DE2520933C3

DE2520933C3 - Elektro-pneumatischer Stellungsregler

Info

Publication number: DE2520933C3
Application number: DE19752520933
Authority: DE
Inventors: Rolf-Juergen Dipl.-Ing. 6382 Friedrichsdorf Kelm; Guenter Dipl.-Ing. 6000 Frankfurt Kochen
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1975-05-10
Filing date: 1975-05-10
Publication date: 1980-12-04
Also published as: FR2311349A1; NL7604749A; DE2520933B2; DE2520933A1; NL179096C; FR2311349B1; GB1550940A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektro-pneumatischen Stellungsregler mit elektrischem Vergleich zwischen der Soll-Stellung und der Ist-Stellung eines pneumatischen Stellgliedes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der DE-PS 15 88 245 ist ein elektro-pneumatischer Stellungsregler bekannt, bei dem die Netzspannung über ein Trägerfrequenz-Systetii auf einer Gleichspsnnungs-Signalleitung zusammen mit der Führungsgröße übertragen wird. Eine elektrische Eingangsschaltung trennt im Stellungsregler Netzspannung und Führungsgröße. Die Ist-Stellung eines pneumatischen Stellgliedes wird elektrisch abgebildet und in einem elektrischen Differenzverstärker mit der der Soll-Stellung des Stellgliedes entsprechenden Führungsgröße verglichen. Dem elektrischen Differenzverstärker ist ein elektro-pneumatischer Leistungsverstärker nachgeschaltet, dessen Ausgangssignal dem pneumatischen Stellglied zugeführt ist. Die in der elektrischen Eingangsschaltung des Stellungsreglers abgetrennte Netzspannung ist einem Netzteil zugeführt, das die Netzspannung in eine für die Versorgung des die Ist-Stellung des Stellgliedes elektrisch abbildenden Potentiometers und des elektrischen Differenzverstärkers geeignete Spannung umformt Hinweise, die eine elektrische Rückmeldung der Ist-Stellung des Stellgliedes in die Warte betreffen, sind in dieser Druckschrift nicht enthalten.

Aus der Druckschrift RE 316TderSchoppe& Fae^er GmbH vom August 1962 ist eine elektro-mechanische Stellungsregeleinrichtung bekannt, bei der das Stellglied ein Elektromotor ist. Ein induktiver Ferngeber, der über eine zusätzliche Leitung mit Hilfsenergie versorgt wird, formt die Ist-Stellung des Stellgliedes in ein elektrisches Ausgangssignal um. Das von dem induktiven Ferngeber abgegebene Wechselspannungssignal wird in eine Gleichspannung umgeformt, die einerseits als Rückführsignal zusammen mit dem Sollwert und dem Istwert der Regelgröße dem Eingang eines Vergleichers zugeführt wird und die andererseits als Maß für die Stellung des Stellgliedes in der Warte weitergeleitet und dort angezeigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektro-pneumatischen Stellungsregler der eingangs genannten Art zu schaffen, der in der Lage ist, die Ist-Stellung des Stellgliedes in die Warte zurückzumelden, und der — außer den für die Übertragrng des Nutzsignals erforderlichen Leitungen — keine zusätzlichen Leitungen für die Zuführung der elektrischen

Hilfsenergie benötigt.

Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch gekennzeichneten Merkmale gelöst. Der erfindungsgemäße Stellungsregler dient gleichzeitig auch als Stellungsrückmelder. Gegenüber der Verwendung eines Stellungsreglers und eines gesonderten Stellungsrückp meiders lassen sich Bauteile einsparen, wobei die Einsparung eines mit dem pneumatischen Stellglied mechanisch zu verbindenden mechanisch-elektrischen Wandlers — auch im Hinblick auf die dafür erforderlichen Justierarbeiten — besonders zu berücksichtigen ist

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Stellungsreglers sind in den Patentansprüchen 2 und 3 gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von zwei in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Die Zeichnungen zeigen:

F i g. 1 das Prinzipschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der Stellungsregeleinrichtung nach der Erfindung und die elektrische Verbindung mit einer Warte über zwei zweiadrige elektrische Leitungen und

Fig.2 das Prinzipschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der Stellungsregeleinrichtung nach der Erfindung und die elektrische Verbindung mit einer Warte über eine dreiadrige elektrische Leitung.

In Fig. 1 ist ein Führungsregler t in einer Warte 2 über eine zweiadrige Leitung 3 mit dem elektrischen Eingang der Stellungsregeleinrichtung 4 verbunden. Ein eingeprägter Strom /„ überträgt das Führungssignal für den Stellungsregler 4. Der eingeprägte Strom ;„ ist -un Gleichstrom, für den das Einheitssignal 4...2OmA entsprechend 0... 100% des Führungssignals gewählt ist Eine elektrische F.ingangsschaltung 5. die im einfachsten Fall aus einem ohmschen Widerstand 5' und einer Stabilisierungsschaltung 5" besteht, leitet aus dem eingeprägten Strom i_w eine diesem proportionale Spannung u_w und eine konstante Spannung Uk ab. Als Regler der Steüungsregeleinrichtung 4 dient ein elektrischer Differenzverstärker 6 mit einstellbarer Verstärkung. Dieser Differenzverstärker 6 vergleicht die Spannung u» mit der Ausgangsspannung u, eines mechanisch-elektrischen Wandlers 7, der die Stellung χ eines pneumatischen Stellventils 8 in eine elektrische Gleichspannung umformt, die der Stellung des pneumatischen Stellventils 8 entspricht. Der elektrische Differenzverstärker 6 gibt als Ausgangssignal einen elektrischen Gleichstrom i_y ab, der ein Maß für die Differenz zwischen den Spannungen u» und U_x ist. Dem elektrischen Differenzverstärker 6 ist ein elektro-pneumatischer Leistungsverstärker 9 nachgeschaltet, der den Ausgangsgleichstrom ι, des elektrischen Differenzverstärkers 6 in einen Druck p_y umformt, der zur Ansteuerung des pneumatischen Stellventiles 8 dient. Über eine pneumatische Leitung 10 wird dem elektro-pneumatischen Leidtungsverstärker 9 die pneumatische Hilfsenergie (Zuluft) zugeführt. Über eine zweite pneumatische Leitung 11 ist der elektro-pneumatische Leistungsverstärker 9 mit Atmospnärendruck (Abluft) verbunden. Die Stellung χ des pneumatischen Stellventiles 8 wird über ei- ~?stänge 12 auf den Eingang des mechanisch-elektrischen Wandlers 7 übertragen.

Die Anzeige der Stellung des pneumatischen Stellventiles 8 in der Warte 2 erfolgt unter Mitverwendung der Ausgangsspannung u_x des mechanisch-elektrischen Wandlers 7 über einen gegengekoppelten elektrischen Verstärker 13 und über eine zweiadrige elektrische Leitung 14. Der gegengekoppelte elektrische Verstärker 13 besteht aus einer hochohmigen Eingangsstufe 15 und einer niederohmigen Ausgangsstufe (Transistor 16 und G egenkopplungs widerstand 17 im Emitterzweig des Transistors 16).

Zur Versorgung des elektrischen Differenzverstärkers 6, des mechanisch-elektrischen Wandlers 7 und der Eingangsstufe 15 des gegengekoppelten elektrischen Verstärkers 13 dient die von der Eingangsschaltung 5 abgegebene konstante Spannung Uk-

Die Versorgung der Ausgangsstufe 16, 17 des gegengekoppelten elektrischen Verstärkers 13 erfolgt durch ein Meßumformerspeisegerät 18 in der Warte 2 über die Leitung 14. Über die Leitung 14 fließt ein eingeprägter Gleichstrom i_x, der ein der Ausgangsspannung u_x des mechanisch-elektrischen Wandlers 7 proportionales Signal in die Warte 2 überträgt, wo es durch ein in Einheiten der Stellung χ des pneumatischen Stellventiles 8 skaliertes elektrisches Anzeigegerät 19 angezeigt wird. Für den eingeprägten Gleichstrom i_x ist das Einheitssignal 4 ... 20 mA entsprechend 0... 100% der Stellung χ des pneumatischen Stellventiles 8 gewählt Die hochohmige Eingangsstufe 15 des gegengekoppelten elektrischen Verstärkers 13 bildet die Differenz aus der Ausgangsspannung U_x des mechanisch-elektrischen Wandlers 7 und der am Gegenkopp-Iungswiderst«nd 17 abgegriffenen Spannung u_g, die proportional dem Ausgangsstrom /» der niederohmigen Ausgangsstufe 16, 17 des gegengekoppelten elektrisehen Verstärkers 13 ist. Dieser Strom stellt si«.h so ein, daß die Differenz zwischen den Spannungen U_x und u_g praktisch zu Null wird.

F i g. 2 zeigt das Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispieles der Stellungsregeleinrichtung nach der Erfindung, in dem nur drei Adern einer elektrischen Leitung erforderlich sind, um die elektrische Verbindung zwischen der Warte und der Stellungsregeleinrichtung herzustellen. Gleiche Bauelemente sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 versehen. Über die gemeinsame Ader 20 der Leitungen 3 und 14 fließt die Summe der Gleichströme /* und i_x von der Warte 2 zum Stellungsregler 4. Der Gesamtstrom /„, + /»teilt sich im Stellungsregler 4 wieder in zwei Teilströme auf. Über den ohmschen Widerstand 5' fließt der dem Führungssignal propotional Gleichstrom /„ und über den Gegenkopplungswiderstand 17 fließt der der Stellung χ des Stellgliedes 8 proportionale eingeprägte Gleichstrom i_x- Die positive Ausgangsklemme des mechanischelektrischen Wandlers 7 ist mit dem gemeinsamen

so Schaltungspunkt des ohmschen Widerstandes 5' und des Gegenkopplungswiderstandes 17 verbunden. Die positiven Potentiale der Gleichspannungen u_w, u_x und u_g sind also miteinander verbunden. Da der Gegenkopplungswiderstand 17 im Emitterzweig des Leistungstransistors 16' liegt und die Stromflußrichtung vorgegeben ist, ergibt sich der Leitfähigkeitstyp des Leistungstransistors 16' zwangsläufig. Ebenfalls bedingt durch die Stromflußrichtung sind die positive Anschlußklemme des Führungsreglers 1 und diejenige des Meßumformerspeisegerätes 18 mit der gemeinsamen Ader 20 verbunden.

Verbindet man nicht die positiwn Potentiale der Gleichspannungen u_w, U_x und u_g miteinander, sondern die negativen Potentiale dieser Gleichspannungen, so kehrt sich die Stromflußrichtung um, als Leistungstransistor des gegengekoppelten elektrischen Verstärkers ist ein npn-Transistor zu verwenden und die negative Anschlußklemme des Führungsreglers 1 und diejenige

des Meßumformers 18 sind mil der gemeinsamen Ader 20 zu verbinden. Auch in diesem Fall wird nur eine Leitung mit drei Adern zur Übertragung des Führungssignales und der Hilfsenergie von der Warte-ins Feld und der Übertragung der Stellung des Stellgliedes von dem Stellungsregler in die Warte benötigt.

Durch die Verwendung eingeprägter Ströme sowohl für die Übertragung des Führungssignals von der Warte zum Stellungsregler sowie für die Übertragung der Stellung des Stellgliedes von dem Stellungsregler zur Warte haben insbesondere Schwankungen des Leitungswiderstandes, z. B. infolge von Temperaturänderungen, keinen Einfluß auf die Signalübertragung zwischen Warte und Stellungsregler.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektro-pneumatischer Stellungsregler mit elektrischem Vergleich zwischen der Soll-Stellung und der Ist-Stellung eines pneumatischen Stellgliedes durch einen elektrischen Differenzverstärker, mit einem diesem nachgeschalteten elektro-pneumatischen Leistungsverstärker, dessen Ausgangssignal dem pneumatischen Stellglied zugeführt ist, mit einem mechanisch-elektrischen Wandler, der die Ist-Stellung des Stellgliedes in eine Gleichspannung umformt, deren Höhe ein Maß für die ist-Stellung des Stellgliedes ist, und mit einer elektrischen Eingangsschatung, die aus dem dem Stellungsregler zugeführten elektrischen Signal sowohl eine Gleichspannung, deren Höhe ein Maß für die Soll-Stellung des Stellgliedes ist, als auch die Versorgungsspannung für den elektrischen Differenzverstärker und den mechanisch-elektrischen Wandler ableitet, dadurch gekennzeichnet,

— daß dem mechanisch-elektrischen Wandler (7) ein gegengekoppelter elektrischer Verstärker (13; 13') mit einer Eingangsstufe (15) und einer Ausgangsstufe (16; 17) nachgeschaltet ist. der die Ausgangsspannung (u_x) des mechanisch-elektrischen Wandlers (7) in einen eingeprägten S'.rom (i_x) umwandelt,

— daß die Ausgangsstufe (16; 17) des gegengekoppelten elektrischen Verstärkers (13; 13') über zwei Adern einer Leitung (14) mit einer Warte (2) verbunden ist, über die der eingeprägte Gleichstrom #J fließt,

— daß der eingeprägte Gleichstrom (i_x)der Stellung (x) des Stellgliedes (8) entspricht und zusätzlich die Ausgangsstufe (16; 17) des gegengekoppelten elektrischen Verstärkers (13; 13') von der Warte (2) aus mit Hilfsenergie versorgt und

— daß die elektrische Eingangsschaltung (5) die Eingangsstufe (15) deε gegengekoDpelten elektrischen Verstärkers (13; 13') mit Hilfsenergie versorgt.

2. Stellungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eletrischen Eingangsschaltung (5) des Stellungsreglers (4) ein eingeprägter Gleichstrom (i_w) zugeführt ist, der aus einem konstanten Anteil und aus einem weiteren Anteil besteht, dessen Höhe ein Maß für die Soll-Stellung des Stellgliedes (8) ist

3. Stellungsregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

— daß der gegengekoppelte elektrische Verstärker (13') mindestens aus einem Differenzverstärker (15) mit hochohmigem Eingang und einem diesem nachgeschalteten Leistungstransistor (16') sowie einem Gegenkopplungswiderstand (17) im Emitterzweig des Leistungstransistors (16') besteht,

— daß die Differenz der am Gegenkopplungswiderstand (17) anstehenden Gleichspannung (ng) und der Ausgangsspannung (ujdes mechanisch-elektrischen Wandlers (7) auf den hochohmigen Eingang des Differenzverstärkers (15) geschaltet ist und

— daß jeweils die positiven oder die negativen Potentiale der durch die Eingangsschaltung (5) abgeleiteten Gleichspannung (u_w) der am Ausgang des mechanisch-elektrischen Wandlers (7)

anstehenden Gleichspannung (u_x) und der am Gegenkopplungswiderstand (17) anstehenden Gleichspannung (Ug) miteinander verbunden sind, wobei der Verbindungspunkt als Stromsummationspunkt dient und der Summenstrom (i_w+i_x) über eine Ader (20) einer dreiadrigen Leitung, die die elektrische Verbindung zwischen der Warte (2) und dem Stellungsregler (4) herstellt, zur Warte (2) fließt, wobei über diese Ader (20) sowohl der der Eingangsschaltung (5) des Stellungsreglers (4) zugeführte eingeprägte Gleichstrom (i_w)a\s auch der der Stellung (xjdes Stellgliedes (8) entsprechende eingeprägte Gleichstrom (I_x) fließen (Fig. 2).