DE2943354A1 - Start=up control for process regulator - has facility for correction of command if preset limits are exceeded - Google Patents

Start=up control for process regulator - has facility for correction of command if preset limits are exceeded

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DE2943354A1 DE19792943354 DE2943354A DE2943354A1 DE 2943354 A1 DE2943354 A1 DE 2943354A1 DE 19792943354 DE19792943354 DE 19792943354 DE 2943354 A DE2943354 A DE 2943354A DE 2943354 A1 DE2943354 A1 DE 2943354A1
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Abstract

A process regulator includes a start up facility to bring the regulator back within limits after being on manual operation. The output of the regulator is coupled to max. and min. limiting stages that are controlled by set values. When the output is outside the set limits a difference signal is generated that is multiplied by a given factor and this is used to provide a correction to the command input using an addition relay. The difference is also added to the regulator output to generate a null point error signal. The system may be applied to a pneumatic PI regulator.

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde den AnfahrvorgangThe invention is based on the object of the start-up process

in seinem Verlauf, und durch möglichst frühes Eingreifen, zu optimieren, ohne dabei die optimale Einstellung des Reglers für den Dauerbetrieb zu verändern.to optimize in its course and by intervening as early as possible, without changing the optimal setting of the controller for continuous operation.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Aussteuerung des Reglers, die über die vom Regler nicht beeinflußbare Grenze hinausgeht, dazu verwendet wird, zu dem Vergleichssystem des Reglers eine Anfahrfunktion zu addieren, die das Vergleichssystem im Gleichgewicht hält, und deren Ausvirkung nach Übernahme der Beeinflussung des Stellgliedes durch den Regler zu einem optimalen Anfahrvorgang führt, und nach längerer Zeit vollständig abklingt.According to the invention, the object is achieved in that the modulation of the controller that goes beyond the limit that cannot be influenced by the controller is used to add a start-up function to the comparison system of the controller, that keeps the comparison system in equilibrium, and its effect after takeover the influencing of the actuator by the controller for an optimal start-up process leads, and completely subsides after a long time.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein besseres Anfahrverhalten von Regelkreisen erreicht. als nach den bisher bekannten Verfahren. Die Übernahme der Verstellung des Stellgliedes durch den Regler erfolgt frühestmöglich, und zwar dann, wenn der Istwert den durch die Anfahrfunktion vorgegebenen Wert übersteigt.With the method according to the invention, a better start-up behavior is achieved reached by control loops. than according to the previously known method. The takeover the adjustment of the actuator by the controller takes place as early as possible, namely when the actual value exceeds the value specified by the start-up function.

Dieser Verlauf des Istwertes ist unabhängig von der Einstellung des Reglers zur den Dauerbetrieb. Zum Beispiel kann der Regler optimal im Dauerbetrieb auf Störgrößen reagieren, in dem der Regler so eingestellt ist, daß er das Integral des Quadrates der Regelabweichung vom Auftreten der Störgröße bis unendlich minimiert. Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand von Beispielen erläutert, und durch Seh itpläne dargestellt.This course of the actual value is independent of the setting of Controller for continuous operation. For example, the controller can work optimally in continuous operation react to disturbance variables by setting the controller to the integral of the square of the system deviation from the occurrence of the disturbance variable minimized to infinity. The method according to the invention is explained below with the aid of examples, and represented by visual plans.

Bei der Anwendung von Reglern kommt es immer wieder vor, daß der Ausgang des Reglers keinen Einfluß auf die Stellgröße mehr hat.When using controllers it happens again and again that the output of the controller no longer has any influence on the manipulated variable.

Dies kann z.3. dadurch auftreten, daß der Reglerausgang die Stellgröße (Ventil) in eine Endlage fährt.This can e.g. occur because the controller output controls the manipulated variable (Valve) moves to an end position.

Ein weiteres Aussteuern des Reglerausganges ist dann sinnlos.Further modulation of the controller output is then pointless.

Oder die Stellgröße wird über eine Ausvahlschaltung von einem anderen Regler beeinflußt. Ein Aussteuern über die von dem anderen Regler vorgegebene Grenze ist dann sinnlos. Oder die Stellgröße wird von Hand vorgegeben. Ein weiteres Aussteuern des Reglers ist dann in beiden Richtungen sinnlos. Soll z.B. bei einer chemischen Reaktion der pIl-Wert durch Zugabe von Lauge geregelt werden, und bei dieser Reaktion die Temperatur einen bestimmten Wert nicht überschreiten, so wird der Temperaturregler über ein Auswahlrelais die Verstellung der Laugenmenge übernehmen, und entsprechend drosseln, auch dann, wenn der pH-Wert weit unterem Sollwert ist, und der Ausgang des pH-Reglers geeignet ist, die Laugenmenge zu erhöhen. Der Ausgang des Temperaturreglers ist eine Begrenzung der Stellgröße des pH-Reglers.Or the manipulated variable is selected from another via a selection circuit Regulator influenced. A modulation beyond the limit specified by the other controller is then pointless. Or the manipulated variable is specified manually. Another dowry of the controller is then pointless in both directions. Should e.g. a chemical Reaction of the pIl value can be regulated by adding lye, and in this reaction the temperature does not exceed a certain value, the temperature controller will about a Selection relay adjusts the amount of lye, and throttle accordingly, even if the pH value is far below the setpoint, and the output of the pH controller is suitable for increasing the amount of lye. The exit of the temperature controller is a limitation of the manipulated variable of the pH controller.

Umgekehrt ist der Ausgang des pH-Reglers eine Begrenzung der Stellgröße.Conversely, the output of the pH controller is a limitation of the manipulated variable.

Das Anfahren des pH-Regelkreises ist der Übergang von der Verstellung des Stellgliedes durch den Temperaturregler zur Verstellung des Stellgliedes durch den pH-Regler. Das Anfahren des Temperaturregelkreises ist der Übergang von der Verstellung des Stellgliedes durch den pH-Regler zur Verstellung des Stellgliedes durch den Temperaturregler. Bei einer derartigen Ubernahme kommt es darauf an, daß der Temperaturregler den Ablauf der Reaktion durch Drosselung der Laugenzuiuhr möglichst frühzeitig und schon bei geringem Anstieg der Temperatur verringert, um ein überschwingungsfreies Heranfahren der Temperatu an den Sollwert zu ermöglichen.Starting up the pH control circuit is the transition from the adjustment of the actuator through the temperature controller to adjust the actuator the pH controller. Starting the temperature control loop is the transition from the Adjustment of the actuator by the pH controller to adjust the actuator through the temperature controller. In the case of such a takeover, it is important that the temperature controller controls the course of the reaction by throttling the lye supply as much as possible at an early stage and even with a slight rise in temperature, it is reduced to a level that is free from overshoots Allow the temperature to approach the setpoint.

In Figur 1 ist eine schematische Darstellung der Reglerschaltung gezeigt.A schematic representation of the regulator circuit is shown in FIG.

Überschreitet der Reglerausgang 2 die für die Stellgröße maßgebenden Grenzwerte 1 (unterschreitet 1') so wird eine Differenz zwischen den Größen 3 und 4 und dem Reglerausgang 2 entstehen. Diese Differenz wird durch das Relais 13 gebildet. Diese Differenz mit einem Faktor multipliziert wird dazu verwendet die Speicherglieder der Anfahrfunktion im Relais 14 zu setzen. (Dies kann bei einem elektrischen Analooregler das Laden von R-C Gliedern sein, oder bei einem pneumatischen Regler das Auffüllen von Drossel-Volumen Kombinationen). Die Addition zum Vergleichssystem des Reglers 10 wird bei dieser Schaltung dadurch herbeigeführt, daß die Ausgangsgröße der Anfahrfunktion 6 durch das Additionsrelais 15 zum Sollwert addiert wird, und die Summe 8 auf den Sollwerteingang des Reglers 10 gegeben wird. Der Wert 8 wird dem Istwert 9 entsprechen.If controller output 2 exceeds that which is decisive for the manipulated variable Limit values 1 (falls below 1 '), there is a difference between the sizes 3 and 4 and the controller output 2 arise. This difference is formed by the relay 13. This difference, multiplied by a factor, is used for the storage elements the start-up function in relay 14. (This can be done with an electric analog regulator the loading of R-C links, or in the case of a pneumatic regulator, the filling of throttle-volume combinations). The addition to the comparison system of the controller 10 is brought about in this circuit in that the output variable of the start-up function 6 is added to the target value by the addition relay 15, and the sum 8 to the Setpoint input of the controller 10 is given. The value 8 will correspond to the actual value 9.

Die im Regler 10 vorhandenen Werte werden durch die Aufschaltung von 1 und 1/auf die, den Grenzwerten entsprechenden Größen begrenzt. Bei einem Pl Regler sind dies z.B. die Proportional-und die Integral-Rückführung. Durch diese Begrenzung der Rückführungen wird der Reglerausgang soweit aussteuern, daß die Größe 8 gleich dem Istwert wird. Überschreitet der Istwert in seinem Verlauf die durch den Sollwert und Anfahrfunktion gegebene Größe 8, so wird sich der Reglerausgang 2 vom Begrenzungswert 4 lösen und der Regler die Verstellung der Stellgröße übernehmen. Das Relais 16 verarbeitet den, der Differenz entsprechenden, Wert 5 mit einer Zeitfunktion, oder nimmt diesen Wert r=im einfachen Fall mit einem Faktor mal.The values in the controller 10 are activated by switching on 1 and 1 / limited to the sizes corresponding to the limit values. With a PI controller are these e.g. the proportional and the integral feedback. By this limitation of the feedback will control the controller output to such an extent that the size 8 becomes equal to the actual value. Exceeds the actual value in its course the value 8 given by the setpoint and start-up function, the controller output will be Detach 2 from limit value 4 and the controller takes over the adjustment of the manipulated variable. The relay 16 processes the value 5 corresponding to the difference with a time function, or take this value r = in the simple case with a factor times.

Der Ausgang 18 wird im Relais I7 zum Reglerausgang 2 addiert. Output 18 is added to controller output 2 in relay I7.

Der Ausgang I9 des Relais I7 kann dazu verwendet werden Nullpunktfehler zB. bei Schließstellung eines Ventils auszugleichen, da er über den Wert 2 oder 4 hinausgeht, oder er wirkt über diesen Wert hinaus wie wie -Regler. Bei Randstellung wird der Handstellwert, sowohl auf den maximalen Grenzwert 1, als auch auf den minimalen Grenzwert geschaltet. Output I9 of relay I7 can be used for zero point error e.g. to be compensated for when a valve is closed, since it exceeds the value 2 or 4, or it acts like a like controller beyond this value. When positioned on the edge the manual control value is set both to the maximum limit value 1 and the minimum Limit value switched.

In Figur 2 wird ein pneumatischer PI - Regler schematisch dargestellt, der nach dem erfindungsgemäßen Verwahren arbeitet.In Figure 2 a pneumatic PI controller is shown schematically, who works according to the storage according to the invention.

Anfahrfunktion ist in diesem Falle eine einfache Zeitverzögerung 1. Ordnung. Befindet sich der Regler im Dauerbetrieb, arbeitet er wie jeder andere pneumatischer Regler.In this case, the start-up function is a simple time delay 1. Order. If the controller is in continuous operation, it works like any other pneumatic regulator.

Der Ausgang 2 des Vergleichssystems befindet sich zwischen dem maximalen Grenzwert 1 und dem minimalen Grenzwert 1. Als Stellgröße kann entweder der unbegrenzte Wert 2 oder der begrenzte Wert 3 verwendet werden, da die Drücke 2 und 3 identisch sind, wird der Ausgang 7 des Relais 10 gleich dem Sollwert 6 sein.Output 2 of the comparison system is between the maximum Limit value 1 and the minimum limit value 1. Either the unlimited Value 2 or the limited value 3 can be used as pressures 2 and 3 are identical output 7 of relay 10 will be equal to setpoint 6.

Ebenso wird bei konstantem Sollwert der Druck 8 nach genügend langer Zeit gleich dem Sollwert sein. Der Druck 8 im Volumen der Anfahrfunktion ist gleich dem Sollwerteingang 9 des Vergleicssystems.Likewise, with a constant setpoint, the pressure 8 becomes longer after a sufficiently long period Time equal to the setpoint. The pressure 8 in the volume of the start-up function is the same the setpoint input 9 of the comparison system.

Kann eine Differenz zwischen dem Sollwerteingang 9 des Vergleichssystems und dem größeren Istwert 5 nicht ausgeregelt werden so wird der Ausgang 2 die maximal begrenzte Größe 3 überschreiten.Can be a difference between the setpoint input 9 of the comparison system and the larger actual value 5 are not regulated, output 2 becomes the maximum exceed limited size 3.

Diese Differenz wird dazu führen, daß der Ausgang 7 über den Sollwert 6 steigt. Durch den Ausgang 7 wird der Druck 8 im Volumen der Anfahrfunktion angehoben, und zwar solange bis der Druck 9 gleich dem Istwertdruck 5 ist. Die durch Drossel und Volumen bestimmte Zeitkonstante wird zweckmäßig, um ein überschwingungsSreies Anfahren zu ermöglichen, zwei bis zehnmal so groß eingestellt werden wie die Nachstellzeit. Sinkt der Istwert steilerlals durch die Anfahrfunktion vorgegeben, ab, wird der Ausgang 2 kleiner als der Grenzwert und der Regler greift ein. Der Sollwerteingang 9 wird dann nach Maßgabe der Zeitkonstante asymptotisch an den Sollwert 6 herangeführt, da der Druck 7 wieder gleich dem Sollwertdruck 6 ist.This difference will lead to output 7 above the setpoint 6 increases. Output 7 increases the pressure 8 in the volume of the start-up function, until the pressure 9 is equal to the actual value pressure 5. The by choke and volume-specific time constant is expedient to avoid overshoots To enable start-up, two to ten times as much can be set large like the reset time. If the actual value falls more steeply than specified by the start-up function, from, output 2 is smaller than the limit value and the controller intervenes. Of the Setpoint input 9 is then asymptotically to the setpoint according to the time constant 6, since the pressure 7 is again equal to the setpoint pressure 6.

In Figur 3 wird eine Kaskadenregelung gezeigt, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet. In der Regel wird es ausreichen, die Anfahrfunktion des Führungsreglers dann in Betrieb zu nehmen, wenn die Stellgröße 21 die maximale Stellgrenze des Stellgliedes 22 übersteigt. Der Führungsregler 20 enthält eine Schaltung wie sie in Figur 1 dargestellt ist. In diesem Falle wird der Sollwert des Folgereglers maximal begrenzt.In Figure 3, a cascade control is shown, which according to the invention Procedure works. As a rule, the start-up function of the master controller will be sufficient to be put into operation when the manipulated variable 21 exceeds the maximum manipulated variable of the actuator 22 exceeds. The master controller 20 contains a circuit as shown in FIG is. In this case, the setpoint of the slave controller is limited to the maximum.

Diese maximale Begrenzung wird durch die minimal - Auswahlrelais 23 und 24 aufgegeben. Zusätzlich wird der maximale Grenzwert 1 dann die Größe des Istwerts 25 des Folgeregelkreises erreichen oder unterschreiten, wenn die Stellgröße 21 die maximale Stellgrenze des Stellgliedes überschreitet. Der Istwert des Folgeregelkreises ist dan die maximale Stellgrenze des Führungsregelkreises, da er durch Verstellung des Stellgliedes nicht erhöht werden kann.This maximum limitation is set by the minimum selection relay 23 and 24 abandoned. In addition, the maximum limit value 1 then becomes the size of the actual value 25 of the slave control loop reach or fall below if the manipulated variable 21 the exceeds the maximum control limit of the actuator. The actual value of the slave control loop is then the maximum setting limit of the master control loop, since it is caused by adjustment of the actuator cannot be increased.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims (7)

Patentanc,priiche 1. Verfahren zum Anfahren von Regelkreisen, sofern der Reglerausgang keinen Einfluß auf die Stellgröße mehr hatte, da die Stellgröße in einer Endstellung war, der durch einen vom Regler nicht beeinflußbaren Wert in anderer Form begrenzt wurde, dadurch gekennzeichnet, daß der über diesen Grenzwert hinausgehende Teil des Ausgangs dazu verwendet wird eine Anfahrfunktion in Tätigkeit zu setzen, die zu den auf das Vergleichssystem des Reglers wirkenden Größen hinzugefügt wird, oder zu einer dieser Größen addiert wird.Patentanc, priiche 1. Procedure for starting control loops, provided the controller output no longer had any influence on the manipulated variable, since the manipulated variable was in an end position that was not influenced by a value in other form was limited, characterized in that the above this limit value Any part of the output that goes beyond this is used as a start-up function to set, which are added to the variables acting on the comparison system of the controller or is added to one of these quantities. 2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die im Regler vorhandenen, auf das Vergleichssystem wirkenden Rückführgrößen auf den entsprechenden Grenzwert ebenfalls begrenzt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the controller existing feedback variables acting on the comparison system on the corresponding Limit value can also be limited. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch oekennzeichnet, daß die über den vorgegebenen Grenzwert hinausgehende Größe mit einem Faktor multipliziert, erst zum Sollwert addiert wird und dann über die Anfahrfunktion auf den Sollwerteingang des Vergleichssystems des Reglers (10) geschaltet wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the over the specified limit value is multiplied by a factor, first is added to the setpoint and then via the approach function to the setpoint input the comparison system of the controller (10) is switched. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfahrfunktion zwischen den Sollwert (7) und den sollwerteingang des Vergleichssystem des- Reglers (10) geschaltet wird.4. The method according to claim 1, characterized in that the start-up function between the setpoint (7) and the setpoint input of the controller's comparison system (10) is switched. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch cjekennzeichnet, daß bei Folgeregelungen (Kaskadenregelungen) die die Differenz des Grenzwertes und Übersteuerung des Folgereglers auf die Anfahrfunktion des Führungsreglers geschaltet werden.5. The method according to claim 1, characterized in that with follow-up regulations (Cascade control) the difference between the limit value and override of the slave controller can be switched to the start-up function of the master controller. Die Eingänge e und e des Relais 13 (Fig. 1) werden durch Grenzwert und Ausgang des Folgereglers beaufschlagt. The inputs e and e of the relay 13 (Fig. 1) are set by limit value and output of the slave controller acted upon. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Folgeregelungen (xaskadenregelungen) der Grenzwert des Führungsreglers durch den Istwert des Folgereglers, addiert mit der Differenz von Grenzwert und Ausgang des Folgereglers, gegeben wird.6. The method according to claim 1, characterized in that with follow-up regulations (xascade control) the limit value of the master controller by the actual value of the slave controller, added to the difference between the limit value and the output of the slave controller. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwert des Reglers bei einer Ansteuerung des Stellgliedes durch eine Auswahl mehrerer Stellgrößen dadurch vorgegeben wird, daß eine Auswahl aller anderen Stellgrößen aufgeschaltet wird.7. The method according to claim 1, characterized in that the limit value of the controller when the actuator is activated by selecting several manipulated variables is specified in that a selection of all other manipulated variables is added will. Verfahren zum Anfahren von Regelkreisen durch Aufschaltung einer Anfahrfunktion.Procedure for starting control loops by activating a start-up function. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren von Regelkreisen, wenn die Ausgangsgröße des Reglers keinen Einfluß auf die Regelstrecke hat, weil die Stellgröße durch einen vom Regler nicht beeinflußbaren Wert begrenzt wird.The invention relates to a method for starting control loops, if the output variable of the controller has no influence on the controlled system, because the manipulated variable is limited by a value that cannot be influenced by the controller. Vor dem Anfahren eines Regelkreises befindet sich das Stellglied in einer Lage, die vom Reglerausgang nicht beeinflußt werden kann. Z.B. Handstellung, Endlage des Stellgliedes, Übernahme der Stellgröße durch eine Auswahlschaltung.Before starting a control loop, the actuator is in a position that cannot be influenced by the controller output. E.g. hand position, End position of the actuator, acceptance of the manipulated variable by a selection circuit. Die verschiedenen Verfahren und Einrichtungen unterscheiden sich wesentlich in der Art wie der Regler bei der entsprechenden Regelstrecke in die Veränderung der Stellgröße wieder eingreift.The various procedures and facilities differ significantly in the same way as the controller changes in the corresponding controlled system the manipulated variable intervenes again. Bekannt ist zum Beispiel die Begrenzung der Integralsättigung, die Strukturumschaltung oder die Differenzierung im Eingang des Reglers.For example, the limitation of the integral saturation is known Structure switching or the differentiation in the input of the controller. Allen bekannten Strukturen ist gemeinsam, daß der Anfahrvorgang in seinem Verlauf durch das Verhalten des Reglers bestimmt wird, das ebenso für den Dauerbetrieb des Reglers maßgebend ist.All known structures have in common that the start-up process in its course is determined by the behavior of the controller, which also applies to the Continuous operation of the controller is decisive.
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