DE1588572C - Einrichtung zum Regeln der Feuchte von teilchenförmigen! Material - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Regeln der Feuchte von teilchenförmigen!, einen kontinuierlich arbeitenden Trockner durchlaufendem Material, bei welcher die am Auslauf des Trockners ermittelte Feuchte als Regelgröße an einen PI-Regler gelangt, dem zur Erzielung eines PID-Verhaltens eine am Einlauf des Trockners ermittelte Störgröße aufgeschaltet ist und dessen Stellgröße auf den Materialdurchsatz und/oder die Heizleistung des Trockners wirkt. Getrocknet' werden beispielsweise Getreide, Erbsen, Bohnen oder ähnliche landwirtschaftliche Erzeugnisse.

Der Trockner stellt eine Regelstrecke mit einer ungewöhnlich großen, durch die Verweildauer des teilchenförmigen Materials im Trockner gegebenen Totzeit dar. Regelstrecken mit einer Totzeit stellen an den zugehörigen Regler besondere Anforderungen, da ein bestimmter Störgrößenzustand in der Regel erst dann zu einer feststellbaren Regelabweichung und damit zu einem Stelleingriff führt, wenn der bestimmte, eigentlich zu kompensierende Störgrößenzustand sich bereits wieder verändert hat.

Es ist als Störgrößenaufschaltung im Prinzip bekannt, die einflußreichste Störgröße zu messen und im Wege einer Steuerung zur zusätzlichen Beeinflussung der Stellgröße eines Reglers heranzuziehen. Einfache P-, I- oder PI-Regler bekommen dadurch zusätzlich ein D-Verhalten. Speziell von einem Trockner für eine den Trockner kontinuierlich durchlaufende Stoff- oder Papierbahn ist es bekannt, zur Regelung der Feuchte des Gutes am Auslauf des Trockners einen mit der Stellgröße auf die Beheizung des Trockners einwirkenden Regler zu verwenden, der neben einem der Feuchte des Gutes am Auslauf des Trockners entsprechenden Signal ein der am Einlauf des Trockners wahrnehmbaren Temperaturänderung entsprechendes Signal erhält. Die bekannten Maßnahmen lassen sich jedoch nicht ohne weiteres an einem Trockner für teilchenförmiges Material anwenden, da ein solcher Trockner nicht nur, wie bereits erwähnt, eine ungewöhnlich große Totzeit, sondern auch eine sehr große Zeitkonstante besitzt. Außerdem sind auf Grund der nicht homogenen Beschaffenheit des zu trocknenden Materials sehr große, kurzfristige Schwankungen der Feuchte am Einlauf des Trockners möglich, deren Beseitigung angesichts der Trägheit des Trockners besondere Anforderungen an einen Regler stellt.

Der Erfindung liegt daher als Aufgabe die Schaffung einer Einrichtung zum Regeln der Feuchte zugrunde, die den beim Trocknen von teilchenförmigem Material in einem kontinuierlich arbeitenden Trockner auftretenden Verhältnissen in optimaler Weise angepaßt ist.

Bei einer Einrichtung der obengenannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das I-GIicd des PI-Reglers über einen Schwellwertdetektor für die Regelabweichung ansteuerbar ist und daß dem I-GIied eine Mischstufe nachgeschaltel ist, welche die aufzuschaltendc Störgröße dem Ausgangssignal des I-Gliedes multiplikativ überlagert.

Es ist bekannt, die nachgiebige Rückführung eines Reglers, welche diesem bei jeder Änderung der Stellgröße zeitweise ein P-Verhalten verleiht, mittels eines Scliwellwerlgliedes in eine starre, ständig ein P-Verhalten erzeugende Rückführung zu ändern, die wirksam wird, wenn die Stellgröße einen bestimmten Grenzwert überschreitet. Elektrisch ist dies durch die Überbrückung eines Rückführkondensators mit einer Zener-Diode oder dem Kontakt eines durch die Spannung am Rückführkondensator gesteuerten Relais verwirklicht. Die bekannten Maßnahmen" haben den Zweck, ein Überschwingen der Regelgröße im Anfahrbetrieb zu verhindern. Es ist ferner bekannt, einen Regler mit einem Zeitelement zu versehen, das ein Ansprechen des Reglers erst dann

ao zuläßt, wenn eine Regelabweichung für eine be-. stimmte Mindestdauer ansteht. Dabei kann das Zeitelement so ausgebildet sein, daß einen bestimmten Betrag überschreitende Regelabweichungen sofort weitergegeben werden.

Es wird deshalb kein Elementenschutz für den Schwellwertdetektor beansprucht.

Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung gewährleistet trotz der sehr großen Totzeit und Zeitkonstanten des Trockners für das teilchenförmige Material noch eine Regelung mit relativ kurzer Regeldauer und relativ kleiner Regelabweichung. Durch den Schwellwertdetektor ist erreicht, daß das I-Glied nicht unnötigerweise auf jede kurze, unter Umständen lediglich zufällige Regelabweichung anspricht, sondern nur den Einfluß langfristiger Störgrößenänderungen beseitigt. Kurzfristige Regelabweichungen treten in einem Trockner für teilchenförmiges Gut auf Grund einer ungleichmäßigen Verteilung der Teilchen besonders leicht auf. Durch die multiplikative Aufschaltung der Störgröße auf den Ausgang des I-Gliedes wird die Störgrößenaufschaltung nur in dem Maße wirksam, in dem das I-Glied zum Stellsignal beiträgt. Dadurch ist die bei der großen und, wenn der Materialdurchsatz des Trockners beeinflußt wird, außerdem noch schwankenden Totzeit an sich gegebene Gefahr vermieden, daß durch die Störgrößenaufschaltung eine Überkorrektur hervor- . gerufen wird.

Bei einer bevorzugten Ausbildung der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung umfaßt das I-Glied einen umsteuerbaren Elektromotor, welcher den Schleifer eines die Mischstufe im wesentlichen bildenden Potentiometers verstellt, an dessen Widerstandskörper eine die aufzuschaltende Störgröße darstellende Gleichspannung liegt, wobei die geteilte Gleichspannung als Ausgangsspannung dient. Mit dem Elektromotor läßt sich die entsprechend der großen Zeitkonstante der Reglerstrecke notwendige große Zeitkonstante des I-Gliedes am leichtesten verwirkliehen. Das Potentiometer ist ein betriebssicheres und genau arbeitendes Element für die multiplikative Mischung zweier Größen.

Als Schwellwertdetektor ist besonders gut ein gepoltes Relais mit drei Schaltstellungen und selbsttätiger Rückstellung geeignet, dessen Spule die Regelabweichung als Gleichspannung zugeführt ist und das den Elektromotor steuert.

Insbesondere wenn die Stellgröße auf den Materialdurchsatz des Trockners wirkt, umfaßt das P-Glied des PI-Reglers zweckmäßigerweise einen Spannungsteiler mit einem von der Polarität der als Gleichspannung zugeführten Regelabweichung abhängigen Teilerverhältnis. Der Spannungsteiler ist so ausgelegt, daß er eine überproportionale Herabsetzung der als Gleichspannung zugeführten Regelabweichung dann bewirkt, wenn die gemessene Feuchte des Materials über den Sollwert liegt. Er dient dadurch zur Kompensation der nichtlinearen Beziehung zwi-

3 .4

sehen Materialdurchsatz des Trockners und seiner Becherelevators 21 abgeführt, der durch einen Elek-

Trockenleistung. In seiner einfachsten Ausführungs- tromotor22 mit einstellbarer Drehzahl angetrieben

form umfaßt der Spannungsteiler einen mit einer ist. Die Geschwindigkeit, mit der sich das Getreide

Diode überbrückten Widerstand. längs des Bettes 16 nach unten bewegt, also der

Zur Ermittlung der Regelabweichung dient zweck- 5 Durchsatz des Trockners, richtet sich nach der mäßigerweise eine Wechselstrombrücke, die zur Schwingungsfrequenz eines in F i g. 3 nicht gezeigten, Messung der Regelgröße einen kapazitiven Meßwert- oberhalb des Bettes angeordneten Schwing-Rostes aufnehmer enthält und der ein phasenabhängiger oder -Gitters 14. Alternativ oder zusätzlich kann der Gleichrichter nachgeschaltet ist, welcher einen den Durchsatz auch durch eine Veränderung der Dreh-Spannungsteiler und das Relais parallel ansteuernden io zahl des den Becherelevator 21 antreibenden Motors ersten Gleichspannungsverstärker speist. Eine solche 22 beeinflußt werden.

Schaltung arbeitet besonders genau und betriebs- Am Auslauf des Trockners, d. h. am unteren Ende

sicher. Zur Messung der Feuchte von Getreide hat des Bettes 16, ist ein kapazitiver Meßwertaufnehmer

sich eine Arbeitsfrequenz für die Wechselstrom- 23 für die Feuchte des Getreides angeordnet, der

brücke von 2 MHz als am besten herausgestellt. 15 eine in den Getreidestrom eintauchende Elektrode

Das Regelverhalten der gesamten Anlage wird und zwei im Abstand davon angeordnete, die Elekbesonders günstig, wenn als aufzuschaltende Stör- trode zu einem Kondensator ergänzende Metallgitter größe die am Einlauf des Trockners mittels eines umfaßt. Das Dieletrikum des Kondensators ist durch auf Widerstandsänderungen des Materials ansprechen- das Getreide gebildet und hat daher eine entspreden Meßwertaufnehmers ermittelte Feuchte des 20 chend der Feuchte des Getreides schwankende Materials dient. Da die aufzuschaltende Störgröße Dielektrizitätskonstante, was zu einer entsprechenden nicht so genau wie die Regelgröße gemessen werden Änderung der Kapazität des kapazitiven Meßwertmuß, ist der im Vergleich zum kapazitiven Meßwert- aufnehmers 23 führt. An den Meßwertaufnehmer 23 aufnehmer einfachere, auf Widerstandsänderungen sind mehrere zu einer Baueinheit 27 zusammengeansprechende Meßwertaufnehmer durchaus aus- 25 faßte Glieder der im folgenden erläuterten Regelreichend, einrichtung angeschlossen.

Der Meßwertaufnehmer für die aufzuschaltende Die Regeleinrichtung (vgl. Fig. 1) erhält als Regel-Störgröße befindet sich zweckmäßigerweise in einer größe die mittels des Meßwertaufnehmers 23 am Wheatstoneschen Brücke mit nachgeschaltetem zwei- Auslauf des Trockners gemessene Feuchte des Getem Verstärker, an dessen Ausgang die die Störgröße 30 treides 12 und als zusätzlich aufzuschaltende Stördarstellende, dem Widerstandskörper des Misch- größe die am Einlauf des Trockners mittels dessen potentiometers zugeführte Gleichspannung ansteht. Meßwertaufnehmers 11-13 ermittelte Feuchte des

Die Erfindung ist mit weiteren vorteilhaften Ein- Getreides. Das von der Regeleinrichtung gesteuerte zelhciten im folgenden an Hand schematischer Zeich- Stellglied ist das den Materialdurchsatz des Trocknungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläu- 35 ners beeinflussende Schwing-Gitter 14.
tert. In den Zeichnungen zeigt Der kapazitive Meßwertaufnehmer 23 arbeitet in

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Regeleinrichtung einer Wechselstrombrücke 25, die eine Speisespannach der Erfindung für einen Getreidetrockner, nung mit der Frequenz von 2 MHz aus einem stabili-

F i g. 2 eine genaueres Schaltbild eines Gliedes sierten Generator 24 erhält (F i g. 1). In einem Zweig

der Regeleinrichtung nach Fig. 1, 40 der Wechselstrombrücke 25 liegt ein einstellbarer-

F i g. 3 einen senkrechten Schnitt durch den sehe- Kondensator, dessen Einstellung den Sollwert der

matisch dargestellten Getreidetrockner, Feuchte des Getreides am Auslauf des Trockners

F i g. 4 ein genaueres Schaltbild eines anderen festlegt. Nicht gezeigte Schaltelemente der Brücke

Gliedes der Regeleinrichtung nach Fig. 1. 25 und des Meßwertaufnehmers 23 bewirken eine

Der in F i g. 3 schematisch dargestellte Getreide- 45 Temperaturkompensation der Messung. Die Austrockner umfaßt am Einlauf ein Rohr 10 und eine gangsspannung der Wechselstrombrücke 25 gelangt daran anschließende, fischschwanzförmige Verteiler- an einen phasenabhängigen Gleichrichter 26, dessen rutsche 11 für die Zufuhr von Getreide 12. Inner- Ausgangssignal mit Betrag und Vorzeichen den Behalb der Rutsche 11 ist isoliert eine schwertförmige trag und das Vorzeichen der Regelabweichung, d. h. Elektrode 13 befestigt, die zusammen mit der Rutsche 50 des Unterschiedes zwischen dem gemessenen Ist-11 als Gegenelektrode einen Meßwertaufnehmer für Wert und dem eingestellten Soll-Wert der Feuchte die Feuchte des zugeführten Getreides bildet, welcher angibt.

auf Widerstandsänderungen des Getreides anspricht. Das in einem Gleichspannungsverstärker 28 her-

An den Meßwertaufnehmer 11-13 sind zu einer aufgesetzte Ausgangssignal des phasenabhängigen

Baueinheit 15 zusammengefaßte Glieder einer weiter 55 Gleichrichters 26 gelangt zu einer im folgenden näher

unten zu erläuternden Regeleinrichtung ange- erläuterten Schaltung 29,. in welcher das mittels des

schlossen. Meßwertaufnehmers 11-13 erzeugte Signal hinzu-

Von der Rutsche 11 gelangt das noch feuchte gefügt wird. Das Ausgangssignal der Schaltung 29 Getreide 12 auf ein geneigtes Lochbett 16, unterhalb gelangt zu einem Stellantrieb 30 für das Schwingdessen zwei Luftverteiler 17 und 18 angeordnet sind. 60 Gitter 14 und steuert dort eine zwischen der Ab-Dcm ersten Verteiler 17 wird über ein Rohr 19 triebswelle eines Elektromotors 31 und einer AnHeißluft zugeführt, die das Bett 16 passiert und nach triebswelle für das Schwing-Gitter angeordnete oben durch das Getreide ausströmt. Das sich längs Magnetkupplung. 32. Mit der Antriebswelle des des Bettes 16 nach unten .bewegende, schließlich ge- Schwing-Gitters ist ein Tachodynamo 33 gekuppelt, trocknete Getreide gelangt über den zweiten Ver- 65 dessen Ausgangssignal zur Magnetkupplung 32 rückteiler 18, dem über ein Rohr 20 Kühlluft für das gekoppelt ist und sicherstellt, daß die Drehzahl der Getreide zugeführt wird. Am unteren Ende des Bettes Antriebswelle für das Schwing-Gitter dem Ausgangs-16 wird das Getreide 12 schließlich mittels eines signal der Schaltung 29 proportional ist.

Die in F i g. 2 genauer gezeigte Schaltung 29 besitz zwei parallelgeschaltete Glieder, ein P-Glied 34 und ein Glied 35, das ein I-Glied und einen vorgeschalteten Schwellwertdetektor sowie eine nachgeschaltete Mischstufe zur multiplikativen Überlagerung des mittels des Meßwertaufnehmers 11-13 erzeugten Signals umfaßt.

Der Schwellwertdetektor ist durch ein gepoltes Relais 62 mit drei Schaltstellungen und selbsttätiger Rückstellung in die mittlere Schaltstellung gebildet, dessen Spule das die Regelabweichung darstellende Ausgangssignal des Gleichspannungsverstärkers 28 erhält. Ein einstellbarer, mit der Relaisspule in Serie liegender Widerstand 61 dient zur Einstellung der Ansprechschwelle des Relais 62. Je nach Richtung der Auslenkung aus der mittleren Schaltstellung stellt ein beweglicher Kontakt 63 des Relais eine Verbindung mit einem von zwei feststehenden Kontakten 64 oder 65 her und legt dadurch das* eine oder andere von zwei Relais 53 bzw. 54 an eine Gleich-Spannung. Zur Erzeugung der Gleichspannung dient ein Brückengleichrichter 66 mit nachgeschalteter Siebung, welche an einen die Netzspannung herabsetzenden Transformator 67 angeschlossen ist. Den Relais 53 und 54 parallelgeschaltete Dioden 68 und den Kontakten des Relais 62 parallegeschaltete RC-Glieder 69 dienen zur Funkenlöschung beim Schalten des Relais 62.

Die Relais 53 und 54 schalten mittels ihrer Kontaktsätze 55 bzw. 56 einen das I-Glied darstellenden Gleichstrom-Servomotor 50 in der einen oder anderen Drehrichtung ein. Dazu liegt eine Feldwicklung

49 des Motors ständig am gesiebten Ausgang eines Brückengleichrichters 51, der an einen zweiten die Netzspannung herabsetzenden Transformator 52 angeschlossen ist. Die Ankerwicklung des Servomotors

50 erhält die gesiebte Gleichspannung über die Kontaktsätze 55 bzw. 56 mit der einen oder anderen Polarität zugeführt. Zwei Grenzlagenschalter 57 können die Stromzufuhr zur Ankerwicklung jeweils für eine Drehrichtung unterbrechen. Sobald das Relais 62 anspricht und je nach Vorzeichen der Regelabweichung einen seiner beiden Kontakte 64 oder 65 schließt, beginnt der Servomotor 50 in einer der beiden Drehrichtungen zu arbeiten und läuft so lange, bis die Regelabweichung die Ansprechschwelle des Relais 62 wieder unterschreitet.

Der Servomotor 50 verstellt über ein nicht gezeigtes Getriebe den Schleifer 58 eines als Mischstufe dienenden Potentiometers 60. Am Widerstandskörper 59 dieses Potentiometers liegt eine Gleichspannung, die mittels der Schaltung 15 entsprechend dem Ausgangssignal des Meßwertaufnehmers 11-13 erzeugt ist. An einem Ende des Widerstandskörpers 59 und dem Schleifer 58 wird die von der jeweililigen Stellung des Schleifers abhängige geteilte Spannung als Ausgangsspannung der Mischstufe abgegriffen. Die Grenzlagenschalter 57 werden mittels Nocken auf der Antriebswelle für den Schleifer 58 betätigt und verhindern, daß der Servomotor 50 den Schleifer 58 über die Endstellungen hinaus zu bewegen versucht." '·'

Das Ausgangssignal des Gleichspannungsverstärkers 28 gelangt außer zum Relais 62 zu einem Spannungsteiler 73 aus drei in Serie liegenden Widerständen 74,76 und 77, wobei die geteilte Ausgangsspannung des Spannungsteilers 73 an der Serienschaltung der Widerstände 74 und 76 abgegriffen wird. Dem im Vergleich zu den beiden gleichen Widerständen ! 76 und 77 relativ hohen Widerstand 74 ist eine Diode _; 75 parallel geschaltet, die so gepolt ist, daß sie bei einer über dem Sollwert liegenden Feuchte in Durchlaßrichtung arbeitet und daher bei einer unter dem ' Sollwert liegenden Feuchte gesperrt ist. Die in Durch- · laßrichtung arbeitende Diode 75 schließt den Widerstand 74 kurz, so daß die Ausgangsspannung des Spannungsteilers 73 nur ungefähr halb so groß wie ' die Eingangsspannung ist. Bei gesperrter Diode 75 ist der Widerstand 74 voll wirksam und führt wegen seines relativ hohen Wertes zu einer im Vergleich zum ersten Fall erheblich höheren Ausgangsspannung des Spannungsteilers 73. Typische Werte für die Widerstände 74 und 76 bzw. 77 sind 100 und 2,2 Kiloohm. Die Ausgangssignale des Potentiometers 60 und des Spannungsteilers 73 liegen in Serie und bilden zusammen das der Magnetkupplung 32 zugeführte Ausgangssignal der Schaltung 29.

Der Meßwertaufnehmer 11-13 befindet sich in einer Wheatstoneschen Brücke 80 (Fig. 4). Wenn seine Elektrode 13, wie es typisch ist, von der die Gegenelektrode darstellenden Rutsche 11 etwa 50 mm entfernt ist, erfaßt der Meßwertaufnehmer Widerstandsänderungen des Getreides zwischen 10 Megohm für eine Feuchte von 14 °/o und 10 Kiloohm für eine Feuchte von 24%. Die Wheatstonesche Brücke 80 ist über einen Transformator 81 mit Netzspannung gespeist. Die Brücke ist für eine hohe Feuchte abgeglichen. Ihre Diagonal-Ausgangsspannung gelangt an die erste Verstärkerstufe 82 eines die weiteren Verstärkerstufen 83 und 84 sowie die Ausgangsstufe 85 umfassenden, transistorisierten Verstärkers. An die Ausgangsstufe 85 ist eine Gleichrichterschaltung 86 angeschlossen, welche die dem Widerstandskörper 59 des Potentiometers 60 zuzuführende Gleichspannung liefert. Diese schwankt typischerweise zwischen 12 und 26 Volt für Feuchten zwischen 28 und 14 %>.

Claims (8)

. Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Regeln der Feuchte von teilchenförmigen!, einen kontinuierlich arbeitenden Trockner durchlaufendem Material, bei welcher die am Auslauf des Trockners ermittelte _ Feuchte als Regelgröße an einen PI-Regler gelangt, dem zur Erzielung eines PID-Verhaltens eine am Einlauf des Trockners ermittelte Störgröße aufgeschaltet ist und dessen Stellgröße auf den Materialdurchsatz und/oder die Heizleistung des Trockners wirkt, dadurch gekennzeichne t, daß das I-Glied (50) des PI-Reglers (27 bis 30) über einen Schwellwertdetektor (62) für die Regelabweichung ansteuerbar ist und daß dem I-Glied eine Mischstufe (60) nachgeschaltet ist, welche die aufzuschaltende Störgröße dem Ausgangssignal des I-Gliedes multiplikativ überlagert.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das I-Glied einen umsteuerbaren Elektromotor (50) umfaßt, welcher den Schleifer (58) eines die Mischstufe im wesentlichen bildenden Potentiometers (60) verstellt, an dessen Widerstandskörper (59) eine die aufzuschaltende Störgröße darstellende Gleichspannung liegt, wobei die geteilte Gleichspannung als Ausgangsspannung dient.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Schwellwertdetektor ein gepoltes Relais (62) mit drei Schaltstellungen und selbsttätiger Rückstellung vorgesehen ist, dessen Spule die Regelabweichung als Gleichspannung zugeführt ist und das den Elektromotor (50) steuert.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das P-Glied (34) des PI-Reglers (27 bis 30) einen Spannungsteiler (73) mit einem von der Polarität der als Gleichspannung zugeführten Regelabweichung abhängigen Teilerverhältnis umfaßt.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (73) einen mit einer Diode (75) überbrückten Widerstand (74) umfaßt.

6. Einrichtung nach Anspruch 3,4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Regelabweichung eine Wechselstrombrücke (25) ao vorgesehen ist, die zur Messung der Regelgröße

einen kapazitiven Meßwertaufnehmer (23) enthält und der ein phasenabhängiger Gleichrichter (26) nachgeschaltet ist, welcher einen den Spannungsteiler (73) und das Relais (62) parallel ansteuernden ersten Gleichspannungsverstärker (28) speist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als aufzuschaltende Störgröße die am Einlauf (10) des Trockners mittels eines auf Widerstandsänderungen des Materials ansprechenden Meßwertaufnehmers (11-13) ermittelte Feuchte des Materials dient.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Meßwertaufnehmer (11-13) in einer Wheatstoneschen Brücke (80) mit nachgeschaltetem zweitem Verstärker (82 bis 86) befindet, an dessen Ausgang die die Störgröße darstellende, dem Widerstandskörper (59) des Potentiometers (60) zugeführte Gleichspannung ansteht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 109616/183