DE2429956C3

DE2429956C3 - Regeleinrichtung mit einem Regler und einem Stellantrieb mit mindestens zwei konstanten Stellgeschwindigkeiten

Info

Publication number: DE2429956C3
Application number: DE19742429956
Authority: DE
Inventors: Gerald 7501 Reichenbach Koschek
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-06-21
Filing date: 1974-06-21
Publication date: 1979-11-22
Also published as: ATA436175A; FR2275817A1; DE2429956A1; FR2275817B3; CH594204A5; JPS5115783A; DE2429956B2; AT345391B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung mit einem Regler, einem Stellantrieb für mindestens zwei konstante Stellgeschwindigkeiten und einem Vergleichsglied, das bei Überschreiben von einstellbaren Grenzwerten die Umschaltung der Stellgeschwindigkeiten bewirkt.

Zur Erzielung einer hohen Regelgenauigkeit in schnellen Regelstrecken wird bekanntlich bei kleinen Regelabweichungen langsam und bei großen Regelabweichungen schnell verstellt.

Zu diesem Zweck sind elektromotorische Stellantriebe mit zwei Stellgeschwindigkeiten bekannt, entweder in der sogenannten »2-Motoren-Ausführung« oder mit einem polumschaltbaren Motor. Sie werden vor allem in Verbindung mit Steuer- oder Regeleinrichtungen in unruhigen Regelstrecken oder solchen mil 5» diskontinuierlichem Betrieb eingesetzt, damit das Stellglied beim Anfahren, bei großen Änderungen der Re gel- oder Steuergröße oder im Notfall mit erhöhter Geschwindigkeit in die Regelstrecke eingreifen kann. Derartige Antriebe sind relativ aufwendig und teuer, der Anwendungsbereich demgemäß begrenzt.

Für schnelle Regelstrecken werden Stellantriebe mit kurzen Steilzeiten in der Größenordnung von einer Sekunde verJangt, was an sich nur mit proportional wirkenden, pneumatischen oder hydraulischen Stellantrieben in wirtschaftlichem Rahmen erreichbar ist. Derartige Stellantriebe werden jedoch im allgemeinen an stetigen Reglern mit kontinuierlichem Ausgangssignal betrieben, die jedoch wieder den Nachteil haben, dalJ die immer häufiger verlangten Eingriffsmöglichkeiten zur Steuerung, sei es von Hand, sei es mittels eines Rechners, nur mit relativ großem Aufwand zu verwirklichen sind.

Andererseits sind insbesondere zum Einsatz in langsamen Regelstrecken Regler mit schaltendem Ausgang, sogenannte Zwei- oder Mehrpunktregler, bekannt, die im allgemeinen mit integral wirkenden Stellantrieben, insbesondere Elektromotoren, zusammenarbeiten. Diese Kombination hat den Vorteil, daß Eingriffsmöglichkeiten für Steuerungen leicht geschaffen werden können.

Es ist auch bekannt (DE-PS 7 30 918), schaltende Regler so auszubilden, daß sie nach Überschreiten eines vorgebbaren Grenzwertes der Regelabweichung ein konstantes, stetiges Ausgangssignal abgeben, der Stellantrieb also so lange eingeschaltet bleibt, bis die Regelabweichung wieder unter den Grenzwert sinkt

In ähnlicher Weise wird bei einer in der DE-AS 19 54 636 dargestellten Schaltungsanordnung zur Einstellung eines Servo-Potentiometers in Abhängigkeit eines von der Regelabweichung abgeleiteten Signals das Servo-Potentiometer schrittweise oder stetig verstellt In einer anderen Ausführungsform der bekannten Schaltungsanordnung wird die Stellgeschwindigkeit über die in Abhängigkeit von der Regelabweichung veränderlichen Folgefrequenz der Ausgangsimpulse verstellt

Die mit schaltenden Reglern, zu denen auch die stetig-ähnlichen Regler mit impulslängenmoduliertem Ausgangssignal zu rechnen sind, erreichbaren Stellzeiten in Regelstrecken industrieller Prozesse sind häufig nicht ausreichend, um die eingangs erwähnte Forderung nach schnellem Eingreifen ohne besonderen Schaltungsaufwand erfüllen zu können.

Es besteht die Aufgabe, eine Regeleinrichtung mit einem Regler, einem Stellantrieb für mindestens zwei konstante Stellgeschwindigkeiten und einem Vergleichsglied, das bei Überschreiten von einstellbaren Grenzwerten die Umschaltung der Stellgeschwindigkeiten bewirkt, so zu verbessern, daß mit möglichst wenig zusätzlichen, serienmäßigen Schaltungselementen die Umschaltung der Stellgeschwndigkeiten zur Erreichung kurzer Stellzeiten zu bewerkstelligen ist

Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Regeleinrichtung, die gekennzeichnet ist durch einen an sich bekannten stetig-ähnlichen Regler mit impulslängenmoduliertem Ausgangssignal und nachgeschaltetem Vergleichsglied, in welchem das Reglerausgangssignal mit zeitproportionalen Grenzwerten verglichen wird und dessen Ausgangssignal eine Schalteinrichtung zur Umschaltung der Stellgeschwindigkeiten des Stellantriebs steuert.

Die Verwendung eines handelsüblichen stetigähnlichen Reglers bringt die Vorteile externer Steuereingriffe in die Regeleinrichtung mit sich.

Je nach Reglerstruktur und Einstellung der Zeitglieder kann bei Ableitung des Umschaltkriteriums aus dem Reglerausgangssignal bereits eine Umschaltung der Stellgeschwindigkeiten bzw. auch der Drehrichtung vorgenommen werden, bevor die von der Rückführung unbeeinflußte Regelabweichung, wie bei den bekannten Einrichtungen, einen vorgegebenen Grenzwert erreicht. Es kann so bei aus handelsüblichen Teilen aufgebauten Regeleinrichtungen eine größere Einsatzbreite erzielt werden.

Vorteilhaft ist die Verwendung der Regeleinrichtung in Verbindung mit einem proportional wirkenden Stellantrieb, dessen Stellgeschwindigkeit mit Hilfe stufenweise veränderbarer Hilfsenergie/.ufuhr von der Schalteinrichtung einstellbar ist.

Vorteile und lüns.il/niögliclikciten ergeben sieh ims

tier folgenden Beschreibung eines Ausfiihriingsbuispiel·» in Verbindung mit <Jer Zeichnung.

M;in erkennt die üblichen Bestandteile der Regeleinrichtung, nämlich den Regler R, der über dem Stellantriebe auf das Stellglied, das Ventil K einwirkt.

Der Regler R sei ein unstetiger Regler mit !'!-Verhalten, der mittels seines impulslängenmodulierten Ausgangssignals den Stellantrieb A schrittweise steuert.

Der Stellantrieb A ist hier nicht der übliche integral wirkende, elektromotorische Stellantrieb, sondern von proportional wirkender, also pneumatischer oder hydraulischer Bauart.

Dem Regler R wird die über den Umschalter S I die auf übliche Weise gewonnene Regelabweichung v« zugeführt, am Reglcrausgang tritt eine Impulsfolge auf, deren Tast-Pausen-Vertiältnis von der Größe der Regelabweichung abhängt, bei großer Regelabweichung lange Impulse und kurze Pausen, bei kleiner Regelabweichung kurze Impulse und lange Pausen. Auf Jen Regler R folgt ein Vergleichsglied VC. in welchem die Ausgungsimpulsedes Reglers mit einem zeitp-opor· tionalcn Gren/weri ι \ verglichen werden, f 1 entspricht beispielsweise 200 msec, bleiben die Impulslängen vom Rcglcruusgang unter dieser Zeitgröße, so wird von dem Vergleichsglied VG ein Ausgangssignal r I auf das St(MiLi werk SlV gegeben, welches den Stellantrieb A \erau!ußi. mit der langsamen Stcllgcschwindigkeil i',| Jjs Stellglied /u betätigen. Werden die Ausgangsimpulse des Reglers R langer als der eingestellte zeitliche (Iren/wert, so gibt das Vergleichsgüed VCf das Ausgangssignal r2 auf das Steuerwerk .SVK welches in dem Stellantrieb A die schnellere Stellgeschwindigkeit ι,.-CiIiSCh₁IItCt.

Bc; ,Kieumatischen oder hydraulischen Stellantrieben im ci;ic derartige Umschaltmöglichkeit auf zwei konstante Stellgeschwindigkeiten auf einfache Weise, auch i.nchtrüglich, vorzusehen, indem die pro Zeiteinheit zHgeführten Mengen des Arbeitsmittels stufenweise veränderbar gemacht werden, In dem gezeigten Baispiels ist sebematiseh dargestellt, dqö dus der Stellgeschwindigkeit κ,ι entsprechende Signa! ein Magnetventil MI betätigt, welches den Weg für eine bestimmte, der Stellgeschwindigkeit proportionale Menge des Arbeitsmittels des hydraulischen Stellantriebs freigibt. Entsprechend wirkt das der zweiten Stellgeschwindigkeit v_yi entsprechende Signal auf ein Magnetventil ΜΊ, welches einen größeren Durchfluß und damit eine höhere Stellgeschwindigkeit ermöglicht. Man erkennt auch, daß eine dritte Stellgeschwindigkeit v,i_T z. B. für Schnellschluß in Notfällen, ohne weiteren Aufwand im Stellantrieb durch gleichzeitige Betätigung

•5 der Magnetventile M\ und Λ/2 erzielt werden kann. Schaltungsseitig ist dazu lediglich im Vergleichsglied VC ein weiterer Grenzwert vorzusehen.

In der Figur ist auch noch die Möglichkeit dargestellt, beispielsweise zum automatischen Anfahren eines Prozesses, die Regelabweichung v„ mittels des Schalters .9 I auf einen parallel zu Regler und Vergleichsglied geschalteten Grenzwertmelder GM zu lege/i, wobei je nach Größe der Regelabweichung über das Steuerwerk SW verschiedene Stellgeschwindigkeiten des Stcllantriebs A einstellbar sind. In gleicher Weise ist eine Steuerung von Hand mittels der den beiden Stellgeschwindigkeiten i'_V| und i',2 zugeordneten Taster T\ und T2 möglich.
Der Einfachheit halber sind in dem Schaluingsbeispicl lediglich die Schalimöglichkcitcn für eine StcHrichtung angegeben, für die andere Stellrichtung gilt das Gezeigte in gleicher Weise. Es ist so bei entsprechender Einstellung des Verglcichsgliedcs VG, des Steuerwerks .VtVund der Magnetventile M I und Λ/2 möglich, eine Vielzahl von Geschwindigkeitsprofilen zu erzielen, unter anderem auch unsymmetrische, d. h.. daß für jede Stellrichtung unterschiedliche Geschwindigkeitsstufen den gleichen Grenzwerten zugeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Regeleinrichtung mit einem Regler, einem Stellantrieb für mindestens zwei konstante Stelige- s schwindigkeiten und einem Vergleichsglied, das bei Oberschreiten von einstellbaren Grenzwerten die Umschaltung der Stellgeschwindigkeiten bewirkt, gekennzeichnet durch einan an sich bekannten stetig-ähnlichen Regler (R) mit impulslän- to genmoduliertem Ausgangssignal und nachgeschaltetem Vergleichsglied (VG), in welchem das Reglerausgangssignal mit zeitproportionalen Grenzwerten verglichen wird und dessen Ausgangssignal eine Schaheinrichtung (SW) zur Umschaltung der Stellgeschwindigkeiten (ν#, vyi) des Stellantriebs (A) steuert

2. Regeleinrichtung nach Anspruch I₁ gekennzeichnet durch einen proportional wirkenden Stellantrieb, dessen Stellgeschwindigkeit mit Hilfe stu- fenweise veränderbarer Hüfscncrgiczufuhr von der Schalteinrichtung (SW) einstellbar ist.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen pneumatischen oder hydraulischen Stellantrieb, dessen Stellgeschwindigke'n. durch von der Schalteinrichtung (SW) betätigte: Magnetventile (MX, M2) in parallel geschalteten Hilfsenergiezuleitungen einstellbar ist.