DE1588690C3

DE1588690C3 - Control device for regulating the relationship between two variables

Info

Publication number: DE1588690C3
Application number: DE19671588690
Authority: DE
Inventors: Benjiman Dewitt Walnut Creek Calif. Stanton (V.St.A.)
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1966-02-28
Filing date: 1967-02-27
Publication date: 1976-04-15

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1; eine solche Regeleinrichtung ist in der OE-PS 223 708 beschrieben.The invention relates to a control device according to the preamble of claim 1; one Such a control device is described in OE-PS 223 708.

Bei vielen industriellen Vorgängen, insbesondere in der chemischen Erdöl-Industrie, ist es notwendig, zwei sich zeitlich ändernde Größen zu steuern und ein Endresultat zu erhalten, das eine Funktion der beiden Größen ist oder im Verhältnis zu diesen beiben Größen steht. Beispielsweise müssen bei vielen chemischen Prozessen zwei Stoffe so miteinander gemischt werden, daß in der Mischung ein vorbestimmter Anteil von jedem der Stoffe vorhanden ist. Bisher wurden derartige Mischungen normalerweise durch einen Mischprozeß (batch process) erhalten, bei dem die erforderlichen Mengen der bei- ' den Stoffe ausgemessen und dann die beiden Stoffe in einem getrennten Kessel gemischt werden.In many industrial processes, especially in the chemical and petroleum industry, it is necessary to to control two quantities that change over time and to obtain an end result that is a function of the both sizes or in relation to these remaining sizes. For example, many chemical processes two substances are mixed with each other in such a way that a predetermined one is present in the mixture Proportion of each of the substances is present. Heretofore, such mixtures were normally used obtained by a mixing process (batch process), in which the required quantities of the two ' the substances are measured and then the two substances are mixed in a separate kettle.

Zum Beheben der Nachteile dieses Mischprozesses wurden in die Leitung eingeschaltete Mischer (inline blenders) entwickelt. Diese arbeiten mit zwei Strömen und regeln die Menge bzw. Geschwindigkeit des einen oder beider Ströme auf das gewünschte Mischungsverhältnis der beiden Stoffe. Normalerweise kann eine zufriedenstellende Mischung durch Einstellung nur eines der Ströme erhalten werden, während der andere Strom beeinflußt bleibt. Wenn eine große Anzahl von Strömen miteinander zu vermischen ist, muß jeder Strom geregelt werden.In order to remedy the disadvantages of this mixing process, mixers were switched on in the line (inline blenders). These work with two streams and regulate the amount or speed of one or both streams to the desired mixing ratio of the two substances. Usually a satisfactory mixture can be obtained by adjusting only one of the streams, while the other stream remains affected. When a large number of streams mix together every stream must be regulated.

Die aus der OE-PS 2 23 708 bekannte Regeleinrichtung beruht auf dem letztgenannten Prinzip der fortlaufenden Mischung zweier Ströme. Die Kapazitätsbrückenschaltung gibt hierbei einen elektrischen Strom ab, welcher dem jeweiligen Mischungsverhältnis zwischen den beiden Strömen entspricht. Mit dem elektrischen Strom wird die Ladung des Spei-The control device known from OE-PS 2 23 708 is based on the last-mentioned principle of continuous mixing of two streams. The capacitance bridge circuit is an electrical one Stream, which corresponds to the respective mixing ratio between the two streams. With the electric current is the charge of the storage

cherkondensators im Rückkopplungszweig des Ope- ( rationsverstärkers verändert, so daß dessen Ausgangssignal ebenfalls vom Mischungsverhältnis abhängt. Die das Ausgangssignal verarbeitende Schaltung ist bei der bekannten Regeleinrichtung ein Regler, der seinerseits über ein Ventil einen der beiden Ströme im Sinne einer Annäherung an einen bestimmten Sollwert des Mischungsverhältnisses verstellt. Der Regler hat üblicherweise sowohl proportionale als auch integrale Wirkung, wodurch sich in Verbindung mit einem relativ großen Speicherkondensator ein befriedigendes Verhalten der Regeleinrichtung bei langandauernden Mischvorgängen ohne große Änderungen der gemischten Ströme ergibt. cherkondensators changes in the feedback path of the OPE (rationsverstärkers, so that its output signal also depends on the mixing ratio. This is the output signal processing circuit, a controller in the known regulating device, which in turn via a valve one of the two streams in the sense of approach to a specific target value of The controller usually has both proportional and integral action, which in conjunction with a relatively large storage capacitor results in a satisfactory behavior of the control device for long-lasting mixing processes without major changes in the mixed currents.

Schwierigkeiten bereitet jedoch das genaue Mischen von Strömen im Rahmen eines kurzen Mischungsvorganges, wie es z. B. beim Füllen eines Tankfahrzeuges mit zwei verschiedenen Benzinsorten vorliegt. Dieses Füllen dauert in der PraxisHowever, it is difficult to mix the streams precisely in the context of a short one Mixing process, as it is, for. B. when filling a tanker with two different types of gasoline is present. In practice, this filling takes time

z. B. 2 Minuten, wobei ein bestimmtes Mischungsverhältnis mit einer Genauigkeit von 0,5 % einzuhalten ist. Da hierzu Fehlerfreiheit in kurzer Zeit erreicht werden muß, ist ein schnelles Ansprechen aufz. B. 2 minutes, maintaining a certain mixing ratio with an accuracy of 0.5% is. Since this must be free of errors in a short time, a quick response to

jede Abweichung zwischen dem Ist-Wert und dem Soll-Wert des Mischungsverhältnisses notwendig. Das schnelle Ansprechen könnte nur durch Verwendung eines relativ kleinen Speicherkondensators und eines Reglers mit kurzer Integrationszeit erreicht werden. Dies aber hat zwangläufig Überschwingvorgange und die Gefahr von Regelschwingungen zur Folge, weil dann eine Regeleinrichtung vorliegt, die einerseits von zweiter Ordnung und andererseits schlecht gedämpft ist. Durch Verwendung eines Reglers mit rein proportionaler Wirkung könnten zwar solche Regelschwingungen bei gleichzeitig schnellem Ansprechen vermieden werden, doch würde dann systembedingt eine bleibende Regelabweichnug unvermeidlich sein. Diese Regelabweichung würde zu nicht tolerierbaren Fehlern des Mischungsverhältnisses führen, weil sie gerade in der Anfangsphase des Mischungsvorganges, bei der die Ströme von Null auf ihren Arbeitswert hochgestellt werden, besonders groß ist und die Anfangsphase bei kurzen Mischungsvorgängen einen beträchtlichen Zeitanteil des ganzen Mischungsvorganges einnimmt.every deviation between the actual value and the target value of the mixing ratio is necessary. The quick response could only be achieved by using a relatively small storage capacitor and of a controller can be achieved with a short integration time. But this inevitably has overshoots and the risk of control oscillations result, because then there is a control device that on the one hand of the second order and on the other hand badly attenuated. Using a Regulator with purely proportional effect could indeed such control oscillations at the same time rapid response can be avoided, but then a permanent control deviation would be due to the system be inevitable. This system deviation would lead to intolerable errors in the Mixing ratio lead because they are just in the initial phase of the mixing process, in which the Currents are superscripted from zero to their labor value, which is particularly large and the initial phase at short mixing processes take up a considerable amount of time in the entire mixing process.

Entsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte Regeleinrichtung so auszugestalten, daß mit ihr auch kurzfristige Vorgänge, insbesondere kurzfristige Mischungsvorgänge, bei genauester Einhaltung eines bestimmten (Mischungs-)-Verhältnisses durchführbar sind.Accordingly, the invention is based on the object to design the known control device so that with it also short-term processes, in particular short-term mixing processes, with strict adherence to a certain (mixing) ratio are feasible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit der in Anspruch 1 gekennzeichneten Regeleinrichtung gelöst. This object is achieved according to the invention with the control device characterized in claim 1.

Die neue Regeleinrichtung läßt sich als Kombination zweier Systeme verstehen, von denen eines erster Ordnung und eines zweiter Ordnung, aber ausreichend stark gedämpft ist und deren Signale im Differenzverstärker miteinander vereint werden. Das System erster Ordnung, welches die zweite Kapazitätsbrückenschaltung und den Differenzverstärker umfaßt, hat wegen seiner praktisch proportionalen Wirkung ein schnelles und trotzdem überschwingfreies Ansprechverhalten. Die ihm eigene Regelabweichung und damit Fehlerhaftigkeit wird durch das System zweiter Ordnung beseitigt, welches die erste Kapazitätsbrückenschaltung und den Operationsverstärker mit dem ersten, relativ großen Speicherkondensator im Rückkopplungskreis umfaßt. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers wird von dem kapazitiv rückgekoppelten Differenzverstärker integriert. Das System zweiter Ordnung ist also einerseits durch den relativ großen, ersten Speicherkondensator ausreichend stark gedämpft und hat andererseits auf Grund des relativ kleinen, zweiten Speicherkondensators eine so ausreichend kurze Integrationszeit, daß auch kurzfristig eine fehlerfreie Einstellung eines bestimmten Mischungsverhältnisses erzielt wird. Da das langsam ansprechende Signal vom Ausgang des Operationsverstärkers dem schnell ansprechenden, jedoch mit dem Fehler der Regelabweichung behafteten Signal von der zweiten Kapazitätsbrückenschaltung hinzuaddiert wird und die Regelabweichung des schnell ansprechenden Signals dadurch beseitigt, stellt die erfindungsgemäße Regeleinrichtung das Mischungsverhältnis sehr schnell ungefähr auf den Soll-Wert und dann langsam genau auf den Soll-Wert ein. Dieses Verhalten ermöglicht es, auch sehr kurzfristige Mischungsverhältnisse mit einer großen Genauigkeit des gewünschten Mischungsverhältnisses von beispielsweise 0,5 % durchzuführen.The new control device can be understood as a combination of two systems, one of which is the first Order and a second order, but sufficiently strong attenuated, and their signals in the differential amplifier be united with each other. The system of the first order, which is the second capacitance bridge circuit and includes the differential amplifier, has, because of its practically proportional effect, a fast and nevertheless overshoot-free Responsiveness. Its own control deviation and thus faultiness is through eliminates the second-order system comprising the first capacitance bridge circuit and the operational amplifier with the first, relatively large storage capacitor in the feedback circuit. The The output signal of the operational amplifier is provided by the capacitive feedback differential amplifier integrated. The second order system is thus on the one hand due to the relatively large, first storage capacitor attenuated sufficiently strong and, on the other hand, due to the relatively small, second storage capacitor an integration time so short that an error-free setting even in the short term a certain mixing ratio is achieved. Because the slowly responding signal from the output of the operational amplifier the fast responding, but with the error of the control deviation affected signal from the second capacitance bridge circuit is added and the system deviation of the rapidly responding signal is eliminated, the control device according to the invention provides that Mixing ratio very quickly to approximately the target value and then slowly and precisely to the target value one. This behavior enables even very short-term mixing ratios with a large Accuracy of the desired mixing ratio of, for example, 0.5%.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 gekennzeichnet. Der nebengeordnete Anspruch 6 kennzeichnet ein Verfahren, bei dem die Erfindungsidee für das Mischen von mehr als zwei Strömen Anwendung findet.Advantageous embodiments of the invention are characterized in subclaims 2 to 5. the Independent claim 6 characterizes a method in which the inventive idea for mixing of more than two streams applies.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen an Hand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigtIn the following, the invention is shown schematically with further advantageous embodiments by hand Embodiments explained in more detail. In the drawings shows

ίο Fig. 1 ein Schemabild eines Mischsystems mit einer Regeleinrichtung nach der Erfindung,ίο Fig. 1 with a schematic diagram of a mixing system a control device according to the invention,

F i g. 2 ein Schaltbild einer Regeleinrichtung nach der Erfindung,F i g. 2 is a circuit diagram of a control device according to the invention,

Fig. 3 ein Teilschaltbild einer alternativen Aus-Fig. 3 is a partial circuit diagram of an alternative embodiment

führungsform einer Regeleinrichtung nach der Erfindung. management form of a control device according to the invention.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Mischsystem fließen in den beiden Leitungen 2 und 3 jeweils ein anderes Produkt. Die beiden Produkte werden gemischt und die Mischung über die Auslaßleitung 4 und das darin eingefügte Ventil 5 fortgeleitet. Die Ströme der beiden Produkte in den Leitungen 2 und 3 werden mittels jeweils eines Flußmessers 9 bzw. 6 gemessen. An die Flußmesser ist eine Regeleinrichtung bzw. Mischsteuereinrichtung 7 angeschlossen, die auf ein in der Leitung 3 eingefügtes Stell-Ventil 8 einwirkt und damit die Größe des Produktstromes in der Leitung 3 beeinflußt. Die Beeinflussung durch die Regeleinrichtung geschieht in bezug auf die unbeeinflußteIn the mixing system shown in FIG. 1, a different one flows in each of the two lines 2 and 3 Product. The two products are mixed and the mixture via the outlet line 4 and that in it inserted valve 5 forwarded. The flows of the two products in lines 2 and 3 are by means of each of a flow meter 9 and 6 measured. A control device is attached to the flow meter. Mixing control device 7 connected, which acts on a control valve 8 inserted in line 3 and thus the size of the product flow in the line 3 influenced. The influence of the control device happens in relation to the unaffected

Größe des Produktstromes in der Leitung 2 derart, daß die Mischung der Produkte in der Leitung 4 ein bestimmtes Mischungsverhältnis hat. Alternativ kann der Flußmesser 9 auch in der Leitung 4 vorgesehen sein und die Größe des Stromes in der Leitung 2 als Differenz der Ströme in den Leitungen 3 und 4 bestimmt werden.Size of the product flow in line 2 such that the mixture of products in line 4 a has a certain mixing ratio. Alternatively, the flow meter 9 can also be provided in the line 4 and the magnitude of the current in line 2 is determined as the difference between the currents in lines 3 and 4 will.

In F i g. 2 ist auf der rechten Seite die Kapazitätsbrückenschaltung gezeigt, die zum Regeln des Verhältnisses zweier Größen oder zum Mischen zweier Stoffe verwendet wird.In Fig. 2 is the capacitance bridge circuit on the right shown, which is used to control the relationship between two quantities or to mix two substances.

Die Brückenschaltung besteht aus zwei Kondensatoren C₁ und C₂, die über Widerstände 10 und 11 elektrisch gegengeschaltet an die Masse 12 angeschlossen sind. Normalerweise haben die Kondensatoren C₁ und C₂ und die Widerstände 10 und 11 jeweils die gleichen Größen. Der Kondensator C₁ wird von einer Verhältnisspannung V_R aufgeladen, die durch den Kontakt 13 repräsentiert wird. Die Verhältnisspannung kann dabei von 0 bis 100% eines Stoffes variieren.The bridge circuit consists of two capacitors C ₁ and C ₂ , which are connected electrically in opposition to ground 12 via resistors 10 and 11. Typically, capacitors C ₁ and C ₂ and resistors 10 and 11 are each the same size. The capacitor C ₁ is charged by a ratio voltage V _R , which is represented by the contact 13. The relative tension can vary from 0 to 100% of a substance.

Dem Kondensator C₁ wird mittels eines Schalters 15, der durch eine Relaisspule 16 betätigt wird, die Verhältnisspannung 13 zugeführt. Die Relaisspule 16 wird von einer Bezugsfrequenzspannung erregt, die von einer Quelle konstanter Frequenz wie eine übliehe Wechselspannungsquelle oder von einem Flußmesser abgeleitet werden kann. Ein konstante Bezugsfrequenz kann verwendet werden, wenn mehrere Ströme gemischt werden und dem Strom eine Mischregeleinrichtung zugeordnet ist. Somit wird jeder Strom in Beziehung zu der Bezugsfrequenz gesteuert. Wenn nur zwei Ströme gemischt werden, kann für jeden Strom eine einzige Regeleinrichtung in Kombinaten mit einem Flußmesser in jedem Strom Verwendung finden. In diesem Falle kann das Relais 16The ratio voltage 13 is fed to the capacitor C ₁ by means of a switch 15 which is actuated by a relay coil 16. The relay coil 16 is energized by a reference frequency voltage which may be derived from a constant frequency source such as a conventional AC voltage source or from a flux meter. A constant reference frequency can be used when several streams are mixed and a mixer control device is assigned to the stream. Thus, each current is controlled in relation to the reference frequency. If only two streams are mixed, a single controller for each stream can be used in combinations with a flow meter in each stream. In this case the relay 16

auf das Signal von dem Flußmesser in dem Strom ansprechbar sein, der ungesteuert durch die betreffende Leitung strömt. In dem in Fig. 1 gezeigten System kann das Signal von dem Flußmesser 9 ver-be responsive to the signal from the flow meter in the stream that is uncontrolled by the relevant Line flows. In the system shown in Fig. 1, the signal from the flow meter 9 can be

Ib öö Ö90Ib öö Ö90

wendet werden, um das in F i g. 2 gezeigte Relais zu steuern. Der zweite Kondensator C₂ wird von einer Eichspannung V_c aufgeladen, die von dem Kontakt 14 repräsentiert wird. Die Eichspannung V_c soll veränderbar sein, damit die Steuereinrichtung eingestellt werden kann, wenn eine Bezugsfrequenz oder eine von einem Flußmesser erzeugte Frequenz als Eingangsgröße verwendet wird. Der Kondensator C₂ wird wechselweise über einen Schalter 17, der durch eine Relaisspule 18 betätigt wird, an die Eichspannung V_c angelegt. Die Relaisspule 18 wird über eine Impulsquelle erregt, deren Folgefrequenz mit der Strömung durch eine der Leitungen, vorzugsweise durch die Leitung 3, in Beziehung steht.can be applied to the in Fig. 2 relays shown. The second capacitor C ₂ is charged by a calibration voltage V _c , which is represented by the contact 14. The calibration voltage V _c should be variable so that the control device can be adjusted if a reference frequency or a frequency generated by a flow meter is used as an input variable. The capacitor C ₂ is alternately applied to the calibration voltage V _c via a switch 17 which is actuated by a relay coil 18. The relay coil 18 is excited by a pulse source, the repetition frequency of which is related to the flow through one of the lines, preferably through the line 3.

Die zwei'Kondensatoren werden elektrisch gegeneinander entladen, indem die Schaltkontakte 15 und 17 mit den Kontakten 19 bzw. 29 in Verbindung gebracht werden. Normalerweise ist das System so ausgebildet, daß die relaisbetätigten Schalter 15 und 17 normalerweise an den Spannungszuführkontakten 13 ao und 14 anliegen. Dies stellt sicher, daß die Kondensatoren voll aufgeladen sind, wenn sie dann mittels der Relaisspulen entladen werden.The two capacitors are electrically connected to each other discharged by the switching contacts 15 and 17 brought into connection with the contacts 19 and 29, respectively will. Normally the system is designed so that the relay operated switches 15 and 17 normally applied to the voltage supply contacts 13 ao and 14. This ensures that the capacitors are fully charged when they are then discharged using the relay coils.

Die beiden Kondensatoren entladen sich in einen Eingang eines Differenzverstärkers 20. Insbesondere sind die Kondensatoren an den negativen Eingang 21 des Differenzverstärkers 20 angeschlossen, der einen Kondensator C₃ aufweist, der in dem Rückkoppelzweig des Verstärkers 20 vorgesehen ist. Aus diesem Grunde ist die Ladung über dem Kondensator C₃ gleich der Differenz der dem Verstärker zugeführten beiden Eingangssignale, besitzt jedoch eine entgegengesetzte Polarität. Die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 20 wird als Steuerspannung verwendet, um das Ventil 8 in der den Flußmesser aufweisenden Leitung 3 zu betätigen. Der Kondensator C₁ sollte einen verhältnismäßig großen Wert im Vergleich zu den Kondensatoren C₁ und C₂ besitzen, jedoch muß die Zeitkonstante der Schaltung verhältnismäßig klein gemacht werden, um eine kurze Ansprechzeit der Schaltung zu erhalten. Es wurde gefunden, daß die Kondensatoren C₁ und C₂ Werte von 0,01 Mikrofarad besitzen können, während der Kondensator C₃ einen Wert von 0,1 Mikrofarad aufweisen kann.The two capacitors discharge into an input of a differential amplifier 20. In particular, the capacitors are connected to the negative input 21 of the differential _{amplifier 20, which has a capacitor C 3} which is provided in the feedback branch of the amplifier 20. For this reason, the charge across the capacitor C _{3 is} equal to the difference between the two input signals fed to the amplifier, but has opposite polarity. The output voltage of the differential amplifier 20 is used as a control voltage in order to actuate the valve 8 in the line 3 having the flow meter. The capacitor C ₁ should have a relatively large value compared to the capacitors C ₁ and C ₂ , but the time constant of the circuit must be made relatively small in order to obtain a short response time of the circuit. It has been found that capacitors C ₁ and C _{2 can have} values of 0.01 microfarads, while capacitor C _{3 can have} a value of 0.1 microfarads.

Das lange Speichervermögen der Steuerschaltung wird durch eine zweite Kapazitätsbrückenschaltung erreicht, die auf der linken Seite der F i g. 2 dargestellt und ähnlich wie die in dem oben angegebenen Patent beschriebene Schaltung ausgebildet ist. Die zweite Brückenschaltung weist zwei Kondensatoren C₄ und C₅ auf, die elektrisch gegeneinander entgegengeschaltet sind. Die Kondensatoren C₄ und C_s sind über Widerstände 22 und 23 an einen gemeinsamen Masseanschluß 24 angeschlossen. Normalerweise besitzen die Kondensatoren C₄ und C₅ einen Wert, der im wesentlichen der gleiche wie derjenigen der Kondensatoren C₁ und C₂ ist. Der Kondensator C₄ wird von der Verhältnisspannung V_R aufgeladen, während der Kondensator C₅ von der Eichspannung V_c aufgeladen wird. Die durch den Kontakt 25 repräsentierte Verhältnisspannung und die durch den Kontakt 26 repräsentierte Eichspannung sind die gleichen Spannungen, wie sie in der ersten Brückenschaltung Anwendung finden. Das Aufladen und Entladen des Kondensators C₄ wird über einen relaisbetätigten Schalter 27 gesteuert, der auf 'die gleiche Bezugsfrequenz f_r anspricht, die zum Betätigen des relaisbetätigten Schalters 15 verwendet wird. Der Kondensator C₅ wird mittels eines relaisbetätigten Schalters 28 aufgeladen und entladen, welcher auf die Flußmesserfrequenz /„, anspricht, bei der es sich um die gleiche Flußmesserfrequenz handelt, die auch zum Betätigen des relaisbetätigten Schalters 17 verwendet wird. Die beiden Kondensatoren C₄ und C₅ werden über einen Operationsverstärker 30, welcher einen Kondensator C₆ in der Rückkoppelleitung aufweist, in Gegenschaltung entladen. Damit ist die Aufladespannung des Kondensators C₀ gleich, aber entgegengesetzt der gespeicherten Differenz der Ladungen der Kondensatoren C₄ und C₅. Beim normalen Betrieb ist Aufladung des Kondensators C₆ Null oder annähernd Null.The long storage capacity of the control circuit is achieved by a second capacitance bridge circuit which is shown on the left-hand side of FIG. 2 and is constructed similarly to the circuit described in the above-referenced patent. The second bridge circuit has two capacitors C ₄ and C ₅ , which are electrically connected in opposition to one another. The capacitors C ₄ and C _s are connected to a common ground connection 24 via resistors 22 and 23. Usually, the capacitors C ₄ and C _{5 have} a value substantially the same as that of the capacitors C ₁ and C ₂ . The capacitor C ₄ is charged by the ratio voltage V _R , while the capacitor C _{5 is} charged by the calibration voltage _{V c.} The ratio voltage represented by the contact 25 and the calibration voltage represented by the contact 26 are the same voltages as are used in the first bridge circuit. The charging and discharging of the capacitor C ₄ is controlled via a relay operated switch 27 which responds to the same reference frequency f _r that is used to operate the relay operated switch 15. The capacitor C ₅ is charged and discharged by means of a relay operated switch 28 which responds to the flow meter frequency / ", which is the same flow meter frequency that is also used to operate the relay operated switch 17. The two capacitors C ₄ and C ₅ are discharged in a counter-circuit via an operational amplifier 30, which has a capacitor C _{6 in the feedback line.} The charging voltage of the capacitor C ₀ is thus the same, but opposite to the stored difference between the charges of the capacitors C ₄ and C ₅ . During normal operation, the charging of the capacitor C _{6 is} zero or approximately zero.

Der Operationsverstärker 30 erzeugt ein Ausgangssignal, das über eine Leitung 31 dem positiven Eingang 32 des Differenzverstärkers 20 zugeführt wird. Dieses Signal wird etwa den Wert Null erreichen, wenn das Verhältnis zwischen den Beträgen der beiden Ströme in dem Mischprodukt annähernd den gewünschten Wert erreicht. Das Anspruchvermögen der zweiten Brückenschaltung ist relativ langsam gehalten, indem der Kondensator C₆ einen hohen Wert besitzt. Beim normalen Betrieb hat es sich als wünschenswert herausgestellt, daß der Kondensator C₆ etwa lOmal dem Wert des Kondensators C₃ ist bzw. eine Größe von etwa 1 Mikrofarad besitzt.The operational amplifier 30 generates an output signal which is fed to the positive input 32 of the differential amplifier 20 via a line 31. This signal will approximately reach the value zero when the ratio between the magnitudes of the two currents in the mixed product approximately reaches the desired value. The demand capacity of the second bridge circuit is kept relatively slow in that the capacitor C _{6 has} a high value. During normal operation, it has been found to be desirable for capacitor C _{6 to be} about 10 times the value of capacitor C ₃ or to have a size of about 1 microfarad.

Die Kombination des schnellen Ansprechvermögens der Schaltung auf der rechten Seite der Fig. 2 mit dem langsamen Ansprechvermögen der Schaltung auf der linken Seite von F i g. 2 hat eine kombinierte Steuerung zur Folge, die schnell eine Annäherung an das gewünschte Verhältnis ermöglicht und sich dann langsam an das genaue Verhältnis annähert. Die Kombination der beiden Systeme verhindert ein Überschwingen und Pendeln der Steuerschaltung und ergibt ein sehr genaues Endmischprodukt. Darüber hinaus ergibt die Kombination der beiden Schaltungen ein Steuersystem, das rasch auf Änderungen in den Strömungsmengen, wie beispielsweise beim plötzlichen öffnen des Auslasses oder beim plötzlichen teilweisen Schließen des Auslaßventils, anspricht. Diese Ansprechart kann nicht erreicht werden, wenn nur eine einzige Kapazitätsbrückenschaltung Verwendung findet, wie es in dem oben angegebenen Stand der Technik beschrieben ist. Bei der Erfindung besitzt daher das angegebene Erzeugnis das exakte gewünschte Mischverhältnis, unabhängig davon, wie schnell die Ventile geöffnet oder geschlossen wurden.The combination of the fast response of the circuit on the right-hand side of FIG. 2 with the slow response of the circuit on the left of FIG. 2 has a combined Control entails that quickly allows an approach to the desired relationship and yourself then slowly approaches the exact ratio. The combination of the two systems prevents one Overshoot and oscillation of the control circuit and results in a very precise final mixed product. About it In addition, the combination of the two circuits results in a control system that is quick to respond to changes in the flow rates, such as when the outlet is opened suddenly or when it is suddenly opened partial closing of the exhaust valve, responds. This type of response cannot be achieved if only a single capacitance bridge circuit is used, as in the above state the technique is described. In the invention, therefore, the specified product has the exact desired one Mixing ratio regardless of how quickly the valves were opened or closed.

Beim normalen Betrieb werden die beiden Strömungsleitungen 2 und 3 so bemessen, daß das Strömungssteuerventil 8 für alle gewünschten Verhältnisse der beiden Produkte immer teilweise gedrosselt ist. Das Steuerventil 8 ist so ausgelegt, daß es rasch auf Änderungen der Ströme in den beiden Leitungen ansprechen kann. Normalerweise ist hierbei eine Zeitspanne von 5 bis 6 Sek. für die Steuerung von der vollständigen Offenstellung in die vollständig geschlossene Stellung zufriedenstellend. Die Strömungsmesser 6 und 9 sind so ausgebildet, daß sie eine Serie von Impulsen erzeugen, die in Beziehung zu der durch die Leitungen 2 und 3 hindurchfließenden Strömung stehen. Diese Impulse werden einer Mischsteuereinrichtung 7 zugeleitet, die wie in F i g. 2 gezeigt, ausgebildet ist und das Ventil 8 einstellt, um das gewünschte Verhältnis zu erhalten. Wenn die in dem oben angegebenen Stand der Technik beschrie-During normal operation, the two flow lines 2 and 3 are sized so that the flow control valve 8 always partially throttled for all desired ratios of the two products is. The control valve 8 is designed so that it reacts quickly to changes in the flows in the two lines can address. Normally, this takes 5 to 6 seconds to control the fully open position to the fully closed position is satisfactory. The flow meters 6 and 9 are designed to generate a series of pulses related to the stand through the lines 2 and 3 flowing flow. These pulses are sent to a mixer controller 7 supplied, which as in F i g. 2 is formed and the valve 8 adjusts to to get the desired ratio. If the state of the art described above

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bene Kapazitätsbrückenschaltung verwendet wird, wie es bisher der Fall war, konnte entweder ein schnell ansprechendes System erhalten werden, mit dem Ergebnis, daß Pendelungen und Überschwingen auftraten; oder es konnte ein langsam ansprechendes System erhalten werden, bei dem jedoch das abgegebene Produkt nicht das gewünschte Mischverhältnis der beiden Ströme aufwies. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Leitung 4 zum Füllen eines Tankwagens verwendet wird, der innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne, beispielsweise innerhalb von 2 Min., gefüllt werden muß. Das Regelsystem hat dann nicht genügend Zeit, um die beiden Stoffe genau miteinander zu vermischen, wenn nicht in dem System ein rasches Ansprechen mit einem langen Speichervermögen gekoppelt ist.bene capacitance bridge circuit is used, as was previously the case, either a quickly responding system can be obtained, with the result that swings and overshoots occurred; or a slow responding system could be obtained, but in which the delivered Product did not have the desired mixing ratio of the two streams. This is especially the Case when the line 4 is used to fill a tanker truck that is inside a very Short period of time, for example within 2 minutes. Must be filled. The rule system has then not enough time to mix the two substances exactly together, if not in that System is a quick response coupled with a long storage capacity.

Obgleich das oben angegebene System zum Messen der Strömung in jeder Leitung einen Flußmesser sowie eine einzige Mischsteuereinrichtung verwendet, ist es auch möglich, für jede Leitung eine Misch- ao steuereinrichtung zu verwenden. Diese Betriebsweise ist erforderlich, wenn mehrere Produkte gemischt werden müssen, um ein einziges Mischprodukt zu erhalten. Wenn eine getrennte Mischsteuerung für jede Leitung vorgesehen wird, wird die Strömung in der Leitung mit einer festen Bezugsfrequenz verglichen. Somit wird die Strömung in jeder Leitung in bezug auf die gleiche Frequenz gesteuert, und jede Strömung kann auf einen festen Prozentsatz der Gesamtmischung eingeregelt werden.Although the above system for measuring the flow in each conduit includes a flow meter as well If a single mixing control device is used, it is also possible to use a mixing ao for each line control device to use. This mode of operation is necessary when several products are mixed must be in order to obtain a single mixed product. If there is a separate mixing control for each conduit is provided, the flow in the conduit is compared to a fixed reference frequency. Thus the flow in each conduit is controlled with respect to the same frequency, and each Flow can be adjusted to a fixed percentage of the total mixture.

Die Verhältnisregeleinrichtung gemäß dem oben angegebenen Stand der Technik löst die folgende GleichungThe ratio control device according to the prior art mentioned above achieves the following equation

VRJrC₁ = V_cf_mC₂, VRJrC ₁ = V _c f _m C ₂ ,

wobei Vn die Verhältnisspannung ist, während /, eine Bezugs- oder Strömungsmesserfrequenz, C₁ und C₂ Kondensatoren gleichen Wertes, V_c die Eichspannung und /_m die Strömungsmesserfrequenz darstellen. Normalerweise bleiben V_c, C₁ und C₂ konstant, während sich /_m mit der Strömungsmenge bzw. Strömungsgeschwindigkeit eines Stromes ändert. Wenn man annimmt, daß /_r eine Bezugsfrequenz ist, kann die Frequenz f_m, die die Strömung des einen Stromes repräsentiert, so gewählt werden, daß sie zu der Frequenz /_r in einem gewünschten Verhältnis steht. Dieses Verhältnis kann durch Ändern des Wertes von V_R variiert werden. Bei dieser Betriebsweise müssen alle Ströme in bezug auf die Bezugsfrequenz f_r gesteuert werden.where Vn is the ratio voltage, while /, a reference or flow _{meter frequency, C 1} and C ₂ capacitors of the same value, V _c the calibration voltage and / _m the flow meter frequency. Normally V _c , C ₁ and C ₂ remain constant, while / _{m changes} with the flow rate or flow rate of a stream. Assuming that / _{r is} a reference frequency, the frequency f _m , which represents the flow of the one stream, can be chosen so that it is in a desired ratio _{to the frequency / r.} This ratio can be varied by changing the value of V _R. In this mode of operation, all currents must be controlled with respect to the reference frequency f _r.

Im Falle, in dem nur zwei Ströme gemischt werden, kann eine einzige Steuereinrichtung verwendet werden, wobei sich f_r mit der Strömungsmenge bzw. Strömungsgeschwindigkeit des zweiten Stromes ändert. Das gewünschte Verhältnis zwischen den beiden Strömen kann variiert werden, indem sowohl V_R und Vc zusammen oder nur eine der beiden Spannungen verändert werden. Die anpassungsfähigste Einstellung kann erreicht werden, indem V_R und V_c gleichzeitig in gleichen Beträgen, aber in entgegengesetztem Sinn, verändert werden. Wenn also eine Spannung um einen vorbestimmten Betrag ansteigt, wird die andere Spannung um den gleichen Betrag verkleinert. Falls beispielsweise jede Spannung von 0 bis +15VoIt variieren kann und wenn jede Spannung eine Größe von 7VzVoIt aufweist, ist das Verhältnis der den beiden Strömungsmengen entsprechenden Frequenz 1:1. Die Spannungen V_R und Vc können einem Doppelpotentiometer zugeführt werden, das so ausgebildet ist, daß die beiden Potentiometer sich im einander entgegengesetzten Sinn verändern. Zusätzlich sollte mindestens eines der beiden Potentiometer mit einer Abgleicheinrichtung versehen sein, um die beiden Potentiometer anfänglich genau abgleichen zu können. Dies ermöglicht es, daß mit der Steuereinrichtung die Menge eines Stromes von O bis 100% veränderbar ist. Es ist nicht möglich, diesen Bereich zu erhalten, wenn eine Spannungsteilerschaltung Verwendung findet, um die Spannungen Vc und V_R zuzuführen. In the case in which only two streams are mixed, a single control device can be used, f _r changing with the flow rate or flow rate of the second stream. The desired ratio between the two currents can be varied by changing both V _R and Vc together or just changing one of the two voltages. The most adaptable setting can be achieved by changing V _R and V _c simultaneously in equal amounts but in opposite senses. So if one voltage increases by a predetermined amount, the other voltage is decreased by the same amount. For example, if each voltage can vary from 0 to + 15VoIt and if each voltage has a magnitude of 7VzVoIt, the ratio of the frequency corresponding to the two flow rates is 1: 1. The voltages V _R and Vc can be fed to a double potentiometer which is designed so that the two potentiometers change in opposite directions. In addition, at least one of the two potentiometers should be provided with an adjustment device so that the two potentiometers can initially be adjusted precisely. This enables the amount of a current to be varied from 0 to 100% with the control device. It is not possible to obtain this range if a voltage dividing circuit is used to supply the voltages Vc and V _R.

Eine weitere Abänderung der Schaltung ist in F i g. 3 gezeigt und ist vor allem dort anwendbar, wo mehrere Ströme gemischt werden sollen. In F i g. 3 ist nur ein Teil der in F i g. 2 gezeigten Schaltung dargestellt, denn der nicht gezeigte Teil ist der gleiche wie in F i g. 2 offenbart. Die abgeänderte Schaltung verwendet nur eine Hälfte der Kapazitätsbrückenschaltung von F i g. 2; außerdem ist an die Stelle der Bezugfrequenz und der Verhältnisspannung eine feste Spannung gesetzt. Dies ist möglich, weil eine feste Frequenz und ein fester Kapazitätswert eine Spannung hervorbringen, die konstant bleibt, wenn sich nicht die Aufladespannung ändert.Another modification of the circuit is shown in FIG. 3 and is particularly applicable there, where multiple streams are to be mixed. In Fig. 3 is only part of the in FIG. 2 circuit shown because the part not shown is the same as in FIG. 2 disclosed. The modified one Circuit uses only one half of the capacitance bridge circuit of FIG. 2; also is to the A fixed voltage is set in place of the reference frequency and the ratio voltage. This is possible because a fixed frequency and a fixed capacitance value produce a voltage that remains constant when the charging voltage does not change.

Die feste Spannung V_R wird über ein Potentiometer 40 und einen variablen Widerstand 41 der Steuerschaltung 20 zugeführt, die eine Steuerspannung für den ersten zu mischenden Strom liefert. Die anderen Ströme werden in ähnlicher Weise durch ähnliche nicht gezeigte Steuereinrichtungen gesteuert, die die gleiche feste Spannung über die veränderbaren Widerstände 42 bis 44 empfangen. Die feste Spannung wird über eine Leitung 45 einem Summierungspunkt 46 zugeführt, an dem die feste Spannung mit der von dem Kondensator C₂ gelieferten Spannung summiert wird. Der Widerstand 41 wird zum Abgleich der Steuereinrichtung während der ersten Inbetriebnahme der Schaltung verwendet und braucht dann normalerweise nicht weiter verstellt zu werden. Bei der Inbetriebnahme wird der Widerstand 41 verstellt, bis die Mischsteuereinrichtung dem Signal von der in F i g. 2 gezeigten Speicherschaltung folgt. Der Widerstand gleicht somit die feste Spannung gegenüber dem restlichen Teil des Systems aus.The fixed voltage V _R is fed via a potentiometer 40 and a variable resistor 41 to the control circuit 20, which supplies a control voltage for the first current to be mixed. The other currents are similarly controlled by similar control means, not shown, which receive the same fixed voltage across the variable resistors 42-44. The fixed voltage is fed via a line 45 to a summing point 46, at which the fixed voltage is summed _{with the voltage supplied by the capacitor C 2.} The resistor 41 is used to adjust the control device during the initial start-up of the circuit and then normally does not need to be adjusted any further. During commissioning, the resistor 41 is adjusted until the mixing control device has responded to the signal from the circuit shown in FIG. 2 follows. The resistor thus balances the fixed voltage with respect to the rest of the system.

Der in F i g. 3 gezeigte restliche Teil der Schaltung ist der gleiche wie der in F i g. 2 gezeigte, wobei die Spannung 14 die Eichspannung ist und dem Relais 18 die Flußmesserfrequenz zugeführt wird. Die oben beschriebene Schaltung löst die GleichungThe in F i g. The remaining part of the circuit shown in Fig. 3 is the same as that in Fig. 3. 2 shown, the Voltage 14 is the calibration voltage and the relay 18 is supplied with the flow meter frequency. The above circuit described solves the equation

wobei V₁. die feste Spannung ist, während V_c die Eichspannung und R den Widerstand 41 darstellt. Daraus kann folgende Gleichung abgeleitet werden:where V ₁ . is the fixed voltage, while V _{c is} the calibration voltage and R is the resistor 41. The following equation can be derived from this:

L =L =

RC₂ RC ₂

Aus dieser Gleichung geht hervor, daß im Falle, in dem V_c sich verkleinert, die Strömungsmenge des betreffenden Produktes ansteigen muß, um die Größe von /„, zu erhöhen und die Gleichheit aufrechtzuerhalten. Damit wird eine einfache Einrichtung erhalten, mittels der der Anteil eines Produktes in demFrom this equation it can be seen that if V _c decreases, the flow rate of the product concerned must increase in order to increase the magnitude of / n, and to maintain equality. A simple device is thus obtained by means of which the proportion of a product in the

509536/297509536/297

byubyu

Mischprodukt gegenüber allen anderen Produkten erhöht werden kann. Die Eichspannung für das eine Produkt wird verkleinert, was bewirkt, daß die Prozentanteile der verbleibenden Ströme um einen Betrag abnehmen, der zu dem prozentualen Anwachsen des einen Produktes in der Gesamtmischung in Beziehung steht.Mixed product can be increased compared to all other products. The calibration voltage for the one Product is reduced in size, which causes the percentages of the remaining flows by one Decrease amount related to the percentage increase of one product in the total mix is related.

Natürlich kann das gleiche Ergebnis auch erhalten werden, wenn an Stelle der festen Spannung eine Bezugsfrequenz verwendet wird. In diesem Falle hat ein Anwachsen der Verhältnisspannung des einen Produktes eine proportionale Abnahme des prozentualen Anteils aller anderen Produkte zur Folge.Of course, the same result can also be obtained if instead of the fixed voltage a Reference frequency is used. In this case there is an increase in the relative tension of the one Product results in a proportional decrease in the percentage of all other products.

Das gleiche Ergebnis kann auch erhalten werden, wenn der Widerstand 41 verändert wird oder wenn ein zusätzlicher Widerstand 50 in Serie zu dem Widerstand 41 geschaltet wird, um den für das be-The same result can also be obtained when the resistor 41 is changed or when an additional resistor 50 is connected in series with the resistor 41 in order to

treffende eine Produkt durch V_R zugeführten Strom einzuregulieren.to regulate a product through current supplied to V _R.

Die Verwendung einer festen Spannung im Falle, in dem eine Vielzahl von Produkten vermischt wird, hat den zusätzlichen Vorteil, daß die Menge des Endproduktes mittels einer Steuerung der festen Spannung gesteuert werden kann. Wenn die feste Spannung um die Hälfte verringert wird, werden dementsprechend die Ströme aller Produkte um die Hälfte verringert. Die Strömungsmenge des Endproduktes wird dementsprechend um die Hälfte verringert. Somit bestimmt der Wert oder die Größe der festen Spannung die Gesamtströmung des Endproduktes. Die Steuerung des Endproduktstromes wird erreicht, ohne daß irgendeine Änderung in dem Prozentanteil eines in der Endmischung enthaltenen Produktes herbeigeführt wird.The use of a fixed voltage in the case where a large number of products are mixed, has the additional advantage that the amount of the end product is fixed by means of a control Voltage can be controlled. When the fixed tension is reduced by half, will be accordingly the flows of all products are reduced by half. The flow rate of the end product is reduced accordingly by half. Thus, the value or the size of the determines fixed tension the total flow of the end product. The control of the end product flow is achieved without any change in the percentage of any product contained in the final blend is brought about.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

15 8ö 690 patent claims:

1. Control device for regulating the ratio between two variables, in particular the mixing ratio of fluids, with an operational amplifier, in whose feedback circuit a storage capacitor is arranged, with a capacitance bridge circuit set up for charging or discharging the storage capacitor, acted upon by the variables to be controlled, and with a Output signal of the operational amplifier processing circuit, characterized in that the circuit comprises a differential amplifier (20) connected to one input of the operational amplifier (30) with a further storage capacitor (C ₃ ) in a feedback branch leading to the other input, the other input of which with a second , is connected to the controlled variables acted upon capacitance _{bridge circuit (C 1} , C ₂ ) for charging and discharging the further, second storage capacitor, and that the capacitance of the second storage capacitor is smaller than that of the ers th storage capacitor (C _n ) in the feedback branch of the operational amplifier.

2. Control device according to claim 1, characterized in that the capacitance of the first storage capacitor (C ₆ ) is approximately 10 times greater than that of the second storage capacitor (C ₃ ).

3. Control device according to claim 1 or 2, characterized in that a size is a frequency dependent on a current and the other quantity is a reference frequency.

_{4. Control device according to claim 1} _{, 2} or 3, characterized in that each of the two capacitors (C 1, C 2; C ₄ , C ₅ ) of the capacitance bridge circuit is assigned a separate voltage source (13, 14; 25, 26).

5. Control device according to claim 4, characterized in that the two separate Voltage sources (13, 14; 25, 26) can be changed in opposite directions at the same time by the same amounts are.

6. Use of a control device according to claim 1 in a method for mixing several flowable components, in which an auxiliary capacitor for each component charged with a voltage at a frequency that is dependent on the current of the respective component in which the charge of the respective auxiliary capacitor assigned to a component is delivered to the input of an integrator circuit for the component, and in which the current of each component with the output of the integrating circuit assigned to the respective component is adjusted, thereby characterized in that each auxiliary capacitor is in each case from a separate supply voltage source is chargeable from that the voltages of the separate supply voltage sources are proportional the percentage of the respective component in the finished mixture can be adjusted are, and that a fixed reference voltage that is the same for each component is the input of the respective Integrating circuit for obtaining an error signal for each component with one polarity is supplied, which is opposite to the charge of the respective auxiliary capacitor.