DE3533697A1 - Pressure-regulating device - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln des Druckes eines Fluids in einem Drucksystem, das mit einer Druckquelle über ein direkt gesteuertes, elektromagnetisch digital be tätigbares Ventil verbunden ist, mit einem Differenzverstärker, der zwei Eingänge aufweist, von denen der eine Eingang mit dem Ausgang eines Drucksensors verbunden ist, der den im Drucksystem herrschenden Druck in eine elektrische Istwert spannung umwandelt, und von denen der andere Eingang mit dem Ausgang eines Sollwertspannungsgebers verbunden ist, der eine elektrische Sollwertspannung erzeugt, die dem Druck entspricht, der im Drucksystem eingeregelt werden soll, und mit einer als Regler dienenden elektrischen Schaltung, die durch die ihrem Eingang zugeführten Ausgangsspannungen des Differenzverstärkers an ihrem Ausgang elektrische Stellsignale zur Steuerung des Ventils abgibt.The invention relates to a device for regulating the pressure of a fluid in a pressure system using a pressure source via a directly controlled, electromagnetic digital be operable valve is connected to a differential amplifier, which has two inputs, one of which has an input the output of a pressure sensor is connected to the in Pressure system prevailing pressure in an electrical actual value voltage converts, and of which the other input with is connected to the output of a setpoint voltage sensor, which generates an electrical setpoint voltage that corresponds to the pressure corresponds to which is to be adjusted in the printing system, and with an electrical circuit serving as a regulator, the by the output voltages of the Differential amplifier at its output electrical control signals to control the valve.
Eine Vorrichtung dieser Art ist durch die japanische Offenle gungsschrift 52/1 22 792 (englisch-sprachiger Abstract ungeprüf ter, offengelegter japanischer Patentanmeldungen) bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist als Reglerschaltung eine Vergleichsschaltung vorgesehen, die zwei Ausgänge auf weist. Der eine dieser Ausgänge steuert ein den Zufluß des Druckfluids in das Drucksystem sperrendes Ventil. Der andere Ausgang steuert ein den Abfluß des Druckfluids sperrendes zweites Ventil. Je nach der dem Eingang dieser Vergleichs schaltung zugeführten Spannung wird dann entweder das Eingangs ventil oder das Ausgangsventil geöffnet.A device of this kind is by the Japanese Offenle Publication 52/1 22 792 (English-language abstract unaudited ter, Japanese Patent Application Laid-Open). In this known device is a regulator circuit a comparison circuit is provided, the two outputs points. One of these outputs controls the inflow of the Pressure fluid blocking valve in the pressure system. The other Output controls an end of the discharge of the pressure fluid second valve. Depending on the receipt of this comparison circuit supplied voltage is then either the input valve or the outlet valve is open.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die eingangs genann te Regelvorrichtung so auszubilden, daß mit ihr eine sehr genaue Regelung des Druckes im Drucksystem möglich ist.The invention is based on the object mentioned at the outset te control device so that with it a very precise control of the pressure in the printing system is possible.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Reglerschaltung als PID-Regler ausgebildet ist. Das bei einer PID-Reglerschaltung zu Beginn einer jeden Regelabweichung plötzlich auftretende Stellsignal hat zur Folge, daß jede Regelabweichung sofort zu einer Betätigung des Ventils führt. Durch dieses schlagartige Betätigen des Ventils wird der Sollwert schnell erreicht, so daß dann jedes Über- oder Unter schreiten des Sollwertes sofort zu einer Gegenwirkung des Ventils führt. Überraschend hat es sich nun gezeigt, daß diese Wirkung so schnell ist, daß bei dem grundsätzlich für eine digitale Betätigung, also zum Aus- und Einschalten gedach ten Ventil das als Ventilkegel oder Schieber ausgebildete Verschlußstück bis zur Umsteuerung seinen Weg nicht zu Ende führen kann, so daß das Verschlußstück dauernd um einen Bruch teil seines Hubes hin- und herschwingt. Die Amplitude dieser Schwingung ist infolge des Differentialeinflusses des im PID-Regler enthaltenen Differentialreglers von dem zeitlichen Differential der Regelabweichung abhängig, so daß das für die digitale Betätigung gedachte Ventil quasi analog betätigt wird. Versuche haben gezeigt, daß durch die Erfindung erreicht werden kann, daß der Druck im Drucksystem mit einer Amplitude um den Sollwert schwankt, die 1% des Sollwertes nicht über schreitet. Als besonders vorteilhaft hat es sich hierbei erwiesen, eine PID-Reglerschaltung mit hohem Außenwiderstand zu verwenden und ihrem Ausgang einen Impedanzwandler zum Steuern des Ventils nachzuschalten, durch den dann der zur Betätigung des Ventils erforderliche elektrische Strom gesteu ert werden kann. Dies hat den Vorteil, daß die dem Impedanz regler vorausgehenden Schaltungen nur mit Spannungsänderungen arbeiten und daher für geringste Stromstärken ausgelegt werden können.This object is achieved according to the invention in that the controller circuit is designed as a PID controller. That at a PID controller circuit at the beginning of each control deviation suddenly occurring control signal has the consequence that each Control deviation immediately leads to the valve being actuated. This sudden actuation of the valve Setpoint reached quickly, so that each over or under the setpoint immediately counteracts the Valve leads. Surprisingly, it has now been shown that this effect is so fast that in principle for a digital actuation, i.e. to switch off and on th valve is designed as a valve plug or slide Breech piece does not end until it is reversed can lead, so that the closure piece is constantly broken part of its stroke swings back and forth. The amplitude of this Vibration is due to the differential influence of the im PID controller contained differential controller from the temporal Difference dependent on the control deviation, so that for the digital actuation of the valve is actuated in a similar way becomes. Experiments have shown that the invention achieves this can be that the pressure in the printing system with an amplitude fluctuates around the setpoint, which does not exceed 1% of the setpoint steps. It has proven to be particularly advantageous here proven a PID controller circuit with high external resistance to use and their output an impedance converter for Control the valve downstream, through which then to Actuation of the valve control required electrical current can be learned. This has the advantage that the impedance regulator preceding circuits only with voltage changes work and are therefore designed for the lowest currents can.
Als Ventil kann hierbei ein sogenanntes Hubventil verwendet werden, bei dem das Verschlußstück als Ventilteller oder Ventilkegel ausgebildet ist, der zum Öffnen des Ventils vom Ventilsitz abhebbar ist. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, ein Schieberventil vorzusehen, da bei diesem die quasi Analog wirkung besonders stark in Erscheinung tritt und somit eine besonders genaue Regelbarkeit möglich ist.A so-called globe valve can be used as the valve be, in which the closure piece as a valve plate or Valve cone is formed to open the valve from The valve seat can be lifted off. However, it is particularly advantageous to provide a slide valve, since this is the quasi analog effect appears particularly strongly and thus a particularly precise controllability is possible.
Bei einem Drucksystem, bei dem Druckluft verbraucht wird, also der Druck ohne Druckluftzufuhr dauernd absinkt, z.B. für Farbspritzpistolen, kann ein 2/2-Wegeventil verwendet werden, das durch kurzzeitiges Öffnen des Zuflusses den Druck konstant hält. Wird jedoch keine oder nur wenig Druckluft im Drucksystem verbraucht, ist es besonders vorteilhaft, ein 3/2-Wegeventil zu verwenden, dessen Verschlußstück durch die PID-Reglerschaltung dauernd um eine Mittelstellung mit einer Amplitude hin- und herschwingt, die sich analog zur Druckänderung einstellt. Diese Ausführungsform hat auch den Vorteil, daß für die Druckregelung nur ein einziges Ventil erforderlich ist.In a pressure system that uses compressed air, i.e. the pressure drops continuously without supplying compressed air, e.g. for paint spray guns, a 2/2-way valve can be used the pressure by briefly opening the inflow keeps constant. However, there is little or no compressed air consumed in the printing system, it is particularly advantageous to use a 3/2-way valve, the closure piece by the PID controller circuit continuously with a middle position an amplitude oscillating back and forth, which is analogous to Pressure change. This embodiment also has the Advantage that only one valve for pressure control is required.
Um bei sehr plötzlichen Regelabweichungen, also bei Regelabwei chungen mit großem zeitlichen Differential mit Sicherheit Eigenschwingungen zu vermeiden, ist bei einer weiteren vorteil haften Ausführungsform vorgesehen, daß in der PID-Reglerschal tung eine Proportionalreglerschaltung vorgesehen ist, deren Verstärkungsfaktor bei großen Eingangsspannungen abnimmt. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß das bekannter weise in der Proportionalreglerschaltung enthaltene Rückkopp lungspotentiometer durch einen OTA (=Operational Transductance- Amplifier) ersetzt wird.In the event of very sudden rule deviations, i.e. rule deviations with a large time differential with certainty Avoiding natural vibrations is another advantage stick embodiment provided that in the PID controller scarf tion, a proportional regulator circuit is provided, the Gain factor decreases with large input voltages. This can be done, for example, by making the known feedback contained in the proportional regulator circuit potentiometer by an OTA (= Operational Transductance- Amplifier) is replaced.
Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung an Hand der beiliegenden schematisch stark vereinfachten Schaltung eines Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert. The invention is in the following description with reference to the enclosed schematically highly simplified circuit of a Embodiment explained in detail.
In der in der Zeichnung dargestellten Schaltung ist mit 1 ein Drucksystem, z.B. ein Raum, in dem der Druck konstant gehalten werden soll, oder ein Druckluftverbraucher, z.B. eine Farbspritzpistole od.dgl., bezeichnet. Zum Aufrechter halten des Druckes im Drucksystem 1 wird dieses über ein 3/2-Wegeschieberventil 2 von einer Druckquelle 3 gespeist. Diese drei Teile bilden zusammen die Regelstrecke 4 eines Regelkreises zum Steuern des Ventils 2. Zu diesem Zweck weist der Regelkreis einen Drucksensor 5 auf, der den Istdruck im Drucksystem 1 feststellt und ihn in eine entsprechende elektrische Spannung umwandelt. Weiterhin ist ein vorzugsweise regelbarer Sollwertspannungsgeber 6 vorgesehen, der eine Spannung erzeugt, die dem im Drucksystem 1 einzuregelnden Solldruck entspricht.In the circuit shown in the drawing, 1 denotes a pressure system, for example a room in which the pressure is to be kept constant, or a compressed air consumer, for example a paint spray gun or the like. To maintain the pressure in the pressure system 1 , this is fed via a 3/2-way slide valve 2 from a pressure source 3 . These three parts together form the controlled system 4 of a control circuit for controlling the valve 2 . For this purpose, the control circuit has a pressure sensor 5 , which detects the actual pressure in the pressure system 1 and converts it into a corresponding electrical voltage. Furthermore, a preferably adjustable setpoint voltage transmitter 6 is provided, which generates a voltage which corresponds to the setpoint pressure to be regulated in the printing system 1 .
Die beiden Ausgänge des Drucksensors 5 und des Sollwertspan nungsgebers 6 sind mit den beiden Eingängen eines Differenzver stärkers 7 verbunden, dessen Ausgang mit einer als Regler dienenden elektrischen Schaltung 8 verbunden ist, deren Ausgang mit dem Elektromagnet 9 des elektromagnetisch betätigbaren Ventils 2 verbunden ist.The two outputs of the pressure sensor 5 and the setpoint voltage generator 6 are connected to the two inputs of a differential amplifier 7 , the output of which is connected to an electrical circuit 8 serving as a controller, the output of which is connected to the electromagnet 9 of the electromagnetically actuatable valve 2 .
Die Schaltung 8 weist eine PID-Reglerschaltung 11 auf, deren Eingang den Eingang der Schaltung 8 bildet und mit dem Ausgang des Differenzverstärkers 7 verbunden ist. Der Ausgang der PID-Reglerschaltung 11 ist mit dem in der Zeichnung mit + be zeichneten, nicht invertierenden hochohmigen Eingang eines Opera tionsverstärkers 12 verbunden, dessen niederohmiger Ausgang mit der Basis eines NPN-Transistors 13 verbunden ist, so daß der Operationsverstärker 12 zusammen mit dem Transistor 13 einen Impedanzwandler bildet. Zur Speisung des Elektromagneten 9 des Ventils 2 ist eine Gleichstromquelle 14 vorgesehen, deren posi tiver Pol mit dem Kollektor 15 des Transistors 13 verbunden ist, dessen Emitter 16 über eine Schutz-Diode 17 mit dem Elektro magneten 9 und über einen Schutz widerstand 18 mit dem in der Zeichnung mit - bezeichneten invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 12 verbunden ist.The circuit 8 has a PID regulator circuit 11 , the input of which forms the input of the circuit 8 and is connected to the output of the differential amplifier 7 . The output of the PID regulator circuit 11 is connected to the non-inverting, high-impedance input of an operational amplifier 12 in the drawing with + be, the low-resistance output of which is connected to the base of an NPN transistor 13 , so that the operational amplifier 12 together with the Transistor 13 forms an impedance converter. To supply the electromagnet 9 of the valve 2 , a direct current source 14 is provided, the positive pole of which is connected to the collector 15 of the transistor 13 , whose emitter 16 has a protective diode 17 with the electric magnet 9 and a protective resistor 18 with the is connected in the drawing with - designated inverting input of the operational amplifier 12 .
Die Wirkung der in der Zeichnung dargestellten Reglerschaltung besteht in folgendem:The effect of the regulator circuit shown in the drawing consists of the following:
Der Druck im Drucksystem 1 wird vom Drucksensor 5 gemessen und in eine Spannung umgewandelt, die im Differenzverstärker 7 mit der im Sollwertspannungsgeber 6 eingestellten Sollwert spannung verglichen wird. Am Ausgang des Differenzverstär kers entsteht dann eine Spannung, die der Differenz zwischen dem Soll- und dem Istwert des Druckes im Drucksystem 1 ent spricht, so daß auch die zeitliche Änderung des Druckes im Drucksystem auch in der Änderung der Spannung am Ausgang des Differenzverstärkers zum Ausdruck kommt. Diese der PID-Reg lerschaltung 11 zugeführte Ausgangsspannung des Differenz verstärkers 7 wird nun in eine Ausgangsspannung der PID-Regler schaltung 11 umgewandelt, die gleich mit einer Spannungsspitze beginnt und dann mit einer von der Regelabweichung zunehmenden Steigung ansteigt. Dadurch wird der hier als Regelwiderstand dienende Transistor 13 für einen anfänglich starken und dann ansteigenden Stromstoß zur Erregung des Elektromagneten 9 des Ventils 2 gesteuert. Dies führt zu einer plötzlichen Umsteuerung des Ventils 2. Sobald dann der Sollwert des Druckes im Drucksystem 1 überschritten ist, schaltet das Ventil 2 sofort wieder um, so daß es schon nach einer Schwingung im Drucksystem 1 im wesentlichen den Solldruck herstellt, so daß das Ventil, ohne seine Endstellungen zu erreichen, um eine Mittelstellung hin und her schwankt. Da hierbei die Ausgangsspannung der PID-Reglerschaltung und damit der Anfang des Stromstoßes zum Erregen des Elektromagneten 9 des Ventils 2 mit dem zeitlichen Differetial der Druckänderung im Druck system 1 zunimmt, wird bei steigender Geschwindigkeit der Druckänderung auch die Betätigung des Ventils 2 beschleunigt, so daß mit zunehmender Geschwindigkeit der Druckänderung im Drucksystem 1 auch die Geschwindigkeit der Umschaltung des Ventils 2 zunimmt und so die Amplitude der Druckschwan kungen im Drucksystem 1 trotz der höheren Änderungsgeschwin digkeit des Druckes im Drucksystem 1 nicht zunimmt und so die Druckänderungsamplitude dauernd unter 1% des Sollwertes gehalten werden kann.The pressure in the pressure system 1 is measured by the pressure sensor 5 and converted into a voltage, which is compared in the differential amplifier 7 with the setpoint voltage set in the setpoint voltage transmitter 6 . At the output of the differential amplifier then a voltage arises which speaks the difference between the setpoint and the actual value of the pressure in the printing system 1 , so that the change in pressure over time in the printing system is also expressed in the change in the voltage at the output of the differential amplifier is coming. This PID controller circuit 11 supplied output voltage of the differential amplifier 7 is now converted into an output voltage of the PID controller circuit 11 , which begins with a voltage spike and then increases with an increasing slope from the control deviation. As a result, the transistor 13 , which serves here as a control resistor, is controlled for an initially strong and then increasing current surge for exciting the electromagnet 9 of the valve 2 . This leads to a sudden reversal of the valve 2 . As soon as the setpoint value of the pressure in the pressure system 1 is exceeded, the valve 2 immediately switches over again, so that it already produces the setpoint pressure after an oscillation in the pressure system 1 , so that the valve reaches a central position without reaching its end positions sways back and forth. Since here the output voltage of the PID regulator circuit and thus the start of the current surge to excite the electromagnet 9 of the valve 2 increases with the time differential of the pressure change in the pressure system 1 , the actuation of the valve 2 is accelerated with increasing speed of the pressure change, so that with increasing speed of the pressure change in the pressure system 1, the speed of switching of the valve 2 increases and so the amplitude of the pressure fluctuations in the pressure system 1, despite the higher Änderungsgeschwin speed does not increase and thus the change in pressure amplitude of the pressure in the pressure system 1 continuously kept under 1% of the target value can be.
Um bei sehr großen Änderungsgeschwindigkeiten des Druckes im Drucksystem zu vermeiden, daß es im Regelkreis zu Selbst erregungen kommen kann, kann in dem in der PID-Reglerschaltung enthaltenen P-Regler das dort enthaltene Rückkopplungspoten tiometer durch einen OTA-Verstärker ersetzt werden, durch den dann kritische Werte, bei denen es zur Selbsterregung kommen könnte, vermieden werden.To at very high rates of change of pressure in the printing system to avoid being in the control loop to self excitations can come in that in the PID controller circuit contained P-controller the feedback potential contained there tiometer to be replaced by an OTA amplifier then the critical values where there is self-excitation could be avoided.
Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel weist als Ventil 2 ein 3/2-Wegeschieberventil auf. Wird im Druck system 1 Druckluft verbraucht, wie z.B. bei einer Farbspritz pistole, so daß dauernd Druckluft zugeführt werden muß, kann anstelle eines 3/2-Wegeventils auch ein 2/2-Wegeventil vorge sehen sein. Hierbei kann dann auch anstelle eines Schieberven tils ein Ventil vorgesehen sein, bei dem das Verschlußstück nicht als Schieber, sondern als Ventilkegel oder Ventilscheibe ausgebildet ist, bei dem zum Öffnen des Ventils das Verschluß stück vom Ventilsitz abhebbar ist.The embodiment shown in the drawing has a 3/2-way slide valve as valve 2 . If compressed air is used in the pressure system 1 , such as with a paint spray gun, so that compressed air must be supplied continuously, a 2/2-way valve can be seen instead of a 3/2-way valve. In this case, a valve can also be provided instead of a slider valve, in which the closure piece is not designed as a slider, but rather as a valve cone or valve disk, in which the closure piece can be lifted off the valve seat to open the valve.
Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten sowie auch die nur allein aus der Zeichnung entnehmbaren Merkmale sind als weitere Ausgestaltungen Bestandteile der Erfindung, auch wenn sie nicht besonders hervorgehoben und insbesondere nicht in den Ansprüchen erwähnt sind.All mentioned in the above description as well which can only be inferred from the drawing as further developments, components of the invention, too if not particularly emphasized and especially not are mentioned in the claims.
Claims (6)
mit einem Differenzverstärker (7), der zwei Eingänge auf weist, von denen der eine Eingang mit dem Ausgang eines Drucksensors (5) verbunden ist, der den im Drucksystem (1) herrschenden Druck in eine elektrische Istwertspannung umwandelt, und von denen der andere Eingang mit dem Ausgang eines Sollwertspannungsgebers (6) verbunden ist, der eine elektrische Sollwertspannung erzeugt, die dem Druck ent spricht, der im Drucksystem (1) eingeregelt werden soll, und
mit einer als Regler dienenden elektrischen Schaltung (8), die durch die ihrem Eingang zugeführte Ausgangsspan nungen des Differenzverstärkers (7) an ihrem Ausgang elek trische Stellsignale zur Steuerung des Ventils (2) abgibt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Reglerschaltung als PID- Regler (11) ausgebildet ist.1. Device for regulating the pressure of a fluid in a pressure system ( 1 ), which is connected to a pressure source ( 3 ) via a directly controlled electromagnetically digitally operable valve ( 2 ),
with a differential amplifier ( 7 ) which has two inputs, of which one input is connected to the output of a pressure sensor ( 5 ) which converts the pressure prevailing in the pressure system ( 1 ) into an actual electrical voltage, and of which the other input is connected to the output of a setpoint voltage generator ( 6 ) which generates an electrical setpoint voltage which corresponds to the pressure which is to be regulated in the pressure system ( 1 ), and
With an electrical circuit ( 8 ) serving as a controller, which emits electrical control signals for controlling the valve ( 2 ) at its output by the output voltages of the differential amplifier ( 7 ) supplied to its input,
characterized in that the controller circuit is designed as a PID controller ( 11 ).
Priority Applications (1)
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DE19853533697 DE3533697A1 (en) | 1985-09-21 | 1985-09-21 | Pressure-regulating device |
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Publications (1)
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DE3533697A1 true DE3533697A1 (en) | 1987-03-26 |
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- 1985-09-21 DE DE19853533697 patent/DE3533697A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
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