DE3019360C2

DE3019360C2 - Schaltung für pneumatischen Regler

Info

Publication number: DE3019360C2
Application number: DE3019360A
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl.-Ing. 7024 Filderstadt Bader
Original assignee: Eckardt AG
Current assignee: Eckardt AG
Priority date: 1980-05-21
Filing date: 1980-05-21
Publication date: 1984-11-22
Also published as: US4428391A; DE3019360A1

Description

ίο Die Erfindung betrifft eine Schaltung für pneumatische Regler mit verstellbarem Proportionalitätsbereich nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2.
Solche Reglerschaltungen sind z. B. aus der DE-OS 18 01 240 bekannt Dort liegt einer Schaltung für einen PID-Regler die Erkenntnii zugrunde, daß die Realisierung der Vergleichsstellen in Regelschaltungen, d. h. die Verarbeitung der Signale, mit einfachen Bauelementen zu erreichen ist, wenn diese Aufgabe aufgefaßt wird als zweimalige Addition von jeweils zwei der vier Signale und einer Subtraktion, wobei die Vergleichsstelle in den Verstärker mit einbezogen wird, d. h. die Subtraktionsstelle braucht nicht mehr in einem mechanischen Bauteil außerhalb des Verstärkers realisiert zu werden. Die Addition kann mit Hilfe von zwei Widerständen ohne großen Aufwand verwirklicht werden, indem an diese Widerstand.:, die einen Druckteiler bilden, die Summanden in Form von pneumatischen Drücken angelegt werden. Zwischen diesen Widerständen stellt sich dann ein Signal ein, das der Summe der beiden angelegten Drücke proportional ist. Die P-Bereichseinstellung ist bei diesen Reglerschaltungen durch Verändern des Widerstandswertes eines oder mehrerer der Drosselwiderstände zu erreichen. Werden die beiden Widerstände einer Brükke, die an die Eingangssignale χ und w angeschlossen sind, gemeinsam und gleichsinnig verstellt, so ist das Ausgangssignal y proportional der Differenz χ — w.

Die beiden Drosselwiderstände müssen über ein Getriebe oder dgl. miteinander verbunden sein, um einen gleichen Verstellbereich der Widerstandswerte erreichen zu können. Dies geschieht über ein Getriebe oder dgl., welches die beiden Drosselwiderstände miteinander verbindet. Nachteilig ist hierbei, daß zur Verbindung der beiden Drosselwiderstände über ein Getriebe viel Plat/ benötigt wird und daß trotz einer solchen direkten Verbindung ein eventuell in den Drosselwiderständen vorherrschendes Spiel beim Ändern der Drehrichtung ein exaktes Einstellen der Widerstände beeinträchtigen kann. Außerdem muß bei dieser Bauart eine Druckabdichtung der Drehdurchführung erfolgen, was zwar mit O-Ringen erreicht werden kann, insgesamt aber doch einen relativ großen und teuren Materialaufwand erfordert.

Es ist zwar möglich, die beiden Eingänge des Differenzverstärkers über einen einstellbaren Widerstand zu verbinden, wie dies auch die bekannte Ausführungsform zeigt. Dieser verstellbare Widerstand kann zwar zur Feinjustierung des Proportionalitätsbereichs verwendet werden; dies ändert jedoch nichts an der Tatsache, daß weiterhin zwei über ein Getriebe oder dgl. verbundene Drosselwiderstände vorgesehen werden müssen. Außerdem isi durch diesen zusätzlichen variablen Widerstand die Reproduzierbarkeit einer F.instellung nicht gewährleistet.

b^r) Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Material- und Platzaufwand für die Realisierung einer Schaltung für pneumatische Regler mit verstellbarem Proportionalitätsbereich der eingangs genannten ArI zu

verkleinern.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs .', aber auch durch eine entsprechende, gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 2 ausgebildete Reglerschaltung. Sei einer derartigen Schaltung ist nur noch ein einziger verstellbarer Widerstand notwendig, während alle anderen Widerstände konstant sind. Die Einstellung des Proportionalitätsbereich erfolgt durch Verstellung dieses einen variablen Widerstands. Somit können weitere und teure verdrehbare Drosselwiderstände entfallen. Insbesondere braucht keine Kopplung von Widerständen mittels Getrieben oder dgl. mit den beschriebenen nachteiligen Folgen mehr vorgesehen zu werden. Die Differenz zwischen Ist- und Sollwert (x—w) wird bei einem erfindungsgemäßen Schaltungsaufbau nicht mehr durch die Eigenschaften einstellbarer Widerstände beeinträchtigt, und daher kann der Verstärkungsfaktor Kp in berechenbarer Weise durch den variablen Widerstand in der Schaltung realisiert werden.

In der ersten AusführungsfGrm der Erfindung gemäß Anspruch t ist der einstellbare Drosselwiderstand zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandspaar und der Verstärker zwischen dem zweiten und dem dritten Widerstandspaar geschaltet. Das in der Mitte liegende Widerstandspaar weist hierbei gegenüber den außenliegenden Widerstandspaaren einen relativ geringen Drosselwiderstandswert auf. Bei einer derartigen Schaltung, wie sie insbesondere für Regler mit P-Reglereigenschaften verwendet wird, ist der maximale Verstäckungsfaktor K_p durch das Verhältnis der Widerstandswerte der außenliegenden Widerstände gegeben und kann innerhalb des so vorgegebenen Bereiches durch den einstellbaren Widerstand verändert werden. Dabei wird eine minimale Verstärkung erreicht, wenn die js Drossel geöffnet ist, und eine maximale Verstärkung, wenn die Drossel geschlossen ist.

In der Ausführungsform der Erfindung gemäß Anspruch 2 wird der Verstärker zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandspaar und der einstellbare Drosselwiderstand zwischen dem zweiten und dem dritten Widerstandspaar eingesetzt. Dadurch wird der maximale Verstärkungsfaktor K_p wieder durch das Verhältnis der Widerstandswerte der beiden außenliegenden Widerstandspaare bestimmt und dann erreicht, wenn die Drossel geöffnet ist. Der minimale Verstärkungsfaktor wird dann bei geschlossener Drossel erreicht.

Es ist vorteilhaft, wenn die Eingangsdruckriiume des Differenzverstärker von elastischen Wänden begrenzt sind. Dies ist bei pneumatischen Reglern leicht durch membran-gesteuerte Differenzdruckverstärker zu erreichen, deren Eingangsdruckräume abgeschlossen sind und deren Ausgangssignal von einer Hilfsenergiequelle gespeist wird. Das hat den Vorteil, daß der Verstärker dann als energetischer Entkoppler zwischen den Eingangs- und den Ausgangssignalen des Reglers wirkt, da der Verstärker aus den beiden Druckteilern keine Energie in Form von Druckluft aufnimmt.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß die Widerstände als Glaskapillaren ausgebildet sind. Das hat den Vorteil, daß der Widerstandswert solcher Widerstände sehr genau bekannt ist, da die Glaskapillaren bei gleichzeitiger Messung auf die dem Widerstandswert entsprechende Länge abgetrennt b5 werden können und außerdem solche Widerstände auch sehr billig herzustellen sind. Hierdurch können vorausberechnete Rcgelschaltungen nach der Erfindung in einfacher und sehr billiger Weise exakt realisiert werden.

Schaltbeispiele mit den vorteilhaften Merkmalen der Erfindung sind in den F i g. 1 und 2 dargestellt Es zeigt

F i g. 1 eine Schaltskizze für eine erfindungsgemäß angeordnete Schaltung für einen P-Regler und

F i g. 2 eine weitere mögliche Anordnung der Schaltelemente für einen P-Regler.

In der Fig. 1 ist eine erfindungsgemäß angeordnete Schaltung für einen P-Regler dargestellt Dabei wird einem Handstelldruckgeber 1 Druckluft von einer nicht dargestellten Quelle über die Leitung P_x zugeführt Mit dem Handstelldruckgeber 1 kann der Arbeitspunkt Pap des Reglers eingestellt werden. Zwischen der Zuführung der Ist-Größe χ und dem Ausgang des Handstelldruckgebers sind drei Widerstände w\, W₂, W₃ in Reihe geschaltet. Zwischen einem Abgriff 5 an der Leitung der Stellgröße y und der Eingangsleitung des Sollwertes w sind ebenfalls drei Widerstände w\, W₂ und W₃ in Reihe geschaltet. Dabei gilt für die Widerstandswerte:

IVl = W\', W₂ = W₂, W₃ = W₃.

Die Realisierung der paarweisen Gleichheit einzelner Widerstände läßt sich durch die Verwendung von Glaskapillaren in sehr billiger und einfacher Weise erreichen. Zwischen die Widerstände w\, W₂ und w\, W₂ ist ein einstellbarer Drosselwiderstand 4 geschaltet. Der Verstärker 2, welcher als Differenzdruckverstärker ausgebildet ist, wird zwischen die Widerstände w₂, w₃ und w₂, »Vj geschaltet. Die Widerstandswerte w₂, W₂ sind so gewählt, daß sie klein gegenüber den Werten der Widerstände Wi', ivi und tV3', W₃ sind. 1st die Drossel 4 geschlossen, so liegt die volle Differenz χ — wan den Eingängen des Verstärkers an, wobei der Sollwert w noch der von der Stellgröße y abgezweigte Druck hinter dem Widerstand Wi addiert wird und zur Ist-Größe χ der hinter dem Widerstand w_s' entstandene Druck vom Handstelldruckgeber 1, d. h. die volle Differenz x—w wird in dem Maße verstärkt, wie sich die Widerstände Wi zu W₃ verhalten, da die Widerstände w? und w₂ klein gegenüber diesen gewählt sind. Wird die Drossel geöffnet, findet in dem Maße der Öffnung ein Ausgleich zwischen der Differenz x—w statt, d. h. die Differenz wird verringert. Dadurch unterscheiden sich die am Verstärker anliegenden Differenzdrücke nicht mehr so stark wie bei geschlossener Drossel. Die minimale Verstärkung Kptnin erhält man dann also bei geöffneter Drossel Kp.

Da die in einer solchen Schaltung verwendeten Widerstände sehr billig hergestellt werden können und im Regler auch platzsparend angeordnet werden können, ergibt sich mit einer solchen erfindungsgemäßen Schaltung die Möglichkeit, einen Regler mit einstellbarem Proportionalitätsbereich billig und platzsparend herzustellen, mit dem sich dennoch eine Realisierung der Reglergleichungen erreichen läßt, da die Werte der Widerstandspaare sehr genau bekannt sein können, der Arbeitspunkt Pm· ebenfalls genau einstellbar ist und die Kennlinie des Verstärkers gut bekannt sein kann.

Die in F i g. 2 dargestellte Schaltung zeigt eine weitere Anordnungsmöglichkeit der Schaltelemente für einen P-Regler. Hierbei ist die Anordnung des Verstärkers 2 und des variablen Widerstandes 4 gegenüber der Anordnung in F i g. 1 vertauscht. Ist bei einer so gearteten Schaltung die Drossel 4 geöffnet, so bewirkt dies, daß die zu den x- und w-Werten zu addierenden Drücke hinter den Widerständen i*y und w? eine geringere Druckdifferenz aufweisen als die bei geschlossener Drossel 4 der Fall wäre und so die Differenz x—w zusammen mit den Drücken hinler den Widerständen w> und wi' maximal bleibt, d. h. maximal verstärkt wird.

Bei geschlossener Drossel 4 läßt sich dann der minimale Verstärkungsfaktor berechnen und so die Rcglerglcichung realisieren.

Bei allen Ausführungsbeispielen lassen sich die konstanten Widerstände, wie oben schon erwähnt, in sehr 5 einfacher Weise als Glaskapillaren ausbilden, die billig
herstellbar sind und in den Schaltungen platzsparend
untergebracht werden können.

Ebenso wird bei allen zwei Ausführungsbeispielen
zur Realisierung der jeweiligen Reglereigenschaften io nur ein variabler Drosselwiderstand benötigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Schaltung für pneumatische Regler mit verstellbarem Proportionalitätsbereich und mindestens einem Differenzverstärker, dessen Eingangsdruckräume von zwischen jeweils zwei in den Istwert (x)- und Sollwert (w/Zweigen in Serie angeordneten Drosselwiderständen abgegriffenen Drücken beaufschlagt werden, wobei eine mit einem einstellbaren Widerstand versehene Leitung den Istwert (x/Zweig mit dem Sollwert (w>Zweig verbindet und ein erster Widerstand im Sollwert (wJ-Zweig mit der Sollwert (ivJ-Zuleitung sowie ein erster Widerstand im Istwert ftf-Zweig mit der Istwert ^/-Zuleitung verbunden ist und wobei das von dem Differenzverstärker abgegebene Stellsignal an das Ende des Sollwert {V>Zweiges geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Istwert (x}-Zwe\g und im Sollwert (w)-Zweig je drei in Serie geschaltete Drosselwiderstände (w\, W2, W₃'; Wi, W₂, wj) vorgesehen sind, die alle konstant sind und für gieichrangig angeordnete Paare (w_u w\'\ W2, W₂'; W3, w₃') jeweils denselben Widerstandswert aufweisen, daß der einstellbare Widerstand (4) zwischen dem ersten Widerstandspaar (w\, w\) und dem zweiten Widerstandspaar (w₂, W₂') angeordnet ist und die Eingänge des Differenzverstärkers (2) zwischen dem zweiten Widerstandspaar (w₂, tv.') und dem dritten Widerstandspaar (ws, Wi) und daß das Ende des Istwert (xJ-Zweiges mit einem vorgewählten, veränderbaren oder konstanten Druck beaufschlagt ist (F ig. 1).

2. Schaltung für pneumatische Regler mit verstellbarem Proportionalitätsbereich und mindestens einem Differenzverstärker, dessen Eingangsdruckräume von zwischen jeweils zwei in den Istwert (x)- und Sollwert (w^Zweigen in Serie angeordneten Drosselwiderständen abgegriffenen Drücken beaufschlagt werden, wobei eine mit einem einstellbaren Widerstand versehende Leitung den Istwert (x^-Zweig mit dem Sollwert (w^-Zweig verbindet und ein erster Widerstand im Sollwert (w^Zweig mit der Sollwert (w^Zuleitung sowie ein erster Widerstand im Istwert (x^-Zweig mit der Istwert (^Zuleitung verbunden ist und wobei das von dem Differenzverstärker abgegebene Stellsignal an das Ende des Sollwert (w^-Zweigs geschaltet ist. dadurch gekennzeichnet, daß im Istwert (x^-Zweig und im Sollwert (w/-Zweig je drei in Serie geschaltete Drosselwiderstände (Vi', W₂', W)'; Wi, W₂, W₃) vorgesehen sind, die alle konstant sind und für gieichrangig angeordnete Paare W|, wi'; w₂, w₂'; w₃, w₃') jeweils denselben Widerstandswert aufweisen, daß die Eingänge des Differenzverstärkers (2) zwischen dem ersten Widerstandspaar (wu Wi') und dem zweiten Widerstandspaar (V₂, W₂') liegen, daß der einstellbare Widerstand (4) zwischen dem zweiten Widerstandspaar (w₂, w₂') und dem dritten Widertandspaar (w₃, W₃') angeordnet ist und daß das Ende des Istwert (x^-Zweiges mit einem vorgewählten, veränderbaren oder konstanten Druck beaufschlagt ist (F i g. 2).

3. Schaltung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgewählte Druck am Ende des Istwert (x^Zweiges veränderbar und mittels eines Handstelldruckgebers (1) einstellbar ist.

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsdruckräumc des Differen/.verstärkcrs (2) von elastischen

Wanden begrenzt sind.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die konstanten Widerslände (W₁, w,'; W₂. w>'; Wj, w₍') als Glaskapillaren ausgebildet sind.