DE29809412U1 - Electronic device for controlling a pressure control valve - Google Patents
Electronic device for controlling a pressure control valveInfo
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Description
30 936 Elektronische Einrichtung zur Ansteuerung eines Druckregelventils 30 936 Electronic device for controlling a pressure control valve
BeschreibungDescription
Die Neuerung betrifft eine elektronische Einrichtung zur pulsweitenmodulierten Ansteuerung eines Druckregelventils, das nach Art eines über mindestens einen Elektromagneten angetriebenen Sitzventils aufgebaut ist, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The innovation relates to an electronic device for pulse-width modulated control of a pressure control valve, which is constructed in the manner of a seat valve driven by at least one electromagnet, according to the preamble of patent claim 1.
Ein Druckregelventil steuert - wie allgemein bekannt ist - entsprechend einem vorgegebenen Druck-Sollwert einen Druck an einem Arbeitsanschluß und somit in einem diesem zugeordneten Druckaggregat - beispielsweise einem pneumatischen Druckspeicher - aus. Zu diesem Zwecke verfügt das Druckregelventil über einen Ventilstößel, der gemeinsam mit zugeordneten Ventilsitzen zwischen dem Arbeitsanschluß, einem Speisedruckanschluß sowie einem Entlüftungsanschluß druckmittelvermittelnd schaltet.As is generally known, a pressure control valve controls a pressure at a working connection and thus in a pressure unit associated with it - for example a pneumatic pressure accumulator - according to a specified pressure setpoint. For this purpose, the pressure control valve has a valve tappet which, together with associated valve seats, switches between the working connection, a feed pressure connection and a vent connection to transmit pressure medium.
Eine gattungsgemäße elektronische Einrichtung zur Ansteuerung des Druckregelventils ist aus dem Produktkatalog „Know-how in Pneumatik" der Firma Mannesmann Rexroth Pneumatik GmbH (11/93, Seiten 7.032 f) bekannt. Eine integrierte Elektronik führt hier einen Vergleich zwischen dem Druck-Sollwert und dem über einen Drucksensor gemessenen Druck-Istwert am Arbeitsanschluß durch. Ein Regelglied generiert Stellsignale, die zwei Pilotventilen zur Ansteuerung zugeführt werden, so daß eine Vörsteuerkammer entsprechend des vorgegebenen Druck-Sollwertes be- oder entlüftet wird. Die Vorsteuerkammer ist zylinderartig ausgebildet und treibt ihrerseits einen Kolben an, von dem aus ein Ventilstößel zum druckmittelvermittelnden Schalten zwischen den Anschlüssen längsbewegbar ist. Das vorgesteuerte Druckregelventil wird über ein pulsweitenmoduliertes Stellsignal angesteuert. Die Pulsweitenmodulation reduziert bei kleiner werdender Regelabweichung während des Ausregelungsvorganges (Soll-Ist-Abgleich) den Einschaltdaueranteil des frequenzkonstanten Pulssignals, so daß sich eine sehrA generic electronic device for controlling the pressure control valve is known from the product catalog "Know-how in Pneumatics" from Mannesmann Rexroth Pneumatik GmbH (11/93, pages 7,032 f). An integrated electronics compares the pressure setpoint and the actual pressure value measured by a pressure sensor at the working connection. A control element generates control signals that are fed to two pilot valves for control, so that a pilot chamber is ventilated or vented according to the specified pressure setpoint. The pilot chamber is designed like a cylinder and in turn drives a piston, from which a valve tappet can be moved longitudinally to switch the pressure medium between the connections. The pilot-controlled pressure control valve is controlled by a pulse-width-modulated control signal. The pulse-width modulation reduces the control deviation during the control process as the control deviation becomes smaller. (target-actual comparison) the duty cycle component of the frequency-constant pulse signal, so that a very
feinfühlige Annäherung an den angestrebten Sollwert ergibt. Aufschwingerscheinungen der Regelung kann damit entgegengewirkt werden.sensitive approach to the desired setpoint. Oscillations in the control system can thus be counteracted.
Auf den Ventilstößel wirken beim Betrieb des Druckregelventils die Längsbewegbarkeit nachteilig beeinflussende Störkräfte ein, die sich negativ auf das Druckregelverhalten auswirken. Die Störkräfte werden beispielsweise von auf die Tellerfläche des Ventilstößels einwirkenden Staudrücken verursacht. Die Staudrücke bewirken eine verfälschende Verstärkung der Hubbewegung des Ventilstößels. Da die Staudrücke damit das Antwortverhalten des Ventils als Stellglied auf die Ansteuersignale nichtlinear verfälschen, ist das Regelverhalten trotz pulsweitenmodulierter Ansteuerung unbefriedigend.When the pressure control valve is operating, the valve tappet is subjected to disruptive forces that adversely affect its longitudinal mobility and have a negative effect on the pressure control behavior. The disruptive forces are caused, for example, by dynamic pressures acting on the plate surface of the valve tappet. The dynamic pressures cause a distorting amplification of the stroke movement of the valve tappet. Since the dynamic pressures thus distort the response behavior of the valve as an actuator to the control signals in a non-linear manner, the control behavior is unsatisfactory despite pulse-width modulated control.
Der Neuerung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für ein gattungsgemäßes Druckregelventil eine einfache Lösung zur Verbesserung des Druckregelverhaltens zu schaffen.The innovation is therefore based on the task of creating a simple solution for improving the pressure control behavior of a generic pressure control valve.
Die Aufgabe wird ausgehend von einem Druckregelventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Neuerung sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 angegeben.The problem is solved on the basis of a pressure control valve according to the generic term of patent claim 1 in conjunction with its characterizing features. Advantageous embodiments of the innovation are specified in subclaims 2 to 8.
Die Neuerung schließt die technische Lehre ein, daß zur elektronischen Kompensation von Stördruckkräften am Ventilstößel eine einem Regelglied nachgeschaltete und mit der Regelabweichung und dem Druck-Istwert gespeiste Kompensationseinheit zur proportionalen Beeinflussung des Stellsignals in Abhängigkeit des vom Drucksensor gemessenen Druck-Istwertes vorgesehen ist.The innovation includes the technical teaching that, for the electronic compensation of disturbing pressure forces on the valve tappet, a compensation unit connected downstream of a control element and fed with the control deviation and the actual pressure value is provided for proportionally influencing the control signal depending on the actual pressure value measured by the pressure sensor.
Der hartwaremäßig für die Druckregelung ohnehin vom Drucksensor bereitgestellte Druck-Istwert wird damit zusätzlich genutzt, um das Stellsignal in Abhängigkeit des zu bewältigenden Druck-Istwertes zu variieren und bietet somit eine Möglichkeit zur Verbesserung des Regelverhaltens. Diese Nutzung des Druck-Istwertes liefert in Kombination mit der Kompensationseinheit die Möglichkeit dafür, Druckregelventile mit einer sehr guten Linearität zu steuern. Es wird insgesamt eine Erhöhung der Stabilität des Druckregelkreises erzielt. Zu diesem Zwecke sind keine zusätzlichen Sensorelemente notwendig.The actual pressure value, which is already provided by the pressure sensor for pressure control, is also used to vary the control signal depending on the actual pressure value to be managed, thus offering an opportunity to improve the control behavior. This use of the actual pressure value, in combination with the compensation unit, makes it possible to control pressure control valves with very good linearity. Overall, the stability of the pressure control circuit is increased. No additional sensor elements are required for this purpose.
Vorzugsweise besteht die Kompensationseinheit aus mindestens einem mit der Regelabweichung sowie dem Druck-Istwert gespeisten Komparator, dem bzw. denen ein Kennlinien-Umsetzer zur Linearisierung, d.h. zur Anpassung des Stellwertes für die Ventile, nachgeschaltet ist.Preferably, the compensation unit consists of at least one comparator fed with the control deviation and the actual pressure value, followed by a characteristic curve converter for linearization, i.e. for adjusting the control value for the valves.
Wenn das Druckregelventil über eine Vorsteueranordnung betrieben wird, die aus zwei den Druck in einer Vorsteuerkammer einstellenden Ventilen besteht, welche als Belüftungsventil und als Entlüftungsventil ausgebildet sind, so besteht die dazugehörige Kompensationseinheit vorteilhafterweise aus genau zwei dem Belüftungsventil sowie dem Entlüftungsventil zugeordneten und mit der Regelabweichung sowie dem Druck-Istwert gespeisten Komparatoren, denen je ein Kennlinien-Umsetzer nachgeschaltet ist. Neben einer Vorsteuerung kann das Druckregelventil auch über einen direkt mit dem Ventilstößel zusammenwirkenden Proportionalmagneten angetrieben sein. Hierfür ist die Kompensationseinheit entsprechend einfach auszulegen. Der Drucksensor kann einerseits so plaziert sein, daß er den Druck-Istwert in der Vorsteuerkammer erfaßt; andererseits kann der Drucksensor auch den dazu proportionalen Druck-Istwert am Arbeitsanschluß erfassen. Letzteres ist günstiger, da dort Hystereseeinflüsse aufgrund der Ventilmechanik durch die Regelung eliminiert werden. Vorzugsweise ist der Kompensationseinheit zur elektrischen Anbindung an das Druckregelventil ein U/l-Umsetzerals Schnittstelle nachgeschaltet. Weitere, die Neuerung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Neuerung anhand der Figur dargestellt. Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild einer elektronischen Einrichtung zur Ansteuerung eines Druckregelventils.If the pressure control valve is operated via a pilot control arrangement consisting of two valves that adjust the pressure in a pilot control chamber and are designed as a ventilation valve and a vent valve, the associated compensation unit advantageously consists of exactly two comparators assigned to the ventilation valve and the vent valve and fed with the control deviation and the actual pressure value, each of which is followed by a characteristic curve converter. In addition to a pilot control, the pressure control valve can also be driven by a proportional magnet that interacts directly with the valve tappet. The compensation unit must be designed to be correspondingly simple for this. On the one hand, the pressure sensor can be placed so that it detects the actual pressure value in the pilot control chamber; on the other hand, the pressure sensor can also detect the proportional actual pressure value at the working connection. The latter is more advantageous because hysteresis influences due to the valve mechanism are eliminated by the control. Preferably, the compensation unit is connected to a U/l converter as an interface for electrical connection to the pressure control valve. Further measures to improve the innovation are shown below together with the description of a preferred embodiment of the innovation using the figure. The only figure shows a block diagram of an electronic device for controlling a pressure control valve.
Vom Druckregelventil ist der Bereich der Vorsteuerung, bestehend aus einem Belüftungsventil 1, einem Entlüftungsventil 2 sowie einer Vorsteuerkammer 3, nur prinzipiell dargestellt. Die Vorsteuerkammer 3 wird über eine zwischen ihr und dem Be- und Entlüftungsventil 1 und 2 angeordnete Druckleitung 4 beaufschlagt. Zur Belüftung der Vorsteuerkammer 3 verbindet das Belüftungsventil 1 eine Druckquelle 5 mit der Druckleitung 4. Zur Entlüftung der Vorsteuerkammer 3 verbindet das Entlüftungsventil 2 die Druckleitung 4 über eine Entlüftungsöffnung 6 mit der Atmosphäre. Das Belüftungsventil 1 sowie das Entlüftungsventil 2 der Vorsteuerung sind als 2/2-The pilot control area of the pressure control valve, consisting of a ventilation valve 1, a vent valve 2 and a pilot chamber 3, is only shown in principle. The pilot chamber 3 is pressurized via a pressure line 4 arranged between it and the ventilation and vent valves 1 and 2. To ventilate the pilot chamber 3, the ventilation valve 1 connects a pressure source 5 to the pressure line 4. To vent the pilot chamber 3, the vent valve 2 connects the pressure line 4 to the atmosphere via a vent opening 6. The ventilation valve 1 and the vent valve 2 of the pilot control are designed as 2/2-
Wegeventile ausgeführt. Sie werden elektromagnetisch betätigt und sind federrückgestellt.Directional control valves. They are operated electromagnetically and are spring-returned.
Der durch die Vorsteuerung in der zylindrischen Vorsteuerkammer 3 einstellbare Druck wirkt auf einen in der Figur nicht weiter dargestellten Kolben, mit dem ein Ventilstößel längsbewegbar zwischen dem Arbeitsanschluß, dem Speisedruckanschluß und dem Entlüftungsanschluß des Druckregelventils über entsprechende Ventilsitze druckmittelvermittelnd schaltet. Ebenso kann an dieser Stelle auch ein Ventilschieber bei Ausführung des Druckregelventils als Schieberventil bewegt werden.The pressure adjustable by the pilot control in the cylindrical pilot chamber 3 acts on a piston not shown in the figure, with which a valve tappet switches longitudinally between the working connection, the feed pressure connection and the vent connection of the pressure control valve via corresponding valve seats, transmitting pressure medium. A valve slide can also be moved at this point if the pressure control valve is designed as a slide valve.
Zur geregelten Ansteuerung des Druckregelventils über seine Vorsteuerung ist ein den Druck-Istwert aufnehmender Drucksensor 7 an der Vorsteuerkammer 3 angeordnet. Der hier gemessene Druck ist proportional zu dem eigentlich zu regelnden Druck am Arbeitsanschluß des Druckregelventils und kann deshalb als Druck-Istwert für die Regelung verwendet werden. Der Drucksensor 7 wandelt den gemessenen Druck in ein entsprechendes elektrisches Signal um, welches einem Eingang eines elektronischen Komparators 8 zugeführt wird. Am anderen Eingang des Komparators 8 liegt der vorgegebene Druck-Sollwert an, der beispielsweise von einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) aus vorgegeben sein kann. Der Komparator 8 ermittelt aus dem Druck-Sollwert und dem Druck-Istwert durch Differenzbildung die Regelabweichung. Das ausgangsseitg am Komparator 8 anliegende Signal der Regelabweichung wird einem Reglerglied 9 zugeführt. Das Reglerglied 9 ist als Zustandsregler ausgebildet und ermöglicht die Beeinflussung des Signals der Regelabweichung, indem es diesem ein P-, Pl- oder PID-Verhalten aufprägt. Das insoweit modifizierte Signal der Regelabweichung wird der nachfolgenden Kompensationseinheit 10 eingangsseitig zugeführt. Da bei dem Ausführungsbeispiel ein Druckregelventil mit einem Belüftungsventil 1 sowie einem Entlüftungsventil 2 für den Betireb der Vorsteuerung vorgesehen ist, ist die Kompensationseinheit 10 dementsprechend zweikanalig zur Ansteuerung des elektromagnetisch angetriebenen Belüftungsventils 1 sowie des Entlüftungsventils 2 ausgeführt. Somit wird das Signal der modifizierten Regelabweichung auf je einen Eingang der in der Kompensationseinheit 10 integrierten Komparatoren 11, 11' mit eingangsseitigem integrierten Polungsfilter geführt. Der integrierte Polungsfilter filtert aus dem Stellsignal die dem Be- oder Entlüftungsventil zugeordnete positive bzw. negative Signalflanke heraus. Der jeweils andere Eingang der Komparatoren 11 undFor the controlled control of the pressure control valve via its pilot control, a pressure sensor 7 that records the actual pressure value is arranged on the pilot control chamber 3. The pressure measured here is proportional to the pressure that is actually to be controlled at the working connection of the pressure control valve and can therefore be used as the actual pressure value for the control. The pressure sensor 7 converts the measured pressure into a corresponding electrical signal, which is fed to an input of an electronic comparator 8. The specified pressure setpoint is present at the other input of the comparator 8, which can be specified, for example, by a programmable logic controller (PLC). The comparator 8 determines the control deviation from the pressure setpoint and the actual pressure value by forming the difference. The control deviation signal present on the output side of the comparator 8 is fed to a controller element 9. The control element 9 is designed as a state controller and enables the control deviation signal to be influenced by imposing a P, PI or PID behavior on it. The control deviation signal modified in this way is fed to the input side of the subsequent compensation unit 10. Since in the exemplary embodiment a pressure control valve with a ventilation valve 1 and a vent valve 2 is provided for the operation of the pilot control, the compensation unit 10 is accordingly designed with two channels to control the electromagnetically driven ventilation valve 1 and the vent valve 2. The signal of the modified control deviation is thus fed to one input each of the comparators 11, 11' integrated in the compensation unit 10 with an integrated polarity filter on the input side. The integrated polarity filter filters out the positive or negative signal edge assigned to the ventilation or vent valve from the control signal. The other input of the comparators 11 and
11' wird mit dem vom Drucksensor 7 gemessenen Druck-Istwert versorgt. Das aus diesen beiden Eingangswerten vom Komparator 11 bzw. 11' gebildete Differenzsignal dient (wegen der damit durch den Druck-Istwert proportional beeinflußten Regelabweichung aus der sich das Stellsignal direkt ableitet) der Kompensation von Störkräften am Ventilstößel, die sich durch Rückwirkung im Druck-Istwert niederschlagen. Dem Komparator 11 bzw. 11' ist zum Zwecke der Linearisierung des Stellsignals ein Kennlinien-Umsetzer 12 bzw. 12' nachgeschaltet.11' is supplied with the actual pressure value measured by the pressure sensor 7. The difference signal formed from these two input values by the comparator 11 or 11' serves (due to the control deviation proportionally influenced by the actual pressure value, from which the control signal is directly derived) to compensate for disturbing forces on the valve tappet, which are reflected in the actual pressure value through feedback. A characteristic curve converter 12 or 12' is connected downstream of the comparator 11 or 11' for the purpose of linearizing the control signal.
Das insoweit von Störkräften bereinigte Stellsignal verläßt die Kompensationseinheit 10 an zwei jeweils dem Belüftungsventil 1 sowie dem Entlüftungsventil 2 zugeordneten Ausgängen. Als Schnittstelle zu dem elektromagnetisch angetriebenen Belüftungsventil 1 sowie dem Entlüftungsventil 2 dient je ein U/I-Umsetzer 13 und 13'.The control signal, which has been cleaned of disturbing forces, leaves the compensation unit 10 at two outputs, each assigned to the ventilation valve 1 and the vent valve 2. A U/I converter 13 and 13' each serves as an interface to the electromagnetically driven ventilation valve 1 and the vent valve 2.
Die elektronische Einrichtung zur Ansteuerung eines vorgesteuerten Druckregelventils verwendet das ohnehin für die Regelung vorliegende Druck-Istwertsignal zusätzlich als Eingangssignal für die in der Signalflußkette integrierten Kompensationseinheit 10. Die Kompensationseinheit 10 gewährleistet dabei mit einfachen elektronischen Mitteln eine Kompensation von am Ventilstößel auftretenden und auf den Druck-Istwert zurückwirkenden Störkräften.The electronic device for controlling a pilot-operated pressure control valve uses the actual pressure signal already available for control as an input signal for the compensation unit 10 integrated in the signal flow chain. The compensation unit 10 uses simple electronic means to ensure compensation for disturbing forces occurring on the valve tappet and having an effect on the actual pressure value.
Claims (8)
daß zur elektronischen Kompensation von Störkräften am Ventilstößel eine dem Regelglied (9) nachgeschaltete und mit der Regelabweichung und dem gemessenen Druck-Istwert gespeiste Kompensationseinheit (10) zur proportionalen Beeinflussung des Stellsignals in Abhängigkeit des vom Drucksensor (7) gemessenen Druck-Istwertes vorgesehen ist.1. Electronic device for pulse-width modulated control of a pressure control valve, which is constructed in the manner of a seat valve driven by at least one electromagnet and interacts between a working connection, a feed pressure connection and a vent connection to convey pressure medium by means of a valve tappet and associated valve seats, wherein a pressure sensor is provided, the electrical output signal of which corresponds to the actual pressure value to be controlled at the working connection, which, together with a predetermined pressure setpoint, is sent to a comparator for forming the control deviation, from which a control element generates a pulse-width modulating control signal for the pressure control valve, characterized in that
that for the electronic compensation of disturbing forces on the valve tappet, a compensation unit (10) connected downstream of the control element (9) and fed with the control deviation and the measured actual pressure value is provided for proportionally influencing the control signal depending on the actual pressure value measured by the pressure sensor (7).
dadurch gekennzeichnet,2. Electronic device according to claim 1,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,3. Electronic device according to claim 1,
characterized,
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE29809412U DE29809412U1 (en) | 1998-05-15 | 1998-05-15 | Electronic device for controlling a pressure control valve |
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ID=8057660
Family Applications (1)
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| DE29809412U Expired - Lifetime DE29809412U1 (en) | 1998-05-15 | 1998-05-15 | Electronic device for controlling a pressure control valve |
Country Status (1)
| Country | Link |
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