DE1673607B2 - Regelungs-Vorrichtung zur Steuerung eines Stellgliedes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelungsvorrichtung zur Steuerung eines Stellgliedes zur Regelung einer veränderlichen Meßgröße, mit einer Meß- und Übertragungsvorrichtung zur Erzeugung eines Signals, das proportional einer Meßgrößenänderung ist. ferner mit einer Sollwerteingabeeinrichtung, mit der ein Betriebssollwert für die Regelungsvorrichtung einführbar und ein entsprechendes Sollwertsignal erzeugbar ist, mit einem Vergleicher zum Vergleichen des proportionalen Signals mit dem Sollwertsignal, der zwischen zwei Ausgangswerten arbeitet, nämlich ein maximales Ausgangssignal erzeugt, sobald das proportionale Signal kleiner ist als das Sollwertsignal, und kein Ausgangssignal erzeugt, sobald das proportionale Signal größer ist

so als das Sollwertsignal, und mit einer vorzugsweise einstellbaren Signaldrosseleinrichtung.

Die einfachste Form der automatischen Regelung ist bekanntlich die Zweipunktregelung, die sich durch einen Fin-Mus-Schaltvorgang kennzeichnet. Sobald in diesem Falle die variable Meßgröße einen Sollwert übersteigt, schaltet der Zweipunktregler ein, und wenn dann auf Grund dieses Vorgangs die. Meßgröße unter den Sollwert absinkt, schaltet der Zweipunktregler wieder aus. Diese grobe Form der Regelung ist jedoch ungenau und für viele Anwendungsfälle unbefriedigend.

Bei einer anderen bekannten Form der Regelung, die als proportionale Regelung bekannt ist, wird ein Fehlersignal erzeugt, dessen Höhe proportional dem Betrag ist, um den die gemessene, veränderliche Meßgröße von dem Sollwert abweicht. Das Reglerelement wild in diesem Falle kontinuierlich nach dem Wert des Fehlersignals verstellt. Bekanntlich erfordert aber die Herstellung eines proportionalen Reglers einen erheblichen Kostenaufwand.

Allen bekannten Reglern haftet ein besonderer Nachteil an, der darin besteht, daß in den Fällen, in denen keine extrem empfindliche und damit sehr teuere Ausrüstung verwendet werden soll oder kann, das Meßgerät selbst dann ein ziemlich starkes Ausgangssignal erzeugen muß, wenn die gemessene variable Größe nur geringfügig von dem eingestellten Sollwort abweicht. In diesem Falle ist also das Ausgangssignal nicht sehr viel kleiner als für den Fall, daß die veränderliche Meßgröße um einen großen Betrag vom Sollwert abweicht.

Es ist ferner bekannt, die Arbeitsweise von Regelsystemen durch eine höhere Empfindlichkeit zu verbessern. Dies kann dadurch geschehen, daß die festgestellte Meßgrößenänderung verstärkt oder vervielfacht wird, so daß ein größeres Fehlersignal für eine kleine Änderung gebildet wird. Bei Proportionalreglern hat jedoch jede nennenswerte Vervielfachung und Verstärkung der festgestellten Änderung der Meßgröße bisher die Stabilität des Systems nachteilig beeinflußt, so daß die Verstärkung auf einen Faktor von etwa 2 begrenzt wurde. In einem stabilen System schwingen die Wirkungen von Störungen oder die Einschaltstöße des Systems mit der Zeit aus, während sie sich bei einem instabilen System ständig vergrößern, bis das System ausfällt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, die Regelungsvorrichtung der genannten Art so auszubilden, daß eine größere Empfindlichkeit geschaffen wird,

ohne daß dadurch die Regelung instabil wird, und ohne daß das Stellglied plötzlichen Signalwechseln unterworfen wird.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eine Vorspanneinrichtung vorgesehen ist. durch die ein bestimmter Wert von dem proponionalen Signal, das von der Meß- und Übertragungseinrichtung erzeugt wird, abziehbar ist, und daß ein Verstärker vorhanden ist, mit dem das verkleinerte proportionale Signal um einen erheblichen Faktor vervielfachbar ist, am dudurch ein verstärktes Signal zu erzeugen, das innerhalb eines bestimmten Betriebsbereichs liegt, um für den Betrieb des Steuerelements ein Steuersignal zu übertragen, das sich allmählich von dem einen Ausgangswert zum anderen hin ändert. ,₅

Bei der erfindungsgemäßen Regelungsvorrichtung wird also ein Sollwert von dem Ausgangssignal der Meßvorrichtung subtrahiert, und der Rest des Ausgangssignals wird um einen beträchtlichen Faktor, beispielsweise um den Faktor 8 verstärkt, um auf diese Weise ein Ausgangssignal zu erzeugen, das eine erhebliche Variationsbreite aufweist. Wenn beispielsweise 0,246 kp/cm² von dem Ausgangssignal eines Strömungsgeschwindigkeitsreglers subtrahiert werden, und danach eine 8fache Verstärkung benutzt wird, so liegt das am Ende zur Verfugung stehende Ausgangssignal, das der Vergleichsvorrichtung zugeführt wird, im Bereich zwischen 0,28 und 1,4 kp/cm². In der Praxis werden der Betrag, der von dem Ausgangssignal subtrahiert wird, sowie der benutzte Verstärkungsfaktor so vorherbestimmt, daß das der Vergleichsvorrichtung zugeführte Signal in einem bestimmten Betriebsbereich liegt, der kein instabiles Regelverhalten erwarten läßt. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung gilt hierfür der Bereich von 0,21 bis 1,05 kp/cm².

Da das der Vergleichsvorrichtung zugeführte Ausgangssignal eine erhebliche Schwankungsbreite besitzt, wird eine größere Empfindlichkeit erreicht. Das von der Vergleichsvorrichtung kommende Ausgangssignal kann jedoch genauso gut eine erhebliche Größe erreichen. Dieses von der Vergleichsvorrichtung kommende Ausgangssignal dient zur Steuerung bzw. Regelung des Stellglieds, und zwar über einen Hilfsantrieb. Um nun zu verhindern, daß das Stellglied abrupten Signaländerungen erheblicher Höhe ausgesetzt wi.d, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, im Ausgang der Vergleichsvorrichtung eine an sich bekannte Drosseleinrichtung zu verwenden, wodurch das Regelsignal zur Betätigung des Stellglieds sich nur allmählich zwischen seinen beiden extremen Werten ändert.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein Schaltschema einer Regelungsanlage, bei der die Kombination von Einzelteilen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird,

F i g. 2 eine schematische Darstellung eines 1 :1 vorgespannten Relais, das in der in F i g. 1 gezeigten Rege lungsanlage verwendet werden kann,

F i g. 3 eine schematische Darstellung eines Vervielfachungsrelais, das in der in F i g. 1 gezeigten Regelungsanlage verwendet werden kann, und

Fig.4 eine schematische Darstellung eines Vergleicherrelais, das in der in F i g. 1 gezeigten Regelungsanlage verwendet werden kann.

In F i g. 1 ist eine Leitung 11 gezeigt, die die zu regelnde Größe führt. In der besonderen gezeigten Anlage wird die Durchflußgeschwindigkeit geregelt, jedoch könnte die Regelgröße auch eine andere Funktion sein, wie z. B. Druck, Temperatur, Geschwindigkeit usw. Die Durchflußgeschwindigkeit in der Leitung Il wird durch ein Meßinstrument 13 festgestellt. Ferner ist ein Luftdruck, der sich auf Änderungen der Meßgröße hin ändert, vorgesehen. Dieser Luftdruck wird durch ein Übertragungsgerät 14 zugeführt, das auf Änderungen der gemessenen Verfahrensgröße anspricht. Derartige Meß- und Übertragungsinstrumente sind bekannt. Ein Beispiel für ein Instrument, das in der vorliegenden Regelungsanlage verwendet werden könnte, wird von der Firma Foxboro & Co. hergestellt und ist als deren »13aflow transmitter« bekannt. Der der Änderung der Meßgröße proportionale pneumatische Druck wird über eine Leitung 15 einem 1 : 1 -Vorspannrelais zugeführt, das für den Gebrauch in der Anlage negativ vorgespannt ist. Diese negative Vorspannung ruft ihrem Wesen nach eine feste Subtraktion eines bestimmten Druckwerts von dem Drucksignal hervor, das von dem Strömungsübertragungsgerät (flow-transmitter) 14 empfangen wird. Das oben erwähnte Strömungsübertragungsgerät 14 bildet ein Ausgangsdrucksignal, dessen voller Änderungsbereich sich von 0,21 bis 1,05 kg/cm² erstreckt. Dieser Änderungsbereich reicht über den gesamten Änderungsberaich der Meßgröße. Das 1 : 1-Vorspannrelais ist demnach so eingestellt, daß ein bestimmter Betrag des Drucks von dem Signal abgezogen wird, um ein Ausgangssignal zu bilden, dessen Wert innerhalb des für die anschließenden Vorgänge bevorzugten Bereichs liegt. Das Ausgangssignal des 1 : 1-Vorspannrelais 17 wird über eine Leitung 19 einem Vervielfachungsrelais 21 zugeführt. Das Vei vielfachungsrelais 21 nimmt, wie der Name besagt, eine Vervielfachung der gemessenen Druckänderungen hervor. Bei den bekannten pneumatischen Regelungsanlagen sind zwar Vervielfachungsrelais verwendet worden, ein Vervielfachungsfaktor von etwa 2 war jedoch der höchstmögliche Wert, da jeder höhere Multiplikationsfaktor dazu führt, die Stabilität der Anlage zu stören. In der hier beschriebenen besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Multiplikationsfaktor von 8 angewendet, ohne daß die Stabilität der Anlage in irgendeiner Weise gestört würde wie es bei den Anlagen gemäß dem Stand der Technik der Fall ist. Es ist nun klarer ersichtlich, warum da; 1 : 1-Vorspannrelais mit einer negativen Vorspannung verwendet wird. Die negative Vorspannung bringt da: Drucksignal auf einen geringeren Druckwert, so dal: die Vervielfachung, wenn sie stattfindet, zu einen Druck führt, der sich innerhalb des gewünschten Be reichs von 0,21 bis 1,05 kg/cm² bewegt. Das vervielfach te Drucksignal von dem Vervielfachungsrelais 21 wire über eine Leitung 23 und eine Leitung 25 einer Regi strier-Regelstation (recorder control station) 27 züge führt, an der das Signal nebenbei aufgezeichnet wird Die Bedeutung der Regelstation 27 besteht in der Er zeugung des Soll-Werts, d. Y, des Signalwerts, der dci Verstellung des Stellglieds entspricht, durch die der ge wünschte Wert der Meß- oder Regelgröße erzeug wird. Es gibt eine ganze Reihe von Registrier-Regelsta tioneri, die erfindungsgemäß verwendet werden könn ten. Als ein Beispiel eines bekannten Rcgistrier-Rcgel geräis sei das Gerät mit der Typenbezeichnung Bristo 001 B| 650 angeführt, welches ein Erzeugnis der Firm; Bristol Company. Waterbury, Connecticut ist. Das ai der Registrier-Regelstation 27 hervorgerufene, den Soll-Wert proportionale Signal wird über eine Leitunj 29 einem Vergleichcrrelais 31 zugeführt. Eine weiten

Eingangsgröße wird dem Vergleicherrelais 31 über eine Leitung 33 zugeführt und besteht aus dem vervielfachten Drucksignal von dem Verviclfachungsrelais 21. Das Vcrgleicherrelais 31 vergleicht das vervielfachte Signal mit dem dem Soll-Wert proportionalen Signal und erzeugt eine Ausgangsgröße unter vollem Druck, wenn das vervielfachte Signal kleiner ist. als das Soll-Wert-Signal und erzeugt keinen Ausgangswen, wenn das vervielfachte Signal größer ist, als das Soll-Wert-Signal. Somit ist das Vergleicherrelais 31 eine Ein-Aus- oder |a-Nein-Vorrichtung, die, wie zuvor erwähnt, die einfachste und billigste Art der Regelung ist. Die Ausgangsgröße des Vergleicherrelais 31 wird über eine Leitung 35 einer verstellbaren Drosselungsstelle in der Leitung zugeführt. Die verstellbare Drosselungsstelle 37 ruft eine Drosselung des Drucks übertragenden Druckmittelstroms von dem Vergleicherrelais 31 hervor, wenn das Ausgangssignal des Vergleicherrelais 31 eine unter vollem Druck stehende Ausgangsgröße ist. Ohne das Wesen der Strömung durch eine Drosselung theoretisch zu erörtern ist es ersichtlich, daß die Drosselung 37 als ein Widerstand R dahingehend wirkt, daß der an ihr angelegte Druck so durch sie hindurchgeht, daß eine Verzögerung hervorgerufen wird und der Druck sich an der anderen Seite der Drosselung gemäß einer flC-Zeitkonstante aufbaut, bei der R (Widersland) von der Größe der Drosselung abhängt und C die Kapazität oder das Volumen der Anlage hinter der verstellbaren Drosselung ist, in die sich der durch die Drosselung hindurchgegangene Druckmittelstrom ausdehnen kann.

Wenn das Vcrgleicherrelais 31 kein Ausgangssignal liefert, gestattet die verstellbare Drossclstelle 37. daß der hinter der Drossclstcllc aufgebaute Druck auf atmosphärischen Druck absinkt, wodurch das dem Stellglied zugeführte Signal gemäß der oben erwähnten RC (Widerstand) (Kapazität)-Zeitkonstante der Drosselstelle verringert wird. An die Leitung 39. die von der verstellbaren Drosselstelle 37 zu einem 1 :1-Hilfsrelais 41 verläuft, ist ein kleiner Speicherbehälter 43 angeschlossen, mit dessen Hilfe das richtige Kapazitätsvolumen für die gewünschte /?C-Zeitkonstante der verstellbaren Drosselstclle 37 erhalten werden kann. Das 1:1-Hilfsrclais 41 ist vorgesehen, um einen Druckabfall in dem großen Leitungsvolumen zu verhindern, der vor der Anlegung des Drucksignals an dem Stellglied vorhanden sein kann, und um einen Fehler infolge eines unbemerkten Lecks in der Anlage zu verhindern. Das Hilfsrelais 41 führt der Leitung ein genügend großes Druckmittclvolumcn zu. Es sei darauf hingewiesen, daß das 1 :1-Hilfsrelais eine Ausgangsgröße liefert, die seiner Eingangsgröße entspricht. Daher liefert es ein Ausgangsdrucksignal, das sich mit einer /?C-Zeitkonstante gemäß dem durch die verstellbare Drosselstelle 37 erzeugten Signal ändert. Das Ausgangssignal des Relais 41 wird über eine Leitung 45 der Umschaltstation 47 für Handbetrieb und automatischen Betrieb zugeführt. Die Station 47 ist eint Schaltstation in der Form eines Dreiwegevcntils, mit dem von der Handbetätigung des Stellglieds auf seine automatische Betätigung und umgekehrt umgeschaltet werden kann. Die Handbctrieb-Au'omatik-Station ist ein für pneumatische Regclanlagcn bekannter Bestandteil. Ein Beispiel für eine derartige Station 47 ist die unter der Typcnbczcichnung »Bristol Manual Loader OO BK 652« bekannte Vorrichtung, ein Erzeugnis der Firma Bristol Company. Watcrbury, Connecticut. Bei der automatischen Betriebsweise geht das durch das 1 : 1-Hilfsrelais 41 gelieferte Drucksignal durch die Handbetrieb-Automatik-Station 47 hindurch und wird über eine Leitung 49 dem Stellglied zugeführt, das in diesem Fall der Regler an der Luftturbine 51 ist. Wenn die Handbetrieb-Automatik-Stalion 47 auf die Handbetriebsweise eingestellt wird, nimmt die Bedienungsperson eine Verstellung gemäß dem Wert der Regelgröße vor, wodurch das Drucksignal erzeugt wird, das dem Stellglied zugeführt wird, um die Regelgröße zu regeln. Es ist verständlich, daß ein stufenloser

ίο Übergang von der Handregelung zur automatischen Regelung nicht erzielt werden kann, da das Drucksignal bei der automatischen Regelung von dem durch die Bedienungsperson bei der Handregelung eingeführten Signal sehr verschieden sein kann. Daher ist zur Vcrhinderung eines Einschaltstoßes an dem Regclglied bei der Umschaltung von der Handbetätigung zur automatischen Betätigung eine Rückkopplungscinrichtung vorgesehen, die eine Leitung 53 umfaßt, die von der Leitung 49 zu der zu dem 1 : 1-Hilfsrelais 41 führenden Leitung 39 verläuft. Ein Rückkopplungs-Nadclvcniil 55 ist in der Leitung 53 angeordnet und ermöglicht es. daß ein Regeldruck, der dem Rcgeldruck in der Leitung 49 gleich ist. dem 1 : 1-Hilfsrelais 41 zugeführt wird. Wenn also der dem Relais 41 zugeführte Druck geringer ist, als der sich aus eier Handvcrstellung ergebende Rcgeldruck, gestattet das Nadelventil 55 den Aufbau des Drucks in dem Rückkopplungssystem auf den Regeldruckwert. Wenn andererseits das dem Relais 41 zugeführte Drucksignal höher ist. als der sich aus der Handverstellung ergebende Rcgeldruck. wirk! das Nadelventil 55 als Ausgleichseinrichtung und verringert den höheren Druck auf den niederen Druck. Somit findet bei dem Umschalten auf die automatische Betriebsweise ein stufenloscr Übergang statt, da der Druck sowohl in der automalischen Anlage ak auch in der handbetätigten Anlage ursprünglich der gleiche ist. Es ist eine Anlage beschrieben worden, die die verhältnismäßig einfache und billige Ein-Aus-Rcgelungsart anwendet und dennoch eine verhältnismäßig stiifcnlosc Regelung der

Regelgröße erzielt. Es wurde festgestellt, daß die beschriebene Regelungsanlage 10- bis 20mal so empfindlich ist wie die proportionalen Regclungsanlagen gemäß dem Stand der Technik, und das die beschriebene Rcgelungsanlage frei von der Unstabilität ist. die für gewöhnlich durch jede nennenswerte Vervielfachung der gemessenen Änderungen der Regelgröße hervorgerufen wird. Ein geeignetes 1 ·. 1-Vorspannrelais zur Verwendung als das Teil 17 in F i g. 1 ist schematisch in F i g. 2 gezeigt. Das Vorspannrelais weist ein erstes Gehause 57 und ein zweites Gehäuse 59 auf. die durch eine biegsame Membran 61 voneinander getrennt sind. Die Leitung 15 steht mit dem Inneren des Gehäuses 57 in Verbindung, so daß der Druck in dieser Leitung eine nach unten gerichtete Kraft auf die Membran 61 ausübt. An dem Gehäuse 59 ist ein Bodengehäuse 63 angebracht, und zwei biegsame Membranen 65 und 67 sind dazwischen angeordnet. Die Membranen 65 und 67 sind durch einen porösen Stoff 69 voneinander getrennt und der Bereich zwischen den Membranen steht

&> durch eine Öffnung 71 mit der Außenluft in Verbindung. Eine Kammer 81 in dem Gehäuse 59 wird durch einen Durchgang 75 mit Druckluft gespeist und eine Kammer 76 über der Membran 65 wird durch einen Durchgang 77 mit einer darin ausgebildeten Verengung

⁶S 78 mit Druckluft gespeist. Die Auslaßleitung 19 steht in Verbindung mit einer Kammer 79 unterhalb der Membran 67 und mit einer Kammer 80 unterhalb der Membran 61.

Die Kammern 81 und 79 sind durch ein Ventil miteinander verbunden, das eine Kugel 82 umfaßt, die in einem Ventilsitz 83 sitzt. Eine Feder 84 drückt die Kugel 82 normalerweise in Anlage im den Ventilsitz 83. Ein Stab 85 liegt auf der Kugel 82 auf und verläuft nach oben, um einen Vcntilkopf 86 zu bilden, der in der Lage ist, eine Öffnung 87 zu verschließen, die zwischen der Kammer 79 und dem Bereich zwischen den Membranen 65 und 67 verläuft. Eine Druckfeder 88 drückt normalerweise die Membran nach oben, und gestattet dem Druck aus der Kammer 79, durch die Öffnungen 87 und 71 in die Außenluft abgeleitet zu werden. Die Kammern 76 und 80 sind durch ein Ventil getrennt, das einen Ventilkopf 89 aufweist, der in der Lage ist. auf einem Ventilsitz 90 aufzuliegen. Der Ventilkopf 89 ist an der Membran 61 befestigt, so daß er auf dem Ventilsitz 90 aufliegt, wenn die Membran nach unten gedrückt wird. Eine Feder 91 ist mit ihrem unteren Ende an der Membran 61 und mit ihrem oberen Ende an einer Stellschraube 92 befestigt. Durch Drehung der Stellschraube 92 wird damit die von der Feder 91 auf die Membran 61 ausgeübte Kraft reguliert. Die Feder 91 ist so an der Stellschraube 92 und der Membran 61 befestigt, daß auf die Membran entweder eine Druckkraft oder eine Zugkraft ausgeübt werden kann.

Es ist ersichtlich, daß die auf die Oberseite der Membran 61 ausgeübte Kraft die Summe der Kräfte ist. die von der Feder 91 und von dem Druck in der Leitung 15 ausgeübt werden. Die Feder 91 übt in dem 1 : 1-Vorspannrelais eine Zugkraft aus. so daß die gesamte auf die Membran 61 ausgeübte Kraft um einen bestimmten Betrag geringer ist. als die durch den Druck in der Leitung 15 ausgeübte Kraft, wodurch die Vorspannung des Relais hervorgerufen wird.

Der durch die Leitung 75 /ugeführte Druck wird durch die Verengung 78 in die Kammer 7b übertragen und durch das Kugelventil in die Kammer 79. Der Druck in der Kammer 79 ist auf Grund des Auslaufens durch den Durchgang 87 geringer als der /ugeführte Druck. Die leder 88 übt eine nach oben gerichtete Kraft auf die Membran 67 aus. um diesen Druckunterschied auszugleichen. Die Kammern 76 und 80 stehen durch das oberste Ventil m Verbindung miteinander. Die auf die Oberseite der Membran 61 ausgeübten Kräfte begründen den l.instcllwert dieses obersten Ventils und die Geschwindigkeit, mit der der Druck durch das Ventil übertragen wird. Ls ist ersichtlich, daß die verschiedenen Kräfte einen Gleichgewichtszusland hervorrufen, so daß der Auslaßdruck in der Leitung 19 auf einem bestimmten Wert gehalten wird, der entweder größer oder kleiner ist als der Druck in der Leitung 15. je nach der durch die Feder 91 ausgeübten Kraft. Dieses 1 : 1-Vorspannrclais ist eine auf dem Markt befindliche Vorrichtung und bildet nicht einen Teil der vorliegenden Erfindung als solcher. Es ist offensichtlich, daß auch andere Arten bekannter Druckvorspannrelais für diesen Zweck verwendet werden können.

F i g. 3 ist eine schematischc Darstellung eines Vervielfachungsrclais. das als Vervielfaehungsrclais 21 in F i g. 1 verwendet werden kann.

Das Vervielf.ichungsrelais gemäß F i g. 3 arbeitet nach dem Kraftvergleichsprinzip. Das Relais 94 schickt Luft, die von einer Luftzufuhr aus der Leitung 95 zugeführt wird, in eine Ausgangslciuing 96 gemäß dem dem Relais über eine Leitung 97 zugeführten Druck. Dieser Druck wird durch die Tätigkeit einer Düse 98 in Verbindung mit einer »Schwimmerscheibc« 99 erzielt. Unter nnihmaligem Hinweis auf das Kr.iftvergleichsprin zip wird der Druck in der Leitung 97 durch den besonderen Abstand der Düse 98 von der Schwimmerscheibc 99 bestimmt. Je näher sich die Schwimmerscheibc 99 an der Düse 98 befindet, desto größer ist der Druckaufbau in der Leitung 97 und. demzufolge, desto größer ist der Ausgangsdruck, der von dem Relais 94 erhalten wird.

Die Stellung der Schwimmerseheibe 99 gegenüber der Düse 98 wird durch den Eingangsdruck bestimmt, der durch die Leitung 19 zugeführt wird und einen Balg

ίο 101 dahingehend beeinflußt, daß er die Schwimmerscheibc 99 entsprechend einstellt. Der Ausgangsdruck des Relais in der Leitung 96 wird nicht nur über die Leitung 23 in den übrigen Teil der Anlage übertragen, sondern wird auch zu einem Balg 1Oi rückgekoppelt.

Dieser Druck bewirkt die Rückverstcllung der Schwimmerscheibc 99 zum Ausgleich der dort wirkenden Kräfte. Der Vcrhältnis-Vcrstcllhebel 105 kann verstellt werden, um die Einstellung der Schwimmerscheibc 99 und der Düse 98 auf ein in den Balg 101 eingefühites Drucksignal hin zu beeinflussen. Somit i.»t verständlich, daß die Änderungen des Alisgangsdrucks von dem Vervielfaehungsrclais den Änderungen des Drucks in dem Eingangsbalg Ϊ01 um einen Betrag, der von der Einstellung des Vcrhältnis-Vcrstellhebels 105 abhängt.

proportional sind. Eine Reihe von Herstellern stellen ein Vervielf-'.chungsrelais her. das auf dom oben erwähnten Prinzip beruht, wie z. B. das Vervielfachungsrelais mit der Bezeichnung »Multiplying Relay Model 57Z«, das von der Firma Fovboro Company. Foxboro.

Mass. hergestellt wird.

In F i g. 4 ist ein Verglcicherrelais schematisch darge stellt, d.is zur Verwendung als Vergleichen elais 31 gemäß Γ i g. 1 geeignet ist. Das Relais besteht aus einem oberen Gehäuse 125. einem Enilüflungsring 126. einem Auslaßblock 127, einem mittleren Membranring 128 und einem unteren Gehäuse 129. In dem Gehäuse befindet sich cmc obere Kammer 131. eine untere Kammer 131 und eine von dieser durch eine Membran 135 getrennte Kammer 133 und eine von der Kammer 133 durch eine ähnliche Membran gelrennte Kammer 137. !•"ine ähnliche Doppelmembran 141 und 142 ist ferner über einer unteren Kammer 143 vorgesehen, und bildet /wischen den Membranen 141 und 142 eine Kammer • 45. Die oberen und unteren Membrananordnungen.

die zwischen den jeweiligen Membranen die Kammern 133 und 145 bilden, sind durch Verbindungsschrauben 152 und 154 stan miteinander verbunden. Somit ist die gesamte innere Anordnung des Relais als eine Einheit in dem Gehäuse bewegbar, wobei diese Bewegung nur durch die Membranen 135. 139 und 141. 142 begrenzt wird. Die Luftzufuhr wird durch eine Leitung 164 in dem mittleren Membranring 128 in die Kammer 145 geliefert. Überschüssige Luft wird durch eine Öffnung 156 in dem Auslaßblock 127 und die Leitung 35 aiisgclassen. Es ist auch ersichtlich, daß der Ausgangsdruck des Relais an der Ausgangsleitung 163 durch den Auslaßblock 127 erhalten wird. Die Öffnungen 156 und 159 sind je nach der Stellung eines Stopfens 158 geschlossen oder offen. Wenn die innere Anordnung des Relais

nach unten bewegt wird, wird der Stopfen 158 nach unten aus der Öffnung 156 herausbewegt. Wenn sich die innere Anordnung nach oben bewegt, bewegt sich der Sitz 161 von dem Stopfen 158 hinweg, so dall ein Durchgang 159 geöffnet wird. Der Stopfen 158 weist an

seinem unteren Ende einen Kolbcnteil 160 auf. der im linde einer Feder 162 aufnimmt und halt, die besm-hi ist. den Stopfen 158 in seiner obersten Stellung ;m dem Siopfcns.il/ 161 /11 halten Bei HeItab (ies Vtiplcn lu'i

5O9 5W13

relais wird das Drucksigna! von dem Druckrelais 21 über die Leitung 29 eingeführt und ruft einen entsprechenden Druck auf der die Bodenwand der Kammer 131 bildenden Membran hervor. Ferner wird das Drucksignal, das dem Soll-Wert proportional ist, von der Eingangsleitung 33 in die Kammer 143 eingeführt und ruft dadurch einen entsprechenden Druck auf der die obere Wand der Kammer 143 bildenden Membran 142 hervor. Da die innere Anordnung, d. h., die beiden Membrananordnungen, starr miteinander verbunden sind, bewirkt der Unterschied zwischen den Drücken in den Kammern 131 und 143 eine entsprechende Bewegung der inneren Anordnung, wodurch die Stellung des Stopfens 158 und demzufolge die Öffnung oder Schließung der öffnungen 156 und 159 gesteuert wird. In dem Fall, in dem das Signal von dem Vervielfachungsrelais 21 größer als das Soll-Wert-Signal ist, bewegen sich beide Membrananordnungen nach unten, wodurch der Stopfen 158 nach unten bewegt wird und die Öffnung 156 freigibt, wodurch der Druck in der Kammer 137 durch die öffnung 156 und die Leitung 35 an die Außenluft abgeführt wird und der Ausgangsdruck auf Null verringert wird. Bei entgegengesetztem Druckunterschied bewegen sich die Membrananordnungen nach oben und bewirken dadurch, daß der Stopfen 158 die öffnung 156 verschließt und den Durchgang 159 öffnet, um dadurch der Kammer 137 una damit de Ausgangsleitung 163 den vollen Druck zuzuführen. Da her liefert der Betrieb des Vergleicherrelais 31 einer vollen Ausgangsluftdruck, wenn das vervielfachte Ein gangssignal geringer ist. als der Druck des Soll-Wert Signals, und kein Ausgangssignal, wenn das vervielfach te Eingangsdrucksignal geringer ist, als das Soll-Wert Signal. Es ist verständlich, daß die entgegenfeselzu Wirkungsweise erzielbar ist, wenn das Soll-Wert-Signa und das vervielfachte Eingangssignal miteinander aus getauscht werden.

Wie zuvor erwähnt, ist das 1 :1-Hilfsrelais 41 im we sentlichen dasselbe wie das in Fig. 2 gezeigte 1:1 Vorspannrelais bei einem Vorspannzustand von Null.

Die verschiedenen zuvor beschriebenen pneumati sehen Relais sind lediglich Beispiele für die Arten vor Relais, die in der Regelungsanlage gemäß der vorlie genden Erfindung verwendet werden können. Es können auch eine Reihe anderer Mechanisierungen ver wendet werden, die in der Lage sind, dieselben Funktio nen auszuüben. Demzufolge ist es verständlich, daß die hier beschriebenen Relais und anderen Bestandteile keinen Teil der Erfindung als solcher bilden und daß die Erfindung vielmehr in der Kombination dieser Bestand teile zu einer verbesserten Regelungsanlage besteht.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Regelungsvorrichtung zur Steuerung eines Stellgliedes zur Regelung einer veränderlichen Meßgröße, mit einer Meß- und Übertragungsvorrichtung zur Erzeugung eines Signals, das proportional einer Meßgrößenänderung ist, feiner mit einer Sollwerteingabeeinrichtung, mit der ein Betriebssollwert für die Regelungsvorrichtung einführbar und ein entsprechendes Sollwertsignal erzeugbar ist, mit einem Vergleicher zum Vergleichen des proportionalen Signals mit dem Sollwertsignal, der zwischen zwei Ausgangswerten arbeitet, nämlich ein maximales Ausgangssignal erzeugt, sobald das proportionale Signal kleiner ist als das Sollwertsignal, und kein Ausgangssignal erzeugt, sobald das proportionale Signal größer ist als das Sollwertsignal, und mit einer vorzugsweise einstellbaren Signaldrosseleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorspanneinrichtung (17) vorgesehen ist, durch die ein bestimmter Wert von dem proportionalen Signal, das von der Meß- und Übertragungseinrichtung (14) erzeugt wird, abziehbar ist. und daß ein Verstärker (41) vorhanden ist, mit dem das verkleinerte proportionale Signal um einen erheblichen Faktor vervielfachbar ist. um dadurch ein verstärktes Signal zu erzeugen, das innerhalb eines bestimmten Betriebsbereichs liegt, um für den Betrieb des Steuerelements ein Steuersignal zu übertragen, das sich allmählich von dem einen Ausgangswert zum anderen hin ändert.

2. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Meß- und Übertragungseinrichtung eine Kraftgleichgewichts-Druckmeßeinrichtung ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspanneinrichtung (17) ein pneumatisches, negativ vorgespanntes Relais aufweist, das zum Empfang des proportional pneumatischen Drucksignals und zur Subtraktion eines bestimmten Druckwerts von diesem Signal, der durch den Betrag der an dem Relais angelegten negativen Vorspannung bestimmt ist, an die Meß- und Übertragungseinrichtung (14) angeschlossen ist, wobei an das vorgespannte Relais ein Signalvervielfachungsrelais angeschlossen ist.

3. Regelungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Signalverstärker (41) eine pneumatische Druckmittelquelle angeschlossen ist, und daß durch diesen Verstärker ein Ausgangssignal erzeugbar ist, das einem von der Drosseleinrichtung (37) abgegebenen Stellsignal proportional ist und die zur Aufrechterhaltung des Druckwerts des verstärkten Signals erforderliche Druckmittelmenge der Druckmittelquelle entnimmt.

4. Regelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 3, gekennzeichnet durch eine zwischen der Drosseleinrichtung (37) und dem Stellglied geschaltete, zwischen Handsteuerung und automatischer Steuerung umschaltbare Schaltstation (47) und durch eine Rückkoppelungsvorrichtung zwischen dieser Station und dem Eingang des Verstärkers (41) zur stoßfreien Umschaltung von manueller auf automatische Steuerung.

5. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkoppelungsvorrichtung ein Nadelventil (55) aufweist, mit dem dem Verstärker (41) ein Signal zuführbar ist, das bei Handbetrieb der Steuerstation (47) dem dem Stellglied aufgedrückten Signal entspricht.