DE1548954A1 - Vorrichtung zur Regelung von Verfahrensablaeufen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Dig it al- Regler zur automatischen Regelung von Yerfahrensabläufen und insbesondere einen Digital-Realer zur Aufrecht erhaltung einer; voreingestellten Verhältnisses zwischen zwei oder mehreren Yerfahrensveränderlichen und zur automatischen Abgabe eines Sperr-Regelsignals, um eine be .-3 ti mute "erfahrensveräriderliche zurückzuhalten bzw. abzustellen, falls eine oder mehrere der anderen »/erfahrensveränderlicheri einen voreingestellten Grenzwert zu überschreiten trachten.

i-n der deutschen Patentschrift ............... (Akt.-Z. P 34 746 IXb/42e) ist ein Digital-Verhältnisrechner für Kontinuierliche Verfahrensregelung beschrieben. Die Erfindung ist auf Regler der in dieser Patentschrift beschriebenen Art anwendbar. Bei derartigen Anordnungen werden dem Hegler mehrere Veränderliche in Form von Zeit-Digitalsignalen eingespeist» welche den echten Zeit-Verfahrensparametern entsprechen,- um im Regler zu einem Regelabweichungsoignal miteinander kombiniert zu v/erden, el er. π en zahlenmäßiger Wert

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dem jeweiligen Verhältnis der eingespeisten Veränderlichen zueinander entspricht. Jede Abweichung diener Veränderlichen von einem vorausgewählten Verhältnis spiegelt sich in diesem Regelabweichungsignal wider und mit Hilfe eines hierauf ansprechenden Servosystems wird automatisch eine entsprechende Nachstellung vorgenommen. Bei einer solchen Anlage vergleicht der Regler zahlenmäßig die ;:^renge der beim Verfahren vorhandenen Materialien in Abhängigkeit von der zahlenmäßigen Geschwindigkeit eines Uigital-Durchlaufsignals. Dieses Signal legt die gewünschte Produktionsgeschwindigkeit fest, während Abweichungen von einem vorbestimmten Verhältnis zwischen diesem v/ert und den Werten bzw. Größen der restlichen Verfahrensveränderlichen die Erzeugung eines digitalen Regel signals hervorrufen, das den Überschuß oder den wiangel an Prouuktionsbestandt.eilen zahlenmäßig anzeigt.

Eine Anlage dieser Art eignet sich insbesondere für Verfahrenssteueranlagen, bei welchen die dem Verfahren zuzuführenden Stoffe als diskrete Einheiten vorliegen, die gezählt werden können. Genauer gesagt, kann die Erfindung auf Regelanlagen angewandt werden, bei welchen getrennte Teile auf getrennten Förderbändern o.dgl. zugeführt werden, um miteinander vereinigt zu werden und in einem Aufnahmekanal ein Gemioeh au bilden, dessen Gesamtmasse aus einer vorgegebe-

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nen Anzahl der von den getrennten Förderern zugeführten Einzelstoffe besteht. Die gezählte Gesamtzahl von Einheiten im ersten Kanal wird mit der angesammelten G-esamtmenge verglichen, welche die Summe von Einheiten im ersten und zweiten Kanal darstellt. Diese Summe kann jedem beliebigen Verhältnis der Einheiten in den beiden Zufuhrkanälen entsprechen, indem die gesammelte Gesamtmenge durch einen Faktor dividiert wird, welcher das gewünschte Verhältnis von Einheiten des ersten Kanals gegenüber der Gesamtmenge darstellt. Ec ist allerdings nicht -erforderlich, daß die im Verfahren zu verarbeitenden Stoffe in Form diskreter physikalischer Einheiten vorliegen, da entsprechende Transduktoren bzw. Wandler angewandt werden können, um entsprechende Zählsignale in Abhängigkeit von der Zufuhr von kontinuierlich fließenden Stoffen, wie in einem Zufuhrkanal fließenden Fluiden, zu liefern. Ein typisches Beispiel für einen solchen Fall stellt eine Fluidum-Mischanlage dar, bei welcher mehrere Fluidumkomponenten in vorbestimmten Verhältnissen gemischt werden sollen, um ein Gemisch zu liefern, welches die gewünschten Mengen an Fluidumkomponenten enthält. Bei derartigen Anlagen werden die Durchsatzmengen der Fluiden durch entsprechende Transduktoren bzw. Wandler gemessen, welche Zeit-Digitalsignale an den Digital-Kegler zu liefern vermögen.

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Der Vorteil einer digitalgesteuerten Mischanlage besteht darin, daß die ilischverhältnisse in beliebiger zahlenmäßiger Form eingespeist werden können und daß die Genauigkeit der Anlage sowie ihre Reproduzierbarkeit genau und auf vorherbestimmbare ^Tf/eise vorausgesagt werden können.

Infolge ihres günstigen Signal-zu-Hauschen-Verhältnisses, ihrer Verwendbarkeit für Fernbedienung ohne Schwächung des Signals auf dem Übertragungsweg und der Ermöglichung einor bequemen Aufzeichnung und Wiedergabe der Verfahrensveränderlichen sind Digitalverfahren auch für zahlreiche Verfahrensregler vorteilhaft. Die Digitalgenauigkeit ist insbesondere in den Verwendungsfällen von Wichtigkeit, in welchen das Verfahren von geringen Unterschieden bei großen .'.ienr.en abhängt. Darüberhinaus gewahrleistet eine vollständig nach dem Digitalsystem arbeitende Anlage eine genaue Überwachung ihrer Arbeitsweise mit Hilfe von getrennten Summiervorrichtungen, welche den G-esamtfluß in jeder einzelnen oder in allen Leitungen automatisch summieren. Diese Gesamtwerte können zur Hervorbringung einer Berichtigungswirkung ausgenutzt werden, falls aus irgend einem Grund der Zufluß des einen Fluidums behindert wird oder ein mechanisches Versagen der Ausrüstung auftritt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung spricht automatisch auf derartige Erfordernisse an und gewährleintet ein genau proportioniertes End-produkt.

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Genauer gesagt, "bezieht sich die Erfindung auf Verbesserungen einer Vorrichtung der Art, welche numerisch die i.ienge eines verarbeiteten Materials im Verhältnis zum Zahlenwert eines vorausgewählten Digital-Durchlaufsignals summiert. Menn in Digitalanlagen der in der eingangs genannten Patentschrift beschriebenen Art aus irgend einem Cfrund die Zufuhr der einen Verfahrenslcornponente beeinträchtigt wird oder ein mechanisches Versagen der Ausrüstung auftritt, summieren die einzelnen Summiervorrichtungen automatisch den Gesamtdurcnsatz durch jede einzelne und durch alle leitungen, !•ach der Rückstellung der Anlagen in den Betriebszustand nach dem Abweichen von den normalen Betriebsbedingungen bewirkt die Vorrichtung dieses bekannten Systems automatisch einen Ausgleich des gesamten Fehlbetrags oder eine Verminderung des iviengenüberschusses, bis die Gesamtmenge am Ausgang zwecks Gewährleistung eines genau proportionierten Endprodukts vollständig berichtigt ist.

Die Anlage vermag den volumetrischen Fehlbetrag des fehlenden Bestandteils solange zu verfolgen, wie die Fehlergröße innerhalb der Kapazität der Summiervorrichtung oder den "G-edächtnisbereiches" der Anlage bleibt. Es muß jedoch auf die Auswirkung auf die Mischgenauigkeit während der Zeitf3panne hingewiesen werden, während welcher- die Anlage eine Berichtigung einer Verfahrensstörung vornimmt. Obgleich die

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Steuerung das Ventil geöffnet hält und eine maximale Durchp.atzmenge aufrechterhält, "bis der gespeicherte- Fehler auf den gewünschten Dauerzustand-Sollwert surück.'"■•er'ülirt wurden Ii. τ, besitzt die nischung wahr end der "mageren" feit spannen, wenn die eine Komponente in geringerer .!enge zugeführt rird, sowie während der "angereicherten" Zeitspannen, vv'lhrend welcher der Fehler berichtigt wird, nicht das richtige ilischungsverhältnis. Diese Fehlerart ist besonders bei Pipeline-Förderung von Nachteil, wenn das Cf ein inch zwecks 7er teilung an entfernt gelegene Stellen unmittelbar in eine Rohrlei tung eingegeben wird. In diesen Fällen muJ3 das Gemisch an irgend einem Punkt der Leitungslänge abgezweigt worden, da die Leitung vorzugsweise über ihre ganze Länge hinweg ein den Vorschriften entsprechendes Gemisch enthalten sollte, um die Möglichkeit für eine Lieferung eines schlechteren Produkts auszuschalten.

Die Erfindung soll die Schwierigkeiten und Nachteile der bekannten Digital-Verfahrensregler beseligen und beschäftigt sich zu diesem Zweck mit der Lösung von zwei Aufgaben, nämlich einerseits der Anpassung an übermässige Regelabweichungen und andererseits an Regelabweichungen beispielsweise unter dem Einfluß von Einschal·tbedingungen bei der Einstellung auΓ den stabilen Betrieb.

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Die erste dieser beiden Aufgaben wird in der Weise gelöst, daß das IKupt-Durchlaufsignal gedrosselt oder vollständig unterdrückt wird, um die Strömungsbedarfsimpulse zu allen Vergleichskreisen für die einzelnen riischungskomponenten in entsprechender Weise zu unterdrücken, sobald ein Mangel an einer Einzelkomponente auftritt. Diese Drosselung bzw. Unterdrückung wird vorgenommen, sobald für einen Bestandteil ein voll geöffnetes Ventil zur Aufrechterhaltung der geforderten Durchsatzmenge erforderlich ist. Der Vorteil dieser Anlage besteht darin, daß das vorgeschriebene Mischungsverhältnis des Mischprodukts selbst bei starker Verminderung der ursprünglich eingestellten Produktionsgeschwindigkeit zumindest einer Mischungskomponente aufrechterhalten und die Gesamtproduktion im richtigen Mischungsverhältnis anschließend in der unter diesen Umständen möglichen Mindestzeitspanne wieder voll aufgenommen wird. Ein anderer Vorteil der erfindungsgemäßen Anlage besteht in der Verringerung der erforderlichen Fehler-Speicherkapazität.

Die zweite Aufgabe wird durch Einführung einer Rückstellregelung zur Verkürzung der zum Erreichen eines stabilen Betriebs nach der Inbetriebnahme oder nach einer starken Störung der Produktionsgeschwindigkeit erforderlichen Zeitspanne gelöst. Zu diesem Zweck wird eine einen Summierkreis aufweisende Schaltungsanordnung vorgesehen, bei welcher ein Analogsignal

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zur Regelung des Ventil-Servomotors einerseits unmittelbar an den einen Eingang des Summierkreises und andererseits über einen Integrator an den anderen Eingang des Summierkreises angelegt wird. Der Summierkreis liefert ein Ventil-Stellsignal, das sich aus der Summe des Fehl ersignals und seinem Zeitintegral zusammensetzt, d.h. das Stellsignal besitzt eine Komponente, welche dem Zeitintegral der Abweichung proportional ist. Hierdurch wird die volumetrische Fehlabweichung vermindert, welche sowohl für erwartete als auch für unerwartete Übergangsänderungen während des Betriebs der Anlage charakteristisch ist.

Schaltungsmäßig werden diese Aufgaben in der Weise gelöst, daß bei einer Vorrichtung zur Regelung von Verfahrensablaufen mit einem Hauptoszillator zur Erzeugung eines Durchlaufsignals in Form einer Folge einzelner Bedarfsimpulse, von denen jeder einer Mengeneinheit des insgesamt geförderten Materials entspricht, mit einem der Zuführvorrichtung für eine Materialkomponente in das System zugeordneten Transduktor zur Erzeugung einer Folge einzelner Verfahrensimpulse, von denen jeder einer Mengeneinheii^der in das Verfahren eingeführten Komponente entspricht, mit einem an den Hauptoszillator und an den Transduktor angeschlossenen Digital-Differenzzähler zur Erzeugung eines dem jeweiligen Unterschied zwischen der Anzahl von Bedarfsimpulsen und der Anzahl

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von Verfahrensimpulsen proportionalen Stellsignals und mit einem die Menge der in Abhängigkeit vom Stellsignal in das Verfahren eingeführten Komponente steuernden Stellglied erfindungsgemäß eine an den Differenzzähler und den Hauptoszillator angeschlossene Verfahrens-Drosseleinrichtung zur Verminderung der Geschwindigkeit bzw. Frequenz, mit der die Bedarfsimpulse erzeugt werden, sobald das Stellsignal einen voreingestellten Wert überschreitet, vorgesehen ist. Diese Verfahrens-Drosseleinrichtung ist insbesondere eine Torschaltung.

G-emäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen den Differenzzähler und das Stellglied eine Integriereinrichtung eingeschaltet, die dem Stellglied ein das Zeitintegral des vom Differenzzähler abgegebenen Stellsignals darstellendes zusätzliches Stellsignal zuführt, wobei speziell die Integriereinrichtung und der Differenzzähler über einen Summierkreis an das Stellglied angeschlossen sind, der die vom Stellglied abgegebenen Stellsignale mit dem Zeitintegralsignal zu einem effektiven Stellsignal für das Stellglied kombiniert.

Das besonders wirksame Ansprechen auf plötzliche Änderungen wird dadurch erreicht, daß der Integriereinrichtung ein Differenzierkreis vorgeschaltet ist, welcher der Integrier-

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einrichtung ein der Änderungsgeschwindigkeit des- vom Differenzzähler abgegebenen Stellsignals proportionales Differenziersignal zuführt, sooft die !Frequenz des vom Differenzzähler abgegebenen Stellsignals eine vorgegebene Frequenz überschreitet.

Zahlreiche weitere Vorteile, Merkmale und zusätzliche Ziele der Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus der folgenden genauen Beschreibung anhand der Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 ■ ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Digital-Mischsystem-Regelkreises mit den Merkmalen der Erfindung ,

Fig. 2 eine zur Erleichterung der Veranschaulichung der Erfindung dienende schematische Darstellung von bei der Anlage gemäß Fig. 1 auftretenden Wellenformen,

Fig. 3 ein genauere Einzelheiten zeigendes Blockschaltbild der Vorrichtung gemäü Fig. 1,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Fluidum-Mischunlage für drei Miachstationen mit den Werkmalen der Erfindung,

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I¹Ig. 5 eine Darstellung dreier getrennter Wellenformen mit gemeinsamer Zeitbasis, welche die Arbeitsweise der Erfindung während einer Änderung der Produktionsgeschwindigkeit zeigt,

Fig. 6 ein sehematisches Schaltbild einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 7 eine Darstellung von vier getrennten Wellenformen zur Yeranschaulichung der Arbeitsweise der Schaltung gemäß Fig. 6,

Fig. 8 ein sehematisches Schaltbild einer abgewandelten Ausführungsform der Schaltungsanordnung gemäß Fig.

und

Fig. 9 eine Darstellung von fünf getrennten Wellenformen zur Yeranschaulichung der Arbeitsweise der Schaltung gemäß Fig. 8.

Da jede der in den Fig. 1, 3, 4, 6 und 8 durch ein Hechteck angedeuteten betrieblichen Einheiten durch eine bekannte, für den betreffenden Zweck geeignete Vorrichtung gebildet sein kann, ist der genaue Aufbau bzw. die genaue Schaltung dieser einzelnen Einheiten nicht näher erläutert, vielmehr

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stellt jedes Blockschaltbild in Verbindung mit den angegebenen zugehörigen Arbeits-Wellenformen eine Veranschaulichung der Erfindung dar, die für den Fachmann zu ihrer Verwirklichung als ausreichend angesehen werden kann.

Die im folgenden offenbarten Anlagen lassen sich vorteilhaft für zahlreiche Anwendungsgebiete verwenden, für welche das Mischen von Fluiden nur ein Beispiel darstellt. Dieses typische Anwendungsgebiet ist im folgenden lediglich zur Erläuterung der Arbeitsweise der Erfindung und zur Erleichterung des Verständnisses ihrer Grundgedanken genauer beschrieben.

In Fig. 1 ist eine grundsätzliche digital arbeitende Anordnung zur Gemischregelung der Art veranschaulicht, auf welche die Erfindung angewandt werden kann. Diese Anordnung weist einen Hauptoszillator 1 auf, welcher die Bedarfsmenge bzw. die Produktionsgeschwindigkeit der Anlage, d.li. also den einzustellenden Sollwert, festlegt. Der Ausgang des Hauptoszillators 1 ist über eine leitung 2 an einen Zweiwegzöhler bzw. Addier-Subtrahier-Zähler 3 angeschlossen. Die dem Addiereingang des Zählers 3 über die Leitung 2 vom Hauptoszillator zugeführten Impulse sind Bedarfsimpulse, von denen jeder eine Fluidum-Volumeneinheit darstellt.

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Das zu überwachende Medium strömt durch, eine Leitung 4, in die ein Turbinen-Durchfluß-Messer 6 oder dgl. Zeit-Digital-Durchflußfühler eingebaut ist, welcher für j ede in Richtung des Pfeils 5 strömende Fluidum-Volumeneinheit als Regelgröße einen den Istwert darstellenden Meßimpuls liefert. Die die tatsächliche Durchsatzmenge angebenden Impulse des Durchflußmessers 6 werden über eine Leitung 7 dem Subtrahiereingang des Zählers 3 zugeführt, der ein die Regelabweichung darstellendes stufenförmiges Vergleichssignal an eine Leitung 8 abgibt, dessen jeweilige Amplitude dem algebraischen Unterschied zwischen den dem Zähler über die Leitungen 2 und 7 zugeführten Bedarfs- und Meßimpulsen entspricht. In einem typischen Beispiel beträgt die Differenzzahl-Kapazität des Zählers 128 Stufen bzw. Zähleinheiten, d.h. die vom Zähler 3 an die Leitung 8 abgegebene Spannung besitzt 128 diskrete Potentiale bzw« Amplituden. Das vom Zähler 3 abgegebene Stufensignal wird einem Servoverstärker eingespeist, der es in ein die Proportionierung regelndes Signal umwandelt, welches über eine Leitung 11 einem in der Durehfluöleitung 4 befindlichen Stellglied in Form eines Motorventils 12 zugeführt wird und dessen Einstellung regelt. Bei einer typischen Konstruktion schwankt die Amplitude des über die Leitung 11 fließenden Stroms zwischen 10 und 50 mA. Das Ventil 12 regelt den Durchfluß durch die Leitung

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Wie erwähnt, gibt der Durchflußmesser 6 für jede-die leitung 4 durchströmende Fluidumeinheit einen Meßimpuls ab. Diese Impulse werden als "Verfahrensimpulse" bezeichnet, da sie die Geschwindigkeit angeben, mit welcher das Verfahren abläuft. Bei jedem am Bedarfeingang 2 des Zählers 3 auftretenden Impuls erhöht sich das über die Leitung 8 abgegebene Regelsignal um eine Einheit, was eine größere Ventilöffnung mit anschließender Erhöhung des Durchsatzes durch die leitung 4 zur Folge hat. Umgekehrt zieht jeder Verfahrens· impuls von dem vom Zähler an die. Leitung 8 abgegebenen Stufensignal eine Einheit ab und trachtet danach, das Ventil 12 zu schließen. Wenn der Durchfluß so groß ist, daß für jeden Bedarfs-(Addier-)-Impuls ein Verfahrens-(Subtrahier-)- -Impuls erzeugt wird, ist der Regelkreis "abgeglichen" bzw. "auf Mischung" eingestellt. Der dem Ventil 12 über die Leitung 11 zugeführte Strom schwankt, wie in Fig. 2 bei 15 angedeutetj in Abhängigkeit vom stufenweisen Ausgangesignal des Zählers zwischen zwei Niveaus bzw. Amplituden.

In Fig. 2 ist bei 13 die Form der vom Hauptoszillator abgegebenen Bedarfsimpulse dargestellt, die ersichtlicherweise aus einer Reihe von gleichen Abstand voneinander besitzenden, sich wiederholenden Impulsen voreingestellter Frequenz bestehen. Die Wiederholungsgeschwindigkeit ist entsprechend der gewünschten Durchsatzmenge eingestellt. Bei 14 ist eine

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Folge von" Verfahrensimpulsen dargestellt, wie sie vom Durchflußmesser 6 'erzeugt werden. Diese Impulse 14 besitzen bei "abgeglichenem" Betrieb mehr oder weniger gleiche Abstände voneinander, während diese Abstände schwanken, wenn das Verfahren betriebliehen Übergangsbedingungen unterliegt. Das vom Servoverstärker 9 abgegebene, die Regelabweichung darstellende Signal 15 ist ein Rechteckwellensignal, dessen Mittelwert 16 die Ventileinstellung bestimmt. Ersichtlicherweise wird die Vorderflanke jeder Hechteckwelle durch das Auftreten eines Bedarfsimpulses 13 bestimmt, während die Hinterflanke jeder Rechteckwelle durch das Auftreten eines

Verfahrens impuls es 14- bestimmt wird. Das dem Ventil 12 zugeführte Signal wechselt zwischen benachbarten Stufen des Zähler-Stufensignals auf Leitung 8, wobei der Mittelwert die zur Aufrechterhaltung der .gewünschten Verfahrens-Durchsat zmenge erforderliche Ventilsteilung bestimmt.

Pig. 3 zeigt ein detaillierteres Blockschaltbild eines Regelkreises der in Pig. 1 veranschaulichten Art. Der dem Hauptoszillator 1 entsprechende Bedarfsimpulsgenerator 17 weist einen spannungsgesteuerten Oszillator 18 auf. Die Frequenz der von diesem Oszillator an eine Leitung 19 abgegebenen Impulse wird durch, die Amplitude der dem Oszillator 18 über eine Leitung 21 zugeführten Steuerspannung bestimmt, welche ihrerseits von einem Potentiometer 23 über eine 1ΠΠ3-

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Torschaltung 22 geliefert wird, deren anderer Eingang an eine Leitung 24 angeschlossen ist, deren Herkunft später noch näher erläutert werden wird. Mit Hilfe des Potentiometers 23 kann die dem tatsächlichen Bedarf bzw. Sollwert entsprechende Einstellung des HauptOszillators von Hand vorgenommen werden. Dem Potentiometer 23 wird von einer nicht dargestellten Festspannungsquelle eine Bezugsspannung aufgeprägt, die zwischen einer Klemme 25 und Erde 26 liegt.

Die auf der Leitung 19 erscheinenden Bedarfsimpulse können gewünschtenfalls einer Ziffern-Anzeigeeinheit 27 eingespeist werden. Diese Einheit kann beispielweise aus einer Digital-Summiervorrichtung mit in Reihe geschalteten Frequenzteilern bestehen, so daß die angezeigte Zahl aus den zur Darstellung der gewünschten Gesamtproduktionsmenge entsprechenden Einheiten besteht. Außerdem werden die über der Leitung 19 erscheinenden Impulse einem monostabilen Multivibrator 28 zugeführt, welcher die gewünschte Impulsbreite zur Steuerung einer das Regelverhältnis einstellenden Einrichtung 29 liefert.

Das auf der Leitung 31 erscheinende, aus einer Folge von Impulsen bestehende Bedarfssignal wird einem Frequenzteiler 32 zugeführt, welcher die eingespeiste Frequenz teilt und die richtige Dezimaleinstellung hervorbringt, so daß ein

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in Prozenten ausgedrückter Verhältniswert eingestellt wird. Dieses standardisierte Ausgangssignal wird dann über Frequenzteiler 39 *· 43 unmittelbar an einen Schalterkontakt 33 sowie an Kontakte 34 - 38 angelegt. Der Frequenzteiler 39 teilt das vom Frequenzteiler 32 kommende Signal durch 2, während die Frequenzteiler 40 - 42 die eingespeiste Frequenz jeweils durch 5 teilen und der Frequenzteiler 43 seinen Eingang durch vier teilt. Der Schalterkontaktarm 44 ermöglicht das Anlegen verschiedener Ausgangsfrequenzen gemäß dem gewünschten Mischungsverhältnis an einen monostabilen Multivibrator 45, der den von der Frequenzteilerkette abgegebenen Impuls umformt und an eine der leitung 2 in Fig. 1 entsprechende Leitung 4-6 abgibt, welche mit dem Addier- bzw, ZU-iingang des dem Zähler 3 gemäß Fig. 1 entsprechenden Zweiwegzählers 47 in Verbindung steht.

Der in die der Leitung 4 gemäß Fig. 1 entsprechende Leitung A3 eingeschaltete Durchflußmesner 48, welcher dem Durchflußmesser 6 in Fig. 1 entspricht, gibt über eine Leitung "Verfahrensimpulse" an einen Dezimal-Frequenzteiler 52 ab, welcher diese Impulse in die gewünschten Meßeinheiten einteilt. Die vom Dezimal-Frequenzteiler 52 abgegebenen Signale werden einem Ziffern-Anzeigegerät 53 zugeführt, welches die durch die Leitung 49 strömende Gesamtmenge an Fluidum summiert und anzeigt. Das an der Leitung 54 auftretende, aus einer

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Impulsfolge bestehende Yerfahrenssignal wird ähnlich wie das Bedarfssignal entweder unmittelbar oder über einen von fünf mit 115 - 119 bezeichneten Frequenzteilern einem monostabilen Multivibrator 55 zugeführt,' dessen Ausgang über eine der Leitung 7 in Fig. 1 entsprechende leitung 56 dem Subtrahier- bzw. AB-Eingang des Zählers 47 zugeführt wird. Die Frequenzteiler 115 - 119 teilen das vom Durchflußmesser 48 gelieferte Verfahrenssignal jeweils durch einen entsprechenden Zählfaktor, um die Einstellung des richtigen Dezimalwerts zu.ermöglichen, welcher für die Festlegung des Mischungsverhältnisses in Prozenten erforderlich ist. Das auf diese Weise frequenzjustierte Verfahrenssignal wird unmittelbar an einen Schalterkontakt 99 bzw. über die Frequenzteiler 115 - 119 an Schalterkontakte 154 - 158 angelegt, 'die über einen an den monostabilen Multivibrator 55 angeschlossenen beweglichen Kontaktarm 50 abgegriffen werden können. Der Frequenzteiler 115 teilt das vom Frequenzteiler 52 kommende Signal durch 2, während die Frequenzteiler 116 - 118 die jeweilige Eingangsfrecmenz durch 5 teilen und der Frequenzteiler 119 die Frequenz des in ihn eingespeisten Signals durch 4 teilt. Der Frequenzteiler 52 und die zugeordneten, auf das vom Durchflußmesser 4β abgegebene Signal ansprechenden Teile können zusammen als Durchfluß-Ziihlereinrichtung 57 bezeichnet werden.

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Der Zähler 47 gibt ein stufenförmiges Regelabweichung-Spannungssignal mit voraujsweise 128 diskreten Stufen ab, das über eine der Leitung 8 in Fig. 1 entsprechende Leitung 58 einem dem Servoverstärker 9 gemäß Fig. 1 entsprechenden Servoverstärker 59 zugeführt wird, der seinerseits über eine der Leitung 11 gemäß Fig. 1 entsprechende Leitung 61 die Arbeitsweise des dem Ventil 12 gemäß Fig. 1 entsprechenden Motorventils 62 regelt.

Falls eine Durchsatzdrosselung an einer anderen Stelle als am Ventil 12 auftritt, d.h. wenn sich eine Störgröße bemerkbar macht, wie sie beispielsweise auf ein verstopftes Filtersieb zurückzuführen sein kann, würde wegen der geringeren Durchsatzmenge zunächst die Frequenz der Verfahrensimpulse sinken, während die Bedarfsimpulse weiter mit voreingestellter Frequenz in den Regelkreis eingespeist würden. Unter diesen neuen Bedingungen würde nunmehr nicht jeder Bedarfsimpuls durch das rechtzeitige Ankommen eines Verfahrensimpulses gelöscht werden, so daß sich das stufenförmige Vergleichssignal des Zählers 3 auf einen neuen Wert erhöhen würde, der ausreicht, das Ventil 12 weiter zu öffnen und die erforderliche Verfahrens-Durchsatzmenge wieder herzustellen. Dieser Fall ist in Fig. 5 veranschaulicht.

Gemäß Fig. 5 sind acht zusätzliche Bedarfsimpulse zur Rückstellung des Ventils 12 erforderlich. Diese Impulse stellen

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acht bei 20 angedeutete, angeforderte, aber dem Verfahren nicht zugeführte Volumeneinheiten dar. Mit anderen Worten ist im Verfahren eine acht Einheiten betragende Regelabweichung vorhanden.

Das Beispiel gemäß Fig. 5 bezieht sich jedoch nur auf eine geringe Abweichung, die auf eine teilweise Drosselung zurückzuführen ist. Beispielsweise kann aber auch eine noch größere Abweichung dadurch hervorgerufen werden, daß das Ventil aus einer Anfangsstellung geöffnet wird, um einen Mischvorgang

überhaupt erst einzuleiten, was eine plötzliche Anhäufung von Bedarfsimpulsen

zur Folge hat. Der erfindungsgemäße Ausgleich einer derartigen abrupten Regelabweichung wird später noch näher erläutert werden.

Falls das vom Servoverstärker 59 abgegebene Stellsignal eine vollständige öffnung des Ventils 62 verlangt, reichen die vom Durchflußmesser 48 abgegebenen Verfahrensimpulse nicht aus, den Bedarfsimpulsen zu entsprechen. Unter diesen Betriebsbedingungen ist es erforderlich, die Wiederholungsgeschwindigkeit der Bedarfsimpulse zu verkleinern.

Der Zähler 47 ist so ausgelegt, daß sein an die Leitung 24 abgegebenes Rückkopplungssignal unterbrochen wird, wenn er eine vorbestimmte Zählung bzw. ein vorbestimmtes Stufenniveau

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von beispielsweise +72 Impulseinheiten erreicht hat. Bei Unterbrechung des dem einen Eingang der "UND"-Torschaltung 22 über die Leitung 24 eingespeisten Eückkopplungssignals wird die dem Oszillator 18 zugeführte Steuerspannung blockiert. Die, Folge dieses Zustands ist, daß die Erzeugung von Bedarfsimpulsen so lange verhindert wird, bis sich die Impulszahl von +72 auf +71 verringert hat. Mit anderen Worten steuert also das Rückkopplungssignal die vom Oszillator 18 abgegebenen Bedarfsimpulse und verringert eine Zählung von +72 Impulseinheiten durch den Zähler 47, welche einen voll geöffneten Zustand des Ventils 62 verlangen würde, automatisch die durch die Bedarfsimpulse eingestellte Produktionsgeschwindigkeit. Ersichtlicherweise bestimmt dieser neu hervorgerufene abgeglichene Zustand eine neue Produktionsgeschwindigkeit, welche der maximalen Geschwindigkeit entspricht, die sich mit den neu festgelegten Betriebsbedingungen in Einklang bringen läfät.

Wenn die störende Drosselung in der Leitung 49 beseitigt ist, erhöht sich der Durchsatz durch diese Leitung wieder und folglich auch die Frequenz der Verfahrensimpulse, was eine Verkleinerung der Ventileinstellung verlangt, wobei das vom Zähler 47 abgegebene Signa.1 von einer Impulszahl von +72 auf eine kleinere Zahl vermindert wird, welche das Eückkopplungs signal zur Torschaltung 22 wieder aufleben läßt*

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Als Folge hiervon wird wiederum die ursprüngliche höhere Produktiohsgeschwindigkeit eingestellt.

Die Erfindung läßt sich auf Anlagen mit mehreren zu mischende Medien führenden Leitungen anwenden. Die Arbeitsweise einer entsprechenden Regelkreisanordnung mit mehreren Stellgliedern, die von einem einzigen Hauptzähler aus betätigt werden, ist im folgenden anhand von Fig. 4· erläutert.

Fig. 4- zeigt eine typische Anlage zum Mischen von von Raffinerien gelieferten Stoffen mit Additiven. Diese Anlage weist mehrere Regelkreise der vorstehend in Verbindung mit den Fig. 1 -und 3 beschriebenen Art auf. In die das fertige Mischprodukt aufnehmende Haupt-Sammelleitung 63 münden mehrere Mischleitungen 64, 64' und 64" ein. Die erste Mischstation weist einen Behälter 67 auf, der über ein Absperrventil 68, eine Pumpe 69, einen Durchflußmesser 71 und einen Servomotor 72 mit der Mischleitung 64 verbunden ist.

Das vom Durchflußinesser 71 gelieferte Verfahrenssignal kann gewünnchtenfalls über eine Leitung 74 einem Durchflußmengenanzeiger 73 für die betreffende Mischungskomponente zugeführt werden, der die Menge anzeigt, in welcher das im Behälter 67 befindliche Fluidum in die Leitung 64 bzw. 63 überführt wird. Dieses Verfahrenssignal wird weiterhin über

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eine Leitung 75 einer das Reglerverhältnis einstellenden Einrichtung 76 mit einer Standardisiervorrichtung 77 und einer Summiervorrichtung 78 zugeführt. Die Standardisiervorrichtung 77 wandelt das vom Durchflußmesser 71 abgegebene Verfahrenssignal in die gewünschten Meßeinheiten, wie Gallonen, Liter o.dgl., um, und die Summiervorrichtung 78 zeigt die der Leitung 63 zugeführte Eluidummenge an. Das von der Standardisiervorrichtung 77 gelieferte Signal wird über eine Leitung 79 dem einen Eingang eines einen Teil eines Seglers 81 bildenden Koinzidenzdetektors 82 eingespeist, dessen anderer Eingang über eine Leitung 80 an eine das Heglerverhältnis einstellende Einrichtung 83 angeschlossen ist. Die von dieser Einrichtung 83 abgegebenen Signale werden auf noch zu erläuternde Y/eise über eine Leitung 84 von einem Hauptoszillator 87 geliefert. Der Koinzidenzdetektor 82 verhindert, daß das gleichzeitige Eintreffen eines Addierimpulses über die Leitung 80 und eines Subtrahierimpulses über die Leitung 79 unbemerkt bleibt und leitet diese Impulse entsprechenden Eingängen eines Zählers 85 zu. Das von diesem Zähler 85 gelieferte Differenzsignal wird einem Servoverstärker 86 zugeführt, der seinerseits' über eine Leitung 88 das Ventil 72 einstellt.

Die das Reglerverhältnis einstellende Einrichtung 83 ent-, spricht in funktioneiler Hinsicht der Einrichtung 29 gemäß

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Pig. 3 und bewirkt eine entsprechende Modifizierung der auf der Leitung 84 auftretenden Bedarfsimpulse des Hauptoszillators 87, so daß sie dem gewünschten Prozentsatz der der Hauptleitung 63 vom Behälter 67 zuzuführenden Fluidumkomponente entsprechen.

Die weiteren Mischstationen sind in konstruktioneller Hinsicht der eben beschriebenen Mischstation ähnlich, so dai3 einander entsprechende Bauteile mit denselben Bezugsziffern, jedoch zusätzlich mit einem bzw. zwei Indices versehen sind.

Der Hauptoszillator 87 weist einen spannungsgesteuerten Oszillator 89 auf, dessen Ausgangssignale durch einen Frequenzteiler 91 auf einen entsprechenden Wert geändert und über die Leitung 84 den Addiereingängen der einzelnen Zähler 85, 85' und 85" zugeführt werden. Dem Oszillator 89 werden über eine OTD-Torschaltung 92 einerseits die von einem Haupt-Bedarfsmengeneinsteller 93 gelieferten Bedarfssignale und andererseits die von den einzelnen Zählern 85, 85', 85" über eine Leitung 94 zugeführten ßückkopplungssignale eingespeist.

In der Hauptleitung 63 kann ein Haupt-Durchflußmesser 95 vorgesehen sein, der die Gesamtmenge des durch die Hauptleitung strömenden Mischprodukts mißt und/oder die G-eschwindif;-

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keit des ProduktStroms anzeigt; er übernimmt jedoch keine Regelfunktion. Die Produkt-Gesamtmenge kann aber auch durch eine Summiervorrichtung 97 und die Produkt-Geschwindigkeit kann auch durch einen auf den Durchflußmesser 95 ansprechenden Anzeiger 96 angezeigt werden. Gewünschtenfalls kann noch eine nicht dargestellte Vorrichtung vorgesehen sein, welche in Abhängigkeit von einer vorbestimmten, durch den Haupt-Dur chs at zrness er 95 gemessenen Gesamtmenge ein Abstellsignal für die Anlage liefert. Wenn die Bedienungsperson die gewünschte Produkt-Durchsatzmenge am Haupt-Bedarfsmengeneinsteller 93 eingestellt hat, zeigt ein Bedarfszähler 98 den durch den Oszillator 89 in Signalform in den.Regelkreis eingegebenen Gemischbedarf an. Der Vergleich der vom Bedarf-Zahler 98 gelieferten Anzeige mit der von der Summiereinrichtung 97 gelieferten Anzeige der tatsächlich gemischten ergibt ein Maß für das einwandfreie Arbeiten der An-

Tatsächlich vergleicht die Anlage ständig dan Verhältnis zwiscnen dem (fesumtdurchsatz jeder Liischungnlcomponente durch dio Leitungen 64, 64' und 64" mit dem vom Hauptoszillator 87 abgegebenen Gesamtmengensignul. .Falls in fiiner der Leitungen 64, 64' oder 64" eine Abweichung vom vorausgewählten Verhält rii ο zwischen diesen beiden Worten auftritt, bewirkt der oh: eine entsprechende Stellungaäriderung des betreffen-

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den Ventils 72, 72' bzw. 72" zur Berichtigung dieser Abweichung.

In der vorstehend beschriebenen Anlage werden die Stellungen der Ventile 72, 72' und 72" nur durch die von den jeweils zugeordneten Reglern 81, 81· bzw. 81" bestimmt, was als "Proportionalsteuerung" bezeichnet werden kann. Bei einer praktisch verwendbaren Konstruktion sind den die Ventilsteuerung bewirkenden Zählern 85, 85' und 85" für gewöhnlich 30 bis 1000 Ziffern zugeordnet, doch stellen 100 verschiedene Ventilstellungen einen annehmbaren Kompromiß zwischen Unterteilung und V/irtschaftlichkeit der Ausrüstung dar. Überlegungen bezüglich der Stabilität der Anlage verlangen, daß die Frequenz der den Zählern eingespeisten Signale der Anzahl von Einstellschritten in diesem "Proportionierbereich" angepaßt wird. Die maximale Arbeitsfrequenz in Hz unter Betriebsbedingungen mit offenem Ventil und maximalem Durchsatz kann annähernd ein Drittel der im Proportionierbereich vorhandenen Anzahl von Ziffern entsprechen. Eine Anlage mit 1000 Verstellschritten zur Ventilsteuerung kann bei maximaler Durchsatzmenge bei einer Frequenz zwischen 300 und 400 Hz arbeiten, während eine für einen 100-Schritt-Proportionierbereich ausgelegte Anlage mit 30 - 40 Hz arbeitet. Jvrsichtl ich erweise ist bei. höheren Betriebs-Durchsatzmengen und entsprechend höheren Frequenzeingän^en ι ine den Propor-

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tionierbereich übersteigende hohe Speicherkapazität erforderlich. Zur Erläuterung sei eine Anlage mit einem Proportionierbereich von 1000 Schritten und einer Bedarfssignalfrequenz von 333 Hz angenommen. Bei einem einzigen Eingangsimpuls sind nur 3 Sekunden erforderlich, um den Proportionierabschnitt des Speichers zu durchlaufen. Dieser Zustand kann vorkommen, wenn eine Rohrleitung an einem Schutzfiltersiebabschnitt der gesteuerten Komponente verstopft wird.

Um der Bedienungsperson genügend Zeit zur Erkennung dieses nachteiligen Zustande und zur Behebung dieses Zustands ohne Verlust der Pehlerinformationen zu geben, sind bei Anlagen mit 1000 Schritten im Proportionierbereich bereits Speicher mit einer Kapazität von bis zu 500 000 - 1000 000 Impulsen angewandt worden. Ein Speicher derartiger Kapazität stellt einen beträchtlichen Anteil der Gesamtkosten für die Anlage dar; aus diesem Grund bietet die Umgehung des Erfordernisses für einen Speicher dieser Größe durch die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Oszillatoranordnung mit an eine Rückkopplung angeschlossener Torschaltung eine beträchtliche Kosteneinsparung.

Zusammengefaßt kann gesagt werden, daß der Hauptoszillator 87 gemäß Fig. 4 die Bedarfsimpulse an alle Untersysteme zum Mischen der Einzelkomponenten liefert, wobei diese Impulse

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entsprechend dem gewünschten Mischungsverhältnis jeder Komponente proportional angepaßt sind. Wenn beispielsweise in der Mischung 80$ der im Behälter 67 befindlichen Komponente und 20$ der im Behälter 67' vorhandenen Komponente enthalten sein sollen, so werden von jeweils 10 vom Hauptoszillator 87 abgegebenen Impulsen acht Impulse dem Regler 81 und nur 2 Impulse dem Regler 81' zugeführt. Die Proportionierung bleibt während des Mischens fest auf diesem Verhältnis, und wenn die Mischproduktionsgeschwindigkeit eine Änderung erforderlich macht, stellt die Bedienungsperson einfach mit Hilfe des Haupt-Bedarfsmengeneinsteilers 93 die Impulsfrequenz des Hauptoszillators 87 ein. Der Hauptoszillator 87 ist für gewöhnlich auf die höchstzulässige Produktionsgeschwindigkeit eingestellt, um die zur Durchführung des Mischens erforderliche Zeitspanne möglichst klein zu halten.

Jeder der in der Mischanlage verwendeten Bestandteile besitzt eine Strömungsgeschwindigkeit, die er nicht zu überschreiten vermag. Diese Einschränkung hängt von den Förderpumpen, beispielsweise der Pumpe 69, den leitungsverlusten, der maximalen Ventil-Ouerschnittsflache und vom Zustand der Filtersiebe in den die einzelnen Komponenten führenden Leitungen ab. Die höchstzulässige Mischgeschwindigkeit wird durch die Komponente bestimmt, deren Durchsatzgeschwindigkeit zuerst ihre

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obere Grenze erreicht. Zu Beginn eines LIischvorgangs überwacht die Bedienungsperson den Hauptoszillator und stellt ihn auf eine Frequenz ein, die dicht unterhalb der maximalen Zumischgeschwindigkeit der begrenzenden bzw. "schwächsten" Komponente liegt. Bei der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Anlage sind Einrichtungen zur Aufrechterhaltung einer den Vorschriften genügenden Mischung vorgesehen, selbst wenn die Produktionsgeschwindigkeit infolge einer unbeabsichtigten Verminderung der Zufuhrmenge einer oder mehrerer Komponenten verringert wird. Das Rückkopplungssignal wird erzeugt, sobald"eine Komponente zur Aufrechterhaltung der geforderten Durchsatzgeschwindigkeit ein voll geöffnetes Ventil benötigt, was zur Folge hat, daß die Mischgeschwindigkeit auf den durch diese Komponente festgelegten Maximalwert begrenzt wird. Somit ist gewährleistet, daß die Zusammensetzung des Gesamtgemisches stets den Vorschriften entspricht, wobei die Herstellung der. Gemisches stets innerhalb der unter den jeweiligen Umständen möglichen kürzesten Zeitspanne erfolgt. Im Extremfall, wenn beispielsweise ein Filtersieb in einer Leitung 64, 64' oder 64" allmählich verstopft wird, bis der Durchsatz durch difne Leitung schließlich r.nnz unterbrochen int, wird zunächst der Haupt oszillator 87 zu einer Verlangsamum; gezwungen, wodurch die Ge-Kchwindi/ikfjiton der Zufuhr an allen übrigen Komponenten zur Aufreohterhaltung den richtigen ivliiichun^uverhul tniiises eben-

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falls verringert werden würden. Wenn dann die Impulsfrequenz einen sehr niedrigen Wert erreicht, besteht die £efahr einer Unterschreitung des Meßbereichs des Durchflußmessers 71. Zur Vermeidung dieser Schwierigkeit kann ein Sicherheits- bzw. Alarmkreis vorgesehen sein, welcher die Freq.uenz der Bedarfsimpulse überwacht und den Mischvorgang automatisch unterbricht, wenn die Impulsfrequenz unter einen vorbestimmten Schwellenwert abfällt.

Neben, der Aufrechterhaltung der gewünschten Produktzusammensetzung auch unter anomalen Verfahrensbedingungen bietet die erfindungsgemäße Anlage noch weitere Vorteile. Einer dieser zusätzlichen Vorteile besteht im Ansprechvermögen der Anlage auf Übergänge bei Inbetriebnahme und auf die sich hieraus ergebenden Abweichfehler, also auf sogenannte Anfangsbedingungen. Bei der vorstehend beschriebenen Proportioniersteuerung ist das dem motorgetriebenen Ventil zugeführte Signal dem die Regelabweichung darstellenden Ausgangssignal des Zählers proportional. Bei der Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 6 ist zusätzlich ein Integrierverntärker vorgesehen, der ein aus der Summe des vom Zähler abgegebenen Signals und aoinem Z ο it integral bestehender Venti!-Steuersignal liefert. FaJIn das vom ZMhIor abgegebene Signal einen anderen uln den eingestellten Sollwert des BodartV, besitzt, gibt der Integrierver3tnrker an den Ventilrtu)-

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tor ein Stellsignal ab, das dem Zeitintegral der Abweichung proportional ist. !Dieses Signal ist so polarisiert, daß das Ventil unter !Rückführung des vom Zähler abgegebenen Signals in den anfänglichen Zustand darauf anspricht.

Die erfindungsgemäße Digitalsteuerung, welche die erfindungsgemäße Integrierwirkung gewährleistet und deren Blockschaltbild in Fig. 6 dargestellt ist, ist der Vorrichtung gemäß Fig. 1 sehr ähnlich, nur mit dem Unterschied, daß letztere unter Einschaltung eines zweiten, als Integrator arbeitenden Verstärkers abgewandelt ist. Genauer gesagt, weist die Vorrichtung gemäß Fig. 6 einen ZU-und-AB-Zähler 101 auf, der auf die über eine Leitung 102 zugeführten Bedarfsimpulse und die über eine Leitung 103 vom Durchflußmesser 104 zugeführten Verfahrensimpulse anspricht. Die vom Zähler 101 gelieferte stufenförmige Hegelabweichungspannung wird über eine Leitung 105 einem Servoverctärker 106 zugeführt, der seinerseits über eine -Leitung 107 ein Signal an einen Summierkreis 110 abgibt, von wo auo ein in die d.-is zu überwachende Medium führende Leitung 109 eingeschaltetes motorgesteuertes Ventil 108 betätigt wird.

Die stufenförmige Regelabweichungsponnung wird weiterhin über einen V/ideratand 111 einem Verstärker 112 zugeführt, der durch einen Hiickkopplungskoriderujator 113 überbrückt ist.

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Durch diese Parallelschaltung wird ein als Integrator geschalteter Analog-Verstärker gebildet, der über eine Leitung 114 ein Signal abgibt, das im Summierkreis 110 dem vom Servoverstärker 106 abgegebenen Stellsignal algebraisch hinzugefügt wird, um den Gesamt-Yentilsteuerstrom festzulegen.

Die mit einer plötzlichen Regelabweichung verbundenen Schwierigkeiten können dadurch überwunden werden, daß das vom Zähler 101 abgegebene Stellsignal bei allen Störungen, wie Inbetriebnahme, teilweisen Querschnittsverengungen, Änderungen der gesamten Mischgeschwindigkeit und Ende des Mischprogramms, auf seinen Ausgangswert zurückkehren muß. Der Proportionierabschnitt des Zählers 101 kann eine Regelabweichungspannung mit 128 diskreten Stufen liefern, um das Ventil vom voll geschlossenen in den voll geöffneten Zustand zu steuern. Beispielsweise liefert der Servoverstärker 106 bei der Digitalzahl Null einen Stellstrom von 10 mA und bei der Digitalzahl 128 einen Stellstrom von 50 mA, wobei das "Ventil voll geöffnet ist. Die Zwischenwerte liegen linear zwischen diesen beiden Endpunkten. Wenn der Regler vor Beginn eines Mischvorgangs betriebsbereit in seinem Ausgangszustand steht, steht der Zähler auf der Digitaluahl 64·, was einem Stellstrom von 30 mA bzw. der mittleren Tentilsteilung entspricht. Die Zahl 64 ist der Bezugspunkt, von welchem aus ein Mischvorgang beginnt, und auf diesen Wert wird der Zähler

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stets zurückgebracht, damit die Regelabweichung Null bleibt. Der Integrierverstärker 112 integriert in positiver Zählrichtung bzw. Yentilöffnungsrichtung, wenn der Zähler auf einer Zahl über 64 steht, und in negativer Zählrichtung bzw. Tentilschließrichtung, wenn der Zähler auf einer Zahl unter 64 steht. Die Integration ist der Abweichung zwischen dem tatsächlich vom Zähler abgegebenen Signal und dem Bezugswert 64 proportional.

Das Grundprinzip der Eückstellwirkung macht es erforderlich, daß der Zähler 101 stets von der Zahl 64 ausgeht und unter

Ruhestandbedingungen stets auf 64 zurückkehrt, und zwar ungeachtet dessen, welche Ventilstellung zur Gewährleistung der erforderlichen Durchsatzmenge notwendig ist. Wie erwähnt, liefert der Servoverstärker bei der Zahl 64 einen Stellstrom von 30 mA. Zur Einstellung des Ventils in eine Stellung zwischen voll geschlossen (10 mA) und voll geöffnet (50 mA) bei Drosselung des Servoverstärkers zwecks Erzeugung von 50 mA muß der Integrierverstärker entweder 20 mA zum 30 mA-Signal vom Servoverstärker hinzuaddieren oder 20 mA von diesem Signal subtrahieren können. In der Praxis ist der Integrierverstärker auf 4- 25 mA ausgelegt.

Bezugnehmend auf die eingangs beschriebene Ausführungsform der Erfindung gemäß Pig. 1, bei welcher nur eine Proportionalregelung angewandt wird, sei nunmehr angenommen, daß die

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Ruhezustand-Mischstellung des Ventils die Mittelstellung ist, welche einem Stellstrom von 30 mA bzw. der Zahl 64 im Zähler entspricht. Bei Auftreten derselben Störung wie im Beispiel der zuerst beschriebenen Anlage müßte der Zähler bei Vorhandensein eines teilweise verstopften Filtersiebs auf 69 weiterschalten, um das Ventil weiter zu öffnen und die Durchsatzmenge auf den Normalwert zurückzubringen. Bei der den Integrierversiärker aufweisenden abgewandelten Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 6 ist die Berichtigungswirkung des !Regelkreises jedoch wesentlich anders. Sobald nämlich der Zähler von 64 auf 69 weiterzuschalten beginnt, beginnt der Integrierverstärker das entsprechende Regelabweichungsignal zu integrieren und einen Strom abzugeben, der dem vom Servoverstärker gelieferten Strom hinzugefügt wird, so.daß der Servoverstärker seiner Aufgabe der Wiederherstellung des Ruhezustands enthoben wird. Mit anderen Worten kann der Servoverstärker auf seinen Ruhezustandswert von 30 mA zurückkehren, was der Zahl 64 im Zähler entspricht, während der zur Rückstellung des Ventils erforderliche Stellstrom im Summierkreis durch den Integrierverstärker hinzugefügt wird.

In Fig. 7 sind vier verschiedene Wellenformen dargestellt, die graphisch die vorstehend beschriebenen Betriebsbedingungen veranschaulichen. Die oberste Linie 141 stellt die Größe

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des dem Servoverstärker zugeführten Regelabweichungsignals dar, dessen Gesamtamplitude durch die Zählung des Zählers 101 bestimmt wird. Das vom Servoverstärker 106 abgegebene Signal ist durch die zweite Kurve 142 angedeutet und besteht aus einem Analogsignal, dessen Amplitude dem Durchschnittswert des. Hecht eckwell ens ignals 14-2 unmittelbar proportional ist. Die dritte Kurve 14-3 stellt das vom Integrierverstärker 114 über die Leitung 114 abgegebene Signal dar, das zwischen Null und +2 mA schwankt, während die unterste Kurve 144 in Fig. 7 dem Stellstrom zum Yentil entspricht, der zwischen dem Euhezustandswert von 30 mA und 32 mA schwankt.

Solange die Ansprechgeschwindigkeit nicht zu kritisch ist, arbeitet die Anlage gemäß Pig. 6 vollkommen zufriedenstellend. Der Verstärkungsgrad des Integrierverstärkers wird jedoch so niedrig gehalten, daß die Stabilität der Anlage durch die zusätzliche Bückstellwirkung im wesentlichen unverändert bleibt.

Wenn schnelle Mischvorgänge von weniger als etwa 15 Minuten Dauer vorgenommen werden sollen, muß jedoch der Verstärkungsgrad des Eückstellkreises erhöht werden, damit letzterer ^eine Aufgabe innerhalb der zur Verfügung stehenden bzw. zulässigen Zeitspanne durchzuführen vermag. Bei Erhöhung

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des Verstärkungsgrads zwecks Ermöglichung der entsprechend schnellen Rückstellwirkung trachtet die gesamte Anlage danach, weniger stabil zu. sein, sofern nicht noch eine Stabilisiereinrichtung hinzugefügt wird.

In Fig. 8 ist noch eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher von einer Ableit- bzw. Differenzierwirkung Gebrauch gemacht wird. Bei dieser an die Erfordernisse von Schnellmischanlagen angepaßten Hegelanlage wird derselbe Zusatz-Verstärkerkreis zur Erzielung einer Rückstellwirkung wie in Pig. 6 verwendet, nur daß noch eine Differenzierung vorgenommen wird. Zum Verständnis dieser Ausfuhrungsform der Erfindung kann von den vorstehend beschriebenen Anordnungen ausgegangen werden. Unter diesem Aspekt entspricht die Schaltung gemäß Fig. 8 derjenigen gemäß Fig. 6, nur daß in den Eingang des Integrierverstärkers noch ein Regelkreis eingeschaltet ist. Die Schaltung gemäß Fig. 6 weist einen Zähler 121 auf, der über eine Leitung Bedarfsimpulse und über eine Leitung 123 Verfahrensimpulse empfängt. Die vom Zähler 121 einer Leitung 124- aufgeprägte Regelabweichspannung wird einerseits einem Verstärker 125, dessen Ausgang über eine Leitung 126 mit dem einen Eingang eines Summierkreises 127 in Verbindung steht, und anderer seits einem Vervielfachverstärker 12Θ zugeführt, dessen Ausgang über eine Leitung 129 an einen aus zwei Widerständen

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131 und 132 und einem Kondensator 133 "bestehenden Kreis angeschlossen ist. Der Ausgang dieses Kreises ist an einen Integrierverstärker 134 angeschlossen, der von einer mit einer aus einem Widerstand 135 und einem Kondensator 136 bestehenden Eückkopplungsschaltung überbrückt ist. Das integrierte Ausgangssignal dieser Barallelschaltung wird über eine leitung 137 einem Verstärker T38 zugeführt, der über eine Leitung 139 ^mit einem zweiten Eingang des Summierkreises 127 verbunden ist» Der Ausgang des Summierkreises 127 wird über eine leitung 140 einem nicht dargestellten Ventil zugeführt.

Das von der Schaltung gemäß Fig. 8 an die leitung 14Ö abgegebene Signal ist der Änderungsgeschwindigkeit des von dex Leitung 129 geführten Signals proportional. Vorzugsweise sollte die Integrierwirkung bei niedriger Frequenz (etwa 1 Hz) bis hinab zu Gleichstrom- bzw. Null-Frequenz erfolgen, während die Differenzierwirkung bei höheren Frequenzen von 1 Hz und mehr erfolgen sollte. Bei niedrigen Frequenzen und bei Annäherung an Gleichstromsignale wird die Impedanz des Kondensators 133 wesentlich größer als die des Widerstands 132» so daß der Widerstand 132 den bestimmenden Faktor in der Parallelschaltung 131 - 133 darstellt. Weiterhin wird bei niedrigeren Frequenzen in der Rüokkopplungsschaltung die Impedanz des Kondensators 136 wesentlich größer als die

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des Widerstands 135, so daß hier der Kondensator 136 den größten Einfluß hat. Mit anderen Worten spricht die Schaltung als Integrator auf sehr niedrige Frequenzen an.

Bei höheren Frequenzen wird die Impedanz des Kondensators 133 kleiner als die des Widerstands 132, so daß dieser Kondensator den bestimmenden Faktor in der Parallelschaltung 131 - 133 darstellt. Die Impedanz des Kondensators 136 nimmt bei diesen höheren Frequenzen ebenfalls ab, so daß der Widerstand 135 bestimmend für die Impedanz der Eückkopplungsschaltung wird. In diesem Fall wirkt der Verstärker 134 als Differentiator.

Um den Integrierverstärker 134 auf den Integrationswert Null vorzuspannen, wenn das vom Zähler 121 abgegebene Regelabweichungsignal einem Zahlwert 64 entspricht, ist sein Eingang über einen Widerstand 146 an eine Vorspannungsquelle 147 angeschlossen.

Der Widerstand 131 ist ein niedrigohmiger Schutz-Strombegrenzungswiderstand für den Verstärker 134.

Nach der Erläuterung des Aufbaus der Schaltung ist im folgenden die Arbeitsweise der Schaltung gemäß Fig. 8 in Verbindung mit dem im Zusammenhang mit den Fig. 6 und 7 erläu-

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terten Arbeitsbeispiel näher beschrieben, d.h. es sei wiederum angenommen, daß die Störungen von einem verstopften Filtersieb herrühren. Die sich ergebenden Wellenformen sind in Fig. 9 veranschaulicht.

Die mit 149 bezeichnete· oberste Y/ellenform stellt das an der leitung 124 erscheinende Regelabweichungssignal des Zählers 121 dar. Die zweite Wellenform 150 entspricht dem Signal, das vom Verstärker 128 an die leitung 129 abgegeben wird, während die dritte Wellenform 151 das am Ende der Rückkopplungs-Parallelschaltung 134.- 136 auf der Leitung 137 erscheinende Signal veranschaulicht. Das von der Parallelschaltung 131 - 133 gelieferte Differenziersignal ist durch die vierte Wellenform 152 veranschaulicht, während die fünfte Wellenform 153 den tatsächlichen Gesamtstellstrom zum Ventil angibt. Die zur Behebung der Störung erforderliche Zeitspanne ist infolge des unterschiedlich großen Gesamt-Ventilstellsignals bei zusätzlicher Differenzierwirkung ersichtlicherweise beträchtlich verkürzt. Wenn sich die vom Zähler gezählte Zahl von 64 auf 69 erhöht, tritt das Stellsignal 153 ersichtlicherweise als Anstiegsfunktion des Differenzierkreises auf und ist für die Erzeugung eines großen Ausgangssignals verantwortlich, so daß der Ventilmotor ein sofortiges Signal großer Amplitude empfängt, das ein öffnen des Ventils verlangt. Beim Aunführungsbeispiel gemäß

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Figv 7 war zusätzliche Zeit zur Erzeugung des Ventilstell-Stroms erforderlich. Durch die Schaltung gemäß Fig. 8 wird die Durchsatzmenge in wesentlich kürzerer; Zeit· auf den Ausgangswert, zurückgebracht. Der Integrierkr-eis hat in der Zwischenzeit den: Ausschlag des vom: Zähler abgegebenen Signals 149 integriert und erzeugt den zusätzlichen Strom, der erforderlich ist, um das Ventil offen zu halten, und die ursprüngliche Durchsatzmenge bei Vorhandensein einer eine Störung hervorrufenden Durchfluß-Querschnittsverengung: aufr echtzuerhalten.

Ersichtlicherweise ist vorstehend eine automatische Digitalsteuerung beschrieben, die im Vergleich zu den bekannten, für eine ähnliche Aufgabe vorgesehenen Systemen bessere Leistungen gewährleistet. In der Praxis können die Aufnahme eines automatisch gesteuerten Verfahrens und die Erreichung eines Betriebszustands, bei welchem die Verfahrensvorschriften vollständig eingehalten werden, um den Faktor 8:1 beschleunigt werden. Der offensichtliche Vorteil einer praktisch augenblicklichen Berichtigung nachteiliger Verfahrensparameter, wie sie durch die Erfindung gewährleistet wird, ist speziell bei Mischanlagen der bei der Lebensmittelherstellung verwendeten Art sowie bei Förderanlagen zum Beladen von Lastwagen von besonderem Nutzen, da hierdurch ein Rückzirkulieren der Ladung vermieden wird»

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Obgleich, vorstehend die grundsätzlichen neuen Merkmale der !Erfindung in Anwendung auf bevorzugte Ausführungsfoxmen dargestellt, beschrieben und liervorgelioben sind, sind dem .Fa-ehmann selbstverständlich zahlreiclie Weglassungen, exs atzweis en Verwendungen und Änderungen der JConstruktloiise±nzellLe±ten und der Arbeitsweise der darges-tellten Torriditnngen mögHcIh, Dime daß der Rahmen dea? ^rfindning verlassBH wird, WBsiialb die Erfindung alle ijinerlialb des erweit exten Seliutziifflfangs liegenden Änderungen und Abwandliaaagen mit einscnließen soll.

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Claims (10)

1. - 42 - 1b489S4

   Pat entansprüche

   Vorrichtung zur Regelung von Verfahrensablaufen mit einem Hauptoszillator zur Erzeugung eines Durchlaufsignals in Form einer Folge einzelner Bedarfsimpulse, von denen jeder einer Mengeneinheit des insgesamt geförderten Materials· entspricht, mit einem der Zuführvorrichtung für eine Materialkomponente in das System zugeordneten Transduktor zur Erzeugung einer Folge einzelner Verfahrensimpulse, von denen jeder einer Mengeneinheit der in das Verfahren eingeführten Komponente entspricht, mit einem an den Hauptoszillator und an den Transduktor angeschlossenen Digital-Differenzzähler zur Erzeugung eines dem jeweiligen Unterschied zwischen der Anzahl von Bedarfsimpulsen und der Anzahl von Verfahrensimpulsen proportionalen Stellsignals und mit einem die Menge der in Abhängigkeit vom Stellsignal in das Verfahren eingeführten Komponente steuernden Stellglied , dadurch gekennzeichnet, daß eine an den Differenzzähler (47) und den Hauptoszillator (17) angeschlossene Verfahrens-Drosseleinrichtung .(2P) zur Verminderung der Geschwindigkeit bzw. Frequenz, mit der die Bedarfsimpulse erzeugt werden, sobald das Stellsignal einen voreingestellten Wert überschreitet, vorgesehen ist,

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2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrens-Drosseleinrichtung eine UND-Torschal~ tung (22) ist.
3. 3. Yorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen den Differenzzähler (101) und das Stellglied (108) eine Integrier einrichtung (111-1-13) eingeschaltet ist, die dem Stellglied ein das Zeitintegral des vom Differenzzähler abgegebenen Stellsignals darstellendes zusätzliches Stellsignal zuführt.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Integriereinrichtung (111-113) und der Differenzzähler (101) über einen Summierkreis (110) an das Stellglied (108) angeschlossen sind, der die vom Stellglied abgegebenen Stellsignale mit dem Zeitintegralsignal zu einem effektiven Stellsignal für das Stellglied kombiniert.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Integriereinrichtung (134-136) ein Differenzierkreis (131-133) vorgeschaltet ist, welcher der Integriereinrichtung ein der Änderungsgeschwindigkeit des vom Differenzzähler (121) abgegebenen Stellsignals proportionales Differenziersignal zuführt, sooft die Frequenz des vom Differenzzähler abgegebenen Stellsignals eine vorgegebene Frequenz überschreitet.

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6. 6, Vorrichtung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzierkreis aus einer Eeihenschaltung eines Widerstands (131) mit einem Kondensator (133) besteht, die von einem Pestwertwiderstand (132) überbrückt ist.
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-6 zur Regelung von kontinuierlich ablaufenden Verfahren mit einer an den Hauptoszillator angeschlossenen Einrichtung zur Einstellung der Wiederholungsgeschwindigkeit der vom Hauptgewünschten

   Oszillator ( ) abgegebenen, der/Produktionsgeschwindigkeit des Verfahrens entsprechenden Impulsfolge zwecks Festlegung der gewünschten Produktionsgeschwindigkeit des Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Eingang der Torschaltung (22) an die Frequenz-Einstelleinrichtung (23), der andere Eingang der Torschaltung an einen Ausgang des Differenzzählers (47) und der Ausgang der Torschaltung an den Hauptoszillator (18) angeschlossen ist und die Torschaltung jedesmal, wenn das vom Differenzzähler abgegebene Stellsignal einen vorbestimmten Maximalwert erreicht, die Frequenz der vom Hauptoszillator abgegebenen Impulsfolge auf einen unter dem der gewünschten Produktionsgeschwindigkeit liegenden Wert verringert und wieder auf den Normalwert zurückbringt, wenn das vom Differenzzähler abgegebene Stellsignal-den vorbestimmten Maximalwert wieder unterschreitet.

   BAD QRl^fNAL 009841/0245
8. 8. Torrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz des Pestwiderstands (132) bei oder unterhalb der vorbestimmten Maximalfrequenz geringer ist als die Impedanz der Eeihenschaltung eines Widerstands (1:51) mit einem Kondensator (133).
9. 9» Vorrichtung naah einem der vorang eilend en Ansprüche zum Einmisch.en eines über Nebenleitungen zugeführten Fluidums in ein durch eine Hauptleitung strömendes Flxd-duni, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptoszillator eine Folge von Bedarfsimpulsen vorbestimmter Frequenz abgibt, welche der gev/ünschten Durchsatzgeschwindigkeit des fertigen FluidumgeBiisches in der Hauptleitung -entspricht, daß der Transduktor ein eine Folge von Verfahrensimpulsen, deren Ui ed erholungs frequenz der IXi rchs atzmenge durch die Nebenleitung unmittelbar proportional ist, liefernder Durchflußmesser ist, und daß das Stellglied in der Nebenleitung angeordnet ist.
10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zum Einmischen mehrerer über verschiedene Nebenleitungen zugeführter Fluiden in ein durch eine Hauptleitung strömendes Fluidum, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptoszillator (87) eine Folge einzelner Bedarfsimpulse abgibt, von denen jeder einer Mengeneinheit eines herzustellen-

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    den Fluidumgemisch.es entspricht, daß in jede iiebenleitung (64, 64'j 64") ein eine Folge von Verfahrensimpulsen, deren Wiederholungsfrequenz der Durchsatzmenge durch die betreffende Nebenleitung proportional ist, liefernder Durchflußmesser (71, 71 * , 71") eingeschaltet ist, daß für jedes einer Lfebenleitung zugeordnete Regelsystem ein Differenzzähler (85, 85', 85") und ein Stellglied (72, 72', 72") vorgesehen sind und daß der eine Eingang der Verfahrens-Drosseleinrichtung (92) an alle Differenzzähler angeschlossen ist und die Frequenz des vom Hauptoszillator erzeugten Bedarfssignals verringert, sooft ein oder mehrere von den Differenzzählern abgegebene Stellsignale einen vorbestimmten Maximalwert überschreiten.

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