signal Rs increases, the pulse frequency Pf increases very sharply up to a maximum, and then decreases again. The pulse duration Pd follows an exponential function. As a result, the actuator very soon reaches its highest actuating speed when the controller signal rises.

Wird als Antrieb ein Motor mit besonders geringer Massenträgheit benutzt, z. B. ein Scheibenankermotor, dann läßt sich eine Stellgeschwindigkeit erreichen, die diejenige pneumatischer Antriebe übertrifft. Weiter lassen sich unter zusätzlicher Anwendung der Pulsverhältnismodulation damit Antriebe verwirklichen, die zusammen mit elektro- If a motor with a particularly low inertia is used as the drive, e.g. B. armature motor a disk, then an actuator speed can be achieved, exceeding that of the pneumatic actuators. Furthermore , with the additional use of pulse ratio modulation, drives can be realized that, together with electrical

«5 nischen Reglern bisher nicht erreichbare vorteilhafte und fortschrittliche reglungstechnische Eigenschaften aufweisen. Zur Schaffung eines schnellen leistungsstarken«5 niche controllers that were previously unachievable and advantageous and have advanced control properties. To create a fast powerful

Stellantriebes sind jedoch noch folgende Gegebenheiten zu berücksichtigen. Mechanische Stellglieder erfordern zum Betätigen über den jeweiligen Stellbereich hinweg eine sich wesentlich ändernde Kraft. So fällt z. B. bei Einsitzventilen die vom Druckfall 5 des Mediums an der Ventilspindel hervorgerufene Kraft von einem Maximum in der Nähe der Schließstellung mit zunehmendem Öffnen stark ab. An einem motorischen Stellantrieb wird jedoch die Energie eines Pulses vom Motor in eine gleichbleibende Arbeit des Schaltschrittes als Produkt aus Kraft und Weg umgewandelt. Bei konstanter Energie des Pulses ändert sich daher die Schrittbreite und damit die Stellgenauigkeit in Abhängigkeit von der Last. Wird die Energie des kleinsten Schaltschrittes, der sich aus der Pulsverhältnismodulation ergibt, so bemessen, daß sich bei größter Last die erforderliche Stellgenauigkeit ergibt, dann werden bei kleinerer Last die Schritte größer. Die gewünschte Stellgenauigkeit kann dann nicht eingehalten werden. Wird umgekehrt die Energie des kleinsten Schaltschrittes der niedrigsten Last angepaßt, dann werden bei zunehmender Belastung die Schritte kleiner. Die Stellgenauigkeit wird wohl größer, aber die Stellgeschwindigkeit wird kleiner. Lediglich mit der Anwendung der bekannten Pulsverhältnismodulation läßt sich daher das Ziel noch nicht erreichen, mit einem trägheitsarmen Motor die größtmögliche Stellgeschwindigkeit zu erzielen.Actuator, however, the following conditions must be taken into account. Mechanical actuators require a significantly changing force for actuation over the respective setting range. For example B. in single-seat valves caused by the pressure drop 5 of the medium at the valve spindle Force from a maximum in the vicinity of the closed position with increasing opening sharply. On However, a motorized actuator turns the energy of a pulse from the motor into a constant one Work of the switching step converted as the product of force and distance. At constant energy of the pulse changes the step width and thus the positioning accuracy as a function of the Load. If the energy of the smallest switching step that results from the pulse ratio modulation, so dimensioned so that the required setting accuracy results with the greatest load, then with a smaller Load the steps bigger. The desired positioning accuracy cannot then be maintained. Is reversed the energy of the smallest switching step is adapted to the lowest load, then with increasing Load the steps smaller. The positioning accuracy will be greater, but the positioning speed gets smaller. It is only possible to use the known pulse ratio modulation therefore not yet achieving the goal of achieving the highest possible control speed with a low-inertia motor to achieve.

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugründe, die Energie der einzelnen Pulse, die nach der Pulsverhältnismodulation erzeugt werden, kontaktlos so zu steuern, daß unabhängig vom Kraftbedarf des Stellgliedes eine konstante Stelllgenauigkeit und reproduzierbare Stellgeschwindigkeit erzielt wird. — Erfindungsgemäß besteht die Lösung dieser Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art darin, daß die Schaltschritte durch Pulsketten gebildet sind, die aus einzelnen, pausenlos aneinandergereihten Pulsen bestehen, deren Energieinhalt in Abhängigkeit vom Kraftbedarf des zu verstellenden mechanischen Gliedes verändert wird. Dabei werden Pulse von der zeitlichen Dauer des kleinsten Pulses, der sich aus der Pulsverhältnismodulation ergibt, praktisch ohne Zwischenpause zu Pulsketten aneinandergereiht, um die von der Pulsverhältnismodulation bei steigender Regelabweichung geforderten längeren Pulse zu erzeugen. Die Einzelpulse der Pulsketten werden erfindungsgemäß in Abhängigkeit vom erforderlichen Kraftbedarf des mechanischen Stellgliedes in ihrem Energieinhalt durch unterschiedlichen Phasenanschnitt geformt. — Die Zahl der Einzelpulse in einer Kette und die Pausenzeiten zwischen den Ketten bzw. die Frequenz, mit der die Pulsketten erscheinen, wird nach der Pulsverhältnismodulation bestimmt. Die Zerlegung des Stellbereiches in Schaltschritte mit konstanter Schrittweite ermöglicht schließlich auch eine rein elektrische, digitale Regelung mit einem Prozeßrechner. The invention is therefore based on the object the energy of the individual pulses that are generated after the pulse ratio modulation, contactless to be controlled so that regardless of the power requirement of the actuator a constant positioning accuracy and reproducible actuating speed is achieved. - According to the invention, there is a solution to this problem in a method of the type mentioned in that the switching steps are formed by pulse chains which consist of individual, continuously strung together pulses, the energy content of which is in Depending on the power requirement of the mechanical member to be adjusted is changed. Be there Pulse of the duration of the smallest pulse that results from the pulse ratio modulation, Lined up to form pulse chains practically without a break in order to avoid the pulse ratio modulation to generate the required longer pulses with increasing control deviation. The individual pulses of the Pulse chains are according to the invention depending on the required force of the mechanical Actuator shaped in their energy content by different phase control. - The number of Individual pulses in a chain and the pause times between the chains or the frequency with which the Pulse chains appear, is determined according to the pulse ratio modulation. The decomposition of the actuating area in switching steps with constant step size finally also enables a purely electrical, digital control with a process computer.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist am zu betätigenden mechanischen Glied eine Kraftmeßeinrichtung angeordnet, durch deren sich ändernde Ausgangsgröße der Energieinhalt der Pulse verändert wird.In a further embodiment of the invention, a force measuring device is on the mechanical member to be actuated arranged, the changing output variable of which changes the energy content of the pulses will.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, die verschiedene Blockschaltbilder für Netzbetrieb und Batteriebetrieb am Beispiel eines Ventilantriebes zeigen.Further embodiments of the invention emerge from the following description and the Drawings showing various block diagrams for mains operation and battery operation using the example of a Show valve drive.

In F i g. 2 ist eine Anordnung zum schrittweisen elektromotorischen Betätigen eines Einsitzventils bei Netzbetrieb wiedergegeben. — Wie bei der Pulsverhältnismodulation üblich, wird in einer Vergleicherschaltung 1 die Regelabweichung Xw als Differenz aus dem Istwert der Regelgröße X und dem Sollwert W gebildet. Diese Regelabweichung Xw wird vom Verstärker 2 verstärkt und je nach ihrem Vorzeichen auf die eine oder andere von zwei Kippstufen 3 bzw. 4 gegeben. Das Vorzeichen der Regelabweichung Xw bestimmt sich danach, ob der Istwert größer oder kleiner als der Sollwert ist. Solange Istwert und Sollwert einander gleich sind, wird das Ventil nicht verstellt. Tritt jedoch eine bestimmte mindeste Abweichung ein, Schwellwert genannt, dann wird vorzeichenabhängig die eine oder andere Kippstufe 3 bzw. 4 geschaltet. Im Gegensatz zur üblichen Ausführung solcher Regler erscheint dann am Ausgang der betreffenden Kippstufe nicht ein Gleichstrom, sondern erfindungsgemäß eine Folge von Halbwellen, die durch Gleichrichtung aus dem Netzwechselstrom gewonnen sind.In Fig. 2 shows an arrangement for the step-by-step electromotive actuation of a single-seat valve during mains operation. As is customary with pulse ratio modulation, the control deviation Xw is formed as the difference between the actual value of the controlled variable X and the setpoint W in a comparator circuit 1. This control deviation Xw is amplified by the amplifier 2 and, depending on its sign, passed to one or the other of two flip-flops 3 or 4. The sign of the system deviation Xw is determined by whether the actual value is greater or less than the setpoint. As long as the actual value and the setpoint are the same, the valve is not adjusted. However, if a certain minimum deviation occurs, called a threshold value, one or the other flip-flop 3 or 4 is switched depending on the sign. In contrast to the usual design of such regulators, a direct current does not appear at the output of the flip-flop in question, but rather, according to the invention, a sequence of half-waves which are obtained from the mains alternating current by rectification.

Beim Einschalten der Kippstufe 3 bzw. 4 wird gleichzeitig über die zugehörige Rückführschaltung 5 bzw. 6 ein Signal auf den Eingang des Verstärkers 2 gegeben, das durch sein Zeitverhalten in Abhängigkeit von der Größe der Regelabweichung Xw die Pulsverhältnismodulation im Ausgang der Kippstufe 3 bzw. 4 erzeugt. Je nach Größe der Regelabweichung Xw gibt die jeweilige Kippstufe eine variable Anzahl von Halbwellen in einer Pulskette ab. Die Anzahl der Halbwellen entspricht dabei der Pulsdauer der Pulsverhältnismodulation. Die Halbwellen werden in einer Phasenanschnittschaltung 7 bzw. 8 mit den Halbwellen des Netzteiles synchronisiert.When switching on the flip-flop 3 or 4, a signal is simultaneously sent to the input of the amplifier 2 via the associated feedback circuit 5 or 6, which, due to its time behavior, depending on the size of the control deviation Xw, the pulse ratio modulation in the output of the flip-flop 3 or 4 generated. Depending on the size of the control deviation Xw , the respective multivibrator emits a variable number of half-waves in a pulse chain. The number of half waves corresponds to the pulse duration of the pulse ratio modulation. The half-waves are synchronized in a phase control circuit 7 or 8 with the half-waves of the power supply unit.

Durch ein Kraftmeßglied 9, das am Stellglied angeordnet ist, also in diesem Fall an der Ventilspindel, wird der Kraftbedarf gemessen. Als Kraftmeßglied 9 kommen bei Ventilspindeln vorzugsweise Dehnungsmeßstreifen oder magnetoelastische Kraftaufnehmer in Betracht, an anderen Stellgliedern gegebenenfalls auch piezoelektrische Geberelemente. Die Ausgangsgröße dieses Kraftmeßgliedes wird als Steuergröße für den Phasenanschnitt benutzt und bestimmt daher den Einsatzpunkt der Zündpulse. Durch diese Zündpulse, die von der Phasenanschnittschaltung 7 bzw. 8 abgegeben werden, erfolgt am Kraftschaltglied 10 das Einschalten der kontaktlosen Schalter, für die vorzugsweise Thyristoren verwendet werden. Je nach geforderter Drehrichtung gelangen dann positive oder negative Halbwellen, deren Energieinhalt dem Integral des Stromes proportional ist, auf den Scheibenankermotor 11. Dieser Scheibenankermotor ist unmittelbar formschlüssig mit der Spindel 15 verbunden. Ein Getriebe ist nicht erforderlich. — Indes sind andere Stellglieder als Ventilspindeln denkbar, bei denen aus anderen Gründen als denen der geringsten Massenträgheit unter Beibehaltung der wesentlichen Merkmale der Erfindung ein Getriebe zwischengeschaltet sein kann. — Durch den Phasenanschnitt in Abhängigkeit von der Ausgangsgröße des Kraftmeßgliedes 9 ist der Energieinhalt einer jeden Halbwelle dem jeweiligen Kraftbedarf proportional. Dadurch wird der Motor 11 mit konstanter Schrittweite und folglich mit konstanter Stellgenauigkeit verstellt. Wird der Zündwinkel der Phasenanschnittschaltung 7The force requirement is measured by a force measuring element 9 which is arranged on the actuator, that is to say in this case on the valve spindle. In the case of valve spindles, strain gauges or magnetoelastic force transducers are preferred as the force measuring element 9, and piezoelectric transducer elements on other actuating elements may also be used. The output variable of this force measuring element is used as a control variable for the phase control and therefore determines the starting point of the ignition pulses. These ignition pulses, which are emitted by the phase control circuit 7 or 8, turn on the contactless switches on the power switching element 10, for which thyristors are preferably used. Depending on the required direction of rotation, positive or negative half-waves, the energy content of which is proportional to the integral of the current, then reach the disc armature motor 11. This disc armature motor is directly connected to the spindle 15 in a form-fitting manner. A gearbox is not required. - Meanwhile, actuators other than valve spindles are conceivable, in which, for reasons other than those of the lowest mass inertia, a gear can be interposed while maintaining the essential features of the invention. - Due to the phase control as a function of the output variable of the force measuring element 9, the energy content of each half-wave is proportional to the respective power requirement. As a result, the motor 11 is adjusted with a constant step size and consequently with constant positioning accuracy. If the ignition angle of the phase control circuit 7

bzw. 8 von der Steuergröße linear verändert, dann hat der Energieinhalt der den Motor 11 antreibenden Halbwellen, die eine Sinusfunktion zwischen 0 und 180° darstellen, ebenfalls einen sinusförmigen Verlauf. Bei Einsitzventilen verläuft der an der Spindel 5 in Abhängigkeit vom Verstellweg gemessene Kraftbedarf ebenfalls ähnlich einer Sinusfunktion (s. ISA Journal, 9 [1962], S. 41). Im Rahmen der Erfindung läßt sich daher bei Einsitzventilen eine Vereinfachung der Anordnung durch Verwendung der elektrischen Ausgangsgröße eines hubabhängig wirkenden Stellungsmelders 9 an Stelle des Kraftmeßgliedes 9 erreichen, der den Phasenanschnitt als Steuergröße linear verändert. Dieser Stellungsmelder 9, z. B. ein potentiometrischer oder induktiver Weg-Geber, ist in der Regel zur Meldung der Ventilstellung ohnehin erwünscht. Der größere Aufwand eines an der Spindel angeordneten Kraftmeßgliedes entfällt dann.or 8 linearly changed by the control variable, then the energy content of the motor 11 driving Half waves, which represent a sine function between 0 and 180 °, also have a sinusoidal curve. In the case of single-seat valves, the force requirement measured on the spindle 5 is dependent on the adjustment path also similar to a sine function (see ISA Journal, 9 [1962], p. 41). Within the scope of the invention can therefore simplify the arrangement of single-seat valves by using the electrical Reach the output value of a position indicator 9 acting as a function of the stroke instead of the force measuring element 9, which changes the phase control linearly as a control variable. This position indicator 9, z. B. a potentiometric or inductive position encoder, is usually used to report the valve position anyway he wishes. The greater expense of a force measuring element arranged on the spindle is then eliminated.

Es ist möglich, die erfindungsgemäße Anordnung des Regelkreises bei einem Ausfall des speisenden Wechselstromnetzes aus einem Sammler zu betreiben. Auch hierbei wird die von der Pulsverhältnismodulation geforderte Pulsdauer durch eine pausenlos aneinandergereihte Kette von Einzelpulsen gebildet. Die Einzelpulse werden von einem Taktgeber, vorzugsweise ein Halbleiteroszillator, erzeugt und erscheinen je nach dem Vorzeichen der Regelabweichung Xw am Ausgang der jeweiligen Kippstufe. Der Energieinhalt der solcherart erzeugten Pulse ist dann erfindungsgemäß je nach Kraftbedarf am Stellglied zu variieren. Mißt man den Kraftbedarf direkt durch einen druckabhhängig wirkenden Geber, dann kann der Einsatzpunkt des einzelnen Pulses direkt gesteuert werden. Wird der Kraftbedarf jedoch in Abhängigkeit vom Hub durch einen Stellungsmelder gesteuert, wie oben für Einsatzventile beschrieben, dann muß die Einschaltdauer der Einzelpulse möglichst nach einer sinusähnlichen Funktion vom Hub abhängig sein. Dieser Forderung genügt man durch ein aus einer i?C-Kombination bestehendes Zeitglied. Die ÄC-Kombination wird so gewählt, daß ihre Übergangsfunktion einen zeitlichen Verlauf hat, so daß insgesamt eine hubabhängige Steuerung des Energieinhaltes der Schaltschritte bewirkt wird.It is possible to operate the arrangement of the control circuit according to the invention in the event of a failure of the feeding AC network from a collector. Here, too, the pulse duration required by the pulse ratio modulation is formed by a continuous chain of individual pulses. The individual pulses are generated by a clock generator, preferably a semiconductor oscillator, and appear depending on the sign of the control deviation Xw at the output of the respective multivibrator. The energy content of the pulses generated in this way is then to be varied according to the invention depending on the force required on the actuator. If the power requirement is measured directly by a pressure-dependent transmitter, then the point at which the individual pulse starts can be controlled directly. However, if the power requirement is controlled by a position indicator as a function of the stroke, as described above for insert valves, then the switch-on duration of the individual pulses must be dependent on the stroke as far as possible according to a sine-like function. This requirement is satisfied by a timing element consisting of an i? C combination. The AC combination is chosen so that its transition function has a time profile, so that overall a stroke-dependent control of the energy content of the switching steps is effected.

F i g. 3 zeigt eine Anordnung nach der Erfindung für Gleichstrombetrieb, und zwar wiederum speziell für das Betätigen der Spindel eines Einsitzventils. Wie beim Wechselstromantrieb gemäß F i g. 2 wird aus Istwert und Sollwert in einer Vergleicherschaltung 1 die Regelabweichung Xw gebildet. Die Regelabweichung wird bei 2 verstärkt und steuert je nach Richtungssinn der Regelabweichung die eine oder andere Kippstufe 3 bzw. 4. Der Ausgang der betreffenden Kippstufe ist zur Erzeugung der Pulsverhältnismodulation über die zugehörige Rückführschaltung 5 oder 6 auf den Eingang des Verstärkers 2 zurückgeführt. Der Taktgeber 12 erzeugt Pulse, die ohne Unterbrechung aneinandergereiht sind. Schaltet nun eine der Kippstufen 3 bzw. 4, dann werden diese Pulse sowohl auf das entsprechende Zeitglied 13 bzw. 14 als auch auf die zugehörige Pulssteuerung 7 bzw. 8 gegeben. Die Ausgangsspannung des den gewünschten Zeitverlauf bestimmenden Zeitgliedes wird in die betreffende Pulssteuerung 7 bzw. 8 geleitet. Entspricht die vom wirksamen Zeitglied 13 bzw. 14 kommende Spannung der Spannung des Stellungsmelders 9, so erfolgt ein Zündimpuls, der über die Thyristoren des Kraftschaltgliedes 10 den Gleichstrom des bei 10 angeschlossenen Sammlers auf den Motor 11 schaltet. Die abfallende Flanke des aus der Kippstufe 3 bzw. 4 kommenden Pulses, der, wie erwähnt, unter Umgehung des Zeitgliedes 13 bzw. 14 direkt auf die Pulssteuerung 7 bzw. 8 gegeben wird, erzeugt einen weiteren Impuls, der die Thyristoren des Kraftschaltgliedes 10 dazu zwingt, den Strom zum Antriebsmotor 11 zu sperren. Dadurch ändert sich der Energieinhalt der vom Kraftschaltglied 10 ausgehenden Pulse in Abhängigkeit vom Hub nach einer Funktion, die dem Verlauf des Kraftbedarfs des Einsitzventiles weitgehend angepaßt ist. — Es ist also auch in dieser Betriebsart eine konstante Stellgenauigkeit gewährleistet.F i g. 3 shows an arrangement according to the invention for direct current operation, again specifically for actuating the spindle of a single-seat valve. As with the AC drive according to FIG. 2, the control deviation Xw is formed from the actual value and the setpoint in a comparator circuit 1. The control deviation is amplified at 2 and controls one or the other flip-flop 3 or 4 depending on the direction of the control deviation. The clock generator 12 generates pulses that are strung together without interruption. If one of the flip-flops 3 or 4 switches, then these pulses are given both to the corresponding timing element 13 or 14 and to the associated pulse control 7 or 8. The output voltage of the timing element which determines the desired time course is passed into the relevant pulse control 7 or 8. If the voltage coming from the effective timing element 13 or 14 corresponds to the voltage of the position indicator 9, an ignition pulse occurs which switches the direct current of the collector connected at 10 to the motor 11 via the thyristors of the power switching element 10. The falling edge of the pulse coming from the flip-flop 3 or 4, which, as mentioned, is passed directly to the pulse control 7 or 8, bypassing the timing element 13 or 14, generates a further pulse which the thyristors of the power switching element 10 do forces to block the current to the drive motor 11. As a result, the energy content of the pulses emanating from the force switching element 10 changes as a function of the stroke according to a function which is largely adapted to the course of the force requirement of the single-seat valve. - A constant positioning accuracy is also guaranteed in this operating mode.

Wird bei anderen Stellgliedern als Einsitzventilen nicht mit einem Stellungsmelder, sondern mit einem Kraftmeßglied 9 gearbeitet, dann sind die Zeitglieder 13 bzw. 14 so bemessen, daß ihre Ausgangsspannung linear von der Zeit abhängig ist.In the case of actuators other than single-seat valves, it is not used with a position indicator, but with a Force measuring element 9 worked, then the timing elements 13 and 14 are dimensioned so that their output voltage is linearly dependent on time.

Weiterhin erfolgt dann zweckmäßig eine Umkehrung der Betriebsart in der Weise, daß die Anstiegsflanke der aus der Kippstufe 3 bzw. 4 kommenden Pulse den Zündpuls für den betreffenden Thyristor des Kraftschaltgliedes 10 auslöst. Der jeweils eingeschaltete Thyristor und damit der auf Rechts- und Linkslauf gespeiste Antriebsmotor 11 wird durch einen Löschpuls wieder ausgeschaltet. Dieser Löschpuls wird in an sich bekannter Weise von der Pulssteuerung abgegeben, wenn die zeitlinear aus dem Zeitglied 13 bzw. 14 kommende Spannung der Ausgangsgröße des Kraftmeßgliedes wieder entspricht.Furthermore, the operating mode is then appropriately reversed in such a way that the rising edge the pulses coming from flip-flop 3 or 4 generate the ignition pulse for the thyristor in question of the power switching element 10 triggers. The thyristor switched on in each case and thus the one on the right and Drive motor 11 fed to the left is switched off again by an extinguishing pulse. This extinguishing pulse is emitted in a manner known per se from the pulse control when the linear time from the Timing element 13 or 14 coming voltage corresponds to the output variable of the force measuring element again.

Claims

Patent claims:

1. Method for the step-by-step electromotive adjustment of mechanical links For operating valves, slides, throttle valves and the like, in clockwise and counter-clockwise operation of the electric motor, the step size is changed after the pulse ratio modulation, characterized in that the Switching steps are formed by pulse chains that consist of individual, non-stop strings There are pulses, the energy content of which depends on the power requirement of the to be adjusted mechanical link is changed.

2. The method according to claim 1, characterized in that the energy content of the pulses by the changing output variable of a mechanical member (15) to be actuated Force measuring element (9) is changed.

3. Arrangement for carrying out the method according to claim 1 or 2, in which the to be actuated mechanical member the spindle of a valve, slide or similar shut-off and control device is characterized by a direct positive connection of the spindle (15) with a disc armature motor (11) of low inertia and high specific torque.

4. Arrangement according to claim 3, characterized by the use of a single-seat valve, its spindle (15) is connected to a position indicator (9) which changes the energy content of the pulses is.

5. Arrangement for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the energy content of the pulse chains formed by rectification from an alternating current network

is changed by means of a phase control circuit.

6. Arrangement for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the energy content by means of a clock generator (12) from a direct current source formed pulse chains

by comparing the voltage between the output value of the position indicator or force measuring element (9) and the timing element (13 or 14) consisting of an i? C combination, which triggers a thyristor ignition pulse will.

1 sheet of drawings

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