DE2148806C2 - Schaltungsanordnung zur stoßfreien Hand/Automatik-Umschaltung in einem Prozeßreglersystem - Google Patents

Description

a. der mit dem Erdpotential verbundene Anschluß des ersten Kondensators (82) wird vom Erdpotential gelöst und mit dem invertierenden Eingang des ersten Differenzverstärkers verbunden, der gleichzeitig vom Widerstand (66) gelöst wird,

b. der nicht invertierende Eingang des ersten Differenzverstärkers wird mit dem Erdpoiential verbunden,

c. der Verbindungspunkt (48) des Widerstandes (50) und des zweiten Kondensators (b0) wird

vom nicht invertierenden Eingang (86) des ersten Differenzverstärkers (90) gelöst und mit dem dem Erdpoteniial abgewandten Anschluß des Widerstandes (66) verbunden.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (52) zur Begrenzung der Ausgangsspannung des zweiten Differen?verstärkers (46) vorgesehen ist, um die Linearität des allmählichen Anstiegs im Laststrt-m zu verbessern.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsbegrenzervorrichtung (52) aus einer Reihenschaltung von zwei gegeneinander gerichteten Zenerdioden (56, 58) besteht, die mit dem Ausgang (47) des zweiten Differenzverstärkers (46) und dem Erdpotential (54) verbunden ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur stoßfreien Hand/Automatik-Umschaltung in einem Prozeßreglersystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem analogen Prozeßreglersystem werden verschiedene während des Prozesses veränderliche Größen mit Hilfe von Umformern überwacht, von denen jeder ein elektrisches Signal bildet, dessen Größe proportional zu dem vorliegenden Wert der während des Prozesses vorliegenden veränderlichen Größe ist Jedes der gebildeten Signale, die im folgenden als während des Prozesses sich ändernde Signale bezeichnet sind, wird einem analogen Prozeßregler zugeführt, in dem es mit einem Sollwertsignal verglichen wird, welches entweder proportional zu einem optimalen Wert oder einem Grenzwert des während des Prozesses veränderlichen Signals ist. In der folgenden Beschreibung ist angenommen, daß das Sollwertsignal einen op'smalen Wert aufweist. Wenn eine Abweichung zwischen dem während des Prozesses sich ändernden Signa! und dem Sollwertsignal vorliegt, dann bildet der Prozeßregler ein Regelsignal, welches den Zustand des den Prozeß regelnden Bauelements, beispielsweise eines motorgesteuerten Absperrorgans regelt. Das den Prozeß regelnde Bauelement spricht auf das Regelsignal dadurch an. daß es den Betriebszustand des Prozesses so ändert, daß sich das während des Prozesses ändernde Signal dem Sollwertsignal nähert. Die einen geschlossenen Regelkreis bildende Regelvorrichtung, die den Prozeß, den Prozeßumformer, den Prozeßregler und das Prozeßregelbauelement enthält, kann auch als automatische Regelvorrichtung bezeichnet werden.

Es kann nun verschiedene Gründe dafür geben, daß eine Bedienungsperson ein besonderes, während des Prozesses sich änderndes Signal für eine bestimmte Zeit von Hand steuern möchte. Beispielsweise kann eine erfahrene Bedienungsperson feststellen, daß es besser ist, den Prozeß während der Anlaufzeit oder wahrend vorgesehener Änderungen der während des Prozesses vorliegenden Werte von Hand zu steuern. Bei einer bekannten Pro/.cßregelvorrichtung ist nur ein den Prozeß regelndes Bauelement mit dem Ausgang eines Prozeßb5 reglers verbunden. Eine Handsteuerung wird bei einer solchen Vorrichtung dadurch vorgenommen, daß die Bedienungsperson das Sollwertsignal, welches dem Prozcßrcglcr zugeführt wird, einstellt.

In einigen Prozeßregel vorrichtungen werden jedoch mehr als ein den Prozeß regelndes Bauelement durch einen einzigen Prozeßregler geregelt. Zur einfachen Darstellung sei angenommen, daß ein einziger Prozeßregler dazu verwendet wird, Regelabsperrorgane in mehreren Zufuhrleitungen zu steuern, die ein Strömungsmittel einer größeren Verbindungsleitung zu führen. Bei einer solchen Vorrichtung ist das während des Prozesses zu überwachtnde, sich ändernde Signal gewöhnlich der Strömungsmittelstrom durch die Verbindungsleitung. Damit nun eine Bedienungsperson den Strom des Strömungsmittels durch eine der Zufuhrleitungen von Hand steuern kann, werden sogenannte Hand/Automatik-Umschalteinrichtungen zwischen einem gemeinsamen Ausgang des Prozeßreglers und die den Prozeß regelnden Bauelemente oder Absperrorgane für die einzelnen Zufuhrleitungen geschaltet. Durch diese Verwendung von Hand/Automatik-Umschalteinrichtungen kann eine Bedienungsperson den geschlossenen Regelkreis für eine bestimmte Zuführleitung öffnen und den Strom durch diese Leitung von Hand steuern. Wenn nun die Bedienungsperson den Strom durch die ausgewählte Zufuhrleitung steuert, dan? verbleiben die übrigen Zufuhrleitungen in Regelkreisen und sie werden durch Regelsignale, die von dem Prozeßregler gebildet werden, geregelt. Wenn die Bedienungsperson die ausgewählte Zufuhrleitung nicht länger steuern will, dann kann diese Zufuhrleitung wieder an den Prozeßregler angeschlossen werden.

Damit nun vermieden wird, daß der Prozeß unäerbrochen wird, sollte der Übergang zur Regelung ohne Stöße erfolgen. Das heißt, der Übergang sollte ohne plötzliche Änderungen des Regelstroms den Umformern, die mit den den Prozeß regelnden Bauelementen verbunden sind, zugeführt werden. Wenn ein Umformer einem Stromstoß während des Übergangs der Regelung oder irgendeiner anderen Zeit ausgesetzt wird, dann kann es sein, daß dieses den Prozeß regelnde Bauelement eine unbeabsichtigte Einstellung einnimmt. Wenn eines von mehreren, den Prozeß regelnden Bauelementen eine bestimmte Stellung einnehmen soll, nachdem es einem Stromstoß ausgesetzt war, dann wird der Prozeß unstabil und andere den Prozeß steuernde Bauelemente versuchen den Prozeß auf einem festen Betriebswert zu halten.

Es sollen zwar Stromstöße während des Übergangs der Regdung aus den oben genannten Gründen vermieden werden, jedoch ist es auch erwünscht, daß jedes, den Prozeß regelnde Bauelement einen Teil der Last aufnimmt, wenn eine Änderung des Prozeßbetriebs während einer Übertragung auftritt und zwar unabhängig davon, ob die Prozeßänderung durch Änderung der tatsächlichen Prozeßbedingungen oder durch Änderung des Frozeßsollwertsignals auftritt. Das heißt mit anderen Worten, daß jede Hand/Automalik-Umschalteinrichtung eine Vorrichtung aufweisen sollte, um einen allmählichen Übergang eines zugehörigen, durch den Prozeß geregelten Bauelements von Handsteuerung zur Automatikregelung zu erreichen, während das Bauelement immer noch auf Änderungen des wührend des Prozesses sich ändernden Signals oder des Sollwertsignals anspricht.

Es wurden bisher Hand/Automatik-Umschalteinrichtungen verwendet, bei denen eine Umschaltung von einem Handbetrieb auf einen Automatikbetrieb dadurch ausgeführt wuraz daß eine Bedienungsperson das Ausgangssignal der Umschalteinrichtung auf einen solchen Wert Von Hand einstciit, der bei automatischem Betrieb erforderlich ist. Wenn einmal die Einstellung des Ausgangssignals von Hand vorgenommen worden war, dann konnte die Steuerung wiederum auf diese bekannte Regelvorrichtung umgeschaltet werden. Dieses Handabgleichverfahren ist zeitraubend und nicht zufriedenstellend, da sein Erfolg vollständig von der Bedienungsperson abhängt.

Es sind Schaltungen bekannt, um eine Übertragung von Handeinstellung auf Automatikeinstellung ohne

ίο Handabglcichvorgang vorzunehmen.

Die US-PS 34 22 457 zeigt eine Anordnung mit zwei Servomotoren, die so geschallet sind, daß sie bei Automatik- und bei Handbetrieb synchron miteinander laufen und so gewährleisten, daß im Moment des Umschaltens von Automatik auf Hand und umgekehrt dem Stellglied eine gleichbleibende Stellgröße zugeführt wird.

Die aufwendige Anordnung mit Servomotoren vermeidet die aus der DE-OS 19 32 051 bekannte Schaltungsanordnung. Bei dieser wird während des Automatikbetriebes ein Kondensator auf eine dem Strom durch das Stellglied proportionale Spannung aufgeladen, welche nach Umschalten auf Hand a« Steuerspannung für eine aus einem Differenzverstärker bestehende spannungsgesteuerte Stromquelle wirkt, wobei die Schaltungsparameter so gewählt sind, daß der Strom nach der Umschaltung auf Hand vorerst konstant bleibt.

Wahrend des Handbetriebs wird ein zweiter Kondensator ebenfalls von der dem Strom durch das Stellglied proportionalen Spannung aufgeladen, so daß auch beim Zurückschalten von Hand- auf Automatikbetrieb ein stoßfreier Übergang erfolgt.

Zwischenzeitliche Änderungen des Sollwertes während des Handbetriebs werden jedoch von dieser Anordnung nicht erfaßt, was sich insbesondere störend auswirkt, wenn mit einer Prozeßregeispannung mehrere Stellglieder geregelt werden.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung der oben genannten Art anzugeben, die einfach aufgebaut ist und bei der das Prozeßregelsignal auch während des Handbetriebes auf die Hand/Automatikumschaltung eingreifen kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs I gelöst.
Wenn sich die Umschalteinrichtung in der Automa-

4^r) tikstcllung befindet, dann ist die Ausgangsimpedanz mit der Lastschaltung verbunden. Wenn sich die Umschalteinrichtung in der Handstellung befindet, dann ist die Ausgangsimpedanz mit dem Rückkopplungspfad verbunden. Der zweite Differenzverstärker 46 wird in der

so Handstellung gesättigt und bleibt im gesättigten Zustand, nachdem eine Umschaltung in die Automatikstellung vorgenommen worden ist, bis der Strom durch die Ausgangsimpedanz 50 die Spannung an dem Nebensch'ußkondensator 60 auf einen bestimmten Wert abgesenkt hat.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Dabei zeigt

F i g. I ein Blockschaltbild einer Prozeßregelvorrichtung mit einer Hand/Automatik-Umschalteinrichtung gemäß der Erfindung.

Fig.2 ein ins einzelne gehendes Schaltbild einer Hand/Automatik-Umschalteinrichtung gemäß der Erfindung,

F i g. 3 ein vereinfachtes schematisches Schaltbild der Umschalteinrichtuiig nacn F i g. 2, wobei sich diese Umschalteinrichtung in der Automatikstellung befindet und F i g. 4 ein vereinfachtes schematisches Schaltbild der

Umschalteinrichtung nach F i g. 2, wobei sich die Umschalteinrichtung in der Handstellung befindet.

Gemäß Fig. 1 ist die Prozeßveränderliche, die geregelt werden soll, der Strömungsmitteldruck in einer Verbindungsleitung 10, die von zwei kleineren Zufuhrleitungen 12 und 14 gespeist wird. Die Größe des Drucks in der Verbindungsleitung 10 wird ständig durch einen Druckumformer 16 überwacht, der ein proportionales elektrisches Signal erzeugt, welches im folgenden als ein sich während des Prozesses änderndes Signal bezeichnet ist. Das sich während des Prozesses ändernde Signal wird einem Eingang eines Prozeßreglers 18 zugeführt, dessen zweiter Eingang durch einen Sollwertgeber 20 gespeist wird. Wenn das sich während des Prozesses ändernde Signal von dem Sollwertsignal abweicht, wodurch angezeigt wird, daß der Druck sich nicht auf dem gewünschten Wert oder dem Sollwert befindet, dann bildet der Prozeßregler 18 ein Regelsignal, welches Hand/Automatik-Umschaltcinrichtungen 22 und 24 zugeführt wird, !n der Zeichnung sind ?war nur zwei solche Umschalteinrichtungen dargestellt, jedoch kann irgendeine Anzahl von solchen Umschalteinrichtungen mit dem Ausgang des Prozcßreglers verbunden werden, um irgendeine Anzahl von Zufuhrlcitungen zu regeln.

Die Hand/Automatik-Umschalteinrichtung 22, die im folgenden anhand von F i g. 2 in Einzelheiten beschrieben ist, enthält einen Umschalter, durch den diese Umschalteinrichtung in eine Automatikstellung gebracht werden kann. In dieser Stellung wird das Ausgangssignal des Prozeßreglers 18 einem Umformer 26 zugeführt. Bei der dargestellten Regelvorrichtung kann der Umformer 26 ein Umformer sein, der elektrische Größen in mechanische Größen umwandelt, wie beispielsweise ein Servomotor. Der Umformer 26 steuert die Einstellung eines Absperrorgans 28 in der Zufuhrleitung 14, um den Strömungsmittelfluß, der durch die Zufuhrleitung 14 der Verbindungsleitung 10 zugeführt wird, zu regeln. Die Hand/Automatik-Umschaltcinrichtung 22 kann auch in eine Handstellung umgeschaltet werden, in der ein Hand-Regelstrom, welcher von einer Handeinsteileinrichtung 30 abgegeben wird, den Steuerstrom für den Umformer 26 bildet. Wenn sich die Hand/Automatik-Station 22 in ihrer Handstellung befindet, dann werden der Umformer 26 und das Absperrorgan 28 von dem geschlossenen Regelkreis getrennt, in dem sich der Prozeßregler 18 befindet

Die Hand/Automatik-Umschaiteinrichtung 24 ist ähnlich wie die Umschalteinrichtung 22 angeordnet, in dem sie einen Umformer 32 entweder dadurch ansteuert, daß sie das automatische Regelsignal, welches von dem Prozeßregler 18 gebildet ist, weiterleitet oder dadurch, daß sie ein Handsteuersignal, welches in einer Stromquelle einer Handeinstelleinrichtung 34 gebildet wird, überträgt Der Umformer 32 steuert die Stellung eines Absperrorgans 36 in der Zufuhrleitung 12, um die Menge des Strömungsmittels, welches durch die Zufuhrleiiung 12 der Verbindungsleitung 10 zugeführt wird, zu regeln.

Es kann vorkommen, daß eine Bedienungsperson unter bestimmten Verhältnissen den Strömungsmittelfluß durch eine der Zufuhrlcitungen 12 und 14 von Hand steuern möchte, während die andere Zuführleitung weiterhin geregelt werden soll. Es sei nun einmal angenommen, daß die Zuführleitung 12 40% des gesamten Strömungsmättelzuflusses liefert, der erforderlich, isi. um einen Sollwertdruck in der Verbindungsleitung 10 zu bilden, während die Zufuhrleitung 14 die verbleibenden 60% liefert. Wenn nun die Bedienungsperson den Strömungsmiuel/.ufluü durch die Zufuhrleitung 12 vermindern möchte, während der Druck in der Verbindungsleitung 10 auf dem Sollwert bleibt, dann werden in der Hand/Automatik-Umschalteinrichtung 24 die Umschalter betätigt, um die Umschalteinrichtung 24 auf den Handbetrieb umzustellen. Das Umschalten von der Automatikstcllung in die Handstellung wird dabei ohne Änderung des Ausgangssignals der Umschalteinrichlung 24 vorgenommen. Deshalb werden direkt nach dem Umschalten der Umschalteinrichtung 24 in die Handstellung die Zufuhrleitungen 12 und 14 40% bzw. 60% des Strömungsmittelzuflusses liefern, der zur Einstellung des Sollwertdruckes erforderlich ist. Eine Bedienungsperson kann dann durch Einstellung des Stroms, der von der Handeinstelleinrichtung 34 abgegeben wird, die Stellung des Absperrorgans 36 von Hand einstellen. Es sei fernerhin angenommen, daß die Bedienungsperson den Strömungsmittelzufluß durch die Zufiihrleitung 12 auf die Hälfte seines früheren Wertes vermindern möchte, um die Belastung der Pumpe, die mit der Zufuhrleitung 12 verbunden ist, zu vermindern. Beim Schließen des Absperrorgans 36 vermindert sich der Strömungsmittelzufluß durch die Zufuhrleitung 12, der der Vcrbindungsleitung 10 zugeführt wird, auf 20% des Wertes, der erforderlich ist, um den Sollwertdruck aufrecht zu erhalten. Wenn die Einstellung des Absperrorgans 28 und der Zufuhrleitung 14 nicht geändert werden, dan^rf ergibt sich bei den neuen Werten des Strömungsmittelzuflusses durch die Zufuhrleitungen 12 und 14 nur 80% des Strömungsmittelzuflusses, der zur Aufrechterhaltung des Sollwertdruckes für die Verbindungsleitung 10 erforderlich ist.

Wenn jedoch die Verbindung der Hand/Automatik-

J5 Umschalteinrichtung 24 zu dem geschlossenen Regelkreis mit dem Prozeßregler 18 unterbrochen wird, wird jedoch noch nicht die Verbindung der Hand/Automatik-Umschalteinrichtung 22 zu dem geschlossenen Regelkreis unterbrochen. Wenn beim Schließen des Absperrorgans 28 cine Abweichung zwischen dem Sollwertsignal und dem während des Prozesses sich ändernden Signal auftritt, dann wird durch den Prozeßregler 18 ein Regclsignal dem Umformer 26 über die Umschalteinrichtung 22 zugeführt, so daß das Absperrorgan 28 um den Betrag geöffnet wird, der erforderlich ist, damit der Druck in der Vcrbindungsleitung 10 bis auf den Sollwert erhöht wird. Wenn die Menge des Strömungsmittels, die durch die Zufuhrleitung 12 zugeleitet wird, von Hand von 40% auf 20% vermindert wird, dann wird die Menge des Strömungsmittels, die durch die Zufuhrleitung 14 zugeleitet wird, automatisch von 60% auf 80% erhöht

Wenn die Bedienungsperson den Zufluß durca die Zufuhrleitung 12 nicht langer von Hand steuern möchte, dann wird der Umschalter in der Hand/Automatik-Umschalteinrichtung betätigt, so daß diese Umschalteinrichtung in ihre Automatikstellung zurückgeführt wird. Um rasche Änderungen des Abgabedruckes in der Verbindungsleitung 10 zu verhindern, wird durch eine Hand/Auiomatik-Umschalteinrichtung gemäß der Erfindung während des Übergangs ein schräg ansteigendes Ausgangssignal vorgesehen, welches den Strömungsmittelzufluß durch die Zufuhrleitung 12 von dem von Hand eingestellten Wert von 20% auf den automatisch einzustellenden Wert von 40% linear erhöht, wenn

b5 sich der Sollwert nicht geändert hat. Wenn sich der Strömungsmittelzufluß durch die Zufuhrleitung 12 erhöht, dann nimmt der Strömungsmittelzufluß durch die Zuführleitung 14 wegen der normalen Regelwirkung Ii-

Zl tO OUO

near von einem Wen von 80% auf einen Wert von 60% ab.

In der obigen Beschreibung wird davon ausgegangen, daß sich der Sollwert während der Übergänge der Umschalteinrichtungen nicht ändert. Wenn sich der Sollwert beispielsweise um plus 20% ändert, dann erzeugt der Prozeßregler ein Regelsignal, welches beide Absperrorgane 28 und 36 zu öffnen suchi. damit der StrömuH₆smittelzufluß. der zur Einhaltung des erhöhten Druckwertes erforderlich ist, erhöht wird. Gemäß der Erfindung spricht ein Absperrorgan auf alle Änderungen des Ausgangssignals des Prozeßreglers an. wenn die mit dem Absperrorgan verbundene Umschalteinrichtung sich in ihrer Automatikstellung befindet, und zwar selbst während des schräg ansteigenden Übergangs von Handbetrieb auf Automatikbetrieb.

In Fig. 2 ist eine Hand/Automatik-Umschaltcinrichtung in Einzelheiten dargestellt, und sie weist eine Eingangsanschlußklemme 38 auf, durch die das Ausgangssignal eines ProzeUreglers aufgenommen wird. In der folgenden Beschreibung wird das Ausgangssignal des Prozeßreglers 18 als Regelsignal bezeichnet, um es von einem Handsteuersignal zu unterscheiden, welches der Umschalteinrichtung über eine Handsignaleingangsanschlußklemme 40 zugeführt wird. Ein in der Umschalteinrichtung erzeugter Ausgangsstrom, der so entweder in der Automatikstellung oder in der Handstellung gebildet wird, wird einer Lastschaltung der Umschaltcinrichtung zugeführt, die eine Last 42 aufweist, die beispielsweise die elektrische Anordnung eines Umformers elektrischer in mechanische Größen sein kann, beispielsweise eines Servomotors. Die Lastschaltung enthält auch einen Rückkopplungswiderstand 66, der mit der Last 42 in Reihe geschaltet ist.

Die Umschalteinrichtung weist eine Verstärkerschaltung 44 auf, die einen Differenzverstärker 46 mit großer Eingangsimpedanz enthält, dessen nichtinvertierter Eingang mit der Eingangsanschiußkiemrhe 38 verbunden ist. Eine Ausgangsanschlußklemme 47 des Verstärkers 46 und eine Schaltungsausgangsanschlußklemme 48 sind mit dem ersten und dem zweiten Anschluß einer Ausgangsimpedanz 50 verbunden. Die Impedanz 50 hat vorzugsweise nur einen ohmschen Anteil. Die maximale positive oder negative Spannung, die am Ausgang des Verstärkers 46 erscheinen können, werden durch eine Spannungsbegrenzerschaltung 52 begrenzt, die zwei in Gegenrichtung geschaltete Zenerdioden 56 und 58 aufweist, die in Reihe zwischen die Ausgangsanschlußklemme des Verstärkers 46 und eine Masseanschlußklemme 54 geschaltet sind. Die Eingangsanschiußkiemme 38 und die Ausgangsanschlußklemme 48 der ersten Verstärkerschaltung 44 sind durch einen Nebenschlußkondensator 60 miteinander verbunden. Der Nebenschlußkondensator 60 wird dazu verwendet, einen allmählichen Hand-Automatik-Übergang bei einer Betriebsart auszuführen, die in der noch folgenden Beschreibung in Einzelheiten beschrieben ist Der zweite oder der invertierende Eingang des Differenzverstärkers 46 ist mit einer Rückkopplungsschleife verbunden, die einen Widerstand 62 aufweist, der direkt über einen Leiter 64 mit dem oberen Anschluß des Rückkopplungswiderstands 66 verbunden ist. Der Rückkopplungswiderstand 66. der einen relativ geringen Widerstandswert aufweist, wird von dem Laststrom der Umschalteinrichtung durchflossen und er gibt eine Rückkopplungsspannung ab. die direkt proportional dem durch die Last 42 fließenden Strom ist

Die Stromquelle 74 einer der Handeinstelleinrichtungen der Vorrichtung enthält eine Gleichspannungsquel-Ic 68 für positive Gleichspannungen, die mit der Handeingangsanschlußklemme 40 über einen strombegrenzenden Widerstand 70 und einen normalerweise offenen ■i Druckknopfschalter 72 verbunden ist. Die Stromquelle 74 der Handeinstelleinrichtung enthält auch eine Glcichspannungsquelle 76 für negative Spannungen, die in Reihe mit einem Strombegrenzungswiderstand 78 und einem zweiten normalerweise geöffneten Druckknopfschalter 80 geschaltet ist. Wenn sich die Umschaltcinrichtung in der Handstellung befindet, dann kann eine Bedienungsperson den Strom, der der Handeingangsanschlußklemme 40 zugeführt wird, dadurch ändern, daß der eine oder der andere der Druckknopfschalter 72 und 80 heruntergedrückt wird, wodurch die Ludung auf einem Integrationskondensator 82 verändert wird, der zwischen die Eingangsanschlußklemme 40 und das obere Ende des Rückkopplungswiderstands 66 geschaltet ist. Eine weitere ins einzelne gehende Be-Schreibung ist im letzten Teil der Beschreibung gemacht.

Die Handeingangsanschlußklemme 40 und die Schaltungsausgangsanschlußklemme 48 und der Rückkopplungsleitcr 64 sind mit einem Umschalter oder einem Schaltabschnitt 84 verbunden, der drei Unterabschnitte 84a, 846 und 84c aufweist. Jeder der unteren Abschnitte des Schaltabschnitts 84 weist einen bewegbaren Kontakt und zwei feststehende Kontakte auf, die mit den Bezeichnungen A und M versehen sind. Wenn sich die Umschalteinrichtung in der Automatikstellung befindet, dann ist der bewegbare Kontakt in jedem Unterabschnitt elektrisch mit dem stationären Kontakt A verbunden. Wenn sich die Umschalteinrichtung in ihrer Handstellung befindet, dann ist der bewegbare Kontakt in jedem Unterabschnitt elektrisch mit dem stationären Kontakt M verbunden. Es sind zwei Ausgangsanschlußleitungen 86 und 88 des Schaltabschnitts 84 mit der nieniinvcfiierendcii und der invertierenden Eingangsanschiußkiemme eines zweiten Verstärkers 90 mit großer Eingangsimpedanz verbunden.

Der Ausgang des Verstärkers 90 ist mit einem Strom verstärker verbunden, der einen PNP-Transistor 92 enthält, dessen Emitteranschluß mit einer positiven Spannungsquellc und dessen Kollektoranschluß mit der Last 42 verbunden ist. Der Strom, der durch den Kollektor des Transistors 92 fließt, ist eine Funktion des Ausgangsstroms des Verstärkers 90.

Die in den F i g. 3 und 4 dargestellten vereinfachten schematischen Darstellungen werden dazu verwendet, so die Wirkungsweise der Hand/Automatik-Umschalteinrichtung, wie sie oben beschrieben worden ist, während Jer normalen Wirkungsweise in ihrer Automatikstellung und in ihrer Handstellung und während des Übergangs zwischen der Handstellung und der Automatikstellung zu beschreiben. Einzelheiten der Unterabschnitte in dem Schaltabschnitt 84 sind weggelassen, indem alle freien Leitungsenden weggelassen sind und indem die direkten elektrischen Verbindungen anstelle von Verbindungen über feste und bewegbare Kontakte dargestellt sind. Um die Beschreibung zu vereinfachen und eine Verbindung zwischen der Fig.2 und den F i g. 3 und 4 herzustellen, werden in den F i g. 3 und 4 für die gleichen Bauelemente wie in F i g. 2 die gleichen Bezugszeichen verwendet.

Im folgenden wird nun der Übergang vom automatischen Betrieb zum Handbetrieb beschrieben. Wenn sich die Hand/Automatik-Umschalteinrichtung in ihrer Automatikstellung befindet, dann gibt sie das Regelsignal.

ί. 1 -T\J \J\J\J

ty welches der Anschlußklemmt 38 zugeführt wird, weiter. ;| Der Weg des NebenschluDsignals verläuft über den Ne- £· benschlußkondensator 60, den Differenzverstärker 46, β den Ausgangswiderstand 50, den Differenzverstärker jjä 90, den PNP-Transistor 92, die Last 42 und den Rück- ^:{| kopplungswiderstand 66. Dem Differenzverstärker 46 P wird ebenso wie dem Differenzverstärker 90 über den ?| Leiter 64 eine die Verstärkung stabilisierende Rück- φ kopplungsspannung zugeführt, durch die die Spangs nungsverstärkung der Umschalteinrichtung auf den H Wert 1 begrenzt wird. Diese Rückkopplungsspannung |j wird der invertierenden Eingangsanschlußklemme des , ■; Verstärkers 46 über den Widerstand 62 und der inver- - tierenden Eingangsanschlußklemme des Verstärkers 90 _:.. direkt zugeführt. Bei einer bevorzugten Ausführungs- ;;: form der Erfindung ändert sich die Ausgangsspannung i'i des Verstärkers 46 und die Spannung an dem Rück- }^f- kopplungswiderstand 66 in einem Bereich von 1 bis >;$ 5 Volt. Wenn sich die Umschalteinrichtung in ihrer Au-■| tomatikstellung befindet, dann ist die Handsignal-Ein-Pi gangsanschiußkiemme 4ö mit Masse verbunden um den ;.^!j Integrationskondensator 82 parallel /u dem Rückkopp- ü lungswiderstand 66 zu schalten.

<:.. Während des normalen automatischen Betriebs ist

■'( der Verstärker 46 nicht gesättigt. Das Spannungssignal jr» im Bereich von 1 bis 5 Volt, welches an der Ausgangsan-M schlußklemme 47 erscheint, ist eine Funktion des Ein- ^ gangssignals an der Anschlußklemme 38 und es ist ge-[j ringer als die Durchbruchspannung einer der Zcner-I Dioden 56 und 58.

■fj Die Umschalteinrichtung wird dadurch von ihrer Au-

|| tomatikstellung in ihre Handstellung umgeschaltet, daß Is, die bewegbaren Kontakte in den Unterabschnitten 84;i, 3 84f> und 84c des Schaltabschnitts 84 bewegt werden, so H daß eine direkte elektrische Verbindung mit den Kon-H takten M vorgesehen wird. Bei einer bevorzugten Aus-IS führungsform wird der Schaltabschnitt 84 durch ein ein- |i ziges Hand/Automatik-Umschaltrelais (nicht dargeg stellt) gesteuert, so daß das Schalten in den Unterabschnitten im wesentlichen gleichzeitig vorgenommen wird. Sobald das Umschalten beendet ist. nimmt die Umschalteinrichtung die Handstellung ein. die in F i g. 4 vereinfacht dargestellt ist. In dieser Stellung ist der Ausgang des Differenzverstärkers 46 nicht mehr mit dem Eingang des Differenzverstärkers 90 verbunden, er ist jedoch für eine Gegenkopplungswirkung mit dem Rückkopplungswiderstand 66 verbunden. Mit der invertierenden Eingangsanschlußklemme des Differenzverstärkers 90 ist eine Stromquelle 74 einer Handeinstelleinrichtung verbunden, während die nichtinvertierende Eingangsanschlußklemme des Verstärkers 90 mit Masse verbunden ist.

Es wurde bereits festgestellt, daß der Kondensator 82 während des automatischen Betriebs parallel zu dem Rückkopplungswiderstand 66 geschaltet ist und daß er sich bis auf den Wert der Rückkopplungsspannung auflädt. Es wurde auch bereits festgestellt, daß die Handsignaleingangsanschlußklcmme 40 in der automatischen Anordnung geerdet ist. Während des Übergangs auf die Handanordnung ist das Potential an der Handsignaleingangsanschlußklemme 40 und folglich an der invertierenden Eingangsanschlußklemme des Verstärkers auf Massepotential. Da die nichtinvertierende Eingangsanschlußklcmme für den Verstärker 90 in der Handanordnung mil Masse verbunden ist, befinden sich beide Eingangsanschlußklemmen des Verstärkers 90 direkt nach dem Übergang auf Massepotemiai. Da keine Differenzspannung an den Eingangsanschlußklemmen des Verstärkers 30 während des Übergangs vom automatischen Betrieb zum Handbetrieb anliegt, bleibt das Ausgangssignal des Verstärkers 90 vorerst auf dem Wert, der während des stabilen automatischen Betriebs direkt vor dem Übergang zu dem Handbetrieb vorgelegen hat. Wenn die Umschalteinrichtung in ihrer Handanordnung arbeitet, dann kann der Strom, der der Last 42 zugeführt wird, dadurch geändert werden, daß die Größe des Stroms, die von der Stromquelle 74 an die Handsignal-Eingangsanschlußklemme 40 abgegeben wird, eingestellt wird. Nachdem die Ladung auf dem Kondensator 82 geändert worden ist, verhindert die hohe Eingangsimpedan'/ des Verstärkers 90, daß sich der Kondensator 82 in irgendeinem größeren Ausmaß entlädt. Der Kondensator hat für den Strom, der von der Stromquelle 74 abgegeben wird, eine integrierende Wirkung, so daß der Laststrom und die Rückkopplungsspannung rampenförmig auf einen gewünschten Wert eingestellt werden können.

Im folgenden sei nun die Übertragung von Handbetrieb zum automatischen Betrieb beschrieben. Wenn sich die Umschalteinrichtung in ihrer Handeinstellung befindet, dann lädt sich der Nebenschlußkondensator 60 in der ersten Verstärkerschaltung 44 auf eine Spannung auf, die gleich der Differenz zwischen der Rückkopplungsspannung an dem Widerstand 66 und der Reglerspannung, die stetig der Eingangsanschlußklemme 38 zugeführt wird. Da die Reglerspannung, die sich nach dem Übergang aus Gründen, die weiter unten noch disjo kutiert werden, ändert, stetig dem nicht invertierten Eingang des Verstärkers 46 zugeführt wird, während eine normalerweise unterschiedliche handgesteuerte Rückkopplungsspannung der invertierenden Eingangsanschlußklemme über den Widerstand 62 zugeführt wird, J5 ergibt sich eine stetige Spannungsdifferenz, die den Verstärker 46 während des Handbetriebs in die Sättigung steuert. Es bricht dann die eine oder die andere der Zener-Dioden 56 und 58 in Abhängigkeit von der Polarität des Vcrsiärkerausgangssigrsals durch, wodurch das Vcrstärkcrausgangssignal entweder auf einen positiven oder auf einen negativen Spannungswert begrenzt wird. Zur besseren Darstellung sei angenommen, daß der Laststrom während des Handbetriebs mit HLTe der Stromquelle 74 erhöht worden ist und daß der Konden-4·; sator 60 bei seiner Verbindung mit der Anschlußklemme 48 ein positiveres Potential als bei seiner Verbindung mit der Anschlußklemme 38 aufweist. Unter diesen Bedingungen würde der erste Differentialverstärker 46 eine maximale negative Spannung erzeugen, die auf die Durchbruchspannung der Zener-Diode 58 begrenzt ist.

Wenn die Unterabschnitte 84a. 84b und 84c des Schaltabschnitts 84 zu den stationären Kontakten A bewegt werden, so daß eine Rückkehr zu der Automatikstellung vorgenommen wird, wird die »rechte Platte« des Kondensators 60 mit der Verbindungsstelle 48 zwischen dem Ausgangswiderstand 50 in der ersten Verstärkerschaltung 44 und der nichtinvertierenden Eingangsanschlußklemme des Verstärkers 90 mit großer b0 Eingangsimpedanz verbunden. Die Spannung an der »rechten Platte« des Kondensators 60 wird gleich der Rückkopplungsspannung während des Übergangs. Die Rückkopplungsspannung wird auch dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 90 in der Automatikh^r. stellung durch den Rückkopplungsleiler 64 und den Schallerunterabschnitt 84b zugeführt. Deshalb liegt an den Eingangsanschiußkiemmen des Verstärkers 90 nach dem Übergang auf die Automalikstellung keine Span-

L· I TO OW

nui£sdifferenz zwischen den Eingangsanschlußklemmen <J2S Verstärkers 90 und das Ausgangssignal dieses Verstärkers bleibt auf einem vorbestimmten Wert.

Direkt nach dem Übergang befindet sich der Differenzverstärker 46 noch in Sättigung und es liegt an der Verstärkerausgangsklemme 47 eine diodenbegrcnzte negative Spannung an. Da die Spannung an der Anschlußklemme 48 positiver ist als die Spannung an der Anschlußklemme 47 fließt ein Strom durch den Ausgangswiderstand 50 der die Spannung an der Anschlußklemme 48 ändert, und es wird eine Spannungsdifferenz zwischen den Eingängen des Differenzverstärkers 90 gebildet. Das sich ändernde Ausgangssignal des Verstärkers steuert den Laststrom und damit die Rückkopplung für die Absperrorgane, wie es für Signalspan- r, nungen zut automatischen Regelung notwendig ist. Die sich ändernde Rückkopplungsspannung, die dem invertierenden Eingang des Verstärkers 46 über einen Widerstand 62 zugeführt wird, vermindert die Differenzspannung an den Eingängen des Verstärkers 46. Wenn die Spannungsdifferenz bis auf einen bestimmten Wert vermindert wiiri, dann wird der Differenzverstärker 46 aus der Sättigung gebracht, damit die Übergangszeit beendet werden kann. Folglich wird der Strom durch den Ausgangswiderstand 50 eine Funktion des Rcgelsignals allein.

Die Änderungsgeschwindigkeil der Spannung an der Anschlußklemme 48 während der Zurückstellung zum automatischen Betrieb ist durch den Nebenschlußkondensator 60, den Ausgangswiderstand 50 und die diodenbegrenzte Ausgangsspannung des gesättigten Verstärkers 46 bestimmt, wobei dann wiederum die absolute Spannung an der Anschlußklemme 48 und folglich der Strom durch die Last 42 eine Funktion dieser ausgebildeten Spannung ist und ferner auch eine Funktion y> irgendwelcher Änderungen des Eingangssignals ist, welches der Anschlußklemme 38 während des allmählichen Übergangs zugeführt wird. Beispielsweise sei angenommen, daß während des Handbetriebs die Rückkopplungsspannung gleich 4 Volt ist, während die Eingangsspannung an der Anschlußklemme 38 gleich 1 Volt ist. Der Nebenschlußkondensator 60 würde sich auf eint Spannung von 3 Volt aufladen. Wenn dann zum automatischen Betrieb zurückgekehrt wird, nimmt die Spannung an dem Kondensator 60 wegen des Stromes durch den Ausgangswiderstand 50 ab. Wenn sich, nachdem die Spannung an der Anschlußklemme 48 auf einen angenommenen Wert von 3,0 Volt geändert hat, das Reglcrsignal. welches der Anschlußklemme 38 zugeführt wird, plötzlich von 1,0 auf 1,5 Volt erhöht, und zwar entweder wegen einer Änderung des Sollwertsignals oder eine Änderung des während des Prozesses sich ändernden Signals die dem Prozeßregler zugeführt werden, dann würde der Anstieg von 05 Volt im Eingangssignal über den Kondensator 60 zu der Anschlußklemme 48 übertragen werden, so daß das Potential an dieser Anschlußklemme auf 3,5 Volt erhöht wird.

Das erhöhte Potential an der Anschlußklemme 48 führt dazu, daß der Verstärker 90 den Strom an der Last 42 erhöht Da die Spannung von 2,0 Volt an dem Kondensator 60 durch Änderungen des Eingangssignals nicht beeinflußt wird, wird die Spannung an dem Kondensator 60 von 2,0 Volt auf 0 Volt abnehmen, bis der Verstärker 46 aus der Sättigung gebracht wird.

Es wurde eine Hand/Automatik-Umschalteinrichtung b5 beschrieben, bei der eine allmählich ansteigende Spannung gebildet wird, um einen allmählichen Übergang vom Handbetrieb in den Automatikbetrieb vorzusehen.

während das Ausgangssignal der Hand/Automatik-Unischalteinrichtung den Änderungen des Eingangssignals zu dieser Einrichtung ständig folgt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur stoßfreien Hand/Automatikumschaltung in einem Prozeßreglersystem bei dem der Strömungsmitteldruck einer prozeßveränderiichen über die zugeführte Menge mindestens einer Verfahrensgröße geregelt wird, mit wenigstens einem Stellglied (28, 36). für die Verfahrensgröße, dessen Stellung über einen von der Schaltungsanordnung gespeisten elektrischen Umformer (42) bei Automatikbetrieb mittels eines Soll/Istwertvergleichers (18) geregelt, bei Handbetrieb von einer Handsteuervorrichtung (74) gesteuert wird, mit einem einseitig an Erdpotential angeschlossenen Widerstand (66) an dem eine dem Strom des elektrischen Umformers (42) proportionale Spannung abfällt, mit einem ersten Differenzverstärker (90), dessen Ausgang den Strom durch den elektrischen Umformer (42) regelt, indem bei Automatikbetrieb der invertierende Eingang (88) des. ersten Differenzverstärkers (90) mit dem dem Erdpotential abgewandten Anschluß des Widerstandes (66) verbunden ist, während am nichtinvertierenden Eingang (86) des ersten Differenzverstärkers (90) eine stromproportionale Steuerspannung anliegt,

mit einem ersten Kondensator (82), der bei Automatikbetrieb auf eine dem Strom durch den elektrischen Umformer (42) proportionale Spannung aufgeladen ist, wobei einer seine» Anschlüsse mit dem Erdpotential und dem Ausgang der Handsteuerung verbunden ist \ip.d wobei dieser Anschluß nach Umschaltung auf Handbetrieb so mit der Schaltungsanordnung verbunden wivd, daß er als Integrationskondensator für die Handsieuersparinung wirkt, mit einem zweiten Differenzverstärker (46). dessen Ausgang an dem nichtinvertierenden Eingang des ersten Differenzverstärkers (90) angeschlossen ist und an dessen Eingang (38) bei Automatikbetrieb eine der Regelgröße proportionale Spannung zur Umwandlung in die stromproportionale Steucrspannung für den ersten Differenzverstärker (90) angeschlossen ist.

mit einem zweiten Kondensator (60), der einerseits an den Steuereingang des zweiten Differenzverstärkers (46), andererseits an eine der stromproportionalen Steuerspannung proportionalen Spannung angeschlossen ist,

dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kondensator (82) bei Automatikbetrieb dem Widerstand (66) parallel geschaltet ist, daß zwischen dem Ausgang (47) des zweiten Differenzverstärkers und dem Anschlußpunkt (48) des zweiten Kondensators (60) ein Widerstand (50) geschaltet ist und daß bei Umschaltung auf Handbetrieb folgende Schaltungen getätigt werden: