DE2020940B2 - Einrichtung zur funktionsueberwachung der einzelnen regelstraenge eines analogen mehrkanaligen regelsystems - Google Patents

Description

(Kontroll- und korrektureinrichtung) bezeichneten, zweckmäßigerweise zu einer Baugruppe zusammengefaßten, erlindungsgemäßen Überwachungseinrichtung sind mit drei Strängen .Vl, .S'2 und .V3 eines dreikanaligen Regelsystems verbunden, weiche von \orgeordneten. nicht weiter dargestellten Regelkreisgliedern. wie Ist- und Sollwertgebern. Regeherstärkern oder anderen Signalübertragungseinrichtungen ausgehen können. Die Klemmen 11 und 12 sind mil (.'.„Mi Eingängen eines Dreipunktschalters 14 verbunden, an dessen Ausgang dann ein das Relais Λ betätigendes Ausgangssignal erscheint, wenn die Differenz der an den Klemmen 11 und 12 anliegenden Spannungen einen vorgebbaren geringen Schwellwert übersteigt. Mit weiteren Dreipunktschaltern 15 und 16 sind die Klemmen 12. 13 bzw. 11, 13 verbunden, um in analoger Weise die Spulen der Relais B bzw. Γ zu betätigen. Die in Fig. 1 dargestellte Stellung der mit a. b und c bezeichneten Kontakte der Relais Λ. B und C wird bei unbetätigtem Zustand dieser Relais eingenommen, der dann gegeben ist, wenn keiner der drei Stränge gestört ist und demzufolge sämtliche, zwischen den Klemmen 11. 12 und 13 auftretenden SpannungsdilTerenzen unter dem zuvor erwähnten Grenzwert liegen. Die in den einzelnen Regelsträngen 51. 52 und 53 auftretenden Spannungen sind dann praktisch gleich groß. In diesem Zustand ist die Klemme 11 über einen Umschaltkontakt c-, die Klemme 12 über einen Umschaltkontakl h und die Klemme 13 über einen weiteren Umschaltkontakt c mit den Eingangswiderständen 3 R eines Addierverstärkers 17 verbunden, der in seinem unbeschalteten Zustand eine sehr große Leerlaufverstärkung aufweist und mit einem Widerstand R gegcngekoppelt ist, dessen ohmscher Widerstandswert ein Drittel von demjenigen jedes der Eingangswiderslände 3 R des Addierverstärkers beträgt. Der Addierversuirker 17 arbeitet also als Mittelwcrtbildncr. indem an seiner Ausgangsklemme 18 der arithmetische Mittelwert der an seinen Eingangswiderständen anliegenden Spannungen erscheint. Sind sämtliche Regelstränge ungestört, dann entspricht di? an der Ausgangsklemme 18 auftretende Spannung praktisch jeder der einzelnen Regelstrar.gspannungen.

Es soll nunmehr der Fall betrachtet werden, in dem beispielsweise die im Regelstrang 51 auftretende Spannung gestört ist und demzufolge einen erheblichen Unterschied gegenüber den in den Regelsträngen 51 und 53 auftretenden Spannungen aufweist. Es würden dann die Grenzwertmelder 14 und 16 ansprechen und die Relais/I und C betätigen. Die an den Klemmen 12 und 13 auftretenden Spannungen wurden nunmehr über Umschaltkontakte α und b mit den ihnen auch zuvor zugeordneten Eingangswiderständen des Addierverstärkers 17 verbunden sein, während der zuvor der Klemme 11 zugeordnete Eingang des Addierverstärkers 17 von dieser abgeschaltet ist und nunmehr mit der Klemme 12 in Verbindung steht. Es übernimmt damit die an der Klemme 12 anliegende Spannung eine zusätzliche Einspeisung in den Addierverstärker 17. was mit anderen Worten auch sr. ausgedrückt werden kann, daß bei der Mittelwertbildung im Addierverstärker 17 das Eingangssignal der Klemme 12 doppelt so stark bewichtet wird wie das der Klemme 13. Somit bleibt das Ausgangssignal an der Klemme 18 unbeeinflußt von der Abschaltung des gestörten Stranges 5 1.

Über zwei Arbeitskontakle der bei Störung im Strang 51 betätigten Relais Λ i'nd C kann eine Meldelampe /. 1 an eine äußere, mit der Klemme 19 verbundene Spannung U₁ gelegt werden und so die Störuim des Stranges 51 melden. Da meist mehrere der in F i g. 1 dargestellten Kontroll- und Korrekuireinrichtungen KK innerhalb einer Regelanlage vorgesehen sind, ist es zweckmäßig, an einer zentralen S'.flle eine sämtliche derartigen Überwaehungseinrichtungen zugeordnete Meldelampe /. vorzusehen, welch«· jeweils mit der mit 20 bezeichneten Klemme einer derartigen Einrichtung zu verbinden wäre. Arbeitskontakte aller überhaupt vorhandener Melderelais wären somit zwischen diese Klemmen 20 und den jeweiligen Bezugspoientialklemmen 21 parallel geschaltet, so daß die ■•ientrale Meldelampe L bei Ansprechen auch nur eines der Relais,·!. B oder C in den einzelnen ÜberssaehunüseinvichUmgen KK an Spannung gelegt wir'¹ Bei ordnungsgemäß

2G ansprechender Überwachungseinrichtung werden also die zentrale Meldelampe /. sowie zwei der betreifenden Überwachungseinheit KK zugeordnete Lampen, aufleuchten.

P:e vorstehend beschriebene 2- aus 3-Auswahl ist in entsprechender Weise auch bei Störungen in den Regelsträngen 51 oder 53 gegeben: eine Störung im Strang 52 hätte demzufolge eine Betätigung der Relais/! und B und eine Störung ini Strang 53 eine Betätigung der Relais B und C zur Folge. Selbstverständlich ist es ohne weiteres möglich, die in Fig. 1 dargestellten Relais bzw. die Funktion ihrer mit a. h und c- bezeichneten Kontakte unter Verwendung der bekannten Regeln der Booleschen Schaltalgebra auch durch digitale, elektronisch arbeitende Schaltglieder zu realisieren. Eine weitere Abwandlung der in F i g. 1 dargestellten Einrichtung könnte darin bestehen, daß die in Fig. 1 in Form der zentralen Lampe L dargestellte Warneinrichtung in einem Melderelais besteht, welches dann zur Erhöhung der Betriebssicherheit nicht von parallelgeschalteten Arbeitskontakten der Relais/! bis C betätigt wird, sondern von hintereinandergeschalteten Ruhekontakten dieser Relais (Ruhestromprinzip). Dadurch kann die Betriebssicherheit der Anlage weiterhin gesteigert werden.

in Fig. 2 ist die Variante der edindungsgemäßen Überwachungseinrichtung dargestellt, welche das Prinzip der Mittelwertbildung unter gleichmäßiger Beteiligung sämtlicher jeweils auf den MiUclwertbiklner einwirkender Regelstrangspannungen auch für den gestörten Fall verwirklicht. Für gleichwirkende Elemente sind hier die entsprechenden Beziiiiszeichen der F i g. 1 übernommen worden. Die Beaufschlagung der Grenzwertmelder 14 bis 16 sowie der Relais/( bis C erfolgt genau in gleicher Weise wie bei der in Pig. I dargestellten Einrichtung; auch der sieli auf die Fehlermeldung beziehende Schaltungsteil ist praktisch unverändert beibehalten worden, als zentrale Warneinrichtung könnte hier, wie dargestellt, z. B. auch eine mit H bezeichnete Ht'pe verwendet werden. Der wesentliche Unterschied gegenüber der Einrichtung in F i g. 1 besteht darin, daß die an die Eingangsklemmcn 11, 12 und 13 anzuschließenden Strangspannungen den Eingangswiderständen über eine Parallelschaltung von Ruhekontakten jeweils der beiden Relais zugeführt sind, die bei Störung in dem betreffenden Strange ansprechen und daß mit einer Reihen-Par-

allelschalturig von weiteren Ruhekontakten dieser vom Ausgang eines Rcgelkrcisgliedes parallel beauf-

Relais der Gcgcnkopplungsvvidcrstand des Addier- schlagt werden.

Verstärkers 17 zum Teil in der Weise überbrückt Fig. 3 zeigt das Schema einer derartigen Anord-

wird, daß sich bei Abschaltung eines Regelstranges nung. Die Ausgangsgrößen 1.1. 1.2 und 1.3 dreier

vom Eingang des Verstärkers, dessen Verstärkung 5 gleichartig aufgebauter Sollwertgeber werden von

gegenüber dem ungestörten Zustand um den Faktor einer Fernübertragungseinrichtung 2 zu den Aus-

3/2 vergrößert. gangssignalen 2.1. 2.2. 2.3 verarbeitet, welche drei

Im ungestörten Fall sind sämtliche Relais A, B Kontroll- und Korrekturglieder KK entsprechend und C nicht betätigt, d.h. die ihnen zugeordneten Fig. 1 oder 2 beaufschlagen. Die Ausgänge 3.1. 3.2 Ruhekontakte a, b und c geschlossen. In der Gegen- io und 3.3 wirken als Sollwerte auf drei mit 6 bczeichkopplung des Verstärkers 17 ist somit lediglich der neten Mischstellcn, denen die Ausgangsgrößen 5.1. mit R bezeichnete Gegenkopplungswiderstand wirk- 5.2 und 5.3 weiterer Funktionsüberwachungscini ichsam, an der Ausgangsklemme 18 erscheint deshalb Hingen KK, welche in analoger Weise von drei mit 4 die mit dem Faktor 1/3 multiplizierte Summe der bezeichneten Istwertgebern beaufschlagt sind, zudrei an den Klemmen 11, 12 und 13 liegenden Ein- 15 geführt werden. Zur Überwachung der hinter den gangsspannungen. Besitzt der durch die Reihen- Mischslellcn 6 sowie den mit 8 bezeichneten Reglern parallelanordnung von Kontakten α bis b überbrückte liegenden Regelkreisabschnitte sind jeweils weitere Teil des Gegenkopplungswiderstandes genau den drei Überwachungseinrichtungen KK vorgesehen, halben Ohmwert des Widerstandes R, dann wird welche eingangsseitig in entsprechender Weise mit durch Öffnung der Ruhekontakte a, c, a. b oder b, c 20 den Ausgängen der ihnen vorgeordneten Rcgclkreisdie Summe der von zwei ungestörten Regelstrecken gliedern verbunden sind. Das in Fig. 3 dargestellte herrührenden Eingangsspannungen durch den Ad- System gestattet eine lückenlose Überwachung und dierverstärker 17 mit dem Faktor 1/2 multipliziert überaus leichte und eindeutige Fehlerortsbestim- und an die Ausgangsklemme 18 weitergegeben. Es rnung, indem, wie im Zusammenhang mit F i g. 1 tritt damit also eine verschiedene Bewichtung des 25 und 2 erläutert, das Auftreten einer Störung durch Ausgangssignals des Mittelwertbildners in bezug auf die zentrale Warneinrichtung gemeldet wird und der die Summe seiner Eingangssignal ein. Störungsort durch die den einzelnen Regelkreis-

An der Variante gemäß Fig. 2 wird in besonders abschnitten zugeordneten Meldelampen Ll bis L3

übersichtlicher Weise deutlich, wie die dort dar- bestimmt werden kann.

gestellte 2- von 3-Auswahiüberwachungsscnaiiuug 30 Die übeiwüdiüng parallel arbeitender Regler mit zwanglos auf eine 3- von 4-Auswahlüberwachungs- Intcgralanteil könnte sich insofern als problematisch schaltung (allgemein auf eine (/!-I)- von /!-Aus- erweisen, als befürchtet werden müßte, daß drei vonwahlübcrwachungsschaltung) zu erweitern wäre. Für einander unabhängige Integralregler durch unvereine 3- von 4-Auswahl wären hierzu insgesamt sechs meidliche Toleranzen bei der Bildung der Regel-[allgemein /j(/i—1) · 1/2] Dreipunktschalter für jede 35 abweichung und bezüglich des Arbeitspunktes vonmögliche Kombination von zwei Strangspannungen einander verschiedene Ausgangsspannungen anerforderlich und Ruhekontakte der jeweils drei (all- nehmen und damit auch bei ihrer an sich ordnungsgemein /! — 1) von einer Strangspannung beeinfluß- gemäßen Funktion ihnen zugeordnete Überwachungsbaren Relais wären sinngemäß zur Fig. 2 im Ein- schaltungen ungewollt zum Ansprechen bringen gangs- und Gcgcnkopplungskreis des Addierverstär- 40 würden.

kers 17 einander parallel zu schalten. Eingangs- Die in Fig. 4 angegebene Schaltung vermeidet widerstand, nicht überbrückbarer und überbrück- diesen Zustand, indem jeder der in den drei Regelbarer Teil des Gegenkopplungswiderstandes müßten strecken angeordneten Integralrcgler 22. 23 und 24 sich dann wie 4:1:1/3 (allgemein wie η: 1 :l/;i—1) durch einen mit dem Eingang der Korrckturschalvcrhaltcn. Ein 3- von 4-System bietet zwar bezüglich 45 tung KK verbundenen Gegenkopplungswiderstand/?,, spezifischer Fehlerarten noch ein größeres Maß an eine Statik erhält, welche durch eine über einen Sicherheit als das 2- von 3-System, ist aber wesent- Widerstand Rm gleicher Größe vom Au -gang 18 des lieh aufwendiger, so daß sein Einsatz vorwiegend auf Mittelwertbildners abgenommenen Mitkopplung im das Gebiet der Reaktortechnik beschränkt bleiben Normalfall vollständig kompensiert wird. Die erdürfte. 50 wähnten Toleranzen wirken sich dann nur so aus.

Die erfindungsgemäße Funktionsüberwachungs- daß die Ausgangsspannungen der drei Integralreglei

einrichtung wäre nun in einem Regelsystem mit drei 22 bis 24 nur noch geringe Differenzbeträge auf-

Strängen grundsätzlich in der Weise einsetzbar, daß weisen, welche durch eine entsprechende Justierung

drei Ausgangssignale der in den drei Regelsträngcn der Ansprechgrenzen der Dreipunktschalter in den

einander entsprechenden Regelkreisglieder durch nur 55 Kontroll- und Korrekturschaltungcn KK berücksich-

eine Überwachungseinrichtung kontrolliert bzw. tigt werden können. Auf diese Weise werden im un-

korrigiert werden und das Ausgangssignal derselben gestörten Fall die Ausgangsspannungen sämtlichei

parallel den Eingängen dreier nachfolgenden signal- Tntegralregler aneinander angeglichen, während die

verarbeitenden Regelkreisgliedern zugeführt wird. Überwachung für den gestörten Fall, d. h. beispiels-

Damit würde aber die Überwachung nach dem 2- 60 weise bei plötzlichem fehlerhaftem Anstieg der Aus-

von 3-Auswahlprinzip die Kontroll- und Korrektur- gangsspannung eines Reglers an den Endanschlag die

glieder selbst nicht mehr umfassen können als Folge bestimmungsgemäße Funktion der Überwachungs-

davon, daß mit einer solchen Anordnung das Priu- schaltung nach der zuvor beschriebenen Art gewähr-

zip der durchweg drcikanaligen Anordnung des leistet ist.

Regelsystems durchbrochen wäre. Es ist deshalb 65 In F i g. 5 ist ein Ausführungsbeispiel für die ir

zweckmäßig pro signalveiarbeitendem Regelkreis- den Fig. 1 und 2 mit 14 bis 16 bezeichneten Drei

glied eine Kontroll- und Korrekturschaltung vor- punktschalter dargestellt. Dieser besteht aus einerr

zusehen, so daß jeweils drei Korrekturschaltungen Addierverstärker 25, dessen Eingangsklemmcn 2(

und 27 die miteinander zu vergleichenden Spannungen zugeführt sind. Sein Ausgang ist über ein niederohmigcs Potentiometer 28 mit dem Bezugspotential verbunden, an dessen Abgriff ein Gegcnkopplungswiders'and 29 angeschlossen ist. Der Gegenkopplungswiderstand 29 sowie die übrigen mit den mit -- und + bezeichneten Verstärkereingängen verbundenen Widerstände sind von gleicher Größe. Der Verstärkerausgang ist über zwei in Reihe geschaltete Dioden 30, im dargestellten Beispiel Zenerdioden, mit dem Eingang eines Verstärkers 31 von einem derart hohen Verstärkungsgrad verbunden, daß

dessen Ausgangsspannung praktisch bei einer von Null verschiedenen Eingangsspannung ihre maximale Größe in der einen oder anderen Richtung einnimmt. Bei einer bestimmten, durch das Potentiometer 28 einstellbaren Differenz der an den Eingangsklemmen 26 und 27 anliegenden Spannungen, wird die Sperrspannung einer der Dioden 30 überschritten, so daß in diesem Zeitpunkt das Ausgangssignal des Verstärkers 31 schlagartig an seine Ausgangsbegrenzung ίο springt. Es kann damit also die im Blockschaltbild der Elemente 14 und 16 in Fig. 1 angedeutete Charakteristik verwirklicht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

JC? 518/278

Claims (3)

!•!ine Einrichtung dieser Art ist gemäß der deui- Patentunsprüche: seilen Patentschrift"! 277 Γ,77 bekannt. Dort werden in die einzelnen Kaniik einer redundanten Flugregel-

1. Einrichtung zur Funktionsüberwachung der anlage Fehlerindikatoren in Form von Transduktnivn einzelnen Reselstringe eines analogen mehrkana- 5 eingefügt und bei Auftreten eines Fehlers in einen ligen Regeiss stems, insbesondere mit einer 2- von Kanal sowohl der gesiörte als auch noch ein intakter 3-Auswahl. mit ständigem gegenseitigem Ver- Kanal abgeschaltet. Einerseits stellt ein Transduktor gleich der einzelnen Regelstränge und ungestörter im Zuge eines Kanals — bedingt durch die zum Teil Analogsignalweitergabe nach Abschalten eines unstetige Arbeitsweise des Tiansduktors — eine Ivgesiörten Regel" umes. dadurch gekenn- io achtüche hochfrequente Slörquelle dar. zum anderen zeichnet, daß sämtliche Regelstränge (Sl. wird es als unzweckmäßig angesehen, einen noch in-•S'2. .S'3) abschaltbar den Eingängen eines Mittel- takten Kanal abzuschalten, da dieser dann bei Aufwertbildners (17) zugeführt sind und eingangs- tr ten einer weiteren Störung in dem noch im Einseitig jeweils mit zwei Regelsl.rängen verbundene grill befindlichen Kanal keinen Beitrag mehr liefern Dreipunktschalter (14. 15, 16) vorgesehen sind, 15 kann, um das nunmehr falsche Ergebnis in Richdie Schalieinrichtungen (A, B. C) betätigen zur tun.« auf den richtigen Wert hin zu korrigieren.
Abschaltung fies gestörten Regelstranges vom Eine weitere derartige Überwachungseinrichtung Eingang des 'MJtelwertbildners sowie zur gleich- ist durch die deutsche Auslegeschrift 1 280 431 Iv-/eitiuen Veränderung der Bewichtung in Abhän- kanntgeworden. Dabei wird von den in drei Meßgigkeil von der Anzahl der verbliebenen Regel- 20 sinnigen auftretenden Signale mittels einer Maxisträiiüe entweder seines Ausgangssignals oder mumauswahl jeweils nur das jeweils größte dieser eines seiner noch anliegenden Eingangssignale. Signale zur Einwirkung auf das Stellglied gebracht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1. dadurch ge- während die Signale der beiden übrigen Meßslränge kennzeichnet, daß der Mitteiwertbildner aus lediglich zum Vergleich mitgeführt sind. Nachteilig einem Addierverstärker besteht, dessen Gegen- ~5 bei diesem Verfahren ist. daß durch diese Maximumkopplungswiderstand (R) oder dessen einer Ein- auswahl bei mit Oberwellen oder auch mit regelcatmsüriißc zugeordneter Eingamzswiderstand losen, stochasiischen Störsignalen behafteten MeLidureh die Sch .'!einrichtungen veränderbar ist. großen der zeitliche Mittelwi-rt der zur Verarbeitung

3. Einrichtunu nach Anspruch 1 oder 2. da- gelangenden Größe grundsätzlich gegenüber dem der durch gekennzeichnet, daß der Dreipunktsctialter 30 tatsächlichen Meßgröße in undefinierbarer Weise eraus einem Addierverstärker (25) vorzugsweise höht wird. Als unbefriedigend erscheint weiterhin die veränderbarer Verstärkung bestem, dessen Aus- erhebliehe Redundanz dieser Einrichtung, welche gangsgröße über zwei entgegengesetzt in Reihe darin zu sehen ist, daß von drei Meß- oder Regelpeschaltete Dioden (30) einen Kippverstärker systemen tatsächlich jeweils nur ein einzige:- im Ein-(31) beaufschlagt. 35 griff ist.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3. Die Erfindung stellt sich nun die Aufgabe, bei gekennzeichnet durch ihre abschnittsweise Ver- Funktionsüberwachungseinrichtungen der eingangs wendung in einer jeweils der Strangzahl ent- genannten Art für eine möglichst gleichmäßige Besprechenden Anzahl. aufschlagung der jeweils noch intakten Regelstränge

5. Einrichtung nach Anspruch 4 für Integral- 40 bei störsichcrer Regelsignalübertragung zu sorgen, glieder enthaltende Stränge, dadurch gekenn- Die Lösung dieser Aufgabe bestellt erfindungszeichnet. daß die Eingangsgröße des Mittelwert- gemäß darin, daß sämtliche Regelst; änge abschaltbar bildners (17) auf den Eingang eines integral- den Eingängen eines Mittelwertbildners zugeführt gliedes gegengekoppelt und die Ausgangsgröße sind und eingangsseitn jeweils mit zwei Regeldes Mittelwertbildners auf den Eingang des Inte- 45 strängen verbundene Dreipunktschalter vorgesehen gralgliedes mitgekoppelt ist. sind, die Schalteinrichtungen betätigen zur Abschal-

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5. tang des gestörten Regelstranges vom Eingang des dadurch gekennzeichnet, daß von den Schalt- Mi'.ielwertbildners sowie zur gleichzeitigen Verändeeinrichtungen jedem Strang zugeordnete Warn- rung der Bewichtung in Abhängigkeit von der Anzahl einrichtungen (Ll. L2. L3) betätigbar sind. 5° der verbliebenen Regelstränge entweder seines Aus-

7. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6. gangssignals oder eines seiner noch anliegenden Eindadurch gekennzeichnet, daß von den Schalt- gangssignale.

einrichtungen eine zentrale Warneinrichtung Auf diese Weise werden zusätzliche Störquelien

(L. Fl) betätigbar ist. in den einzelnen Regelsträngen vermieden, und sämt-

55 liehe verwendbaren Strangsignale tragen gleich-

müßig zur Bildung des Weiler zu verarbeitenden Signals bei, es wird der zeitliche Mittelwert des zu verarbeitenden Signals gegenüber dem der einzelnen

)ie vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Meßgrößen nicht verändert, und es besteht zudem richtung zur Funktionsüberwachung der einzelnen ⁶« die Möglichkeit, daß sich regellose, stochastische leistränge eines analogen niehrkanaligen Regel- Störsignale im weiter zu verarbeitenden Signal gegenems. insbesondere mit einer 2- von 3-Auswahl. einander aufheben oder sich zumindest gegenseitig ständigem gegenseitigem Vergleich der einzelnen schwächen können.

;c!stränge und ungestörter Analogsignalweiter- Die Erfindung samt ihrer weiteren AusgcstalHin-

e nach Abschalten eines gestörten Rcgelslranges. 65 gen. welche in den Unteransprüchen gekennzeichnet sie zur Erhöhung der Betriebssicherheit, bei- sind, soll nun im folgenden an Hl.ikI der Figuren :lsvcise bei der Regelung von Kernreaktoren ein- näher veranschaulicht werden,
.'zt werden kann. Die Eingangsklemmen 11. 12 und 13 einer mit KK