DE2103294C3

DE2103294C3 - Pneumatic control device

Info

Publication number: DE2103294C3
Application number: DE19712103294
Authority: DE
Inventors: Lothar 6082 Mörfelden Kemmler
Original assignee: Samson AG
Current assignee: Samson AG
Filing date: 1971-01-25
Publication date: 1977-01-27

Description

ches verschiebbar ist Die linke Seite des Waagebalkens 10 ist zu einer Prallplatte 12 verlängert, die der Mündung einer Auslaßdüse 13 gegenüberliegt.Ches is slidable The left side of the balance beam 10 is extended to a baffle plate 12, which the Mouth of an outlet nozzle 13 is opposite.

Der Waagebalken 10 steht unter der Wirkung der Druckkräfte von vier Metallfederbälgen. Auf den linken Waagebalkenarm wirkt von oben ein Istwenbalg 1 und von unten ein Sollwertbalg S. Auf den rechten Waagebaikenarm wirkt von oben ein Rückführbalg R und von unten ein Nachstellbalg N. The balance beam 10 is under the effect of the compressive forces of four metal bellows. On the left Waagebalkenarm acting from above and from below 1 Istwenbalg Sollwertbalg S. On the right Waagebaikenarm acting from above and from below, a feedback bellows R Nachstellbalg N.

Der Istwertbalg / ist durch eine Leitung 14 mit einer Leitung 40 im Leitgerät 2 und über eine weitere Leitung 61 mit einer Abnahmestelle der Regelstrecke 3 verbunden, vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines Meßwertwandlers 62. Durch diese Leitungen wird der Istwertdruck X auf den Istwertbalg I übertragen. Im Leitgerät 2 ist an die Druckleitung 40 ein Istwertanzeiger 44 angeschlossen.The actual value bellows / is connected by a line 14 to a line 40 in the control unit 2 and via a further line 61 to an acceptance point of the controlled system 3, preferably with the interposition of a transducer 62. The actual value pressure X is transmitted to the actual value bellows I through these lines. In the control device 2, an actual value indicator 44 is connected to the pressure line 40.

Der Sollwertbalg S steht über eine Leitung 15 und eine Leitung 41 im Leitgerät 2 mit einem Sollwertsteller 42 in Verbindung, der aus einer Druckluftquelle 25 über eine Zuluftleitung 50 mit Druckluft gespeist wird. An die Leitung 41 ist im Leitgerät 2 ein Sollwertanzeiger 43 angeschlossen. An die Zuluftleitung 50 ist eine Leitung 26 angeschlossen, welche über eine Drossel 16 die Auslaßdüse 13 mit Druckluft speist. An die die Drossel 16 mit der Auslaßdüse 13 verbindende Leitung 17 dieser Kaskade ist ein Verstärker 18 angeschlossen, der ebenfalls aus der Leitung 26 mit Druckluft gespeist wird. Der Verstärker 18 verstärkt den Kaskadendruck und führt denselben als Stelldruck Y durch eine Steuerdruckleitung 19 in das Leitgerät 2 und von dort über den Schalter 46 eines Umschalters 45 und eine weitere Leitung 48 in den Arbeitsraum eines Regelventils 60.The setpoint bellows S is connected via a line 15 and a line 41 in the control device 2 to a setpoint adjuster 42, which is fed with compressed air from a compressed air source 25 via a supply air line 50. A setpoint indicator 43 is connected to line 41 in control unit 2. A line 26 is connected to the supply air line 50 and feeds the outlet nozzle 13 with compressed air via a throttle 16. To the line 17 of this cascade connecting the throttle 16 to the outlet nozzle 13, an amplifier 18 is connected, which is also fed from the line 26 with compressed air. The booster 18 amplifies the cascade pressure and guides it as control pressure Y through a control pressure line 19 into the control unit 2 and from there via the switch 46 of a changeover switch 45 and another line 48 into the working chamber of a control valve 60.

Von der L eitung 48 zweigt ferner eine Rückführdruckleitung 49 ab, die über ein Absperrorgan oder -ventil 23 mit der Eingangsleitung 21 des Rückführbalges R verbunden werden kann. Von der Eingangsleitung 21 zweigt im Regler 1 eine Kurzschlußleitung 9 ab, die unmittelbar in die Steuerdruckieitung 19 mündet. In die Kurzschlußleitung 9 ist ein weiteres Absperrorgan oder -ventil 22 eingebaut. Die Absperrventile 22 und 23 sind so eingerichtet, daß sie in ihren Zwischenstellungen auch als einstellbare Drosseln wirken. Von der Rückführdruckleitung 49 geht außerdem eine Leitung 24 ab, die über eine Nachstellzeitdrossel 20 in den Nachstellbalg Nführt.A return pressure line 49 branches off from the line 48 and can be connected to the input line 21 of the return bellows R via a shut-off device or valve 23. A short-circuit line 9 branches off from the input line 21 in the controller 1 and opens directly into the control pressure line 19. Another shut-off element or valve 22 is built into the short-circuit line 9. The shut-off valves 22 and 23 are set up so that they also act as adjustable throttles in their intermediate positions. From the return pressure line 49 there is also a line 24 which leads into the adjustment bellows N via an adjustment time throttle 20.

Der im Leitgerät 2 untergebrachte Umschalter 45 dient zum Umschalten der Regeleinrichtung von der automatischen Steuerung auf Handsteuerung. In der Zeichnung ist der Umschalter 45 in der Stellung für automatischen Betrieb gezeigt. Mit dem Schalter 46 des Umschalters 45 ist ein zweiter Schalter 47 gekoppelt. Wenn der Umschalter 45 auf Handsteuerung umgestellt worden ist, verbindet der Schalter 46 die Leitungen 48 und 49 mit einer an die Zuluftleitung 50 angeschlossenen Handsteuerdruckleitung 7, in die ein Handsteller 51 eingeschaltet ist. Außerdem verbindet dann der Schalter 47 eine ebenfalls an die ZuluFtleitung 50 angeschlossene Druckleitung 52 mit einer Druckleitung 53, die in den Arbeitsraum eines Mikroschalters 54 führt. Dessen Ventilklappe schaltet um und verbindet die Rückführdruckleitung 49 durch eine die Nachstellzeitdrossel 20 umgehende Überbrückungsleitung 8 unmittelbar mit dem Nachstellbalg N. Der mittels des Handstellers 51 eingestellte Druck kann dann ungedrosselt in den Nachstellbalg Ngelangen.The changeover switch 45 housed in the control unit 2 is used to switch the control device from automatic control to manual control. In the drawing, the changeover switch 45 is shown in the position for automatic operation. A second switch 47 is coupled to the switch 46 of the changeover switch 45. When the changeover switch 45 has been switched to manual control, the switch 46 connects the lines 48 and 49 to a manual control pressure line 7 connected to the supply air line 50, in which a manual control 51 is switched on. In addition, the switch 47 then connects a pressure line 52, which is also connected to the supply line 50, with a pressure line 53 which leads into the working space of a microswitch 54. Its valve flap switches over and connects the return pressure line 49 directly to the adjustment bellows N through a bridging line 8 bypassing the adjustment time throttle 20. The pressure set by means of the manual actuator 51 can then reach the adjustment bellows N without being throttled.

Wie eingangs bereits ausgeführt wurde, kann der Regler in Schwingungen geraten, wenn seine Entfernung von der Regelstrecke bzw. von dem Leitgerät sehr groß ist, wie dies im Ausführungsbeispiel vorausgesetzt sein möge. Das Absperrventil 22 ist dann geschlossen, während das Absperrventil 23 geöffnet ist. Wenn aber im Regler 1 der Rückführbalg R bzw. dessen Eingangsleitung 21 anstatt dessen durch die Kurzschlußleitung 9 direkt mit der Steuerdruckleitung 19 verbunden wird, so gelangt der Steuerdruck ohne langen Umweg sogleich in den Rückführbalg, wodurch die Schwingungen des Reglers vermieden werden.As already stated at the beginning, the controller can start to oscillate if its distance from the controlled system or from the control device is very great, as may be assumed in the exemplary embodiment. The shut-off valve 22 is then closed while the shut-off valve 23 is open. If, however, in regulator 1 the return bellows R or its input line 21 is instead connected directly to the control pressure line 19 through the short-circuit line 9, the control pressure immediately reaches the return bellows without a long detour, thereby avoiding the oscillations of the regulator.

Es ändern sich bei einer solchen Umstellung auch die Förderkenniinien der Regeleinrichtung was weitere Veränderungen im Verhalten des Reglers zur Folge hat. Bekanntlich wird die Arbeit eines pneumatischen Reglers auch von der Luftmenge beeinflußt, die der Regler zu liefern hat bzw. die von dem Regelventil oder dem sonstigen Stellglied benötigt wird. Für einen bestimmten Regler kann man das Verhältnis der Luftmenge, welche die Steuerdruckleitung pro Zeiteinheit liefert, zu der Regelabweichung in einer Förderkennlinie darstellen. Ein solches Diagramm ist in F i g. 1 dargestellt, welche die Förderkennlinien eines Pl-Reglers zeigt. In diesem Diagramm ist Q die vom Regler gelieferte Luftmenge pro Zeiteinheit und Xw die Regelabweichung. Wenn im Regler 1 keine direkte Verbindung durch die Kurzschlußleitung 9 zwischen dem Rückführbalg R und der Steuerdruckleitung 19 besteht, wobei das Absperrventil 22 geschlossen und das Absperrventil 23 geöffnet ist, d.h. wenn die Steuerdruckleitung 19 und die Rückführleitung 49 getrennt vom Regler 1 zum Leitgerät 2 geführt sind, so gilt die Fördcrkennlinie a. Wenn dagegen die Steuerdruckleitung 19 und die Eingangsleitung 21 des Riickführbalges R bereits im Regler 1 durch die Leitung 9 kurzgeschlossen sind, wobei das Absperrventil 22 geöffnet und das Absperrventil 23 geschlossen ist, so gilt die Förderkennlinie b. With such a changeover, the delivery characteristics of the control device also change, which results in further changes in the behavior of the controller. As is known, the work of a pneumatic regulator is also influenced by the amount of air that the regulator has to deliver or that is required by the control valve or other actuator. For a specific controller, the ratio of the amount of air that the control pressure line delivers per unit of time to the control deviation can be shown in a delivery characteristic. Such a diagram is shown in FIG. 1, which shows the delivery characteristics of a PI controller. In this diagram, Q is the amount of air supplied by the controller per unit of time and Xw is the control deviation. If there is no direct connection in controller 1 through the short-circuit line 9 between the return bellows R and the control pressure line 19, the shut-off valve 22 being closed and the shut-off valve 23 open, i.e. when the control pressure line 19 and the return line 49 are routed separately from the controller 1 to the control unit 2 the delivery curve a applies. If, on the other hand, the control pressure line 19 and the input line 21 of the return bellows R are already short-circuited in the controller 1 through the line 9, the shut-off valve 22 being open and the shut-off valve 23 closed, the delivery characteristic curve b applies.

Aus dem Diagramm ersieht man nun, daß man mit größeren Regelabweichungen rechnen muß, wenn man bei sehr langen Verbindungsleitungen zur Vermeidung von Schwingungen die pneumatische Schaltung nach der Förderkennlinie b vorgenommen hat. Wenn dagegen die pneumatische Schaltung des Reglers nach der Förderkennlinie a vorgenommen worden ist, so arbeitet der Regler mit kleineren Regelabweichungen, ist dafür aber sehr empfindlich. Durch die erfindungsgemäß gegebene Möglichkeit einer pneumatischen Umschaltung des Reglers von der Förderkennlinie a auf die Förderkennlinie b wird die Regeleinrichtung sehr anpassungsfähig, vor aliem wenn zusätzlich die Absperrorgane als Drosselorgane verwendet werden, so daß beide Schaltungen miteinander kombiniert werden können. Eine solche Regeleinrichtung kann für die meisten praktisch vorkommenden Regelaufgaben eingesetzt werden, ohne daß wesentliche Änderungen vorgenommen oder besondere Zusatzgeräte verwendet werden müssen.From the diagram one can see that one must reckon with larger control deviations if the pneumatic switching according to the conveying characteristic curve b has been carried out in the case of very long connecting lines to avoid vibrations. If, on the other hand, the pneumatic switching of the controller has been carried out according to the delivery characteristic a, the controller works with smaller control deviations, but is very sensitive to this. The inventively given possibility of a pneumatic switchover of the controller from the conveyor curve a to the conveyor curve b makes the control device very adaptable, especially when the shut-off devices are also used as throttling devices so that both circuits can be combined with one another. Such a control device can be used for most practical control tasks without having to make significant changes or use special additional devices.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Claim:

Pneumatic control device with a regulator whose bellows balance beam is under the action of an actual value bellows, a setpoint bellows, a feedback bellows and a counterforce (adjusting bellows or compression spring) and, by means of a device consisting of a baffle plate, nozzle, throttle and amplifier, sets a control pressure that the actuator of the control circuit actuated via a control pressure line leading to the controlled system or to a control system upstream of the control system and pressurized on the return bellows via a return pressure line leading from the actuator or from the control unit into the input line of the return bellows, the input line of the return bellows being connectable either to the return pressure line or to the control pressure line , characterized in that the tap for the application of pressure to the return bellows (R) can be selected spatially directly on the controller (1).

2525th

The invention relates to a pneumatic control device with a controller, the bellows balance beam under the action of an actual value bellows, a setpoint bellows, a feedback bellows and a counterforce (Adjuster bellows or compression spring) and by means of a baffle plate, nozzle, throttle and amplifier Device sets a control pressure that the actuator of the control circuit via a to the controlled system or to a control pressure line leading to the control system upstream and actuated the Return bellows via a leading from the actuator or from the master device into the input line of the return bellows Return pressure line acted upon, the input line of the return bellows either to the Return pressure line or can be connected to the control pressure line.

From the reference "Regelstechnische Praxis" from November 1960, Issue 4, pp. 161 to 164, in particular Fig. 3 on p. 162, a PI controller with control unit and feedback is known, in which the input line of the return bellows either to the return pressure line coming from the control unit or from the controlled system or can be connected directly to the control line via a short-circuit line.

With pneumatic control devices of this type, depending on the spatial. Realities of the to be controlled system, practically cannot avoid that due to the physical properties of the pipelines between actuator and controller or between master device and controller or between actuator and master device, and in particular unwanted delays occur due to their volume and flow resistance. These delays can lead to instability of the controller. Are the distances between Regulator and actuator small, then you will first try to control the return pressure to the actuator tap leading voluminous line. Since here a predetermined by the design of the control system If there is a feedback delay, the actuating speed is high in the case of small actual value jumps. At the same time, however, there is a growing tendency towards instability. Especially with long lines, the Main control loop unstable. For this reason, a Relatively short length of the return line in the order of magnitude of 5 to 6 m prescribed. This requires again that the distance between the controller and the master device may only be about half of this distance, namely about 2.50 to 3 m. If this condition cannot be achieved, other control measures are required necessary; best known is the connection of a relatively large volume with the pneumatic one Servomotor. As a result, the time constant in the feedback branch is so large that the delay caused by the feedback caused phase shift of the signal is harmless. Such a volume is natural unfavorable for the regulation, because the entire regulation becomes sluggish, and this only for the reason, Maintain the location of the feedback tap if the distance between the controller and the master device is a certain Limit.

The invention is based on the object of an adaptation option to create different distances between controller and actuator without special additional devices are required.

According to the invention, this object is achieved by that the tap for pressurization of the return bellows can be selected directly on the controller is.

This eliminates the need to use a special volume of a known type. In the case of a big one Distance between controller and control unit, the input line of the return bellows is connected to the Control pressure line. If the distance between the controller and the master device is small, the input line is closed of the return bellows to the return pressure line. This can be done by means of simple shut-off devices take place, which can also serve as throttles if necessary.

The main advantage of the invention is that in the not uncommon spatial arrangement of the controller on the valve (field controller) by simply selecting the position of the shut-off devices on the controller without further aid measures ensure sufficient stability. When using the shut-off devices as Throttles not only ensure stability, but also feel your way to the edge of stability, so you can Combine stability with maximum actuating speed. In any case, a stable behavior is achieved of the controller even if the distance between the controller and the master device is as large as desired without any special additional ones Measures such as damping devices, in particular volume, which the dynamics of the controller would worsen.

In the drawing, the invention is illustrated in one embodiment, for example.

F i g. 1 shows a diagram with the delivery characteristics of a control device with a PI controller, while

F i g. 2 schematically illustrates a control device with a PI controller according to the invention.

The in F i g. The control device shown in FIG. 2 consists of a controller 1, a control unit 2 and a controlled system 3. These structural units are connected to one another by pneumatic lines, namely the Controller 1 is relatively far away from control device 2 and controlled system 3.

The controller 1, in the present case a PI controller, works according to the bellows balance principle. The balance beam 10 is tiltable about a pivot point 11, which for the purpose of changing the proportional range