DE19622548C2

DE19622548C2 - Control valve system

Info

Publication number: DE19622548C2
Application number: DE19622548A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Scholzen
Original assignee: Regeltechnik Kornwestheim GmbH
Current assignee: Regeltechnik Kornwestheim GmbH
Priority date: 1996-06-05
Filing date: 1996-06-05
Publication date: 2000-08-17
Anticipated expiration: 2016-06-06
Also published as: DE19622548A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelventilanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a control valve system according to the preamble of Claim 1.

Eine derartige Regelventilanlage ist in der DE 29 43 354 C2 angegeben. Bei dieser bekannten Regelventilanlage ist eine Regeleinrichtung vorgesehen, die einen Leitregler und einen diesem nachgeschalteten Folgeregler aufweist. Da der Folgeregler dem Leitregler nachgeschaltet ist, wird angenommen, dass in diesem eine gewisse Be wertung der Ausgangssignale des Leitreglers stattfindet. Nähere Angaben zu einer solchen Bewertungsstufe sind in dieser Druckschrift allerdings nicht gemacht. Le diglich beim Anfahrvorgang soll bei diesem bekannten Regelventil das Regelverhalten des Reglers optimiert werden, ohne dabei die Einstellung des Reglers für den Dauerbetrieb zu verändern. Das Anfahrverhalten des Reglers ist völlig unabhängig vom Verhalten des Reglers im Dauerbetrieb. Bei einer derartigen Regelventilanlage kann es vorkommen, dass ein Pendeln um einen Ruhebereich in Schließ- und Öff nungsrichtung entsteht. Durch die wiederholten Betätigungsvorgänge ergibt sich ein schneller Verschleiß des Regelventils.Such a control valve system is specified in DE 29 43 354 C2. At this Known control valve system, a control device is provided, which is a master controller and has a downstream controller downstream of this. Since the slave controller Master controller is connected downstream, it is assumed that a certain Be evaluation of the output signals of the master controller takes place. Details of a such a rating level is not made in this document. Le diglich the starting behavior of this known control valve should be the control behavior of the controller can be optimized without changing the setting of the controller for the To change continuous operation. The start-up behavior of the controller is completely independent the behavior of the controller in continuous operation. In such a control valve system it can happen that a commute around a relaxation area in closing and opening direction arises. The repeated operations result in a rapid wear of the control valve.

Eine weitere Regelventilanlage ist in der DE 37 08 826 A1 offenbart. Die Regel einrichtung weist dabei, wie üblich, ein Addierglied auf, mit dem eine Abweichung zwischen einem Eingangssignal und einem rückgeführten Signal ermittelt und zu einem Rechenglied der Regeleinrichtung geführt wird. Die Abweichung wird auch einem Komparator zugeführt, der die Abweichung mit einem Referenzwert vergleicht. Das Addierglied stellt allein noch nicht einen Regler im üblichen Sinne dar. Dem eigentlichen Leitregler mit dem Abweichungsrechenglied ist der Komparator parallel geschaltet. Bei dieser Regelventilanlage wird der Regelkreis von einem geschlossenen Regelkreis zu einem offenen Regelkreis umgeschaltet, wenn die Signalabweichung einen gewissen Betrag überschreitet. Der offene Regelkreis wirkt während eines Einschwingvorganges.Another control valve system is disclosed in DE 37 08 826 A1. The rule device has, as usual, an adder with which a deviation determined between an input signal and a returned signal and to a computing element of the control device is performed. The deviation is too fed to a comparator, which compares the deviation with a reference value. The adder alone does not represent a controller in the usual sense The actual master controller with the deviation calculator is the comparator in parallel switched. In this control valve system, the control loop is closed Control loop switched to an open control loop when the signal deviation exceeds a certain amount. The open control loop works during one Transient.

Ein weiterer Nachteil bei bekannten Regelventilen besteht darin, dass diese je nach Anwendungsfall speziell ausgelegt sein müssen, indem jeweils ein besonderer Ven tilkegel eingesetzt und die übrigen Bauelemente darauf abgestimmt werden müssen.Another disadvantage of known control valves is that they depend on Use case must be specially designed by using a special Ven tilkegel used and the other components must be matched to it.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Regelventilanlage bereitzustellen, mit der bei einfachem Aufbau ein vorzeitiger Verschleiß des Re gelventils vermieden wird.The invention has for its object a generic control valve system To provide, with a simple structure, premature wear of the Re gel valve is avoided.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Hiernach ist also vorgesehen, dass der nachgeschaltete Regler als Verhaltensregler ausgebildet ist, der auch eine Umsetzstufe aufweist, und dass die Bewertungsstufe zum Erkennen eines Pendelns der Stellbefehle um einen Ruhebereich und zum Ab geben eines Umsetzbefehls an die Umsetzstufe ausgebildet ist, wenn sie ein mehrmaliges Pendeln feststellt, woraufhin die Umsetzstufe die Stellbefehle in abgewandelte Stellbefehle umwandelt, die eine verminderte Ansteuerung des Stell glieds und damit eine verlangsamte Hub-Änderung bewirken.This object is achieved with the features specified in claim 1. According to this, it is provided that the downstream controller acts as a behavior controller is formed, which also has an implementation level, and that the evaluation level to detect a swinging of the control commands around a rest area and to down give a conversion command to the conversion stage when it is a repeated commuting, whereupon the conversion stage in modified control commands, which reduces control of the control links and thus cause a slow stroke change.

Durch den so aufgebauten Verhaltensregler kann ein Fehlverhalten der Regel ventilanlage schnell erkannt und ein geeignetes Regelverhalten vorgegeben werden. Auch lässt sich eine Anpassung an unterschiedliche Gegebenheiten vornehmen, da die Stellbefehle des Leitreglers mittels der Umsetzstufe in geeignete, gewandelte Stellbefehle umgesetzt werden können. Dadurch wird einem vorzeitigen Verschleiß vorgebeugt, und es können unterschiedliche Ventilkennlinien gebildet werden, ohne dass jedesmal besondere Ventilkegel hergestellt und eingesetzt werden müssen.The behavior controller constructed in this way can rule out misconduct valve system can be recognized quickly and suitable control behavior can be specified. It can also be adapted to different circumstances, because the control commands of the master controller converted into suitable, using the conversion stage Control commands can be implemented. This will cause premature wear prevented, and different valve characteristics can be formed without that special valve cones have to be manufactured and used every time.

Im einzelnen kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Stellglied als Stellmotor ausgebildet ist, und dass die verminderte Ansteuerung dadurch erzielt ist, dass die gewandelten impulsförmigen Stellbefehle gegenüber den impulsförmigen Stellbefehlen in der Dauer verkürzt sind oder die Pausen zwischen den Stellbefehlen verlängert werden. Durch die verkürzten Stellbefehle bzw. durch die längeren Pausen wird eine Vergrößerung der Integrationszeitkonstanten erreicht und damit ein langsamerer An trieb des Stellglieds bewirkt.In particular, it can advantageously be provided that the actuator as a servomotor is formed, and that the reduced control is achieved in that the converted pulse-shaped control commands compared to the pulse-shaped control commands are shortened in length or the pauses between the actuating commands are extended become. The shortened control commands or the longer pauses make one Increase in the integration time constant reached and thus a slower on drive of the actuator.

Mit der Maßnahme, dass der Gesamthub eines Ventilkegels des Regelventils in mehrere Teilbereiche unterteilt ist, und dass die verschiedenen Teilbereiche in dem Verhaltensregler erkennbar sind, und dass die Stellbefehle in Abhängigkeit von den Teilbereichen mit unterschiedlichen Bewertungsgrößen in die gewandelten Stell befehle umsetzbar sind, kann die Ansteuerung des Stellglieds entsprechend den verschiedenen Steigungen einer Ventilkennlinie angepaßt werden, so dass die Regelung optimiert wird. Auch können auf diese Weise unterschiedliche Ventil kennlinien realisiert werden, ohne dass der Ventilkegel ausgetauscht werden muß.With the measure that the total stroke of a valve cone of the control valve in is divided into several sections and that the different sections in the Behavior controllers are recognizable, and that the control commands are dependent on the Subareas with different evaluation variables in the converted position commands can be implemented, the control of the actuator according to the different slopes of a valve characteristic can be adjusted so that the Regulation is optimized. Different valves can also be used in this way characteristics can be realized without having to replace the valve cone.

Insbesondere wird die Anpassung an eine übliche Ventilkennlinie dadurch erreicht, dass die Bewertungsgrößen mit zunehmendem Hub von Teilbereich zu Teilbereich zu nehmen.In particular, the adaptation to a conventional valve characteristic curve is achieved by that the assessment parameters increase with increasing stroke from subarea to subarea to take.

Eine Möglichkeit, ein Pendeln zu vermeiden, besteht beispielsweise auch darin, dass beim Erkennen eines Pendelns der Ruhebereich vergrößerbar ist.One way to avoid commuting is, for example, that when a pendulum is detected, the relaxation area can be enlarged.

Ein einfacher Aufbau z. B. mit einem Mikrocontroller wird dadurch erzielt, dass der Verhaltensregler zumindest teilweise als Programm ausgebildet ist, und dass die Bewertungsstufe und die Umsetzstufe Teilprogramme darstellen. Dadurch ergibt sich auch die Möglichkeit, die Anpassung an unterschiedliche Gegebenheiten zu variieren und eventuell neu gewonnene Erkenntnisse nachträglich zu berücksichtigen.A simple structure z. B. with a microcontroller is achieved in that the Behavioral controller is at least partially designed as a program, and that the Represent assessment level and the implementation level sub-programs. This results in also the possibility to vary the adaptation to different circumstances and to take into account any newly gained knowledge afterwards.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug nahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below with reference to an exemplary embodiment took explained in more detail on the drawings. Show it:

Fig. 1 ein Blockschaltbild mit den wesentlichen Komponenten der Regel ventilanlage, Fig. 1 is a block diagram showing the essential components of the control valve system,

Fig. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Vorgehensweise bei einem Regelungsvorgang, Fig. 2 is a diagram for illustrating the procedure for a control operation,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer herkömmlichen Regelventilanlage und Fig. 3 is a block diagram of a conventional control valve system and

Fig. 4A und Fig. 4B Ansteuerbefehle für ein in Fig. 1 angegebenes Stellglied. Fig. 4A and Fig. 4B control commands for a specified in Fig. 1 actuator.

In Fig. 3 ist eine übliche Regelventilanlage mit einem Regler R, einem Stellglied M und einem Regelventil RV dargestellt. Der Regler R erhält über einen Fühler F ein Temperatursignal des über ein Leitungssystem, in dem das Regelventil RV an geordnet ist, strömenden Mediums. Um einen Temperatur-Sollwert des aus einem Wärmetauscher WT strömenden Wassers einzustellen, gibt der Regler an das Stell glied in Form des Stellmotors M einen entsprechenden Stellbefehl in Form eines Stroms I ab, mit dem das Regelventil RV je nach erfaßtem Temperatursignal des Fühlers F auf oder zu gesteuert wird. Der Stellbefehl kann z. B. ein in Fig. 4B dargestellter analoger Strom I zwischen 4 mA und 20 mA sein, mit dem ein Hub H eines Ventilkegels des Regelventils RV zwischen einem minimalen Wert min und einem maximalen Wert max verstellt wird. Alternativ können als Stellbefehle des Reglers R in Fig. 4A wiedergegebene Stellimpulse P1, P3 abgegeben werden, die bezüglich eines mittleren Pegels P2 positiv oder negativ je nach Verstellrichtung sind.In Fig. 3 is a conventional control valve system with a regulator R, an actuator M and a regulating valve RV is illustrated. The controller R receives, via a sensor F, a temperature signal of the medium flowing through a line system in which the control valve RV is arranged. In order to set a temperature setpoint of the water flowing from a heat exchanger WT, the controller issues an appropriate control command in the form of a current I to the control element in the form of the servomotor M, with which the control valve RV turns on or depending on the temperature signal detected by the sensor F. to be controlled. The control command can e.g. B. be an analog current I shown in FIG. 4B between 4 mA and 20 mA, with which a stroke H of a valve cone of the control valve RV is adjusted between a minimum value min and a maximum value max. Alternatively, actuating pulses P1, P3 which are reproduced as actuating commands of the controller R in FIG. 4A and which are positive or negative with respect to an average level P2 depending on the adjustment direction.

Fig. 1 zeigt die Besonderheiten vorliegender Regelventilanlage. Ein Leitregler LR, der etwa dem Regler R gemäß Fig. 3 entspricht, ist über eine digitale Steuerungsstufe DAC (Digit Actuator Control) an das Stellglied in Form des Stellmotors M ange schlossen, der die Verstellung des Regelventils RV bewirkt. Der Leitregler LR erhält Meßsignale der Regelgröße, wie z. B. Temperatur, Druck oder Durchfluß über den Fühler F. Die digitale Steuerungsstufe DAC umfaßt einen Verhaltensregler VR, dem die von dem Leitregler LR abgegebenen Stellbefehle SB beispielsweise in Form der in Fig. 4A wiedergegebenen Impulse oder des in Fig. 4B dargestellten analogen Stroms I oder entsprechender Größen zugeführt werden. Weiterhin kann die digitale Steuerungsstufe DAC einen Stellungsregler SR beinhalten, über den dann die Stellbefehle SB weitergeleitet werden können. Die Ausgangssignale des Verhaltensreglers VR können die von dem Leitregler LR oder dem Stellungsregler SR zugeführten Steilbefehle SB sein oder in dem Verhaltensregler VR umgesetzte Stellbefehle SB'. Sowohl dem Verhaltensregler VR als auch dem Stellungsregler SR werden die von dem Stellmotor M bewirkten Hub-Signale zugeführt. Außerdem ist in dem Verhaltensregler VR ein Sollverhalten SV vorgegeben oder vorgebbar. Fig. 1 shows the peculiarities of the existing control valve system. A master controller LR, which corresponds approximately to the controller R according to FIG. 3, is connected via a digital control stage DAC (Digit Actuator Control) to the actuator in the form of the servomotor M, which effects the adjustment of the control valve RV. The master controller LR receives measurement signals of the controlled variable, such as. B. temperature, pressure or flow through the sensor F. The digital control stage DAC comprises a behavior controller VR, to which the setting commands SB issued by the master controller LR, for example in the form of the pulses shown in FIG. 4A or the analog current I shown in FIG. 4B or corresponding sizes can be supplied. Furthermore, the digital control stage DAC can contain a positioner SR, via which the control commands SB can then be forwarded. The output signals of the behavior controller VR can be the steep commands SB supplied by the master controller LR or the position controller SR or setting commands SB 'implemented in the behavior controller VR. Both the behavior controller VR and the position controller SR are supplied with the stroke signals caused by the servomotor M. In addition, a target behavior SV is specified or predeterminable in the behavior controller VR.

Der Verhaltensregler VR bewertet in einer Bewertungsstufe die zugeführten Stellbefehle SB und erkennt, wenn diese von dem vorbestimmten Sollverhalten SV abweichen. Liegt ein Abweichen von dem Sollverhalten SV vor, so bildet der Verhaltensregler VR in einer Umsetzstufe neue, geeignete Stellbefehle SB' zum Ansteuern des Stellmotors M.The behavior controller VR evaluates the supplied in an evaluation level Control commands SB and recognizes if these are from the predetermined target behavior SV differ. If there is a deviation from the target behavior SV, then the Behavior controller VR in a conversion stage new, suitable control commands SB 'for Control of the servomotor M.

Ein Abweichen von dem Sollverhalten SV kann z. B. darin bestehen, daß bei einem Drei-Punkt-Schrittregler ein vorgegebener Ruhebereich des Hubs H in Folge der Trägheit des Stellmotors M überlaufen wird, wodurch sich die von dem Fühler F erfaßte Regelgröße aus einem vorgegebenen Toleranzbereich um den Sollwert her ausbewegt. Dadurch gibt der Leitregler LR einen Stellbefehl SB ab, der eine Ver stellung des Ventilkegels über den Stellmotor M in die andere Richtung bewirkt. Dabei kommt es häufig vor, daß der Toleranzbereich der Regelgröße auch in der anderen Richtung überschritten wird, so daß sich ein Pendeln, d. h. eine Instabilität einstellt. Erkennt der Verhaltensregler VR mehrere hintereinander erfolgende Pendelvorgänge, so verkürzt er z. B. die Stellbefehle SB in Form der in Fig. 4A gezeigten Impulse in der gerade vorliegenden Richtung nach Überschreiten eines Wendepunktes, d. h. eines Übergangs von hintereinander folgenden positiven Im pulsen zu hintereinander folgenden negativen Impulsen. Durch die Verkürzung der Stellbefehle wird die Änderung des Hubs H in der gerade vorliegenden Richtung verlangsamt bzw. die Integrationszeitkonstante der Ansteuerung des Stellmotors M vergrößert. Demzufolge läuft die mit dem Fühler F erfaßte Regelgröße nicht mehr aus dem Toleranzbereich, so daß die Regelung stabilisiert ist. In entsprechender Weise kann die Verlangsamung der Hub-Änderung auch mittels des in Fig. 4B gezeigten Stroms I erzielt werden. Generell kann auch durch andere geeignete Maßnahmen eine Herabsetzung der Drehzahl des Stellmotors M und damit eine verlangsamte Hub-Änderung bewirkt werden.A deviation from the target behavior SV can e.g. B. consist in that in a three-point step controller a predetermined rest area of the stroke H is overrun due to the inertia of the servo motor M, whereby the controlled variable detected by the sensor F moves out of a predetermined tolerance range around the setpoint. Thereby, the master controller LR issues a control command SB, which causes the valve cone to be adjusted via the servomotor M in the other direction. It often happens that the tolerance range of the controlled variable is also exceeded in the other direction, so that an oscillation, ie an instability occurs. If the behavior controller VR recognizes several successive pendulum processes, it shortens e.g. B. the control commands SB in the form of the pulses shown in Fig. 4A in the currently present direction after passing a turning point, ie a transition from successive positive pulses to successive negative pulses. By shortening the positioning commands, the change in the stroke H in the currently existing direction is slowed down or the integration time constant of the actuation of the positioning motor M is increased. As a result, the controlled variable detected by sensor F no longer runs out of the tolerance range, so that the control is stabilized. In a corresponding manner, the slowdown in the stroke change can also be achieved by means of the current I shown in FIG. 4B. In general, other suitable measures can also be used to reduce the speed of the servomotor M and thus slow the change in stroke.

Wie Fig. 2 zeigt, kann die Impulsdauer der gewandelten Stellbefehle SB' in unter schiedlichen Hubbereichen des Hubs H unterschiedlich gewählt werden, um eine geeignetete Ventilkennlinie zu simulieren. In Fig. 2 ist auf der Abszisse der Hub H in Prozent des Gesamthubs und die zugehörige Stellzeit ts dargestellt, während auf der Ordinate ein relativer Durchlaßwert KV des Regelventils angegeben ist. Die Ventilkennlinie ist in mehrere Teilbereiche des Gesamthubs 0 bis 2, 1 bis 2, 2 bis 3, 3 bis 4 und 4 bis 5 unterteilt. In dem ersten Teilbereich 0 bis 1 ist die An steuerung des Stellmotors M mit den gewandelten Stellbefehlen SB' so gewählt, daß das Durchlaufen des Gesamthubs 300 Sekunden betragen würde, wie rechts an der entsprechenden Geraden als effektive Stellzeit tseff angegeben. In dem zweiten Teilbereich 1 bis 2 ist die Ansteuerung so gewählt, daß zum Durchlaufen des Gesamthubs 120 Sekunden benötigt würden, während in den anschließenden Teilbereichen eine Zeit für den Gesamthub von 80 Sekunden, 48 Sekunden bzw. 27 Sekunden erforderlich wäre. Durch den so gebildeten Übergang in immer schnellere Hubänderungen, beispielsweise durch entsprechende Verlängerung der implusförmigen Stellbefehle SB' bzw. Änderung von Pausen zwischen den Stellbefehlen wird eine gewünschte Ventilkennlinie simuliert. Damit kann eine für einen jeweiligen Bedarfsfall am besten geeignete Kennlinie erzeugt werden, ohne den Drosselkörper hinsichtlich der Hub-/Mengenkennlinie bearbeiten zu müssen. Die Anpassung ist z. B. einfach möglich, wenn der Verhaltensregler VR durch ein entsprechendes Programm mit Unterprogrammen für die Bewertungsstufe und die Umsetzstufe realisiert ist. Die Teilbereiche des Hubs H können dabei geeignet gewählt werden. As shown in FIG. 2, the pulse duration of the converted control commands SB 'can be selected differently in different stroke ranges of the stroke H in order to simulate a suitable valve characteristic. In FIG. 2, the stroke H Percent of Total and associated positioning time ts is shown, while the control valve is indicated on the ordinate a relative forward on-state KV on the abscissa. The valve characteristic is divided into several sections of the total stroke 0 to 2, 1 to 2, 2 to 3, 3 to 4 and 4 to 5. In the first part of the range 0 to 1, the control of the servomotor M with the converted positioning commands SB 'is selected such that the total stroke would be 300 seconds, as indicated on the right straight line as the effective positioning time tseff. In the second subarea 1 to 2 , the control is selected so that it would take 120 seconds to go through the entire stroke, while in the subsequent subareas a time for the total stroke of 80 seconds, 48 seconds or 27 seconds would be required. A desired valve characteristic curve is simulated by the transition thus formed to ever faster stroke changes, for example by correspondingly extending the implus-shaped control commands SB 'or changing pauses between the control commands. In this way, a characteristic curve that is best suited for a particular need can be generated without having to process the throttle body with regard to the stroke / quantity characteristic curve. The adjustment is e.g. B. easily possible if the behavior controller VR is implemented by a corresponding program with subroutines for the evaluation level and the implementation level. The sub-areas of the stroke H can be chosen suitably.

Mit dem beschriebenen Verhaltensregler VR ist es auch möglich, den Ruhebereich bei einem Pendeln bzw. Überlaufen zu vergrößern, so daß die schaltfreie Mitte vergrößert und ein vorzeitiges Anhalten bewirkt werden kann.With the behavior controller VR described, it is also possible to relax in the event of a commute or overflow, so that the switching-free center enlarged and a premature stopping can be effected.

Claims

1.Control valve system with a control device which has a master controller and a downstream controller with an evaluation level and which monitors a control variable of a flowing medium by means of a sensor and adjusts a stroke of a valve cone of a control valve by means of control commands via an actuator such that the control variable is a setpoint is tracked, characterized ,
that the downstream controller is designed as a behavior controller (VR), which also has a conversion stage, and
that the evaluation stage is designed to detect a swinging of the control commands (SB) around a rest area and to issue a conversion command to the conversion stage if it detects a repeated oscillation, whereupon the conversion stage converts the control commands (SB) into modified control commands (SB ') delt, which cause a reduced control of the actuator (M) and thus a slower stroke change.

2. Control valve system according to claim 1, characterized in
that the actuator is designed as a servomotor (M), and
that the reduced control is achieved in that the changed th pulse-shaped control commands (SB ') compared to the pulse-shaped control commands (SB) are shortened in duration or pauses between the control commands are extended.

3. Control valve system according to one of the preceding claims, characterized in that
that the total stroke of a valve cone of the control valve (RV) is divided into several sections (0 to 1,..., 4 to 5),
that the different sub-areas (0 to 1,..., 4 to 5) are recognizable in the United behavior controller (VR), and
that the control commands (SB) can be converted into the converted control commands (SB ') depending on the subareas with different evaluation variables.

4. control valve system according to claim 3, characterized, that the evaluation variables with increasing stroke (H) of sub-area increase to partial range (0 to 1,..., 4 to 5).

5. Control valve system according to one of the preceding claims, characterized, that the rest area can be enlarged when a pendulum is detected.

6. Control valve system according to one of the preceding claims, characterized in that
that the behavior controller (VR) is at least partially formed as a program, and
that the evaluation level and the implementation level represent sub-programs.