DE2627205A1

DE2627205A1 - Electric control of physical variables - uses signal corresponding to variable which is converted into two-step signal and applied to control element

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Publication number: DE2627205A1
Application number: DE19762627205
Authority: DE
Inventors: Joachim Ing Grad Goldmann; Peter Juchheim; Guenther Ing Grad Leib; Leonard Nick
Original assignee: Juchheim & Co M K GmbH
Current assignee: Juchheim & Co M K GmbH
Priority date: 1976-06-18
Filing date: 1976-06-18
Publication date: 1977-12-22

Abstract

The variables can be pressure, speed, rate of flow, humidity, power, temp. etc. They are controlled in a control system by control elements with proportional action. At first a signal corresponding to the variable is converted in a two-step controller (10) with a feed-back into a two-step signal which is then applied to an electric store independent from the behaviour of the control system or of control elements. Store time constant is many times greater than the two-step controller cycle, and the store output signal is applied to the control element.

Description

" Verfahren und Anordnung zum elektrischen Regeln "Procedure and arrangement for electrical control

von Zustandsgrößen durch Stellglieder mit proportionälem Stellverhalten " Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum elektrischen Regeln von Zustandsgrößen wie Druck, Drehzahl, Durchfluß, Feuchte, Leistung. Temperatur etc. durch Steliglieder mit proportionalem Stellverhalten. of state variables through actuators with proportional control behavior "The invention relates to a method for the electrical regulation of state variables such as pressure, speed, flow, humidity, power. Temperature, etc., by means of actuators with proportional control behavior.

Zweipunktregler zeichnen sich dadurch aus, daß die Stellgröße nur zwischen zwei Werten wechseln kann, z.B. zwischen "Ein" und "Aus" oder zwischen "Stark" und "Schwach". Bei elektrischen Zweipunktreglern können diese beiden Werte auch als differenzierte elektrische Pegel verstanden werden. Als Zweipunktregler kommen beispielsweise sogenannte thermostatische Schalter in Frage, bei denen das mechanische Schaltglied durch einen beweglichen Schaltkontakt gebildet wird, der beispielsweise durch Bimetalle, sich ausdehnende Flüssigkeiten etc. geschaltet wird. Zweipunktregler können aber auch beispielsweise durch temperaturabhängige Widerstände gebildet werden, denen, gegebenenfalls über einen Verstärker, ein bistabiles Schaltelement nachgeschaltet ist, welches bei Ober- und Unterschreiten bestimmter Schwellenwerte anspricht. Hierbei werden vorzugsweise Halbleiterschaltelemente verwendet. Auch dem mechanisch ge steuerten Zweipunktregler können natürlich Relais oder dergleichen nachgeschaltet werden.Two-point controllers are characterized by the fact that the manipulated variable only can switch between two values, e.g. between "On" and "Off" or between "Strong" and "Weak". These two values can be used with electrical two-position controllers can also be understood as differentiated electrical levels. As a two-point controller For example, so-called thermostatic switches come into question, where the mechanical switching element is formed by a movable switching contact that is switched for example by bimetals, expanding liquids, etc. Two-point controllers can also be used, for example, by means of temperature-dependent resistors are formed, which, optionally via an amplifier, a bistable switching element is connected downstream, which occurs when certain threshold values are exceeded or not reached appeals to. Semiconductor switching elements are preferably used here. Even the mechanically controlled two-position controller can of course relays or the like be connected downstream.

In allen Fällen ist diesen Zweipunktreglern gemeinsam, daß an ihrem Ausgang ein Stellsignal in Form von rechteckigen Impulsen gebildet wird, deren untere Grenze der minimalen und deren obere Grenze der maximalen Stellgröße entspricht. In Abhängigkeit von der Dauer der einzelnen Schaltzeiten wird hierbei jeweils ausschließlich der Minimalwert oder der Maximalwert der zu schaltenden Größe eingeschaltet, wobei der Minimalwert auch dem Wert Null entsprechen kann.In all cases these two-position controllers have in common that their Output a control signal in the form of rectangular pulses is formed, the lower The limit of the minimum and the upper limit of which corresponds to the maximum manipulated variable. Depending on the duration of the individual switching times, only the minimum value or the maximum value of the variable to be switched switched on, where the minimum value can also correspond to the value zero.

Die Folge der einzelnen Schaltvorgänge sind dauernde Schwankungen der Regelgröße um den Sollwert, wobei die Frequenz der Schwankungen vom Zeitverhalten der Regelstrecke einerseits und von der tolerierbaren Regelabweichung abhängig lXt. Die Regelabweichungen lassen sich beispielsweise dadurch verringern, daß die Schalthäufigkeit erhöht wird. Diese Maßnahme findet jedoch sehr rasch eine Grenze in den VDE-Vorschriften über die zulässigen Funt-störpegel und im Verschleiß der Schaltkontakte, wenn es sich um mechanisch bewegte,elektrische Kontakte handelt.The consequence of the individual switching processes are permanent fluctuations the controlled variable around the setpoint, the frequency of the fluctuations from the time behavior the controlled system on the one hand and dependent on the tolerable control deviation lXt. The control deviations can be, for example, thereby to decrease, that the switching frequency is increased. However, this measure takes place very quickly Limit in the VDE regulations on the permissible funnel level and in wear the switching contacts, if they are mechanically moved electrical contacts.

Bekannte Beispiele figur den Einsatz von Zweipunktreglern sind beispielsweise elektrische Bügeleisen und elektrisch beheizte Industrieöfen, bei denen der Temperaturfühler in unmittelbarer Nähe des Heizwiderstandes angeordnet ist, oder bei denen die Ist-Temperatur auf andere Weise1 z.B.Well-known examples of the use of two-point controllers are for example electric irons and electrically heated industrial ovens, where the temperature sensor is arranged in the immediate vicinity of the heating resistor, or at which the actual temperature in another way1 e.g.

durch Luftumwälzung, auf den Temperaturfühler zur Einwirkung gelangt. Den genannten Regelstrecken wohnt jedoch eine erhebliche Wärmeträgheit inne, so daß die Ist-Temperatur der zwischen O und 100½ schwankenden Leistungszufuhr nicht folgen kann. Es ist auch bereits bekannt, die Schwankungsbreite derartiger Regel strecken durch dauernde Einschaltung eines Teils der gesamten Leistung oder durch Verwendung von Zweipunktreglern mit Rückführung zu verringern. Aber auch hierbei bleibt der Einsatz des Zweipunktreglers auf Systeme mit einem durch die Trägheit bestimmten Zeitverhalten beschränkt. Man geht hierbei von der Oberlegung aus, daß die Schalthäufigkeit des Zweipunktreglers mit Rückführung größer ist als die Eigenfrequenz der Regelstrecke, so daß die einzelnen Schaltimpulse von der Regelstrecke nicht mehr aufgelöst werden.by air circulation on the temperature sensor. However, there is a considerable thermal inertia inherent in the control systems mentioned, see above that the actual temperature of the power supply fluctuating between 0 and 100½ is not can follow. It is also already known the fluctuation range of such a rule stretch by continuously switching on part of the entire service or through Reduce the use of two-position controllers with feedback. But also here the use of the two-position controller remains on systems with one due to the inertia limited time behavior. The assumption here is that the switching frequency of the two-position controller with feedback is greater than the natural frequency the controlled system, so that the individual switching pulses from the controlled system are not more to be resolved.

Es ist auch bereits bekannt, Zweipunktregler in Verbindung mit der Regelung dynamischer Vorgänge einzusetzen, beispielsweise bei der Regelung von Drehzahlen und Spannungen von elektrischen Motoren und Generatoren.It is also already known to use two-position controllers in conjunction with the To use control of dynamic processes, for example in the control of speeds and voltages from electric motors and generators.

Hierbei liegt das Zeitverhalten derartiger Regelstrecken in der Massznträgheit des Systems einerseits und in der durch die Induktivität bedingten elektrischen Trägheit andererseits begründet. Ein bekanntes Beispiel für die Ausnutzung eines solchen Verhaltens der Regelstrecke ist der sogenannte "Tirrill-Regler". Es ist auch bekannt, einen derartigen Regler mit Rückführung und Dämpfung zu versehen, jedoch ändert diese Maßnahme nicht grundsätzlich etwas än der Wechselwirkung zwischen Zweipunktregler und Regelstrecke.The time behavior of such controlled systems lies in the dimensional inertia of the system on the one hand and in the due to the inductance electrical inertia on the other hand. A well-known example of exploitation Such a behavior of the controlled system is the so-called "Tirrill controller". It it is also known to provide such a controller with feedback and damping, however, this measure does not fundamentally change anything about the interaction between Two-point controller and controlled system.

Für die Steuerung und Regelung einer ganzen Reihe von Zustandsgrößen, zu denen auch die eingangs genannten Größen zählen, sind heute unterschiedliche Stellglieder mit proportionalem Stellverhalten im Einsatz Ein bekanntes Beispiel hierfür sind die als Stellventile bezeichneten elektropneumatischen Ventile, deren Durchsatz dem jeweils aufgeschalteten Steuerstrom proportional ist. Um dieses Verhalten möglichst genau zu erreichen, besitzen derartige Stellventile beispielsweise eigene Stellungsregler und eine Vergleichseinrichtung für den Vergleich zwischen Eingangssignal und Ist-Stellung des Ventilkörpers. Der Bereich für die Steuerströme ist genormt und liegt beispielsweise zwischen 0 und 20 mA oder zwischen 4 und 20 mA. Derartige Stellventile folgen praktisch trägheitslos dem Steuerstrom. Sie würden bei Beaufschlagung mit den Steuerimpulsen eines Zweipunktreglers die Stellung AUF oder ZU einnehmen, so daß ein proportionales Stellverndlten nicht gewährleistet ist. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß die Taktfrequenz von Zweipunktreglern mit Rücksicht auf die Lebensdauer der Schaltkontakte im allgemeinen zwischen einem Schaltvorgang und sechs Schaltvorgängen pro Minute gewählt wird. Sehr häufig kommt eine Taktfrequenz im unteren Bereich zur Anwendung, d.h. es werden zwischen 1 und 4 Schalthandlungen pro Minute ausgeführt. Stellventile werden beispielsweise für die Regelung von Druck, Durchfluß und Feuchte benötigt. Ein weiteres Beispiel für Stellglieder mit Proportionalverhalten sind die sogenannten Thyristorsteller zur kontinuierlichen Leistungssteuerung, die entweder nach dem Prinzip der Impuls~ Gruppensteuerung oder nach dem der Phasenanschnittsteuerung betrieben werden können. In dem zu-letzt genannten Fall ist die Leistung der durch den sogenannten Zündwinkel "ac " bestimmten Fläche innerhalb der Sinuskurve zwischen dem Einschaltpunkt des Thyristors und dem unmittelbar darauf folgenden Nulidurchgang.)Der Zündwinkel wird hierbei so verstellt, daß die genannte Fläche, die der abgegebenen elektrischen Leistung entspricht, der Steuerspannung für den Zündwinkel direkt proportional ist.For the control and regulation of a whole range of state variables, which also include the sizes mentioned at the beginning are different today Actuators with proportional control behavior in use A well-known example for this purpose, the electropneumatic valves referred to as control valves, whose Throughput is proportional to the applied control current. To this behavior To achieve as precisely as possible, such control valves have their own, for example Positioner and a comparison device for comparing the input signal and actual position of the valve body. The range for the control currents is standardized and is, for example, between 0 and 20 mA or between 4 and 20 mA. Such Control valves follow the control current with practically no inertia. You would upon loading take the OPEN or CLOSED position with the control pulses of a two-position controller, so that a proportional adjustment is not guaranteed. Here is to take into account that the clock frequency of two-position controllers with regard to the The service life of the switching contacts is generally between one switching operation and six Switching operations per minute is selected. Very often there is a clock frequency in the lower area is used, i.e. between 1 and 4 switching operations are performed executed per minute. Control valves are for example for the regulation required by pressure, flow and humidity. Another example of actuators with proportional behavior are the so-called thyristor controllers for continuous Power control, either on the principle of impulse group control or after which the phase control can be operated. In the last one mentioned The case is the power of the area determined by the so-called ignition angle "ac" within the sine curve between the switch-on point of the thyristor and the immediate subsequent zero passage.) The ignition angle is adjusted so that the called area, which corresponds to the electrical power output, the control voltage is directly proportional to the ignition angle.

Die sogenannten Thyristorsteller folgen gleichfalls trägheitslos der jeweiligen Steuerspannung für detiiZündwinkel, und sind somit für die Ansteuerung durch einen Zweipunktregler nicht geeignet. In der riteratur wird daher auch stets angegeben, derartige Stellglieder, wie beispielsweise Steliventile und Thyristorsteller durch sogenannte kontinuierliche oder stetige Regler zu regeln. Bei diesen kann die Steligröße Y innerhalb des Stellbereichs jeden beliebigen Wert annehmen, so daß die regelmäßigen Schwankungen der Regelgröße entfallen und sich ein stabiler Gleichgewichtszustand einstellen kann. Eine Ausführungsform eines derartigen Reglers ist der sogenannte Proportionalregler. Diese Proportionalregler stellen jedoch sehr aufwendige Geräte dar, so daß sich deren Einsatz für eine ganze Reihe von Anwendungsfällen nicht lohnt. In zahlreichen Fällen übersteigen die Kosten für einen Proportionalregler bei weitem die Kosten für das zugehörige Stellglied, so daß häufig auf den Einsatz geregelter Stellglieder verzichtet wird und diese von Hand gesteuert bzw.The so-called thyristor controllers also follow the without inertia respective control voltage for detii ignition angle, and are therefore for the control not suitable due to a two-position controller. In the literature, therefore, is also always indicated, such actuators, such as position valves and thyristor actuators to be regulated by so-called continuous or constant controllers. With these can the setting size Y can assume any value within the setting range, see above that the regular fluctuations of the controlled variable do not apply and become more stable Can set a state of equilibrium. One embodiment of such a regulator is the so-called proportional controller. However, these proportional controllers represent a lot complex devices represent, so that their use for a whole range of applications not worth it. In many cases, the cost of a proportional controller is excessive by far the cost of the associated actuator, so that often on use regulated actuators are dispensed with and these are manually controlled or

geregelt werden.be managed.

+) proportional Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrischen Regeln von Zustandsgrößen durch Stellglieder mit proportionalem Stellverhalten anzugeben, bei denen ein Zweipunktregler verwendet wird.+) proportional The invention is therefore the object based on a method and a device for the electrical control of state variables to be specified by actuators with proportional control behavior in which a two-position controller is used.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch, daß ein der Zustandsgröße entsprechendes Signal zunächst in einem Zweipunktregler mit Rückführung in ein Zweipunktsignal umgesetzt wird, welches nachfolgend einem vom Zeitverhalten der Regelstrecke bzw. des Steligliedes unabhängigen elektrischen Speicher zugeführt wird, dessen Zeitkonstante mehrfach größer als die Taktzeit des Zweipunktreglers ist, und daß das Ausgangssignal des Speichers dem Stellglied zugeführt wird.The problem posed is achieved in accordance with the present invention in that a signal corresponding to the state variable is initially in a two-position controller with feedback is converted into a two-point signal, which is followed by a electrical ones that are independent of the time behavior of the controlled system or the actuator Memory is supplied, the time constant of which is several times greater than the cycle time of the Two-point controller is, and that the output signal of the memory is fed to the actuator will.

Das erfindungsgemäße Regelverfahren ist - im Gegensatz zum Stande der Technik - auch bei solchen Regel strecken bzw. Steligliedern anwendbar, die über keine merkliche Eigenträgheit verfügen, sondern dem Steuersignal unmittelbar folgen. Durch den Gegenstand der Erfindung wird dem Zweipunktregler ein wesentlich erweitertes Einsatzgebiet erschlossen, da es durch das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise möglich ist, unter anderem Stellventile und Thyristorsteller bzw. die damit bestückten Regel strecken proportional zu regeln. Die Anwendungsbreite derartiger Stellglieder wird noch zusätzlich dadurch.vergrößert, daß der Zweipunktregler einschließlich des elektrischen Speichers immer noch erheblich kostengünstiger ist, als die bekannten stetigen Regler. Durch die technische Ausführung läßt sich der Zweipunktregler vom Speicher trennen. Hierdurch lassen sich die eindeutigen Signale des Zweipunktreglers über größere Entfernungen störungsfreier übertragen als beispielsweise die Signale eines Prpportionalreglers.The control method according to the invention is - in contrast to the prior art of technology - also apply to such rule or actuators that have no noticeable intrinsic inertia, but rather the control signal directly follow. Through the subject matter of the invention, the two-point controller becomes an essential expanded field of application opened up, since it is achieved by the method according to the invention for example, control valves and thyristor controllers or to regulate the rule equipped with it proportionally. The range of applications actuators of this type are also increased by the fact that the two-position controller including electrical storage is still considerably cheaper, than the well-known continuous controller. Due to the technical design, the Disconnect the two-position controller from the storage tank. This allows the clear signals of the two-position controller is transmitted over greater distances with less interference than, for example the signals of a proportional controller.

Beim Zweipunktregler ist der relative Anteil der geregelten Zustandsgröße der relativen Einschaltdauer des Zweipunktreglers direkt proportional. Hat der Zweipunktregler beispielsweise eine relative Einschaltdauer von 75%, so läßt das zugehörige Stellglied gleichfalls 75% des strömenden Mediums, der elektrischen Leistung etc.In the case of the two-position controller, the relative share of the controlled state variable is the relative duty cycle of the two-position controller is directly proportional. Has the two-position controller for example, a relative duty cycle of 75%, so leaves the associated actuator also 75% of the flowing medium, electrical power, etc.

durch. Die absolute Höhe der Signale des Zweipunktreglers, die beispielsweise durch unterschiedliche Leitungswiderstände beeinflußt werden kann, spielt hierbei keine Rolle. Bei einem proportionalen Regelsignal hingegen wirken sich Obertragungsverluste negativ aus, so daß das gesamte System nach der Installation besonders geeicht werden muß. Jede Widerstandsänderung in den Leitungen beeinflußt die Genauigkeit der Regelung in erheblichem Maße.by. The absolute level of the signals from the two-position controller, for example can be influenced by different line resistances plays a role here not matter. In the case of a proportional control signal, on the other hand, there are transmission losses negative, so that the entire system is specially calibrated after installation got to. Any change in resistance in the lines affects the accuracy of the regulation to a considerable extent.

Eine besonders einfache Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß der Zweipunktregler als Umschalter+usgeführt ist, dessen Ausgang mit zwei unterschiedlichen definierten elektrischen Pegeln verbindbar ist, von denen der eine den minimalen Wert und der andere den maximalen Wert der Regelabweichung entspricht, und daß dem Zweipunktregler eine Reihenschaltung aus einem ohm'schen Widerstand und einem Kondensator nachgeschaltet ist, wobei der Ausgang des Kondensators an einen Referenzpunkt "R" gelegt ist, und daß der Z4iischenspannungspunt "ZP" zwischen dem ohm'schen Widerstand und dem Kondensator die Abgriffsstelle für die Stellgröße YR ist.A particularly simple arrangement for implementing the invention The method is characterized in that the two-position controller is designed as a changeover switch + is, the output of which can be connected to two different defined electrical levels of which one is the minimum value and the other is the maximum value of the Control deviation corresponds, and that the two-position controller from a series connection an ohmic resistor and a capacitor is connected downstream, the output of the capacitor is connected to a reference point "R", and that the intermediate voltage point "ZP" between the ohmic resistor and the capacitor is the tap for the manipulated variable is YR.

Zur Ausführung der Erfindung werden somit lediglich zwei relativ einfache elektrische Komponenten benötigt, durch welche die Kosten des Zweipunktreglers nur in unwesentlichem Maße erhöht werden. Als elektrischer Speicher dient im vor-+) mit Rückführung liegenden Falle der Kondensator, wobei die Reihenanordnung aus ohm'schen Widerstand und Kondensator im Hinblick auf den Zwischenspannungspunkt als sogenannter variabler Spannungsteiler angesehen werden kann, da der Spannungspegel am Kondensator von der relativen Einschaltdauer des Zweipunktreglers abhängig ist und bei geeigneter Auslegung des ohm'schen Widerstandes und des Kondensators mit der nachstehend noch näher angegebenen Tendenz nur wenig schwankt. Aber auch diese Schwankungen lassen sich durch ein nachgeschaltetes elektrisches Filter noch praktisch restlos beseitigen. Durch die abwechselnde Aufschaltung der angegebenen Reihenschaltung auf zwei unterschiedliche, definierte elektrische Pegel mit der Taktfrequenz des Zweipunktreglers läßt sich in Abhängigkeit von der relativen Einschaltdauer ein gezieltes Aufladen und Entladen des Kondensators erreichen, so daß sich am Zwischenspannungspunkt ein der relativen Einschaltdauer proportionaler, periodisch schwankender Spannungswert einstellt. Der sogenannte minimale Wert der Regelabweichung wird zweckmäßig gleichzeitig dem Referenzpunkt angelegt und kann auch Null sein, d.h. der Referenzpunkt befindet sich auf Massenpotential.Thus, only two relatively simple ones are required to carry out the invention electrical components required, through which the cost of the two-position controller only can be increased to an insignificant extent. In the front +) with repatriation lying case of the capacitor, the series arrangement from ohmic resistance and capacitor with regard to the intermediate voltage point can be viewed as a so-called variable voltage divider, since the voltage level at the capacitor depends on the relative duty cycle of the two-position controller and with a suitable design of the ohmic resistance and the capacitor the tendency specified below fluctuates only slightly. But this too Fluctuations can still be practically eliminated using a downstream electrical filter eliminate completely. Through the alternating connection of the specified series connection to two different, defined electrical levels with the clock frequency of the The two-position controller can be activated depending on the relative duty cycle Achieve targeted charging and discharging of the capacitor so that it is at the intermediate voltage point a periodically fluctuating voltage value proportional to the duty cycle adjusts. The so-called minimum value of the control deviation is expediently simultaneously applied to the reference point and can also be zero, i.e. the reference point is located focus on mass potential.

Eine beispielhaft ausgelegte Reihenschaltung kann beispielsweise aus einem Widerstand mit 1 Megohm und einem Kondensator mit einer Kapazität von 1 Mikro farad bestehen.A series circuit designed by way of example can, for example, consist of a resistor with 1 megohm and a capacitor with a capacity of 1 micro farad exist.

Als mit einem geringfügig größeren Aufwand verbundene Alternativlösung kann beispielsweise anstelle des Kondensators eine Induktivität, d.h. eine Spule, zweckmäßig mit Eisenkern, verwendet werden, wobei unter Beibehaltung der übrigen, oben angegebenen Merkmale lediglich die Reihenfolge der als elektrischer Speicher wirkenden Spule und des ohm'schen Widerstandes zu vertauschen ist.As an alternative solution with a slightly greater effort For example, instead of the capacitor, an inductance, i.e. a coil, suitably with iron core, are used, while maintaining the remaining, The above-mentioned features only the order of the electrical storage acting coil and the ohmic resistance must be swapped.

Der Erfindungsgegenstand ist mit besonderem Vorteil dann einsetzbar, wenn bei der ersten angegebenen Ausführungsform der ohm'sche Widerstand und der Kondensator zu einer Baueinheit mit Anschlußklemmen für den Ausgang des Zweipunktreglers, für den Abgriff der Stellgröße und für die Referenzspannung zusammengefaßt ist. Eine solche Baueinheit kann beispielsweise in Verbindung mit einer Leiterplatte und/oder einer Einschubeinheit mit einem Schalttafelinstrument kombiniert werden. Eine solche Baueinheit kann zutreffend mit der Bezeichnung Impuls-Proportionalumsetzer belegt werden.The subject matter of the invention can then be used with particular advantage, if in the first specified embodiment the ohmic resistance and the Capacitor to a unit with terminals for the output of the two-position controller, for tapping the manipulated variable and for the reference voltage. Such a structural unit can, for example, be used in conjunction with a printed circuit board and / or a plug-in unit can be combined with a control panel instrument. Such a unit can appropriately be called a pulse-proportional converter be occupied.

Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich auch zum Anschluß eines Meßgerätes zur Erfassung der Stellgröße oder zur Anzeige der Abweichung zwischen der geforderten und der von Hand vorgegebenen Stellgröße. Die Zuordnung derartiger Meßgeräte war bisher auf den Einsatz von Proportionalreglern beschränkt, da für die Anzeige ein stetiges Signal benötigt wird. Da das gemäß der Erfindung erzeugte proportionale Signal jedoch die relative Einschaltdauer wiedergibt, kann der betreffende Wert für eine exakte Prozent-Anzeige verwendet werden.The solution according to the invention is also suitable for connecting a measuring device to record the manipulated variable or to display the deviation between the required and the manually specified manipulated variable. The assignment of such measuring devices was so far limited to the use of proportional controllers, as there is a steady signal is required. Since the proportional generated according to the invention Signal, however, reflects the duty cycle, the relevant value can can be used for an exact percentage display.

Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung und deren Wirkungsweise seien nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 6 näher erläutert.Embodiments of the subject matter of the invention and their mode of operation are explained in more detail below with reference to FIGS.

Es zeigen: Figur 1 eine Schaltungsanordnung eines Zweipunktreglers in Verbindung mit einer Reihenschaltung aus ohm'schen Widerstand und Kondensator, Figur 2 eine Schaltungsanordnung analog Figur 1, jedoch mit dem Unterschied, daß die Reihenschaltung aus einer Induktivität und einem ohm'schen Widerstand besteht, Figur 3 zwei Diagramme a) und b) von Ausgangssignalen des Zweipunktreglers mit unterschiedlicher relativer Einschaltdauer, Figur 4 zwei Diagramme a) und b) der Ausgangsspannung der Reihenschaltung aus ohm'schen Widerstand und Kondensator am Zwischenspannungspunkt ZP in Abhängigkeit von der jeweiligen relativen Einschaltdauer gemäß Figur 3, Figur 5 die geglätteten Signale gemäß den Figuren 4a und b am Ausgang des zugeordneten Filters und Figur 6 die Weiterverarbeitung des Proportionalsignals gemäß Figur 5 in Meßgeräten und Steligliedern.They show: FIG. 1 a circuit arrangement of a two-point controller in connection with a series connection of an ohmic resistor and capacitor, FIG. 2 shows a circuit arrangement analogous to FIG. 1, but with the difference that the series connection consists of an inductance and an ohmic resistor, Figure 3 shows two diagrams a) and b) of output signals of the two-point controller with different relative duty cycle, Figure 4 shows two diagrams a) and b) of the output voltage the series connection of an ohmic resistor and capacitor at the intermediate voltage point ZP as a function of the respective relative duty cycle according to FIG. 3, FIG 5 the smoothed signals according to FIGS. 4a and b at the output of the associated Filter and FIG. 6 the further processing of the proportional signal according to FIG. 5 in gauges and actuators.

In Figur 1 ist mit 10 ein Zweipunktregler bezeichnet, dem die Regelgröße X, d.h. die zu regelnde Zustandsgröße über die Eingangsklemme 11 aufgeschaltet ist. Mittels eines Potentiometers 13 wird ein Sollwert W vorgegeben. Der Zweipunktregler 10 ist in der Weise aufgebaut, daß er ein Rechtecksignal abgibt. Sobald die Regelgröße den Sollwert überschreitet, fällt das Ausgangssignal des Zweipunktreglers 10 ohne Rückführung wieder auf einen niedrigeren Wert, beispielsweise auf den Wert NULL ab.In Figure 1, 10 denotes a two-point controller to which the controlled variable X, i.e. the state variable to be controlled over the input terminal 11 is activated. A setpoint value W is specified by means of a potentiometer 13. The two-point controller 10 is constructed in such a way that it emits a square-wave signal. As soon as the controlled variable exceeds the setpoint, the output signal of the two-position controller drops 10 without being returned to a lower value, for example to the value ZERO off.

Unterschreitet jetzt die Regelgröße X wieder den Sollwert W , so wird ein neues Rechtecksignal gebildet usw.If the controlled variable X now falls below the setpoint W again, then a new square wave signal is formed, etc.

Das Verhältnis von Einschaltzeit te zur Summe aus Einschaltzeit te und Ausschaltzeit ta wird auch als relative Einschaltdauer bezeichnet.The ratio of the switch-on time te to the sum of the switch-on time te and switch-off time ta is also referred to as the relative switch-on duration.

Der M,inimalwert des Rechtecksignals entspricht dabei 0%, der Maximalwert 100% des Ausgangssignals des Zweipunktreglers 10. Durch entsprechende Anordnung von Schaltkontakten im Innern des Zweipunktreglers 10 oder eine analoge kontaktlose Schaltung bildet dieser einen Umschalter zwischen zwei unterschiedlichen, definierten elektrischen Pegeln, die beispielsweise 5,6 Volt (Null Prozent) und 14,5 Volt (100 Prozent) betragen können.The M, minimum value of the square-wave signal corresponds to 0%, the maximum value 100% of the output signal of the two-position controller 10. By appropriate arrangement of switching contacts inside the two-position controller 10 or an analog contactless This circuit forms a switch between two different, defined electrical levels, for example 5.6 volts (zero percent) and 14.5 volts (100 Percent).

Die Regelgröße X braucht jedoch kein elektrischer Wert zu sein; vielmehr ist es möglich, die Gesamtanordnung der Teile 10 bis 13 in analoger Weise durch einen Bimetallschalter zu ersetzen, wobei an die Stelle des Potentiometers 13 eine mechanische Verstelleinrichtung tritt. An die Ausgangsklemme 14 des Zweipunktreglers 10 ist eine Reihenschaltung 15 aus einem ohm'schen Widerstand 16 und einem Kondensator 17 angelegt, wobei der Ausgang des Kondensators 17 über eine Klemme 18 einem Referenzpunkt R aufgeschaitet ist, der beispielsweise das Massepotential darstellen kann. Es ist beispielsweise möglich, diesen Referenzpunkt auf den gleichen Pegel zu legen, der dem minimalen Wert der Regelabweichung am Ausgang des Zweipunktreglers 10 entspricht, also 5,6 Volt beträgt. Zwischen dem ohm'schen Widerstand 16 und dem Kondensator 17 befindet sich eine Leitung 19 mit einem Zwischenspannungspunkt "ZP", der über eine nicht näher bezeichnete Leitung zu einer Ausgangsklemme 20 führt.However, the controlled variable X does not need to be an electrical value; much more it is possible to carry out the overall arrangement of parts 10 to 13 in an analogous manner to replace a bimetal switch, where the potentiometer 13 is replaced by a mechanical adjustment device occurs. To output terminal 14 of the two-position controller 10 is a series circuit 15 composed of an ohmic resistor 16 and a capacitor 17 applied, the output of the capacitor 17 via a terminal 18 to a reference point R, which can represent the ground potential, for example. It is for example possible to set this reference point to the same level the minimum value of the system deviation at the output of the two-position controller 10, i.e. 5.6 volts. Between the ohmic resistor 16 and the Capacitor 17 is a line 19 with an intermediate voltage point "ZP", which leads to an output terminal 20 via an unspecified line.

Die Reihenschaltung 15 bildet eine Art variablen Spannungsteiler, bei dem die Spannung am wischenspannungspunkt ZP aufgrund des unterschiedlichen Ladezustandes des Kondensators 17 variabel ist. Der Kondensator wird durch den ständigen Wechsel zwischen den beiden elektrischen Pegeln abwechselnd geladen und entladen, wobei der Spannungsmittelwert am Zwischenspannungspunkt ZP dem Zeitverhältnis zwischen 'Laden" und "Entladen" entspricht und damit der relativen Einschaltdauer des Zweipunktreglers 10. Das Ausgangssignal derReihenschaltung 15 ist einem Filter 21 aufgeschaltet, welches die geringfügige We-lligkeit glättet, so daß eine praktisch gleichförmige Stellgröße YR gebildet wird, welche an der Klemme 22 ansteht.The series circuit 15 forms a type of variable voltage divider, in which the voltage at the intermediate voltage point ZP due to the different State of charge of the capacitor 17 is variable. The capacitor is standing by Alternating between the two electrical levels, alternately charged and discharged, where the mean voltage value at the intermediate voltage point ZP is the time ratio between 'Charge "and" Discharge "correspond to the relative duty cycle of the two-position controller 10. The output signal of the series circuit 15 is connected to a filter 21, which smooths the slight curl, so that a practically uniform one Manipulated variable YR is formed, which is applied to terminal 22.

Die Schaltungsanordnung gemäß Figur 2 entspricht derjenigen gemäß Figur 1, jedoch mit dem Unterschied, daß die Reihenschaltung 15a durch einen ohm'schen Widerstand 16a und eine Induktivität 23 gebildet wird, wobei jedoch die Reihenfolge des ohm'schen Widerstandes und'der Induktivität gegenüber Figur 1 umgekehrt ist. Bei dem Gegenstand nach Figur 2 ist der Ausgang des ohm'schen Widerstandes 16a an einen Referenzpunkt "R" gelegt. Auch in diesem Falle bildet die Reihenschaltung eine Art variablen Spannungsteiler, wobei sich der Mittelwert der am Zwischenspannungspunkt ZP abgreifbaren Spannung in Abhängigkeit von der relativen Einschaltdauer verändert. Der Kondensator 17 bzw. die Induktivität 23 bilden elektrische Speicher.The circuit arrangement according to FIG. 2 corresponds to that according to FIG Figure 1, but with the difference that the series circuit 15a by an ohmic Resistor 16a and an inductor 23 is formed, but with the order of the ohmic resistance and the inductance compared to Figure 1 is reversed. In the case of the object according to FIG. 2, the output of the ohmic resistor 16a is on placed a reference point "R". In this case too, the series connection forms a kind of variable voltage divider, with the mean value being at the intermediate voltage point ZP tapped voltage changes depending on the relative duty cycle. The capacitor 17 or the inductance 23 form electrical Storage.

Bei der Auslegung der Reihenschaltung 15 bzw. 15a wird dafür Sorge getragen, daß deren Zeitkonstante mehrfach größer ist als die Taktzeit des Zweipunktreglers. Vorzugsweise ist die Zeitkonstante mindestens 3 bis 4 mal so groß wie die Taktzeit des Zweipunktreglers. Bei entsprechender Auslegung des Kondensators 17 bzw. der Induktivität 23 bewegt sich die Spannung am Zwischenspannungspunkt ZP auf dem ansteigenden bzw. abfallenden Teil der Kennlinie des Speichers 17 bzw. 23. Durch entsprechende Auslegung kann dafür Sorge getragen werden daß die Schwankungsbreite außerordentlich gering ist.Care is taken when designing the series connection 15 or 15a borne that their time constant is several times greater than the cycle time of the two-position controller. The time constant is preferably at least 3 to 4 times as large as the cycle time of the two-position controller. With an appropriate design of the capacitor 17 or the Inductance 23 moves the voltage at the intermediate voltage point ZP on the increasing or falling part of the characteristic curve of the memory 17 or 23. By appropriate Design can ensure that the range of fluctuation is extraordinary is low.

Die Reihenschaltung 15 bzw. 15a ist der wesentliche Teil der Erfindung; sie kann auch als Proportional-Umsetzer bezeichnet werden. Wie bereits weiter oben ausgeführt, hat das Filter 21 lediglich die Aufgabe, die Ausgangsspannung der Reihenschaltungen zu glätten.The series connection 15 or 15a is the essential part of the invention; it can also be referred to as a proportional converter. As above executed, the filter 21 has only the task of the output voltage of the series connections to smooth out.

Die Wirkungsweise der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Schaltungsanordnung sei nachfolgend anhand der Figuren 3, 4 und 5 näher erläutert. Der Zweipunktregler lo erzeugt aufgrund des vorgegebenen Sollwerts einerseits und der Auslegungsdaten der Regelst.recke andererseits, die beispielsweise ein widerstandsbeheizter elektrischer Industrieofen sein kann eine Folge von Rechteckimpulsen, wobei die Ein- und Ausschaltzeit gleichlang sind, so daß die relative Einschaltdauer 50% beträgt (Figur 3a). Dies/besagt nichts anderes als daß die betreffende Regelstrecke im Beharrungszustand mit 50% der maximalen Leistung auskommt, um den bestehenden Zustand, beispielsweise eine Temperatur, aufrechtzuerhalten.The mode of operation of the circuit arrangement shown in FIGS. 1 and 2 will be explained in more detail below with reference to FIGS. 3, 4 and 5. The two-point controller lo generated on the one hand based on the specified setpoint and the design data the control path on the other hand, which, for example, is a resistance-heated electrical Industrial furnace can be a sequence of square-wave pulses, with the switch-on and switch-off times are of the same length, so that the relative duty cycle is 50% (FIG. 3a). This / means nothing else than that the relevant controlled system in the steady state with 50% the maximum power is sufficient to the existing condition, for example a Temperature to maintain.

Das in Figur 3a dargestellte Signal steht an der Ausgangsklemme 14 des Zweipunktreglers 10 an. An der Ausgangsklemme 20 bzw. am Zwischenspannungspunkt ZP der Reihenschaltung 15 bzw. 15a hingegen steht eine Spannung an, die nicht mehr zwischen 0 % und 100% schwankt, sondern um wenige Prozente oberhalb und unterhalb eines Mittelwertes von gleichfalls 50%, wobei der Kurvenverlauf von der Auslegung des Kondensators 17 bzw. der Induktivität 23 abhängig ist (Figur 4a).The signal shown in FIG. 3a is available at output terminal 14 of the two-position controller 10. At output terminal 20 or at the intermediate voltage point ZP of the series circuit 15 or 15a, on the other hand, has a voltage that is no longer present fluctuates between 0% and 100%, but a few percent above and below an average value of also 50%, the course of the curve being dependent on the design of the capacitor 17 or the inductance 23 is dependent (Figure 4a).

An der Klemme 22 steht aufgrund des Einflusses des Filters 21 eine konstante Spannung an, die 50% der an diesem Punkte erreichbaren Maximalspannung bzw. der maximalen Regelabweichung entspricht (Figur 5a). Es ist ersichtlich, daß die Spannungsimpulse gemäß Figur 3a, die eine 50%-ige relative Einschaltdauer repräsentieren, in ein proportionales stetiges Signal von 50% der maximalen Regelabweichung umgesetzt worden sind. Mit der betreffenden Stellgröße YR läßt sich nun ein Stellglied mit proportionalem Stellverhalten beaufschlagen, so daß dessen Durchlaß (Durchfluß, Leistung etc.) gleichfalls 50% beträgt.Due to the influence of the filter 21, there is a on the terminal 22 constant voltage, the 50% of the maximum voltage attainable at this point or corresponds to the maximum control deviation (FIG. 5a). It can be seen that the voltage pulses according to Figure 3a, which represent a 50% relative duty cycle, converted into a proportional continuous signal of 50% of the maximum control deviation have been. With the relevant manipulated variable YR, an actuator can now be used apply proportional control behavior so that its passage (flow, Performance etc.) is also 50%.

Bei der Betriebsweise gemäß Figur 3b arbeitet der Zweipunktregler in der Weise, daß die relative Einschaltdauer 75% beträgt, d.h. die Regelstrecke benötigt für/die Einhaltung stationärer Betriebsbedingungen 75% der Maximalleistung. Da hierdurch das Verhältnis. zwischen Auflade- und Entladezeit des Kondensators 17 bzw. der Induktivität 23 entsprechend verändert wird, stellt sich am Zwischenspannungspunkt ZP ein jeweils höherer Wert ein, der um einen Mittelwert von 75% schwankt (Figur 4). Nach Glättung durch das Filter 21 ergibt sich ein proportionales Signal von 75% der maximalen Regelabweichung (Figur 5b).In the mode of operation according to FIG. 3b, the two-position controller works in such a way that the relative duty cycle is 75%, i.e. the controlled system requires 75% of the maximum power for / compliance with stationary operating conditions. Because of this the relationship. between charging and discharging time of the capacitor 17 or the inductance 23 is changed accordingly, arises at the intermediate voltage point ZP a higher value in each case, which fluctuates around a mean value of 75% (Fig 4). After smoothing by the filter 21, there is a proportional signal of 75% of the maximum control deviation (Figure 5b).

Eine Möglichkeit zur elektrischen Weiterverarbeitung der Stellgröße YR sei anhand der Figur 6 näher erläutert. Die betreffende Stellgröße steht an der Klemme 22 an. Sie wird über einen Umschalter 24 einem Spannungsverstärker 25 zugeführt und kann von diesem entweder unmittelbar einem spannungsgesteuertem Stellglied 26 oder über einen Spannungs-Stromwandler 27 einem stromgesteuerten Stellglied 28 zugeführt werden. Diese Steliglieder haben sämtlich ein proportionales Stellverhalten, wobei auf die einleitend gemachten Ausführungen verwiesen wird, Der Umschalter 24 dient zur Umschaltung von "A" (Automatik) auf H" (Handsteuerung). Zu diesem Zweck wird einer Eingangsklemme 29 eine Spannung zugeführt, die über ein Potentiometer 30 veränderbar ist.A possibility for further electrical processing of the manipulated variable YR will be explained in more detail with reference to FIG. the relevant manipulated variable is applied to terminal 22. It becomes a voltage amplifier via a changeover switch 24 25 supplied and can either directly from a voltage-controlled Actuator 26 or a current-controlled actuator via a voltage-current converter 27 28 are fed. These actuators all have a proportional control behavior, reference is made to the statements made in the introduction, the switch 24 is used to switch from "A" (automatic) to H "(manual control). For this purpose a voltage is fed to an input terminal 29, which via a potentiometer 30 is changeable.

Die Anordnung gemäß Fig. 6 enthält weiterhin ein Meßgerät 31 in Verbindung mit zwei Umschaltern 32a und 32b, die gleichsinnig miteinander gekoppelt sind. In der ausgezogen dargestellten Position ist das Meßgerät 31 über die Ausgangsklemme 33 des Spannungsverstärkers 25 mit einem Referenzpunkt "R" verbunden, welcher der gleiche ist, wie der Referenzpunkt "R" in den Figuren 1 und 2, der beispielsweise auch auf Masse liegen kann. Da an der Ausgangsklemme 33 ein kontinuierliches Signal ansteht, welches der Spannung an der Klemme 22 proportional ist, zeigt die entsprechende Skala 34 des Meßgerätes 31 die relative Einschaltdauer des Zweipunktreglers 10 ebenso an wie den prozentuallen Wert der maximalen Stellgröße YR.The arrangement according to FIG. 6 also includes a measuring device 31 in connection with two changeover switches 32a and 32b, which are coupled to one another in the same direction. In the position shown in solid lines is the measuring device 31 via the output terminal 33 of the voltage amplifier 25 is connected to a reference point "R" which is the is the same as the reference point "R" in Figures 1 and 2, for example can also be on ground. Since there is a continuous signal at the output terminal 33 pending, which is proportional to the voltage at terminal 22, shows the corresponding Scale 34 of the measuring device 31, the relative duty cycle of the two-point controller 10 as well like the percentage value of the maximum manipulated variable YR.

Durch Umlegen der Umschalter 32a und 32b in die gestrichelt dargestellte Position ist es aber außerdem möglich, die Differenz zwischen der Stellgröße YR an der Klemme 22 und der Steuerspannung an der Klemme 35 am Ausgang des Potentiometers 30 festzustellen. Auf diese Weise ist es möglich, die Steuerspannung durch Verstellung des Potentio- meters 30 so zu verändern, daß die Differenz auf den Wert Null eingestellt wird, so daß ein stoßfreies Umschalten von Regelung auf Handsteuerung möglich ist. Zur Anzeige dient eine Skala 36 für die Anzeige der Größe und des Vorzeichens der betreffenden Differenz.By switching the switch 32a and 32b to the one shown in dashed lines Position, however, it is also possible to determine the difference between the manipulated variable YR at terminal 22 and the control voltage at terminal 35 at the output of the potentiometer 30 to be determined. In this way it is possible to adjust the control voltage of the potential meters 30 so that the difference is the value zero is set, so that a bumpless switchover from control to Hand control is possible. A scale 36 is used to display the size and the sign of the relevant difference.

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Claims

Claims: (1. Method for the electrical regulation of state variables z such as pressure, speed, flow, humidity, power, temperature etc. in a controlled system by actuators with proportional control behavior, characterized in that a signal corresponding to the state variable initially in a two-position controller Feedback is converted into a two-point signal, which after fo 1 gerid egg ne from the timing of the control path or the actuator independent electrical Memory is supplied, the time constant of which is several times greater than the cycle time of the Two-point controller is, and that the output signal of the memory is fed to the actuator will.

2. Arrangement for performing the method according to claim 1, characterized characterized in that the two-position controller (10) is designed as a changeover switch with feedback whose output has two different, defined electrical levels is connectable, one of which has the minimum value and the other the maximum Value corresponds to the control deviation, and that the two-position controller is connected in series (15) from an ohmic resistor (16) and a capacitor (17) connected downstream , the output of the condensate being connected to a reference point (R), and that the intermediate voltage point (ZP) between the ohmic resistor and the capacitor is the tap point for the manipulated variable YR.

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the ohmic Resistor (16) and capacitor (17) to form a unit with terminals (14,18,20) for the output (14) of the two-position controller (lo), the tapping of the manipulated variable Yp and for the reference voltage ("R") is combined.

4. Arrangement for performing the method according to claim 1, characterized characterized in that the two-point controller (10) is designed as a changeover switch, its Output can be connected to two different, defined electrical levels, one of which has the minimum value and the other the maximum value of the control deviation corresponds, and that the two-point controller is a series circuit (15a) made of an inductance (23) and an ohmic resistor (16a) is connected downstream, the output of the ohmic resistance is placed at a reference point ("R"), and that the Intermediate voltage point (ZP) between the inductance and the ohmic resistance is the tap point for the manipulated variable YR.

5. Arrangement according to claims 2 and 3, characterized in that that the series circuit (15) has a filter (21) for smoothing the ripple of the output signal is downstream.

6. Arrangement according to claims 2 and 5, characterized in that that the filter (21) has a measuring device (31) for detecting the ratio of the actual value the manipulated variable is connected downstream of the Mvimalwert of the manipulated variable.

7. Arrangement according to claims 2 and 5, characterized in that that the filter (21) has a measuring device (31) for displaying the size and position of the control deviation is downstream.

8. Arrangement according to claims 6 and 7, characterized in that a changeover switch (32a, 32b) is assigned to the measuring device (31).

9. Arrangement according to claim 2, characterized by a changeover switch (24) for switching to a manually adjustable setpoint.

10. Arrangement according to claims 2, 3 and 7, characterized in that that the measuring device (31) for the display of the control deviation on the manually adjustable Setpoint is switchable.