DE1549662A1 - Rechner-Regelvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung "betrifft ein direkt digital arbeitendes Regelsystem (im folgenden kurz "DDC-System" genannt), und insbesondere eine Rechner-Regelvorrichtung mit einem Kreis zur Gewährleistung eines Zusatzschutzes gegen in dem Rechner auftretende Fehler.

Das DDC-System, das in der Technik eine Bedeutung erlangt hat, ist ein Regelungssystem, bei dem die bisher durch ein analog arbeitendes Steuergerät bewirkte Steuerung eines Rückkopplungs-Regelungssystems mittels eines Digitalrechners erfolgt. Dieses System stellt ein neuartiges Rechnersys/tem dar, bei dem eine beträchtliche Anzahl von Regelschleifen in dem in Parallelbetrieb arbeitenden System (time sharing system) behandelt werden.

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Bei einem bekannten DDC-System wird für eine Kehrzahl von Regelsystemen ein einziger Digitalrechner verwendet. Nach lern mittels eines Komparators vorgenommenen Vergleich eines durch einen Detektor von einem jeden Hegelsystem übertragenen Meßwertes der geregelten Variablen mit einem Eezugswert wird der Vergleichswert gelesen, und zwar durch ein in einem geeigneten Zeitintervall erfolgendes Abtasten. Dabei wird von dem Regelsystem ein Steuerwert von der Größe abgeleitet, die erforderlich ist, um die Abweichung zwischen dem Meßwert und dem Bezugswert zu Null zu machen und die Betätigungsvorrichtung anzutreiben.

Im Vergleich zu einem üblichen Analog-Regelsystem mit einer Mehrzahl von unabhängigen Regelschleifen ist die Operationszeit des Digitalrechners mit einem derartigen DDC-System wesentlich kurzer als die Abtastzeit, so daß während einer einzigen Abtastperiode die Steuerwerte einer Anzahl von Regelungssystemen berechnet werden können. Des weiteren sind die Installierungskosten nicht hoch. Dieses DDC-System ist jedoch mit Nachteilen behaftet, die nachstehend angeführt werden.

'Dritt nämlich eine Störung des Digitalrechners auf oder verliert dieser Rechner seine Regelfähigkeit, so kommen aufgrund der Tatsache, daß ein einziger Rechner mit einer Anzahl von Regelschleifen verbunden LsU, die Operationen al Vr Regel-

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systeme zum Stillstand. Dadurch werden in der Anlage beträchtliche Schwierigkeiten verursacht. Um diesen Schwierigkeiten zu begegnen, wurde bereits vorgeschlagen, parallel zu dem Digitalrechner ein übliches Analog-Steuergerät zu installieren. Die Nachteile dieser Methode bestehen vor allem darin, daß hohe Kosten entstehen und die Anlage eine große Grundfläche einnimmt.

Die Übertragung von Signalen vom Rechner zu dem Betätigungsglied oder dem mit verschiedenen Arbeitsgeräten verbundenen Anschluß stellt ein weiteres Problem dar. Dem Betätigungsglied werden im allgemeinen Analogsignale zugeführt, und es wird von diesem Betätigungsglied speziell gefordert, daß es die dem Betätigungssignal entsprechende Stellung während der Zeit von einer Abtastzeit des Rechners zur nächsten Abtastzeit beibehält. Bisher wurde dieses Halten von Ausgangsgrößen des Betätigungsgliedes mittels eines Impulsmotors erreicht, der von der Ausgangsgröße des Digitalrechners in der Weise gesteuert wurde, daß eine Umformung seines Drehwinkels mittels eines mechanischen Elementes , mittels eines Potentiometers oder einer ähnlichen Einrichtung in ein Analogsignal erfolgte. Dabei wurde das Betätigungsglied durch dieses Ana- ■ logsignal angetrieben. Da jedoch eine derartige Halteeinrichtung für das Analogsignal ein mechanisches Element aufweist, besitzt diese Halteeinrichtung eine kurze Lebensdauer und eine geringe Zuverlässigkeit, und sie ist außerdem kostspielig.

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Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der angeführten Nachteile und die Schaffung einer außerordentlich zuverlässigen und wirtschaftlichen Regelvorrichtung für einen Rechner.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, welche die Regelfunktion eines Digitalrechners rückkoppelt, wenn dieser gestört ist und seine Steuerfunktion verliert, und daß zwischen das Betätigungsglied und eine Eingangsklemme eines Funktionsverstärkers eine Speichereinrichtung geschaltet ist, um die Ausgangsgrößen am Betätigungsglied aufrechtzuerhalten.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren einzige Figur ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung darstellt.

In dieser Figur ist ein Regelungs-Rechner 15 dargestellt, der mit einem Arbeitskreis, einem Analog-Digital-TJmwandlungskreis, einem Abtastkreis und ähnlichen, in der Figur nicht dargestellten Kreisen versehen ist. Meßsignale, die von einem nicht dargestellten Detektor kommen und proportional zu der geregelten Variablen sind, werden einer Analog-Eingangsklemme 16 des Rechners zugeführt. Obwohl in der Zeichnung nur ein einziges Regelsystem dargestellt ist, ist es

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offensichtlich., daß batsächlich alle Meßsignale von einer hehrzahl von Regelsystemen dem Rechner auge führb werden, um. entsprechend der Abbasbperiode abgetastet zu werden. Da der Aufbau der erfindungsgemäßen Zusatzschutzvorrichtung für alle Regelsysteme gleich ist, wird nur eine einzige dieser Vorrichtungen im einzelnen beschrieben. Der Bezugswert wird von einer Quelle 17 geliefert. Das an die. Eingangsklemme 16 bei einer'vorgegebenen Abbasbperiode angelegte Ne ßsignal und sein Bezugswert werden in den Rechner 15 eingeschrieben, welcher einen Vergleich dieser Werte durchführt; und die sich ergebende Ui. fferenz in eine digitale Große umformt. "Der Rechner führt auch eine Operation entsprechend einer vorgegebenen Regelgleiohung durch, um das Operationsergebnis in eine analoge Größe lunzufoi'iiien, die als Botätigung; 3 var.lab Ie abgegeben wird. DLo Ausgangsgröße des Rechnars wird einom Funkt Ions verstärker 21 zugeführt., und zwar über ■einen von dom Rechner gesteuerten Schalter 18a, einen die umschaltung zwischen I)DG und PID gewährleistenden Umschalter 19 und einom automatisch odor von Hand betätigten IJmfjehaLbor 20. DLo AusgangskLemme 22 des Verstärkers Ist mit oiriom nicht dargoste Liberi Ansohlußgorät verbunden.

, Der Funkbiorisverntärkfir 21 Ist mit oinom HaLtokreLs für den Rochnorausgang und einem Ausgangs-Haibokondoruiabor 25 v«rfiohon, vjrolche)r über den SchaLtür 18b zwischen den Eingang und den Ausgang des Verstärkern geschaLtol; i.Mt, V/ätirond dor

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Abtasbzeib, bei dor die Ausgangsgröße des Rechners dem Verstärker zugeführt wird, liegen die Schalter '18a und 18b auf der Selbe S, während sie außerhalb der Abbasbzeib auf der Selbe H liegen. Der Umschalter 19 liegb während der Rechnerregelung auf der DDC-SeLbe und wird auf die PID-Seite umgelegt, wenn der Rechner gestört isb. In diesem Falle muß zur Gewährleistung des Zusatzschutzes die übliche Arialogregelung durchgeführt werden. Während der automatischen Regelung liegb der Umschalter 20 an der AUTO-Seibe, und während der von Hand erfolgenden Regelung Lab dieser Umschalter auf die-; JMAN-Se i te umgelegt, su daß Signale von einem von Hand eIna teilbaren Kreis 24 erhalben wordon.

Normalerweise liegt der Schalter 19 an der DDG-Seibe, und der Schalter 20 isl, an die AlJ⁷DO-Se ί te gelegt. Beim Ab basten eines mit der Rlngangsklemme 16 verbundenen Regelungssystems werden die Schalter 18a und 18b an die S-Seibe gelegt, so daß die entsprechend tier Ringangsabweichung berechnete Ausgangsgröße des Rechners 15 über die Schalter 18a, 19 und 20 7Ai dem Verstärker _t.!1 gelangt. Diο Ausgangsgröße dt:S Vfrst-ur-1 r e j r.* £J wird dabei üb uv die. Ausgangfiklemine 22 dem entsprechenden BetätigungsglLod Hugo führt. Zu dieser Zeit; liegb dor· Schalter IBb an dnr »J-Seibo, so daß eine Klemme eines Kondensators 2":') tfoi-srdob int;. Als Folge davon wird der Kondensabor 2') durch dl ο Aus,·, uif;£igrößo des V^rsbärkers 21 geladen, so duß dlo L'lnd-AiLiicjuii^iigrößo während des Abtantenc gespeichorb

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wird. Nach Beendigung des AbtastVorgangs werden die Schalter 18a und 18b auf die Η-Seite umgeschaltet. Der Rechner 15 führt dann eine gleichartige Operation bei einem anderen Regelaystem durch. Die während des Abtastens in dem Kondensator gespeicherte Eiid-Ausgangsgröße liegt über die Umschalter 18a, 18b, 19 und 20 so lange an dem Verstärker 21, bis die Eingangsklemme 16 von neuem getastet wird. Auf diese Weise hält der Verstärker 21 die während des Abtastens erzeugte End-Ausgangsgröße aufrecht. Während der nächsten Abtastzeit \d.rd der Kondensator 2J durch die Ausgangsgröße des Verstärkers 21 in Übereinstimmung mit der neuen Ausgangsgröße des Rechners geladen. Entsprechende Operationszyklen wiederholen sich.

Bei Auftreten eines die Arbeitsxtfeise des Rechners 15 störenden Fehlers wird der Umschalter 19 auf die PID-Seite umge-\ schaltet. Der Analogrechenkreis 25 bildet dann ein mit dem Funktionsverstärker 21 zusammenarbeitendes Analogregelsystem. Das an die Eingangsklemme 16 gelegte Heßsignal und der Bezugswert von der Bezugsquelle werden dabei einem Vergleicher

26 zugeführt, und die Atrweichgröße zwischen diesen beiden Werten wird über einen aus einem integrierenden Kondensator'

27 und einem integrierenden Widerstand 28 bestehenden Parallelkreis und über Umschalter 19 und 20 an die Eingangsseite des Funktionsverstärkers 21 gelegt. Der Ausgang des Funktionsverstärkers 21 ist durch einen Rückkopplungswiderstand 29, einen aus einem differenzierenden Kondensator 30 und einem

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differenzierenden Widerstand 31 bestehenden Parallelkreis, einem Euckkopplungskondensator 32 und die Umschalter 19 und 20 auf die Eingangsseite rückgekoppelt. Auf die Abweichung wird proportional, integral und differential in der Weise eingewirkt, daß die Abweichung der Aiialoggröße zu Hull wird und damit ein Betätigungssignal an der Ausgangsklemme 22 zum Antrieb des Betätigungsgliedes erhalten wird.

Gemäß der Erfindung besteht der Haltekreis für den Rechnerausgang aus dem Funktionsverstärker 21 und dem Kondensator 23, und somit wird kein mechanisches Element wie ein Impulsmotor, Potentiometer oder eine ähnliche Einrichtung benötigt. Bestehen die Umschalter 18a und 18b aus elektronischen Schaltern wie Transistoren oder ähnlichen Elementen, so ist es möglich, ihre Lebensdauer und Zuverlässigkeit zu verbessern. Im Vergleich zu einem Impulsmotor oder einem anderen mechanischen Element ist die Ansprechgeschwindigkeit höher, so daß es möglich ist, die Ausgangsgröße während einer Abtastzeit von etwa 10 MikroSekunden um 100 % zu verändern. Des weiteren gewährleistet die Hinzufügung eines einfachen Rechherkreises 25 zu dem Funktionsverstärker 21 einen ähnlichen Betrieb wie der übliche analoge PID-Regler. Folglich kann bei ßtörung des Rechners ein Zusatzschutzbetrieb vorgesehen werden. Da diese Zusatzschutzvorrichtung auch als Funktionsverstärker 21 zum Halten der Ausgangsgröße des Rechners dient, können die Kosten und der Platzbedarf der Einrichtung im Ver-

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gleich zu einer Anordnung mit zwei nebeneinander angebrachten Rechnern oder Analogreglern "beträchtlich verringert werden. Wird der Umschalter 20 ferner derart ausgebildet, daß er bei Fehlerfeststellung anspricht und wird der von Hand einstellbare Kreis derart voreingestellt, daß fehlersichere Ausgänge geschaffen werden, so ist es möglich, die Anlage wirksam zu schützen, wenn der Umschalter zufällig in die MAIT-Stellung gebracht wird.

Gemäß der Erfindung wird somit eine außerordentlich zuverlässige und wirtschaftliehe Zusatzschutzvorrichtung für .ein Rechner-Regelsystem geschaffen.

- Patentanspruph -

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Claims (1)

1. Patentanspruch

   Rechner-Regelvorrichtung für ein direkt digitales Regelungssystem, bei dem eine durch den Vergleich eines Meßwertes einer geregelten Variablen mit einem Bezugswert erhaltene Abweichung als Eingangsgröße benutzt, ein einziger Digitalrechner zur Durchführung der Regeloperation für eine Mehrzahl von Regelsystemen verwendet und ein vom Rechner kommendes Regelsignal über einen Funktionsverstärker einem Betätigungsglied zugeführt ist, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Speicherung der Ausgangsgröße des Digitalrechners während der Abtastzeit und zur Speisung des Betätigungsgliedes mit der gespeicherten Ausgangsgröße außerhalb de Abtastzeit, einem Analog-Qperationskreis, der zusammen mit dem Funktionsverstärker einen Analogregler bildet und zur proportionalen und integralen oder zur proportionalen, integralen und differentialen Einwirkung auf die Abweichung zwischen dem Meßwert und dem Bezugswert dient, und einer Schalteinrichtung zur selektiven Verbindung des Funktionsverstärkers mit der Speichereinrichtung bei der direkt digitalen Regelung oder mit dem Analogrechenkreis bei üblicher Analogregelung·

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