DE3432494C2 - Control arrangement for controlling the flow rate of gas or liquid flows in pipes - Google Patents

Control arrangement for controlling the flow rate of gas or liquid flows in pipes

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DE3432494C2 DE19843432494 DE3432494A DE3432494C2 DE 3432494 C2 DE3432494 C2 DE 3432494C2 DE 19843432494 DE19843432494 DE 19843432494 DE 3432494 A DE3432494 A DE 3432494A DE 3432494 C2 DE3432494 C2 DE 3432494C2
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    • G05D7/0635Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means by action on throttling means

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelungsanordnung zur Regelung des Durchsatzes von Gas- oder Flüssigkeitsströmen in Rohr leitungen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a control arrangement for controlling the flow rate of gas or liquid flows in pipes, according to the preamble of claim 1.

In einer Vielzahl von industriellen und technischen Prozes sen wird der Durchfluß von Gasen oder Flüssigkeiten in Rohr leitungen gesteuert oder geregelt. In a variety of industrial and technical Prozes sen the flow of gases or liquids in pipelines is controlled or regulated. So gehören das Steuern und Regeln von Flüssigkeits- und Gasflüssen in Rohrleitungen zu den Grundoperationen bei der Analyse und Synthese von Stoffen in der chemischen und biologischen Verfahrenstech nik. To include the control and regulation of liquid and gas flows in pipelines to the basic operations in the analysis and synthesis of compounds in the chemical and biological processes lancing technology. Bei Wärmeaustauschprozessen in Kühl- und Heizungsanla gen gehören die Steuerung und Regelung des Durchsatzes von Gasen oder Flüssigkeiten in Rohrleitungen ebenfalls zu den Grundoperationen. In heat exchange processes in cooling and Heizungsanla gene controlling and regulating the flow of gases or liquids in pipes are also part of the basic operations. Während in einigen Fällen der Durchsatz selbst gesteuert oder geregelt wird, können bei anderen Prozessen beliebige physikalische, chemische oder biologi sche Parameter indirekt über den Durchsatz von Gasen oder Flüssigkeiten in Rohrleitungen gesteuert oder geregelt wer den. While controlling the throughput in some cases even or regulated, any physical, chemical or biological specific parameters indirectly controlled by the flow of gases or liquids in pipelines or regulated who the other processes. Beispiele sind die Steuerung oder Regelung des Druckes, der Temperatur, des pH-Wertes, der elektrischen Leitfähig keit, Sauerstoffkonzentration, Dichte, Trübung oder Ionen konzentration in einem fluiden Medium. Examples are the control or regulation of the pressure, temperature, pH, electrical conductivity ness, oxygen concentration, density, haze, or ion concentration in a fluid medium.

Die herkömmlichen Regelungs- und/oder Steueranordnungen für derartige Anwendungen sind aus diskreten Komponenten aufge baut. The conventional regulation and / or control devices for such applications are built up from discrete components. In die Rohrleitung ist ein Stellglied eingebaut, durch das der Durchgangsquerschnitt der Rohrleitung verändert wird. In the pipeline, an actuator is mounted, by which the passage cross section of the pipe is changed. Im allgemeinen wird ein Stellventil mit den beiden Schaltfunktionen "Auf" und "Zu" verwendet, da die Verwirk lichung des Regelkreises dann besonders einfach ist. In general, a control valve with the two switching functions "up" and used "closed" because the Verwirk is lichung the control loop particularly simple. In die Rohrleitung ist ferner ein Sensor eingefügt, der die jewei lige Regelgröße erfaßt, also beispielsweise den Druck, die Temperatur, den pH-Wert, die Leitfähigkeit, Sauerstoffkon zentration, Dichte, Trübung oder Ionenkonzentration oder auch einfach den Durchsatz des in der Rohrleitung durchströ menden fluiden Mediums. a sensor in the pipeline also inserted which detects the jewei celled control variable, ie for example the pressure, temperature, pH, conductivity, concentration Sauerstoffkon, density, haze, or ion concentration, or simply the flow rate of durchströ in the pipeline Menden fluid medium. Das Stellglied wird durch einen Aktuator bestätigt, der beispielsweise elektrisch angesteu ert wird. The actuator is supported by an actuator which is for example electrically angesteu ert. Das Ansteuersignal für den Aktuator liefert eine Steuervorrichtung, die im allgemeinen in einer zentralen Warte untergebracht ist, mit der auch der Sensor über eine Signalleitung verbunden ist. The drive signal for the actuator provides a control device that is housed generally in a central control room, with which also the sensor is connected via a signal line.

Entsprechend der Verwendung von Stellventilen mit nur zwei Schaltfunktionen "Auf" und "Zu" wird die Steuervorrichtung im allgemeinen als 2-Punkt-Regler in analoger Schaltungs technik ausgeführt. According to the use of control valves with only two switching functions "open" and "closed", the control device is generally designed as a 2-point controller in analog circuit technology. Obwohl ein solches Regelsystem wegen des 2-Punkt-Verfahrens und wegen der zwei diskreten Stellungen des Stellgliedes verhältnismäßig große Regelschwankungen zeigt, ist es doch aufwendig und teuer hinsichtlich Kon struktion und Installation, weil zwischen Sensor und Steuer vorrichtung bzw. Regler sowie zwischen diesem und dem Ak tuator des Stellgliedes gewöhnlich Normsignale erzeugt und verarbeitet werden, insbesondere wenn Sensor, Regler und Aktuator getrennte elektrische Versorgungen aufweisen, und weil zwischen den einzelnen Komponenten des Regelkreises Leitungen über größere Entfernungen verlegt werden müssen, die darüber hinaus störanfällig sind. Although such a control system is relatively large control fluctuations due to the two-point method, and because of the two discrete positions of the actuator, it is complicated and expensive in terms Kon constructive tion and installation, because device between the sensor and control or controller, and between the latter and the Ak are usually produced standard signals tuator of the actuator and processed, especially when sensor, controller and actuator having separate electrical supplies, and because cables over longer distances have to be laid between the individual components of the control loop, which are susceptible to faults beyond.

Eine Regelungsanordnung der eingangs genannten Art ist bei spielsweise aus der US 3 757 808 bekannt. A control arrangement of the type mentioned above is known in gaming, from US 3,757,808. Hierbei werden zur Erzeugung eines für den Mengendurchfluß repräsentativen Si gnals zwei Sensoren in die betreffende Rohrleitung einge setzt. Here, two sensors are set in the respective pipeline is to generate a representative of the mass flow Si gnals. Über einen dieser beiden Sensoren wird die Fluidtem peratur gemessen. About one of these two sensors, the Fluidtem measured temperature. Der im Abstand davon angeordnete weitere Sensor liefert ein für seine eigene Temperatur repräsenta tives Signal, wobei diesem weiteren Sensor Mittel zugeordnet sind, durch die seine Temperatur auf einen Wert gebracht wird, der von dem der Fluidtemperatur verschieden ist. The thereof spaced further sensor provides a tive for its own temperature repre signal, this further sensor is associated with means by which its temperature is brought to a value of the temperature of the fluid is different. Die Sensoren sind mit der elektronischen Steuervorrichtung ver bunden, um das für den Massendurchfluß repräsentative Signal zu erzeugen und den Aktuator anzusteuern. The sensors are connected to the electronic control device ver connected to generate the signal representative of the mass flow rate signal and to control the actuator.

In der US 4 080 993 ist ein Durchflußregler beschrieben, der aus einem mechanischen Reglerventil mit einem teleskopartig in einem Hülsenelement entgegen einer Federvorspannung be weglichen Kolben besteht, mit dessen Relativverschiebung aufgrund eines jeweiligen Druckunterschieds bestimmte Durch lässe mehr oder weniger verschlossen bzw. geöffnet werden. In US 4,080,993, a flow regulator is described which consists of a mechanical regulator valve having a telescopically against a spring bias be in a sleeve member moveable piston, are closed or opened by lässe more or less with the relative displacement due to a respective pressure difference determined.

Aus HP Becker, Entwurf und Realisierung digitaler Regler mit Mikroprozessoren, Elektronik 5/9.3.84, Seiten 51-56, ist bekannt, in Steuerungs- und Regelungsanordnungen Mikro computer einzusetzen. HP Becker, design and implementation of digital controllers with microprocessors, electronics 5 / 03.09.84, pages 51-56, is known to use in control and regulation devices microcomputer.

Ziel der Erfindung ist es, eine Regelungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine zuverlässige, kostengünstige Alternative zu der herkömmlichen zentralen Prozeßregelung darstellt und/oder diese ergänzen kann. The aim of the invention is to provide a control arrangement of the type mentioned, which is a reliable, cost effective alternative to the traditional centralized process control and / or it can complement each other. Überdies soll mit einer solchen Anordnung auch eine Aus gestaltung von industriellen oder technischen Anlagen möglich sein, die insbesondere im Hinblick auf Änderungen oder Erweiterungen bei einzelnen industriellen oder tech nischen Prozessen wesentlich flexibler ist. Moreover, should be possible with such an arrangement, a design from industrial or technical equipment that is much more flexible in particular with regard to changes or extensions to individual industrial or tech cal processes.

Die Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß ein weiterer Sensor vorgesehen ist, der der elektronischen Steuervorrichtung ein Signal liefert, das von einer den Regelvorgang beeinflussenden Störgröße abhängt und auf das die elektronische Steuervorrichtung im Sinne einer Stör größenkompensation anspricht, und daß das Stellglied, der Aktuator, die Sensoren und die Steuervorrichtung als Teile eines Baukastensystems zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind, die als solche in die Rohrleitung einsetzbar ist. The object is achieved according to the invention in that a further sensor is provided which delivers a signal to the electronic control device, which depends on a the control process affecting disturbance and responsive the electronic control device in the sense of disturbance magnitude compensation, and that the actuator, the actuator, the sensors and the control device are combined as parts of a modular system to form a unit which can be used as such in the pipeline.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die oben näher erläuterten Mängel der herkömmlichen Regelsysteme im wesentlichen eine Folge der zentralen Prozeßregelung und des Aufbaus des Regelsystems aus diskreten Einzelkomponenten sind. The invention proceeds from the realization that the shortcomings of conventional control systems detailed above are essentially a result of the central control process and the structure of the control system of discrete individual components. Die Erfindung verläßt diesen in der Technik überwie gend beschrittenen Weg und schafft selbständige Regelungs einheiten, die an der geeigneten Stelle der betreffenden Rohrleitung leicht installiert werden können. The invention leaves this überwie in the art quietly chosen path and creates units self-regulation that can be easily installed in the proper location of the respective pipeline. Wenn eine übergeordnete zentrale Prozeßsteuerung vorgesehen ist, so können diese Baueinheiten überdies mit einer geeigneten Schnittstelle versehen werden, um sie an einen zentralen Prozeßrechner anzuschließen. If a higher-level central process control is provided, these units may be provided with a suitable interface, moreover, to connect them to a central process computer.

Verglichen mit herkömmlichen Regelsystemen, die aus diskre ten Komponenten aufgebaut sind, sind die erfindungsgemäßen Regelungsanordnungen überaus kostengünstig. Compared with conventional control systems, which are composed of diskre th components control, the inventive arrangements are extremely cost-effective. So können die einzelnen Komponenten dieser Anordnung beispielsweise in einem einzigen Gehäuse untergebracht und durch eine gemein same Stromversorgung gespeist werden. Thus, the individual components of this assembly can be placed for example in a single housing and fed by a common power supply. Längere Verbindungs leitungen zwischen den einzelnen Komponenten entfallen. Longer connection lines omitted between the individual components. Von besonderem Vorteil ist die erfindungsgemäße Anwendung des Baukastenprinzips. the inventive use of the modular principle is of particular advantage. Die elektronische Steuervorrichtung kann mit einer Vielzahl von Sensoren kombiniert werden, die unterschiedlichste Parameter wie Temperatur, Trübung, pH- Wert, Sauerstoffkonzentration, elektrische Leitfähigkeit, Druck und Durchsatz eines strömenden Mediums erfassen und ein zur Verarbeitung in der Steuervorrichtung geeignetes Ausgangssignal abgeben, welches die betreffende Regelgröße darstellt. The electronic control device can be combined with a variety of sensors which sense a wide variety of parameters such as temperature, turbidity, pH, oxygen concentration, electrical conductivity, pressure and flow rate of a flowing medium and deliver a product suitable for processing in the controller output signal indicative of the relevant represents a control variable. Die sich insgesamt ergebenden Kostenvorteile können genutzt werden, um das Regelverhalten zu verbessern. The cost advantages overall resulting can be used to improve the control behavior.

Insbesondere kann die Steuervorrichtung als softwarege steuerter stetiger Regler mit P-, PI-, PD- oder PID-Ver halten ausgeführt werden. Specifically, the control device can be made as a hold-controlled softwarege continuous controller with P, PI, PD or PID Ver. Als Stellglied wird dann ein elektromotorisch angetriebenes Scheibenventil mit stetig variablem Durchflußquerschnitt verwendet, z. an electric motor-driven disc valve with a continuously variable flow cross section is then used as an actuator, for. B. in den Nennweiten 4 bis 20 mm. B. in the nominal widths from 4 to 20 mm. An den jeweiligen Regelvorgang wird die elektronische Steuervorrichtung durch Einspeicherung eines geeigneten Steuerprogrammes in einen digitalen Programmspeicher angepaßt. the electronic control device is adapted by storing an appropriate control program in a digital program memory of the respective control process. Der Programmspeicher kann her stellerseitig programmiert sein oder aber vom Anwender mit dem gewünschten Programm geladen werden. The program memory may be her steller-programmed or can be loaded by the user with the desired program.

Als Steuervorrichtung wird vorzugsweise ein Mikrocomputer verwendet. As a control device, a microcomputer is preferably used. Dieser kann leicht eine Vielzahl von Sonder funktionen erfüllen, die für den Anwender sehr wertvoll sind. This can easily meet a variety of special functions that are very valuable to the user. Zu diesen Sonderfunktionen gehören insbesondere die erfindungsgemäße Störgrößenkompensation, beispielsweise die Eliminierung von temperaturbedingten Störungen der Regel funktion, die Linearisierung der von dem Sensor abgegebenen Regelgröße, um daraus beispielsweise einen am Bedienpult anzuzeigenden Istwert abzuleiten, sowie eine Dokumentations funktion, die beinhaltet, daß die für den Regelvorgang erheblichen Größen, insbesondere Istwert und Sollwert, in Korrelation zur Echtzeit registriert werden. These special functions include, in particular, the disturbance compensation according to the invention, for example, the elimination of temperature-related disorders of the control function, the linearization of the output from the sensor control variable in order to derive, for example, one to be displayed on the operating panel actual values, and a documentation function, which implies that the control process significant quantities, in particular value and setpoint are registered in correlation to real time.

Vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrie ben; The invention will be playing in the following with reference to exemplary embodiments with reference to the drawings in greater detail beschrie ben; in dieser zeigen: in which:

Fig. 1 ein Blockschema einer bevorzugten Ausführungsform der Regelungsanordnung; Fig. 1 is a block diagram of a preferred embodiment of the control arrangement; und and

Fig. 2 eine auf die wesentlichen Komponenten beschränkte Schnittdarstellung einer Ausführungsform einer Baueinheit, zu der die einzelnen Komponenten der Regelungsanordnung integriert sind. Fig. 2, limited to the essential components sectional view of an embodiment of an assembly to which the individual components of the control arrangement are integrated.

Die in Fig. 1 gezeigte Regelungsanordnung umfaßt vier Komponenten, die jeweils insgesamt als Block veranschaulicht sind: eine Eingabe- und Anzeige einheit 10 , eine Steuervorrichtung 12 , eine Stelleinheit 14 und einen Sensor 16 , der im Inneren des Blocks der Stelleinheit 14 dargestellt ist. . The control arrangement shown in Figure 1 comprises four components, each of which illustrates as a whole block: an input and display unit 10, a controller 12, an actuator 14 and a sensor 16 which is shown in the interior of the block of unit 14. Die Stelleinheit 14 ist zwischen den benachbarten Enden von drei Rohrleitun gen 18 , 20 , 22 eingebaut. The adjusting unit 14 is installed between the adjacent ends of three Rohrleitun gen 18, 20, 22nd In diesen Rohrleitungen strömt ein fluides Medium, und wie durch die Pfeile in Fig. 1 angedeutet ist, werden zwei Teilströme aus den Rohrlei tungen 18 , 20 zu einer Summenströmung in der Rohrleitung 22 vereinigt. In these pipes flows a fluid medium, and as indicated by the arrows in Fig. 1, two sub-streams from the Rohrlei be obligations 18, 20 combined to a total flow in the pipe 22.

Die Stelleinheit 14 enthält als Stellglied ein Dreiwege- Scheibenventil 24 , dessen Durchflußquerschnitte konti nuierlich veränderbar sind. The setting unit 14 includes as an actuator a three-way butterfly valve 24, whose flow areas are continu ously variable. Die Verstellung des Scheiben ventils 24 erfolgt durch einen Aktuator 26 , der in Fig. 1 mit "M" bezeichnet ist und aus einem Elektromotor mit nachgeschaltetem Untersetzungsgetriebe besteht. The adjustment of the discs 24 is performed by a valve actuator 26, which is designated in FIG. 1 with "M" and consists of an electric motor with a downstream reduction gear. Dem Scheibenventil 24 ist ferner ein Stellungsmelder 28 zugeordnet, der entweder ein die jeweilige Stellung des Scheibenventils 24 darstellendes Signal oder auch nur ein das Erreichen der Endstellung des Scheibenventils 24 an zeigendes Signal abgibt. The disc valve 24 is also a position indicator 28 associated with the one outputs either the respective position of the disc valve 24 a signal representative of or even a reaching the end position of the disk valve 24 at pointing signal.

Der Sensor 16 ist in die Rohrleitung 22 eingefügt. The sensor 16 is inserted into the pipeline 22nd Dieser Sensor 16 spricht auf irgendeinen gewünschten physikali schen, chemischen oder biologischen Parameter an, was in Fig. 1 durch sechs symbolisch dargestellte Sensoren 16 a, 16 b, 16 c, 16 d, 16 e und 16 f angedeutet ist. This sensor 16 is responsive to any desired physi, chemical or biological parameter, which is indicated in FIG. 1 by six symbolically illustrated sensors 16 a, 16 b, 16 c, 16 d, 16 e and 16 f. Der Sensor 16 a mißt den Durchsatz (Durchflußleistung) in der Rohrleitung 22 . The sensor 16 a measures the throughput (flow rate) in the pipe 22nd Der Sensor 16 b mißt den pH-Wert der in der Rohrleitung 22 strömenden Flüssigkeit. The sensor 16 b measures the pH of the flowing liquid in the pipeline 22. Der Sensor 16 c mißt die O₂-Kon zentration des in der Rohrleitung 22 strömenden Mediums. The sensor 16 measures the c-Kon O₂ concentration of the flowing medium in the pipeline 22. Der Sensor 16 d mißt die elektrische Leitfähigkeit der in der Rohrleitung 22 strömenden Flüssigkeit. The sensor 16 d measures the electrical conductivity of the air flowing in the pipe 22 liquid. Der Sensor 16 e mißt den Druck, unter dem das in der Rohrleitung 22 strömende Medium steht. The sensor 16 e measures the pressure under which the gas flowing in the pipeline 22 is medium. Der Sensor 16 f schließlich mißt die Temperatur des in der Rohrleitung 22 durchströmenden Mediums. The sensor 16 f finally measures the temperature of the flowing in the pipeline 22 medium. Der innerhalb des Blocks der Stelleinheit 14 in Fig. 1 eingezeichnete Sensor 16 ist also irgendeiner der Sensoren 16 a bis 16 f, wobei diese Sensoren aber nur als Beispiele angegeben sind. The drawn within the block of the adjusting unit 14 in Fig. 1 sensor 16 is thus any of the sensors 16 a to 16 f, these sensors being but only given as examples.

Der Sensor 16 liefert ein für den von ihm erfaßten Para meter repräsentatives Ausgangssignal, das in Fig. 1 als "Regelgröße" bezeichnet ist. The sensor 16 provides a signal representative of the detected from it Para meter output which is designated in FIG. 1 as "controlled variable". Die von verschiedenen Sen soren 16 a bis 16 f abgegebenen Regelgrößen sind vorzugs weise alle miteinander und mit den Eingangssignalwerten der Steuervorrichtung 12 kompatibel. The output from various sensors Sen 16 a to 16 f control variables are preference, all together and with the input signal values of the control device 12 compatible. Sie sind auch auf grund ihrer geometrischen Abmessungen Bestandteile eines Baukastensystems, so daß die Stelleinheit 14 ohne umfang reiche konstruktive Änderungen mit demjenigen Sensor 16 a bis 16 f ausgestattet werden kann, der für den jeweiligen Anwendungsfall geeignet ist. They are also due to their geometric dimensions of components of a modular system, so that without extensive design changes rich with that sensor 16 a to 16 f, the setting unit 14 may be provided which is suitable for the particular application.

Die Stelleinheit 14 ist mit fünf elektrischen Anschlüssen versehen: Einem Anschluß 13 zur Ausgabe des Ausgangs signals des Stellungsmelders 18 , einem Anschluß 15 zum Anlegen eines Ansteuersignals an den Aktuator 26 , einem Anschluß 17 zum Anlegen einer elektrischen Versorgungs spannung an den Aktuator 26 , einem Anschluß 19 zum Anle gen einer Versorgungsspannung an den Sensor 16 und einem Anschluß 21 zum Abgeben der Regelgröße, die von dem Sensor 16 abgegeben wird. The adjusting unit 14 is provided with five electrical terminals: a terminal 13 for outputting the output signal of the position detector 18, a terminal 15 for applying a drive signal to the actuator 26, a terminal 17 for applying an electrical supply voltage to the actuator 26, one terminal 19 for Anle gene of a supply voltage to the sensor 16 and a terminal 21 for outputting the control variable, the output from the sensor sixteenth

Die Steuervorrichtung 12 enthält einen Mikrocomputer, der eine Vielzahl von Funktionen erfüllt. The controller 12 includes a microcomputer that performs a variety of functions. Diese Funktionen sind in Fig. 1 als einzelne Blöcke veranschaulicht. These functions are illustrated in Fig. 1 as single blocks. Für jeden besonderen Anwendungsfall wird der Programmspeicher des Mikrocomputers mit dem geeigneten Steuerprogramm ge laden, um die gewünschten Funktionen auszuführen. For each particular application, the program memory of the microcomputer will load ge with the appropriate control program to perform the desired functions. Die Hauptfunktion des Mikrocomputers ist das eigentliche Steuerprogramm, welches die Steuer- oder Regelfunktion der Steuervorrichtung 12 bestimmt. The primary function of the microcomputer is the actual control program, which determines the control or regulating function of the control device 12th Als Hilfsfunktionen sind eine Tastatursteuerung, eine Anzeigensteuerung, eine Systemstatus-Steuerung, eine Linearisierung, Normierung und eine Störgrößenkompensation vorgesehen. As auxiliary functions, a keyboard controller, a display controller, a system state controller, a linearization, normalization, and a disturbance compensation are provided. Überdies ist die Steuervorrichtung 12 mit einer Echtzeituhr 30 und einem Datenspeicher 32 versehen, dessen Stromversorgung über einen Puffer-Akkumulator 34 gepuffert ist. Moreover, the control device 12 is provided with a real time clock 30 and a data memory 32 whose power supply is buffered by a buffer accumulator 34th In dem Datenspeicher 32 sind einerseits die für die Linearisierung, Normierung, Regelung, das Steuerprogramm und die Grenzwerte des jewei ligen Anwendungsfalles geeigneten Konstanten gespeichert; In the data memory 32 that are suitable for the linearization, normalization control, the control program and the limits of any particular application case constants are stored on the one hand; andererseits-können in dem Datenspeicher 32 Daten in Korrelation zur Echtzeit gespeichert werden, die zu Dokumentations zwecken von Nutzen sind, insbesondere die jeweiligen Werte der Regelgröße und der Ansteuerdaten zur Ansteuerung des Aktuators 26 . 32 data on the other hand-may be stored in correlation with the real time in the data store, the kind used for the documentation are useful, in particular, the respective values of the controlled variable and the drive data for driving the actuator 26th

Das Steuerprogramm und die Sonderfunktionen, die von der Steuervorrichtung 12 ausgeführt werden, können entweder herstellerseitig fest in einen Festwertspeicher (ROM) einprogrammiert sein oder aber vom Hersteller oder auch vom Anwender für jeden gewünschten Anwendungsfall in einen löschbaren und programmierbaren Festwertspeicher (EPROM) einprogrammiert werden. The control program and the special functions that are performed by the controller 12, either the manufacturer established in a read only memory (ROM) can be programmed or by the manufacturer or by the user for each desired application in an erasable and programmable read only memory (EPROM) are programmed. Bei der in Fig. 1 gezeig ten Ausführungsform ist ein PID-Regelalgorithmus fester Bestandteil des Steuerprogramms. In the gezeig th in Fig. 1, a PID control algorithm is an integral part of the control program.

Als Eingangssignal empfängt die Steuervorrichtung 12 neben der Regelgröße, die von dem Sensor 16 abgegeben wird, noch eine Störgröße von einem weiteren Sensor 36 , der bei der gezeigten Ausführungsform als Temperatursensor ausgebildet ist. As an input signal, the controller 12 receives in addition to the control variable, the output from the sensor 16, nor a disturbance variable from a further sensor 36 which is designed as a temperature sensor in the embodiment shown. Die Temperatur ist nämlich bei vielen Anwendungsfällen eine Störgröße, die in den Regelvorgang eingeht und diesen beeinträchtigen kann. The temperature is in fact in many applications a disturbance that goes into the control process and can interfere with this. Die von dem weiteren Sensor 36 abgegebene Störgröße und die vom Sensor 16 abgegebene Regelgröße werden in der Steuervorrichtung 12 durch Linearisierung und Normierung aufbereitet, dann erfolgt die Störgrößenkompensation, und die verbleibende Regel-Abweichung führt dann entsprechend dem PID-Regel algorithmus zu einem Ansteuersignal, das über eine An triebssteuerung an den Aktuator 26 angelegt wird. The output from the further sensor 36 disturbance and the output from the sensor 16 the control variable is processed in the control device 12 by linearization and scaling, then takes the disturbance variable compensation, and the remaining control variation leads in accordance with the PID control algorithm to a drive signal in a drive control of the actuator 26 is applied.

Die Eingabe- und Anzeigeeinheit 10 erfüllt drei Funktionen: Über geeignete Anzeigeelemente zeigt sie den jeweiligen Systemstatus an, wobei als Beispiele in Fig. 1 der "Status Grenzwerte", der "Status Selbsttest" und der "Status Ventilstellung" angezeigt werden; The input and display unit 10 performs three functions: suitable indicators it shows the current system status, using as examples in Figure the "Status Limits", the "Status Self-test" and the "Status valve position" 1;. ferner ist eine Tastatur vorgesehen, um variable Daten in die Steuervorrichtung 12 eingeben zu können, die für den gewünschten Regel- oder Steuervorgang spezifisch sind, insbesondere die Sollwerte eines Regelvorganges; Further, a keyboard is provided to be able to enter variable data into the control device 12, which are specific for the desired regulating or control process, particularly the desired values of a control process; schließ lich können über eine Anzeigeeinheit verschiedene Daten angezeigt werden, die für den jeweiligen Steuervorgang relevant sind, insbesondere die normierten aktuellen Werte der Regelgröße, die in Dezimaldarstellung in den gewünschten Einheiten unmittelbar angezeigt werden können. closing Lich various data can be displayed on a display unit, which are relevant for the respective control operation, in particular the normalized current values ​​of the controlled variable that can be displayed directly in the desired units in decimal representation.

Die Steuervorrichtung 12 enthält ferner eine Stromver sorgung 38 , über die nicht nur die Bestandteile der Steuervorrichtung 12 selbst, sondern auch die Stelleinheit 14 , die Sensoren 16 , 36 und gegebenenfalls weitere Ein heiten mit Strom versorgt werden. The control device 12 further includes a Stromver supply 38, supplied via not only the components of the control device 12 itself, but also the actuator unit 14, the sensors 16, 36 and optionally more A units with power.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, bilden sämtliche Kompo nenten der Regelungsanordnung eine ein zige Baueinheit. As is apparent from Fig. 2, form all the compo nents of the control arrangement, a Zige unit. Körperlich besteht diese Baueinheit aus einem Zwischenflansch 40 , durch den sich eine Antriebs welle 41 hindurcherstreckt und in den neben dem Stellungs melder 28 noch eine Handhilfsbetätigungsvorrichtung 43 aufgenommen ist, einer Schutzhaube 42 , welche die Elek tronik des Mikrocomputers, den Elektromotor und das Getriebe des Aktuators 26 beherbergt, und einer Ventil außenschale 44 , die eine gemeinsame Gehäusekammer für die Aufnahme des Scheibenventils 24 und des Sensors 16 bildet. Physically is this assembly consisting of an intermediate flange 40 extending therethrough through which a drive shaft 41 and a manual override device is in the next to the position detector 28 is still added 43, a protective hood 42, which the elec tronics of the microcomputer, the electric motor and the transmission of the actuator 26 houses, and a valve outer shell 44 which forms a common housing chamber for receiving the disc valve 24 and the sensor sixteenth Der Sen sor 16 ist über ein Kabel 45 mit dem Zwischenflansch 40 und über diesen mit der Elektronik der Steuervorrichtung 12 verbunden. The sen sor 16 is connected via a cable 45 to the flange 40 and via this to the electronics of the control device 12th Über ein weiteres Kabel 47 ist der Zwischen flansch 40 mit externen Einrichtungen verbunden, insbeson dere mit einem elektrischen Versorgungsnetz. Via a further cable 47, the intermediate flange 40 is connected to external devices, and in particular to an electric supply network. Die so gebil dete Baueinheit wird als Ganzes in eine Rohreinleitung eingefügt. The so gebil finished assembly is inserted as a whole into a pipe introduction. Zu diesem Zweck ist sie mit geeigneten Anschluß flanschen versehen. To this end, it is provided with suitable flanges connection. Für die in Fig. 1 gezeigte Ausführungs form, bei der das Scheibenventil 24 ein Dreiwegeventil ist, besitzt die Baueinheit drei Anschlußflansche. For the embodiment shown in Fig. 1 execution shape in which the disc valve 24 is a three-way valve, the assembly has three flanges.

Als Beispiele werden nun zwei Anwendungsfälle beschrieben, für die die erfindungsgemäße Regelungsan ordnung geeignet ist. As examples, two applications will now be described for the inventive Regelungsan order is appropriate.

Die Summenkonzentration des gelösten organischen Kohlen stoffs ("DOC") ist eine übliche Qualitätskenngröße von Trinkwasser und Kesselspeisewasser. The total concentration of dissolved organic carbon material ( "DOC") is a common quality parameter of drinking water and boiler feed water. Bevor dieser DOC-Wert in einem kontinuierlichen Durchflußanalysator ermittelt werden kann, muß zunächst der anorganische Kohlenstoff aus der Wasserprobe ausgetrieben werden. Before this DOC value can be determined in a continuous flow analyzer, first the inorganic carbon must be expelled from the water sample. Dies geschieht durch Ansäuern: Die Wasserprobe wird mit einer Säure in einem stetigen Dreiwege-Mischventil derart gemischt, daß sich am Ausgang des Mischventils ein konstanter pH-Wert einstellt. This is done by acidification: the water sample is mixed with an acid in a continuous three-way mixing valve such that at the output of the mixing valve adjusts a constant pH. Als Sensor 16 wird daher bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel der Sensor 16 b verwendet, welcher ein den pH-Wert darstellendes Ausgangssignal als Regelgröße liefert. Therefore, as the sensor 16 in the example shown in FIG. 1, the sensor 16 b is used, which provides a pH-value output signal representing a control variable. Das Steuerprogramm ist so ausgelegt, daß die über die Rohrleitung 18 eingeleitete Wasserprobe mit einer in die Rohrleitung 20 eingeleiteten Säure so gemischt wird, daß sich ein durch die Sollwertvorgabe bestimmter pH-Wert in der Rohrleitung 22 einstellt. The control program is designed so that the introduced via the conduit 18 water sample is mixed with an introduced into the pipe 20 acid so that a certain by the setpoint pH in the pipeline 22 is established.

Gemäß dem zweiten Beispiel soll in einer Getränkeabfüll anlage Fruchtsirup kontinuierlich so mit Trinkwasser ge mischt werden, daß eine Limonade mit konstantem Fruchtsaft anteil entsteht. According to the second example of plant fruit syrup is to be continuously mixed with drinking water as a beverage filling ge in that a lemonade fruit juice is produced with a constant proportion. Dazu werden mittels zweier durchfluß geregelter Zweiwegventile konstante Medienströme einge stellt und hinter den beiden Ventilen zusammengeführt. By constant media streams and provides be brought together behind the two valves by means of two flow-controlled two-way valves. Als Sensoren werden also in diesem Falle Durchflußmesser vom Typ des Sensors 16 a verwendet. The sensors thus flow meter used by the type of sensor 16 a in this case.

Die oben beschriebenen Anwendungen wie die verschiedenen Funktionen der Steuervorrichtung, insbesondere auch ihre Sonderfunktionen, sind Beispiele für vorteilhafte Aus führungsformen. The applications described above how the various functions of the control device, in particular their special functions, leadership shapes examples of advantageous corner. Als weitere Sonderfunktion kann die Kalibrierung des Sensors vorgesehen sein. As another special feature, the calibration of the sensor can be provided. Sensoren zeigen nämlich im Laufe der Zeit sowohl eine Nullpunkt- als auch eine Empfindlichkeitsdrift. Sensors indicate namely over time both a zero and a sensitivity drift. Es ist daher nötig, derartige Sensoren in regelmäßigen Zeitabständen zu kalibrieren und den aktuellen Nullpunkt sowie die aktuelle Empfind lichkeit bei der Meßwertverarbeitung zu berücksichtigen. It is therefore necessary to calibrate such sensors at regular intervals, taking into account the current zero point and the current sensitivity respectively in the measured value.

Jede Baueinheit aus Sensor, Steuervorrichtung, Aktuator und Stellglied kann komplett montiert und getestet vom Hersteller geliefert werden, so daß ihr Einsatz beim Anwender in beliebigen industriellen und technischen Anlagen leicht möglich ist. Each unit of a sensor, controller, actuator and actuator can be supplied fully assembled and tested by the manufacturer, so that their use for the user in any industrial and technical systems is easily possible. Überdies kann jede Regelungs anordnung der beschriebenen Art über eine geeignete Schnittstelle an einen zentralen Prozeßrechner angeschlossen werden, der eine übergeordnete Steuerung einer industriellen oder technischen Anlage wahrnimmt. Moreover, each regulation may arrangement of the type described via an appropriate interface to a central process computer can be connected, which performs a higher level control or an industrial plant.

Claims (16)

1. Regelungsanordnung zur Regelung des Durchsatzes von Gas- oder Flüssigkeitsströmen in Rohrleitungen, mit einem in eine Rohrleitung einsetzbaren Stellglied, durch das der Durchsatz in der Rohrleitung veränderbar ist, einem Aktuator zur elek tromotorischen Steuerung des Stellgliedes, einem in die Rohrleitung einsetzbaren Sensor, der ein von dem Durchsatz eines Gas- oder Flüssigkeitsstromes in der Rohrleitung ab hängiges, für die Regelgröße repräsentatives Signal liefert, und einer das Sensorsignal empfangenden elektronischen Steuervorrichtung zur Ansteuerung des Aktuators, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Sensor ( 36 ) vorgesehen ist, der der elektronischen Steuervorrichtung ( 12 ) ein Signal liefert, das von einer den Regelvorgang beeinflussenden Störgröße abhängt und auf das die elektronische Steuervor richtung ( 12 ) im Sinne einer Störgrößenkompensation an spricht, und daß das Stellglied ( 24 ), der Aktuator ( 26 ), die Sensoren ( 16 , 36 ) und die Steuerv 1. Control arrangement for controlling the flow rate of gas or liquid flows in pipes, with an insertable into a pipeline adjusting member by which the flow in the pipeline is variable, an actuator for elec tromotorischen controlling the actuator, an insertable into the pipeline sensor a delivering of the flow rate of a gas or liquid stream into the pipeline from hängiges, representative of the controlled variable signal, and the sensor signal receiving electronic control device for controlling the actuator, characterized in that a further sensor (36) is provided, the electronic control means (12) provides a signal that depends on a biasing the control process disturbance and on which the electronic tax advantage direction (12) in the sense of disturbance compensation to speak, and in that the actuator (24), the actuator (26), the sensors ( 16, 36) and the Steuerv orrichtung ( 12 ) als Teile eines Baukastensystems zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind, die als solche in die Rohrleitung ( 18 , 20 , 22 ) ein setzbar ist. orrichtung (12) are combined as parts of a modular system to form a unit, which is a settable as such in the pipeline (18, 20, 22).
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der das für die Regelgröße repräsentative Signal liefernde Sensor ( 16 ) unter einer Gruppe von Sensoren ( 16 a bis 16 f) ausgewählt ist, die alle mit den geometrischen Eigenschaften der Baueinheit und mit den Signalverarbeitungseigenschaften der elektronischen Steuervorrichtung ( 12 ) kompatibel sind. 2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the sensor (16) the signal representative of the controlled variable signal supplied by a group of sensors (16 a to 16 f) is selected, all with the geometrical characteristics of the assembly and to the signal processing properties the electronic control device (12) are compatible.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuervorrichtung ( 12 ) einen Mikro computer enthält, in dessen Speicher ein der Regelungsanord nung zugeordnetes Regelprogramm abgespeichert ist. 3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the electronic control device (12) includes a microcomputer, in whose memory a Regelungsanord the voltage associated control program is stored.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelprogramm in einem Festwertspeicher (ROM) abgespei chert ist. 4. The arrangement according to claim 3, characterized in that the control program in a read only memory (ROM) is abgespei chert.
5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelprogramm in einem löschbaren programmierbaren Speicher (EPROM) abgespeichert ist. 5. An arrangement according to claim 3, characterized in that the control program is stored in an erasable programmable memory (EPROM).
6. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied ( 24 ) ein Scheibenventil mit stetig variablem Durchflußquerschnitt ist. 6. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator (24) is a disc valve with a continuously variable flow area.
7. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied ( 26 ) ein Zweiwegeventil ist. 7. An arrangement according to any one of the preceding claims, characterized in that the actuator (26) is a two-way valve.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied ( 24 ) ein Dreiwegeventil ist. 8. An arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the actuator (24) is a three-way valve.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuervorrichtung ( 12 ) einen Konstanten-Speicherteil ( 32 ) zum Abspeichern von Kon stanten, die für die Linearisierung und/oder Normierung der Regelgröße bestimmt sind, sowie einen Linearisierungs- und/oder Normierungsprogramm-Speicherteil aufweist, in dem ein zur Linearisierung und/oder Normierung der Regelgröße geeignetes Programm angespeichert ist. 9. An arrangement according to one of claims 3 to 8, characterized in that the electronic control device (12) comprises a constant storage (32) for storing Kon constants which are determined for the linearization and / or scaling of the control variable, and a linearization - and / or normalization program storage part, into which a suitable for the linearization and / or scaling of the controlled variable program has been stored.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzeigevorrichtung vorgesehen ist, auf der die line arisierte und/oder normierte Regelgröße als Istwert ange zeigt wird. is 10. The arrangement according to claim 9, characterized in that a display device is provided, on which the line Aryanised and / or normalized controlled variable is as actual value displays.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schnittstelle zum Anschluß an ein zentrales Prozeßsteuersystem für die Eingabe von Sollwerten in die Regelungsanordnung und/oder die Abgabe von der Regel größe entsprechenden Istwerten an das zentrale Prozeßsteuer system vorgesehen ist. 11. An arrangement according to one of claims 3 to 10, characterized in that an interface for connection to a central process control system for the input of desired values ​​in the control arrangement and / or the release of the controlled variable corresponding actual values ​​to the central process control system is provided.
12. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuervorrichtung ( 12 ) einen Dokumentationsteil mit einer Echtzeituhr ( 30 ) und ei nem Datenspeicher ( 32 ) enthält, in dem die zeitliche Ent wicklung von für den Regelvorgang relevanten Daten, insbe sondere des der Regelgröße entsprechenden Istwertes, in Korrelation zur Echtzeit gespeichert wird. 12. An arrangement according to any one of the preceding claims, characterized in that the electronic control device (12) contains a documentation part with a real time clock (30) and ei nem data memory (32), in which the time into developing relevant to the control operation data, and in particular sondere of the controlled variable corresponding actual value, is stored in correlation with the real time.
13. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator ( 26 ) mit einer Handhilfs betätigungsvorrichtung ( 43 ) ausgestattet ist. 13. An arrangement according to any one of the preceding claims, characterized in that the actuator (26) with an auxiliary manual actuating device (43) is equipped.
14. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Stellglied ( 24 ) ein Stellungsmelder ( 28 ) zugeordnet ist, dessen Ausgangssignal zumindest be stimmte Stellungen des Stellgliedes ( 24 ) an einen Eingang der elektronischen Steuervorrichtung ( 12 ) meldet. 14. An arrangement according to any one of the preceding claims, characterized in that the actuator (24) is assigned a position indicator (28), the output signal at least be agreed positions of the actuator (24) signals to an input of the electronic control device (12).
15. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ( 16 ) und das Stellglied ( 24 ) in einer gemeinsamen Gehäusekammer ( 44 ) angeordnet sind. 15. An arrangement according to any one of the preceding claims, characterized in that the sensor (16) and the actuator (24) in a common housing chamber (44) are arranged.
16. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerprogramm für den Mikrocomputer einen Programmteil zur Kalibrierung und/oder Nullpunktein stellung und/oder Empfindlichkeitseinstellung des Sensors ( 16 ) umfaßt. 16. An arrangement according to one of claims 3 to 15, characterized in that the control program for the microcomputer of a program part for the calibration and / or Nullpunktein position and / or sensitivity setting of the sensor (16).
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