DE2300477C2 - Umschaltvorrichtung zur Umschaltung eines pneumatischen Reglers von Handbetrieb auf Regelbetrieb - Google Patents

Description

— einem ersten pneumatischen Umschalter (9), der in seiner Stellung »Regelbetrieb« den Ausgangsdruck (S) des Reglers (1) und in seiner Stellung »Handbetrieb« einen HilfsSteuerdruck (P) einem Stellglied (3) zuführt,

— einem zweiten pneumatischen Umschalter (13), der gleichzeitig wie der erste Umschalter (9) gesteuert ist und den Sollwertdruck-Eingangsanschluß (C) des Reglers (1) in der Stellung »Regelbetrieb« mit dem Solldruck und in der ^lj Stellung »Handbetrieb« mit einem mit dem Istwertdruck verknüpften Druck verbindet und

— einem dritten pneumatischen Umschalter (14), der gleichzeitig mit dem ersten und dem zweiten pneumatischen Umschalter (9 bzw. 33) steuert»? r ist und die integralkammer (4) des Reglers (i) in der Stellung »Handbetrieb« mit dem Hüfssteuerdruck (/^verbindet,

dadurch gekennzeichnet,daß:

a) der Sollwertdruck-Eingangsanschluß (6) mit einer pneumatischen Kapazität (11) verbunden ist

b) der Sollwertdruck in der Stellung »Regelbetrieb« dem Sollwertdruck-Eingangsanschluß (6) über pinen pneumatischen Widerstand (10) zugefünrt ist, und

c) der dritte Umschalter (14) in der Stellung »Regeibctrieb« dit integ; aikammer (4) des Reglers (1) abtrennt, so Ai '< der Ausgangsdruck (S) nach einer Umschaltung von »Handbetrieb« in »Regelbetrieb« progressiv den zuvor eingestellten Sollwert wieder annimmt

2. Umschaltvorrichtung nach Anspruch 1 für einen PID-Regler mit getrennter D-Stufe, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Sollwertdruck-Eingangsanschluß (C) des Reglers (1) verbundene Umschalter (13) so angeschlosren ist daß dieser Anschluß (C) in der Stellung ^Handbetrieb« den von dem istwertdruck abhängigen Ausgangsdruck der D-Stufe (16) empfängt.

3. Umschaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß der pneumatische Widerstand (10) einstellbar ist

4. Umschaltvorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Steuereinrichtungen für die Umschalter (9, 13, 14) mechanisch sind.

5. Umschaltvorrichtung nach einem der Ansprüehe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtungen fi-r die Umschalter iß, i5„ i4) pneumatisch sind.

6. Umschaitvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalter (9,13,14) ferngesteuert sind,

7. Umschaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Umschaltvorrichtung zur Umschaltung vom Regelbetrieb in den Handbetrieb kombiniert ist

35 Die Erfindung betrifft eine Umschaltvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Umschaltvorrichtung ist aus der US-PS 29 39 472 bekannt Sie umfaßt einen pneumatischen Umschalter, der in seiner Stellung »Regelbetrieb« den Ausgangsdruck des Reglers und in seiner Stellung »Handbetrieb« einen Hüfssteuerdruck einem Stellglied zuführt Ein weiterer pneumatischer Umschalter wird gleichzeitig mit dem vorgenannten Umschalter betätigt und verbindet in der Stellung »Regelbetrieb« den Sollwertdruck-Eingangsanschluß des Reglers mit dem Solldruck und in der Stellung »Handbetrieb« mit einem mit dem Istwertdnick verknüpften Druck. Schließlich ist ein dritter pneumatischer Umschalter vorgesehen, der gleichzeitig mit den beiden vorgenannten Umschaltern betätigt wird und die Integralkammer des Reglers in der Stellung »Handbetrieb« mit dem Hüfssteuerdruck verbindet Beim Umschalten von »Handbetrieb« auf »Regelbetrieb« wird als Sollwert derjenige Wert übernommen, den der gemessene Istwert am Ende des Handbetriebes hatte. Wird nun wieder von Regeibetrieb auf Handbetrieb umgeschaltet, so wird zunächst durch einen Schieber der Sollwert abgetrennt und isoliert und gleichzeitig über einen weiteren Schieber die Verbindung mit dem gemessenen Istwert hergestellt Da Sollwert und Istwert voneinander verschieden sind, tritt am Regier ein Druckstoß auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe ugrunde, das Auftreten von Druckstößen sowohl beim Obergang von Handbetrieb in Regelbetrieb als auch in umgekehrter Richtung zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst

Durch die erfindungsgemäße Umschaltvorrichtung erfolgt nach dem Umschalten von Handbetrieb auf Regelbetrieb eine allmähliche Übernahme des in der vorhergehenden Regelphase vorhandenen Sollwertes. Im Gegensatz zu der bekannten Umschaltvorrichtung verbleibt also der neue Sollwert nicht auf dem zuvor während der Handbetriebsphase gc'tenden Meßwert Nachdem sich der Meßwert a«s den irijheren Sollwert angeglichen hat kann bei einem erneuten Umschalten von Regelbetrieb auf Handbetrieb kein Druckstoß mehr auftreten.

Aus »Messen und Regeln in der chemischen Technik«, Berlin 1964, Seiten 1194 bis i 198, ist es an sich bereits bekannt zur stoßfreien Umschaltung von Handbetrieb auf Regelbe'.rieb die StelizJten des Reglers zu verändern, indem die Drosseln der Verzögerungsglieder mit Umgängen versehen werden, die im Handbetrieb wirksam, im Regelbetrieb jedoch unwirksam sind.

Aus »Regeiungsiechnische Praxis«, !960, Seiten 161 bis 164, ist es an sich bereits bekannt, zur stoßfreien Umschaltung von Handbetrieb auf Regelbetrieb die Drücke empirisch aneinander anzugleichen, indem der Gang des Steuerdruckes beobachtet wird.

Uas KroDiem des stoürreien umschaitens von Regelbetrieb auf Handbetrieb ist jedoch in den beiden obengenannten Druckschriften nicht gelöst

Schließlich ist es aus der DE-AS 12 52 448 an sich bereits bekannt, eine SoJlwert-FiJterung mittels Kapazität Und Drossel vorzunehmen, um eine Dämpfung von Sollwertstößen zu erreichen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteranspriichen angegeben.

Ausführungsbeispiele werden anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines pneumati-

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sehen Reglers, der mit einem herkömmlichen Umschalter zur Umschaltung vom Handbetrieb in den Regeibetrieb ausgestattet ist,

F i g. 2 den gleichen Regler, der mit einer Umsrhaitvorrichtung nach der Erfindung ausgestattet ist, und

Fig.3 eine Detailansicht einer Abänderung der Anordnung von Fig.2 für den Fall eines PID-Reglers mit getrennter D-Stufe.

F i g. J zeigt einen üblichen pneumatischen Regler t, in welchem der Block 2 entweder eine Pl-Stufe oder, im FpH eines Reglers mit Differentialwirkung (ohne getrennte D-Stufe) eine PID-Stufe ist Der Regler enthält eine Integralkammer 4 und einen Umsteuerschalter 5 für die Umkehrung der Wirkurgsrichtung, der es in bekannter Weise ermöglicht, das Istwe. *si<mal M und das Sollwertsignal C zu verfausc*·=«!. Das Istwertsignal M erscheint in Form eines Druc!'«;, welcher dem Anschluß 7 des Reglers 1 zugeführt wird. Das Sollwertsignal C erscheint gleich. ~'z in Form eines Drucks, welcher dem Anschlu" 6 ues Keglers zugeführt wird. Der das Ausgangssignai u .rrteilende Druck 5 wird am Ausgangsanschiuß 8 abgenommen. Ferner ist ein Betriebsartumschalter 9 vorgesehen. Wenn sich der Betriebsartumschalter 9 in der Stellung »Regelb trieb« befindet, wird der Druck S dem Stellglied zugeführt, das durch ein Ventil 3 gebildet ist Wenn sich der Umschalter 9 in der Stellung »Handbetrieb« befindet, empfängt das Ventil 3 den Hilfsdruck P, der als »Handsteuerdruck« wirkt Der Druckunterschied (S-P) stellt den Wert des Druckstoßes am Ventil 3 beim Übergang vom Handbetrieb zum Regelbetrieb und umgekehrt dar.

I i g. 2 sind wieder die Teile 1 bis 9 der Anordnung von g. 1 vorhanden. Zusätzlich sind Teile tO bis 15 vorgesehen, die nachstehend genauer erlaufen werden und in Verbindung mit den Teilen 1 bis 9 die beabsichtigte Wirkung ergeben.

Ein vorzugsweise einstellbarer pneumatischer Widerstand 10 ist vor dem Anschluß 6 in der Zufuhrleitung für den Soilwertdruck Cangeordnet Hinter dem pneumatischen Wider .tand 10 ist eine pneumatische Kapazität 11 mit dem Anschluß 6 verbunden. Ein Druckabgriff 12 ist an die Integralkammer 4 angeschlossen. Zwei zusätzliche pneumatische Umschalter 13 und 14 sind über eine Verbindung 15 beliebiger An, beispielsweise eine mechanische Verbindung, mit dem Umschs'ter 9 verbunden. Der Umschalter 13 ist so angeschlossen, daß der Ansch'uß 3 im Handbetrieb den !stv, ertdrurk Mund im Regelbetrieb den Sollwertdruck C empfängt der durch das aus dem Widerstand 10 und der Kapazität 11 bestehende System gefiltert ist. Der Umschalter 14 ist so angeschlossen, daß die Inttjralkammer 4 im Regelbetrieb abgetrennt ist und im Handbetrieb den Hilfsdruck Püber den Di jckabgriff 12 empfängt.

Es ist leicht zu erkennen, daß im Regelbetrieb der RegLr 1 in der gleichen Weise wie in dem in F i g. 1 dargestellter: Ta!! arbeitet. Der Regier empfängt nämhch dann am Anschluß 6 den Sollwertdruck C und am Anschluß 7 den Istwertdruck M, und die Integralkammer 4 ist abgetrennt. Der einzige Unterschied besteht darin, daß der Sollwertdruck C dem Anschluß 6 über das aus dem Widerstand 10 und der Kapazität 11 bestehende System zugeführt wird. Ein? schnelle Änderung des Sollwertdrucks C wirkt sich daher nur allmählich auf den Anschluß 6 des Reglers 1 aus, was zur Folge hat, daß eine plötzliche Änderung des Drucks Sund ein sicn daraus ergebender Druckstoß am Ventil 3 vermieden wird

Im Fall eines PI-Reglers entspricht der Ausgangsdruck Sim Regelbetrieb dem folgenden Ausdruck:

S= K(C- M) + I

wobei K der Verstärkungsfaktor der Proportionalwirkung und / der Wert des in der Integralkammer 4 herrschenden Drucks sind. Der Wert von K ist je nach der Stellung des Umsteuerschalters 5 positiv oder negativ.

ίο Im Handbetrieb empfängt der Regler 1 dagegen am Anschluß 6 den Istwertdruck M anstelle des Sollwertdrucks C, und die Integralkammer 4 ist mit <!eir, Hilfsdruck P in Verbindung gebracht Der Ausgangsdruck Swird dann:

S= K(M - M) + P

Der Ausgangsdruck Sist also gleich dem Hilfsdruck P, der zum Ventil 3 übertragen wird. Wenn man nun durch Einwirkung auf die Umschalter 9, 13, 14 vom Handbetrieb zum Rtgelbetrieb übergeht, kann keine augenblickliche Änderung stattfinden. Einesteils kann räumlich der Druck am Anschluß 6. der gleich dem Istwertdruck M war, wegen der Zeitk^'«stante des aus dem Widerstand 10 und der Kapazität 11 !^stehenden Systems nur allmählich auf den Wert des Sollwert irucks C gehen, und andrerseits kann sich auch d.*r Druck in der Integralkammer 4, der gleich dem Hilfsdruck P war, nur allmählich ändern, da er aus dem durch ein (in der Zeichnung nicht dargestelltes) Widerstands-Kapazitäts-System gefilterten Ausgangsdruck S erzeugt wird und im Augenblick der Umschaltung dieser Ausgangsdruck S genau gleich dem Hilfsdruck P ist Bei der dargestellten Anordnung ist also der Druckstoß bei dem Übergang des PI-Reglers aus dem Handbetrieb in den Regelbetrieb beseitigt, und die Geschwindigkeit der Rückkehr zu dem normalen Regelbetrieb hängt im wesentlichen von der zuvor erwähnten Zeitkonstante ab, die eingestellt werden kann, da der Widerstand 10 einstellbar ist

so Im Fall eines PID-Reglers ist der Ausgangsdruck Sim Regelbetrieb:

S = K(C-M') + f

mit

k AM

XJ' UJT t " U/H

M=M + — ·

K üt

Darin bezeichnet Aden Verstärkungsfaktor der Diffe- v rentialwirkung. Somit gilt:

S = K(C-M) +/-A-

UM at

Im Handbetrieb wird der Ausgangsdruck S: , , d.W

d/

Also

S = P-Ic

UM Ut

Im Augenblick des Übergangs vom Handoetrieb auf den Regelbetrieb grht der Druck am Ventil 3 von dem Wert P auf den Wert P - k ■ dM/di über. Das Ventil 3 erfährt dann im Prinzip einen Übergangs-Druckstoß mit

der Amplitude k ■ dM/di (Amplitude der Differentialwirkung). Dieser Druckstoß ist praktisch vernachlässigbar, denn die Umschaltung erfoigt dann, wenn der Druck M stabilisiert ist, wenn also άΜ/άί klein ist. Dieser rein theoretische Druckstoß fehlt vollkommen, wenn der PID-Regler eine getrennte D-Stufe enthält.

Diese AusfOhrungsform ist in Fig.3 dargestellt. Der Umschalter 13 ist in diesem Fall vor der D'Stufe 16 angeordnet Der Druck am Anschluß 6 des Reglers I beträgt hier M', und der Ausgangsdruck wird im w Handbetrieb:

Sτ- K(M¹ ■ M')+ P= F

Im Augenfal'¹. '■: lies üt>erg.iiigs νύ.τΐ Hanuoe'rieb zinn Regelbetrieb bleibt der Druck am Ventil 3 daher gleich P und ändert sich dann allmählich. Der Übergangs-Druckstoß ist hier somit vollkommen unterdrückt. Dieses Ergebnis kt im übrigen auch ganz offensichtlich, wenn man bemerkt, daß die Anordnung von Fig.3 derjenigen von F i g. 2 für den Fall äquivalent ist, daß der als Pl-Regier -usjreführte Regler 1 den Druck M' anstelle des Drucks M empfinge. Wie m ersehen war. würde in diesem Fall die Umschaltanordnung jeden Übergangs-Druckstoß, unabhängig von dem Wert von M, unterdrücken.

Die beschriebene Vorrichtung weist den Vorteil auf, daß sie den Übergangs-Druckstoß unabhängig von dem Wert der Regelabweichung (M-C) unterdrückt, was mit den bisher bekannten Vorrichtungen nicht erreicht werden konnte. Diese Vorrichtung kann in vorteilhafter Weise auch einer üblichen Anordnung zugeordnet werden, die es ermöglicht, den Übergang vom Regelbetneb zum Handbetrieb ->hnt Übergangs-Druckslr>3 durchyuführen, so daß sich der Übergang von jeder der oeiden Sehaitstclüwijt- '". die agiere Schaltsteifung unter den günstigsten Eeding-ingen vollzieht.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt So könnten beispielsweise im Fall eines von der Steuerstelle entfernten Reglers die Umschalters, 13 und 14 durch mechanische Mittel ferngesteuert sein, die an die Stelle der mechanischen Verbindung 15 treten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

23 OO Patentansprüche: ίο 20

1. Umschaltvorrichtung zur Umschaltung eines pneumatischen Reglers von Handbetrieb auf Regelbetrieb, mit