DE1549662C3 - Einrichtung zur direkt-digitalen Regelung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur direkt-digitalen Regelung, mit einem Digitalrechner für eine Vielzahl von Regelkreisen, der während der Abtastzeit den Soll-Ist-Vergleich für den gerade angeschlossenen Regelkreis durchführt und das Ergebnis dieses Vergleichs auf ein analog arbeitendes Halteglied leitet, das während der Abtastpause die Ausgangsgröße des Digitalrechners speichert und das Stellglied des zugehörigen Regelkreises mit der gespeicherten Ausgangsgröße des Digitalrechners steuert.

Eine solche Einrichtung ist bereits in der Zeitschrift »Electronics«, 1964, S. 49 bis 55, beschrieben.

Im Vergleich zu einem üblichen Analog-Regelsystem mit einer Mehrzahl von unabhängigen Regelkreisen ist die Operationszelt des Digitalrechners mit einem derartigen DDC-System wesentlich kürzer als die Abtastzeit, so daß während einer einzigen Abtastperiode die Regelabweichungen einer Anzahl von Regelkreisen berechnet werden können. Des weiteren sind die Installierungskosten nicht hoch.

Tritt jedoch eine Störung des Digitalrechners auf oder verliert dieser Rechner seine Regelfähigkeit, so kommen auf Grund der Tatsache, daß ein einziger Rechner mit einer Anzahl von Regelkreisen verbunden ist, die Operationen aller Regelsysteme zum Stillstand. Dadurch werden in der Anlage beträchtliche Schwierigkeiten verursacht. Um diesen Schwierigkeiten zu begegnen, wurde bereits vorgeschlagen, parallel zu dem Digitalrechner einen üblichen Analog-Regler vorzusehen. Die Nachteile dieser Methode bestehen vor allem darin, daß hohe Kosten entstehen und die Anlage eine große Grundfläche einnimmt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässige Einrichtung zur direkt-digitalen Regelung zu schaffen, bei der bei Ausfall des Digitalrechners die Regelung zuverlässig weitergeht, ohne einen kompletten Analog-Regler dem Digitalrechner parallel schalten zu müssen. '

Dies wird gemäß der Erfindung bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß das Halteglied ein Funktionsverstärker ist, an dessen Ausgang die eine Belegung eines Kondensators angeschlossen ist, dessen zweite Belegung mit einem Schalter verbunden ist, der während der Abtastzeit den Ausgang des Digitalrechners dem Funktionsverstärker zuführt und die zweite Belegung an Erde legt und während der Abtastpause den Digitalrechnerausgang vom Funktionsverstärker trennt und gleichzeitig die zweite Belegung auf den Funktionsverstärker schaltet, und daß bei Ausfall des Digitalrechners die Verbindung zwischen Digitalrechner bzw. zweiter Belegung des Kondensators und Funktionsverstärkers aufgetrennt ist und der Eingang bzw. Ausgang des Funktionsverstärkers mit dem Ausgang bzw. Eingang eines Analogrechenkreises verbunden ist, der über einen zweiten Eingang von einem analogen Vergleichsglied mit der Regelabweichung derart gespeist ist, daß Halteglied und Analogrechenkreis einen Analogregler bilden.

Geschaffen wird somit eine außerordentlich zuverlässige und wirtschaftliche Regelvorrichtung für einen Rechner durch einen Zusatzschutz gegen im Rechner auftretende Fehler.
Auch bei Ausfall des Digitalrechners geht die Regelung zuverlässig weiter, ohne daß ein kompletter Analogregler dem Digitalrechner parallel geschaltet werden müßte. Die direkt-digitale Regeleinrichtung ist besonders einfach ausgebildet.

Es soll noch darauf hingewiesen werden, daß elektronische Halteglieder mit Funktionsverstärkern und Kondensatoren an sich durch Zmsr 5 (1962), Heft 6, S. 283 bis 285, bekannt sind.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung soll nun mit Bezug auf die einzige im Blockschaltbild gegebene Figur näher erläutert werden.

In dieser Figur ist bei 15 ein Digitalrechner dargestellt, der mit einem Betriebssystem, einem Analog-Digital-Umsetzer, einem Abtastkreis und ähnlichen, in der Figur nicht dargestellten Kreisen versehen ist. Meßsignale, die von einem nicht dargestellten Detektor kommen und proportional zur geregelten Variablen sind, werden einer Analog-Eingangsklemme 16 des Rechners (Istwert) zugeführt. Obwohl in der Zeichnung nur ein einziges Regelsystem dargestellt ist, können die Istwertsignale einer Mehrzahl von Regelsystemen dem Rechner zugeführt werden, um entsprechend der Abtastperiode abgetastet zu werden. Da der Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung für alle beteiligte Regelsysteme gleich ist, wird nur eine einzige Einrichtung im einzelnen beschrieben. Der Sollwert wird von einem Sollwertgeber 17 geliefert. Das an die Istwertklemme 16 bei einer vorgegebenen Abtastperiode angelegte Istwertsignal und der Sollwert werden in den Digitalrechner 15, welcher einen Vergleich dieser Werte durchführt, eingegeben: Die sich ergebende Differenz wird in eine digitale Größe umgeformt. Der Rechner führt auch eine Operation entsprechend einer vorgegebenen Regelgleichung durch, um das Opera-

tionsergebnis in eine analoge Regelabweichung umzuformen. Diese wird einem Funktionsverstärker 21 zugeführt, und zwar über einen vom Rechner gesteuerten Schalter 18a, einen die Umschaltung zwischen DDC und PID gewährleistenden Umschalter 19 und einem selbsttätig oder von Hand betätigbaren Umschalter 20. Die Ausgangsklemme des Funktionsverstärkers ist mit einem nicht dargestellten Stellglied verbunden.

Der Funktionsverstärker 21 ist mit einem Haltekreis für den Rechnerausgang und einem Kondensator 23 versehen, welcher über den Schalter iSb zwischen den Eingang und den Ausgang des Verstärkers geschaltet ist.

Während der Abtastzeit, bei der die Ausgangsgröße des Rechners dem Funktionsverstärker 21 zugeführt wird, liegen die Schalter 18a und 186 auf der Seite S, während sie außerhalb der Abtastzeit auf der Seite H liegen. Der Umschalter 19 liegt während der Rechnerregelung auf der DDC-Seite und wird auf die PID-Seite umgelegt, wenn der Rechner gestört ist. In diesem Falle muß zur Aufrechterhaltung des Betriebes die übliche Analogregelung durchgeführt werden. Während der automatischen Regelung liegt der Umschalter 20 an der AUTO-Seite, und während der von Hand erfolgenden Regelung ist dieser Umschalter auf die MAN-Seite umgelegt, so daß Signale von einem Handsteuerkreis 24 erhalten werden.

Normalerweise liegt der Schalter 19 an der DDC-Seite, und der Schalter 20 ist an die AUTO-Seite gelegt. Beim Abtasten eines mit der Istwertklemme 16 verbundenen Regelungssystems werden die Schalter 18a und 18Z> an die S-Seite gelegt, so daß die entsprechend der Eingangsabweichung berechnete Ausgangsgröße des Digitalrechners 15 über die Schalter 18a, 19 und 20 zu dem Funktionsverstärker 21 gelangt. Die Ausgangsgröße des Funktionsverstärkers wird dabei über die Ausgangsklemme 22 dem entsprechenden Stellglied zugeführt. Zu dieser Zeit liegt der Schalter 186 an der S-Seite, so daß eine Klemme des Kondensators 23 geerdet ist. Als Folge davon wird der Kondensator 23 durch die Ausgangsgröße des Funktionsverstärkers 21 geladen, so daß die Stellgröße während des Abtastens gespeichert wird. Nach Beendigung des Abtastvorgangs werden die Schalter 18a und 186 auf die Η-Seite umgeschaltet. Der Digitalrechner 15 führt dann eine gleichartige Operation bei einem anderen Regelsystem durch. Die während des Abtastens in dem Kondensator gespeicherte Stellgröße liegt über die Umschalter 18a, i8b, 19 und 20 so lange an dem Funktionsverstärker 21, bis die Istwerteingangsklemme 16 von neuem getastet wird. Auf diese Weise hält der Funktionsverstärker 21 die während des Abtastens erzeugte Stellgröße aufrecht. Während der nächsten Abtastzeit wird der Kondensator 23 durch die Ausgangsgröße des Funktionsverstärkers 21 in Übereinstimmung mit der neuen Ausgangsgröße des Rechners geladen. Entsprechende Operationszyklen wiederholen sich.

Bei Auftreten eines die Arbeitsweise des Digitalrechners 15 störenden Fehlers wird der Umschalter 19 auf die PID-Seite umgeschaltet. Der Analogrechenkreis 25 bildet dann ein mit dem Funktionsverstärker 21 zusammenarbeitendes Analogregelsystem. Das an die Istwerteingangsklemme 16 gelegte Istwertsignal und der Sollwert vom Sollwertgeber werden dabei einem analogen Vergleichsglied 26 zugeführt, und die Regelabweichung zwischen diesen beiden Werten wird über einen aus einem integrierenden Kondensator 27 und einem Widerstand 28 bestehenden Parallelkreis und über die Umschalter 19 und 20 an den Eingang des Funktionsverstärkers 21 gelegt. Der Ausgang des Funktionsverstärkers 21 ist durch einen Rückkopplungswiderstand 29, einen aus einem differenzierenden Kondensator 30 und einem Widerstand 31 bestehenden Parallelkreis, einem Rückkopplungskondensator 32 und die Umschalter 19 und 20 auf den Eingang des Funktionsverstärkers 21 rückgeführt. Das ergibt PID-Verhalten.

Der Haltekreis für den Rechnerausgang besteht aus dem Funktionsverstärker 21 und dem Kondensator 23, somit wird kein mechanisches Element wie ein Impulsmotor, Potentiometer oder eine ähnliche Einrichtung benötigt. Bestehen die Umschalter 18a und 186 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 der Abtastzeit von etwa lOMikrosekunden um 100% zu verändern. Des weiteren gewährleistet die Hinzufügung eines einfachen Analogrechenkreises 25 zu dem Funktionsverstärker 21 einen ähnlichen Betrieb wie der übliche analoge PID-Regler. Folglich kann bei Störung des Rechners ein Betrieb aufrechterhalten werden. Da diese »Back-up«-Vorrichtung auch als Funktionsverstärker 21 zum Halten der Ausgangsgröße des Rechners dient, können die Kosten und der Platzbedarf der Einrichtung im Vergleich zu einer Anordnung mit zwei nebeneinander angebrachten Digitalrechnern oder Analogreglern beträchtlich verringert werden. Man kann auch den Umschalter 20 derart ausbilden, daß er bei Fehlerfeststellung von selbst anspricht, und den Handsteuerkreis derart voreinstellen, daß fehlersichere Ausgangsgrößen geliefert werden, so daß die Anlage auch dann wirksam geschützt ist, wenn der Umschalter zufällig in die MAN-Stellung gebracht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Einrichtung zur direkt-digitalen Regelung, mit einem Digitalrechner für eine Vielzahl von Regelkreisen, der während der Abtastzeit den Soll-Ist-Vergleich für den gerade angeschlossenen Regelkreis durchführt und das Ergebnis dieses Vergleichs auf ein analog arbeitendes Halteglied leitet, das während der Abtastpause die Ausgangsgröße des Digitalrechners speichert und das Stellglied des zugehörigen Regelkreises mit der gespeicherten Ausgangsgröße des Digitalrechners steuert, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteglied (21, 23) ein Funktionsverstärker (21) ist, an dessen Ausgang die eine Belegung eines Kondensators (23) angeschlossen ist, dessen zweite Belegung mit einem Schalter (18) verbunden ist, der während der Abtastzeit den Ausgang des Digitalrechners (15) dem Funktionsverstärker (21) zuführt und die zweite Belegung an Erde legt und während der Abtastpause den Digitalrechnerausgang vom Funktionsverstärker (21) trennt und gleichzeitig die zweite Belegung auf den Funktionsverstärker (21) schaltet, und daß bei Ausfall des Digitalrechners (15) die Verbindung zwischen Digitalrechner bzw. zweiter Belegung des Kondensators (23) und Funktionsverstärkers (21) aufgetrennt ist und der Eingang bzw. Ausgang des Funktionsverstärkers (21) mit dem Ausgang bzw. Eingang eines Analogrechenkreises (25) verbunden ist, der über einen zweiten Eingang von einem analogen Vergleichsglied (26) mit der Regelabweichung derart gespeist ist, daß Halteglied und Analogrechenkreis einen Analogregler bilden.