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Vorrichtung zum stoßfreien Umschalten von
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Hand- auf Automatik-Betrieb für pneumatische Regeleinrichtungen".
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum stoßfreien Umschalten
von Hand- auf Automatik-Betrieb, insbesondere für pneumatische Regeleinrichtungen,
mit einem mindestens zu einem Anteil I-Verhalten aufweisenden pneumatischen Regler
mit einem von dem für den Sollwert der Regelgröße charakteristischen Ausgangs druck
eines Sollwertgebers beaufschlagten Sollwertbalg, mit einem von dem für den Ist-Wert
der Regelgröße charakteristischen Ausgangsdruck eines Ist-Vert-Gebers beaufschlagten
Ist-Wert-Balg und mit einer das I-Verhalten des Reglers bestimmenden Einrichtung
wie einem über eine Zeitdrossel vom Ausgangsdruck des Reglers beaufschlagten I-Balg,
wobei im Handbetrieb,
in dem der als Stellgröße ausgenutzte Ausgangsdruck
des Reglers von Hand einstellbar ist, der Ausgangsdruck des Ist-Wert-Gebers gleichzeitig
auf den Ist-Wert- und den Sol-Wert-Balg des Reglers geführt ist und zwischen den
Soll-Wert-Geber und den Soll-Wert-Balg eine einstellbare Zeitdrossel geschaltet
ist, so daß der Ausgangsdruck des Soll-Wert-Gebers praktisch unwirksam ist, und
wobei zur Umschaltung auf hutomatik-Betrieb ein erstes Absperrorgan zur Unterbrechung
der Verbindung zwischen dem Ist-Wert-Balg und dem Soll-Wert-Balg des Reglers vorgesehen
ist.
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Eine solche Vorrichtung ist durch offenkundige Vorbenutzung inder
Bundesrepublik Deutschland bekannt.
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Bei der bekannten Vorrichtung sind im Handbetrieb der Ist-Wert oder
x-Balg über eine absperrbare Druckleitung mit dem Soll-Wert- oder w-Balg miteinander
verbunden, so daß stets die Regelabweichung w - x = 0 gilt. Dadurch wird auch erreicht,
daß stets der als Stellgröße benutzte Ausgangsdruck yA des Reglers gleich der von
Hand eingestellten Stellgröße yH ist, und daß jederzeit ein stoßfreies Umschalten
möglich ist, weil durch die Kopplung zwischen x- und w-Balg der Ausgangsdruck yA
des Reglers dem von Hand eingestellten Stellgrößendruck yH folgt. Zum Umschalten
von Hand- auf Automatik-Betrieb wird die Verbindung zwischen dem x-und dem w-Balg
getrennt, wobei der eingestellte Soll-Wert Druck mit der durch die Zeit-Drossel
im w-Zweig bestimmten Zeitkonstanten wirksam wird. War im Zeitpunkt des Umschaltens
keine Regelabweichung vorhanden (w - x = 0), so erfolgt das Umschalten vollkommen
stoßfrei. War
jedoch tatsächlich eine Regelabweichung vorhanden,
und ist die Zeitkonstante, mit der der Soll-Wert nach dem Umschalten auf den Automatik-Betrieb
wirksam wird, relativ klein, so kann sich dies für die Regelung wie ein Umschaltstoß
auswirken.
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Andererseits ist es gerade im Automatik-Betrieb vielfach erwünscht,
daß der Regelungsprozess sehr schnell auf eine Änderung des Soll-Wertes anspricht,
um die Regelung veränderten Prozessbedingungen anpassen zu können, so daß die Zeitkonstante,
mit der sich der Soll-Wert auswirkt, nicht zu groß sein darf.
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Demgemäß besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, die stets - auch bei vorhandener Regelabweichung
ein stoßfreies Umschalten vom Hand- in den Automatik-Betrieb ermöglicht, und die
im Automatik-Betrieb trotzdem eine rasch wirksam werdende Änderung des Soll-Wertes
zuläßt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst:
(a) Es ist eine Umwegleitung vorgesehen, mit der die zwischen dem Soll-Wert-Geber
und dem Soll-Wert-Balg geschaltete Zeit drossel im Automatik-Betrieb überbrückt
ist, (b) in dieser Umwegleitung ist ein zweites Absperrorgan vorgesehen, das während
des Handbetriebes geschlossen ist, (c) es ist ein das zweite Absperrorgan betätigendes
Verzögerungsrelais mit einstellbarer Verzögerungszeit vorhanden, das nach dem Auftreten
eines von
einer Umschaltvorrichtung Hand/Automatik zur Unterbrechung
der Verbindung zwischen dem Soll-Wert-Balg und dem Ist-Wert-Balg erzeugten Steuersignals
nach Maßgabe der eingestellten Verzögerungszeit das Absperrorgan der Umwegleitung
öffnet.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die folgende:
Nachdem die am Regler die "Regelabweichung" 0 erzwingende Verbindung zwischen dem
Ist-Wert-Balg und dem Soll-Wert-Balg durch das Umschalten von Hand-auf Automatik-Betrieb
getrennt worden ist, stellt sich im Soll-Wert-Balg mit der durch die Zeitdrossel
einstellbarenZeitkonstantender Soll-Wert- oder w-Druck ein. Nach der einstellbaren
Verzögerungszeit wird das Absperrorgan der Umwegleitung geöffnet und dadurch die
Zeit drossel im w-Zweig überbrückt.
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Durch diesen Aufbau und die geschilderte Wirkungsweise der erfindungsgemäßen
Vorrichtung erzielt man zumindest die folgenden Vorteile: Auch bei einer sehr schnell
ansprechenden Regelung kann der Soll-Bert-Druck mit einer verhältnismäßig großen
Zeitkonstanten in den Soll-Wert-Balg eingespeist werden, so daß der Regler bei vorhandener
Regelabweichung genügend Zeit hat, dieser zu folgen. Die Verzögerungszeit des Verzögerungsrelais
kann so eingestellt werden, daß die U;berbrückung der Zeitdrossel im w-Zweig erst
dann erfolgt, wenn der w-Druck im w-Balg voll oder zum größten Teil aufgebaut ist,
wonach erst wegen des nunmehr geringen Strömungswiderstandes des w-Zweiges Änderungen
des
Soll-Wertes oder noch vorhandene Regelabweichungen schnell oder stoßartig wirksam
werden können.
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Die Zeitkonstante der Soll-Wert-Einstellung bei vorhandener Regelabweichung
und die Verzögerungszeit des Verzögerungsrelais können also so aneinander angepaßt
werden, daß in jedem Falle ein stoßfreies Umschalten auch bei vorhandener Regelabweichung
möglich ist. Ist die Umschaltung vollzogen, so spricht der Regler mit seinem eigenen,
prozessangepaßten Zeitverhalten auf Änderungen des Soll-Wertes an.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
mit einfachen konstruktiven Dritteln dadurch realisiert, daß das zwischen dem w-Balg
und dem x-Balg angeordnete erste Absperrorgan und das in der Umwegleitung des w-Zweiges
angeordnete zweite Absperrorgan als druckgesteuerte Steuerventile ausgebildet sind,
wobei der das zweite Steuerventil im gesperrten Zustand haltende Steuerdruck der
Ausgangs druck eines pneumatischen Verzögerungsrelais ist, dessen Eingangsdruck
ein Druck-Ausgangssignal der Hand/Automatik-Umschaltvorrichtung ist, das auch am
Steuereingang des ersten Steuerventils anliegt und dieses (im Automatik-Betrieb)
in seiner geöffneten Stellung hält.
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Dieses Druck-Ausgangssignal, das direkt den Öffnungszustand des ersten
Steuerventils und über das Verzögerungsrelais den Öffnungszustand des zweiten, in
der Umwegleitung angeordneten Steuerventils bestimmt, ist vorzugsweise ein im wesentlichen
konstantes Druck-Signal, bei
dessen Abfall das erste Steuerventil
praktisch sofort schließt und damit die Verbindung zwischen dem x- und dem w-Balg
unterbricht, während das zweite Steuerventil nach dem Abfall dieses Druck-Signals
erst nach der am Verzögerungsrelais eingestellten Verzögerungszeit die Umwegleitung
öffnet.
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Demgemäß kann die Xand/Automatik-Umschaltvorrichtung als ein einfaches
Absperrventil ausgebildet sein,. mit dem die von einer Signal-Druckquelle zu dem
Verzögerungsrelais und zu dem ersten Steuerventil führende Signal-Druckleitung absperrbar
ist.
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Günstig ist es, wenn Verzögerungszeiten des Verzögerungsrelais einstellbar
sind, die erheblich größer sind als die im wesentlichen durch den Strömungswiderstand
der Zeit drossel und das Volumen des w-Balges bestimmte Zeitkonstante des w-Zweiges,
damit auch bei großen Regelabweichungen ein stoßfreies Umschalten von Hand- auf
Automatik-Betrieb gewährleistet ist.
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Vorteilhaft ist es, wenn, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung
das in der Umwegleitung angeordnete -zweite Steuerventil als eine Steuerdrossel
ausgebildet ist, deren Strömungswiderstand im wesentlichen mit dem durch den Druckabfall
am Verzögerungsrelais bestimmten Zeitverhalten abnimmt. Bei dieser Ausbildung des
zweiten Absperrorgans nimmt der Strömungswiderstand der Umwegleitung und damit auch
die Zeitkonstante, mit der bei vorhandener Regelabweichung der Soll-Wert wirksam
wird,
nach dem Umschalten zunehmend ab, womit sich auch bei anfänglich großen Regelabweichungen
ein besonders rascher, stoßfreier Übergang vom Hand- auf den Automatik-Betrieb erzielen
läßt. Bei dieser Ausführungsform des zweiten Absperrorgans kann auf die Umwegleitung
überhaupt verzichtet werden, wenn dieses Absperrorgan mit stetig verringerbarem
Strömungswiderstand anstelle der Zeitdrossel des w-Zweiges vorgesehen ist.
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Günstig ist es auch, wenn die Einstellglieder der Zeitdrossel des
w-Zweiges, eines Drosselorgans des Reglers zur Einstellung seiner Nachstellzeit
und/oder für die Verzögerungszeit des Verzögerungsrelais zur Anpassung an den zu
regelnden Prozess miteinander gekoppelt sind, so daß durch Betätigung eines einzigen
Einstellgliedes gegebenenfalls alle der genannten, für die Prozessanpassung der
Regeleinrichtung wesentlichen Parameter einstellbar sind.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung im Blockschaltbild dargestellten
Ausführungsbeispiels.
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Ein pneumatischer Regler 1, der als Eingangsgröße für ein nicht dargestelltes
Stellglied ein Druck-Ausgangssignal y erzeugt, hat einen nicht näher dargestellten
Soll-Wert oder w-Balg und einen ebenfalls nicht näher darzestellten Ist-Wert oder
Balg an deren Druck-Ein-
gange(für den Boll- oder w-Wert der Kegelgroe und den Ist- oder x-Wert der Regelgröße
charakteristische Druck-Eingangssignale anliegen. Der Regler 1 kann als Integral
(I)-Regler, als Proportional-Integra1 (PI)-Regler oder auch als Proportional-Integral-Differential
(PIl>) -Regler ausgebildet sein, das heißt als ein Regler, der in der Lage ist,
eine Regelabweichung von 0 zu erreichen.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel soll der Regler 1 ein Proportional-Regler
sein, der durch eine differenzierende Rückführung 4 ein PI-Verhalten hat.
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Mittels einer Handsteuereinrichtungist im Handbetrieb die Ausgangsgröße
yH der Regeleinrichtung einstellbar.
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Zum Umschalten der Regeleinrichtung von Hand- auf Automatikbetrieb
ist eine Umschaltvorrichtung 7 vorhanden.
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Ein Soll-Wert-Geber8erzeugt ein in seiner Größe einstellbares Soll-Wert-Druckausgangssignal
w, das über den w-Zweig 9 dem Eingang 2 des w-Balges zugeführt ist.
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Ein Ist-Wert-Geber 11 erzeugt ein Ist-Wert-Drucksignal x, das über
eine x-Leitung 12 dem Eingang 3 des x-Balges zugeführt ist.
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Der w-Zweig der Regeleinrichtung umfaßt eine erste Signalleitung 13,
in die eine Zeitdrossel 14 mit einstellbarem Strömungswiderstand eingeschaltet ist,
mittels welcher die Zeitkonstante einstellbar ist, mit der sich der
Soll-Wert-Druck
im w-Balg des Reglers 1 aufbaut.
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Die Zeitdrossel 14 ist mittels einer zweiten Signalleitung 16 des
w-Zweiges 9 überbrückbar, in die ein als von einem Balg 17 betätigbarer Schalter
18 dargestelltes Absperrventil 19 eingeschaltet ist, das im Hand-Betrieb der Regeleinrichtung
die zweite Signalleitung 16 sperrt.
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Zwischen die Druck-Eingänge 2 und 3 des w-Balges und des x-Balges
ist ein ebenfalls als von einem Balg 21 gesteuerter Schalter 22 dargestelltes druckgesteuertes
Absperrventil 29 geschaltet, das im Hand-Betrieb geöffnet ist, so daß der Regler
stets dieRegelabweichung O" sieht, so daß sein Druck-Ausgangssignal yA gleich dem
von der Handsteuereinrichtung 6 abgegebenen Druck-Ausgangssignal yH ist.
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Eine Steuerdruckquelle 24 erzeugt an ihrem Ausgang ein konstantes
Steuer-Drucksignal s von etwa 1,4 bar, das über eine Versorgungsleitung 27 die Hand-Steuereinrichtung
6 speist, über eine Steuer-Druckleitung 28 dem zwischen die Eingänge 2 und 3 des
Reglers geschalteten Absperrventil 23 zugeführt ist, und das als Eingangssignal
an einem Verzögerungs-Relais 29 mit einstellbarer Verzögerungszeit anliegt, dessen
Druck-Ausgangssignal den Öffnungszustand des Absperrventils 19 der zweiten Signalleitung
oder Umwegleitung 16 des w-Zweiges 9 steuert.
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Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist die folgende: Im Handbetrieb
ist der Schalter 26 der Hand/Automatik-Unschaltvorrichtung 7 geschlossen, das Steuersignal
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speist die Handsteuereinrichtung 6 und beaufschlagt das zwischen
den w-Eingang 2 und den x-Eingang 3 des Reglers geschaltete Absperrventil in Durchlaßrichtung
während das Ausgangssignal des Verzögerungs-Relais 29 das Absperrventil 19 der Umwegleitung
16 geöffnet hält. Das w-Drucksignal liegt über die Zeitdrossel 14 des w-Zweiges
9 am Eingang 2 des w-Balges des Reglers 1 und ebenso über das Absperrventil 23 das
x-Signal des Meß-Wert-Gebers 11, so daß der Regler 1 keine Regelabweichung sieht.
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Zum Umschalten auf Automatik-Betrieb wird der Schalter 26 der Hand-Automatik-Umschaltvorrichtung
7 geöffnet, wodurch das Absperrventil 23 zwischen den Eingängen 2 und 3 des w- und
des x-Balges gesperrt wird (entsprechend der dargestellten offenen Stellung des
Schalters 22), so daß sich bei vorhandener Regelabweichung (w - x t O) nunmehr im
w-Balg mit der durch die Zeitdrossel 14 des w-Zweiges 9 eingestellten Zeitkonstanten
der w-Druck aufbaut. Das Absperrventil 19 bleibt nach dem Abfallen des Steuer-Drucksignals
s noch solange geschlossen, bis nach der eingestellten Verzögerungszeit des Verzögerungsrelais
29 auch dessen Ausgangsdruck soweit abgefallen ist, daß das Absperrventil 19 der
U:egleitung 16 öffnet, wonach die Zeitdrossel 14 durch die Umwegleitung 16 mit erheblich
geringerem Strömungswiderstand überbrückt ist.
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Die Regeleinrichtung reagiert jetzt mit erheblich geringerer Zeitverzögerung
auf Änderungen des Soll-Wertes w.
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Es versteht sich, daß das anhand einer pneumatischen Schaltung erläuterte
Prinzip der stoßfreien Umschaltung
durch verzögerte Einschaltung
des Soll-Wertes auch bei elektronischen Regeleinrichtungen auf einfache Weise mit
analog wirkenden Bauelementen verwirklicht werden kann.