DE3616369A1

DE3616369A1 - Verfahren zur steuerung oder regelung wenigstens zweier prozessgroessen

Info

Publication number: DE3616369A1
Application number: DE19863616369
Authority: DE
Inventors: Kurt Breckner
Original assignee: Eckardt AG
Current assignee: Eckardt AG
Priority date: 1986-05-15
Filing date: 1986-05-15
Publication date: 1987-11-19
Also published as: DE3616369C2; FR2598830A1; FR2598830B1; US4739926A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung wenigstens zweier Prozeßgrößen, bei dem ein Parameter einer der beiden Prozeßgrößen gemessen und mit einem vor gegebenen Wert verglichen wird und bei dem die zweite Prozeß größe größer wird als die erste Prozeßgröße, wenn der gemessene Wert den vorgegebenen Wert überschreitet.

In der Verfahrenstechnik ist es häufig notwendig, zwischen zwei Prozeßgrößen auszuwählen, beispielsweise zu Kühlzwecken von einer wärmeren Flüssigkeit zu einer kälteren Flüssigkeit umzu schalten. Derartige Schaltvorgänge haben Unstetigkeiten im Prozeß zur Folge, im genannten Beispiel bewirken sie uner wünschte Temperatursprünge.

Aufgabe der Erfindung ist es, auftretende Unstetigkeiten beim Umschalten zwischen verschiedenen Prozeßgrößen zu vermindern.

Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art die erste Prozeßgröße konstant gehalten und die zweite Prozeßgröße mit steigendem gemessenem Wert erhöht wird, wenn der gemessene Wert kleiner als der vorgegebene Wert, jedoch größer als ein vorgegebener unterer Wert ist, und daß die zweite Prozeßgröße konstant gehalten und die erste Prozeßgröße mit steigendem gemessenem Wert vermindert wird, wenn der gemessene Wert größer als der vorgegebene Wert, jedoch kleiner als ein vorgegebener oberer Wert ist.

Bei dem eingangs angeführten Beispiel wird also die Durchfluß menge der wärmeren Flüssigkeit erhöht, je geringer die Differenz zwischen der Temperatur der wärmeren Flüssigkeit und der kälteren Flüssigkeit wird. Hat die Temperatur der ehemals kälteren Flüssigkeit die Temperatur der ehemals wärmeren Flüssigkeit überschritten, so wird die Durchflußmenge der ehemals kälteren Flüssigkeit mit steigendem Abstand der beiden Temperaturen zueinander vermindert. Dadurch wird ein Übergang von der einen zur anderen Prozeßgröße, also eine Ablösung der einen durch die andere Kühlflüssigkeit erreicht, bei dem nur geringfügige Unstetigkeiten der Kühltemperatur auftreten.

In Ausgestaltung der Erfindung wird als vorgegebener Wert ein Parameter der anderen Prozeßgröße gemessen. Zweckmäßig ist es, bei den einzelnen Prozeßgrößen dieselben Parameter zu messen. Mit dieser Maßnahme ist es möglich, evtl. auftretende Para meteränderungen bei beiden Prozeßgrößen zu berücksichtigen. Im erwähnten Beispielfall werden als die Temperaturen beider Flüssigkeiten gemessen und jeweils die kältere Flüssigkeit zur Kühlung ausgewählt.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Veränderung einer Prozeßgröße von wenigtens einem gemessenen Wert abhängig. Die Art und Weise, wie eine Prozeßgröße erhöht oder vermindert wird, wird also in Abhängigkeit von einem Parameter der Prozeß größen durchgeführt. Beim genannten Beispiel wird die sich er wärmende Kühlflüssigkeit beispielsweise linear vermindert, sobald ihre Temperatur größer ist als die der anderen Flüssig keit. Die Steigung der linearen Verminderung ist dabei abhängig von der Differenz der Temperaturen der beiden Flüssigkeiten.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung, die auf drei Zeichnungs blättern dargestellt sind. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Steuerung zur Umschaltung zweier Prozeßgrößen,

Fig. 2 ein dreidimensionales Schaubild, das die Umschal tung der beiden Prozeßgrößen der Fig. 1 mit Hilfe von Steuergrößen in Abhängigkeit von Parametern der Prozeßgrößen darstellt,

Fig. 3 ein zweidimensionales Schaubild, das einem Schnitt des Schaubilds der Fig. 2 bei einem bestimmten Wert eines der beiden Parameter entspricht und

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Regelung, mit deren Hilfe mit drei zur Verfügung stehenden Flüssigkeiten ein Gegenstand auf eine bestimmte Temperatur erwärmt wird.

Bei der in der Fig. 1 gezeigten Steuerung wird eine Prozeßgröße P 1 mittels einer Zuführung (10) einem Steller (13) zugeführt. Entsprechend wird eine Prozeßgröße P 2 über eine Zuführung (20) einem Steller (23) zugeleitet. Jeweils ein Parameter T 1 und T 2 der Prozeßgrößen P 1 und P 2 wird mit Hilfe eines Fühlers (11, 21) gemessen, wobei die Fühler (11, 21) vor den Stellern (13, 23) angeordnet sind. Nach den Stellern (13, 23) sind Leitungen (15, 25) vorgesehen, die zu einer gemeinsamen Ableitung (35) zusammengeführt sind.

Die Parameter T 1 und T 2 werden einem Steuergerät (40) zugeleitet. Das Steuergerät (40) enthält ein Rechenglied (17), ein Rechenglied (27) und eine Minimalauswahlstufe (30). Die Minimalauswahlstufe (30) wird von beiden Parametern T 1 und T 2 beaufschlagt und erzeugt daraus ein Signal TK, das immer dem kleineren der beiden Parameter T 1 und T 2 entspricht. Das Rechenglied (17) wird von dem Parameter T 1, dem Signal TK und einem Signal A ₀ beaufschlagt und erzeugt daraus eine Steuer größe A 1, die dem Steller (13) zugeführt ist. Entsprechend bildet das Rechenglied (27) aus dem Parameter T 2, dem Signal TK und dem Signal (A ₀) eine Steuergröße A 2, die den Steller (23) beaufschlagt.

Für die Rechenglieder (17, 27) gelten die beiden folgenden Gleichungen:

A 1 = A₀ + V 1 (TK - T 1),
A 2 = A₀ + V 2 (TK - T 2).

Bei den Werten V 1 und V 2 handelt es sich um die Verstärkungs faktoren der beiden Rechenglieder (17, 27), die auf bestimmte Werte einstellbar sind. Bei dem Wert A ₀ handelt es sich um ein Stellsignal, das konstant vorgegeben oder beispielsweise mit Hilfe einer überlagerten Regelung veränderbar sein kann.

In der Fig. 2 sind die genannten Steuergrößen A 1 und A 2 über den Parametern T 1 und T 2 aufgetragen. Die einzelnen Werte der Steuergrößen A 1 und A 2 bilden abgeknickte Flächen, die sich entlang einer Knickgeraden (45) durchdringen. Bei einer bestimmten Temperatur T 2 ergibt sich aus der dreidimensionalen Darstellung der Fig. 2 die zweidimensionale Darstellung der Fig. 3. In der Fig. 3 sind daher die Steuergrößen A 1 und A 2 über dem Parameter T 1 aufgetragen, wobei der Parameter T 2 konstant ist. Die Knickgerade (45) der Fig. 2 ist in der Fig. 3 zu einem Schnittpunkt (45) geworden.

Ist T 1 kleiner als T 2, so ergibt sich daraus TK=T 1. Damit ergibt sich weiter aus obiger Gleichung für A 1=A ₀. Dies entspricht dem linken oberen Teil des Verlaufs der Steuergröße A 1 in der Fig. 3.

Ist T 1 größer als T 2, so ergibt sich TK=T 2. Daraus folgt für die Steuergröße A 1=A ₀+V 1 (T 2-T 1). Dieser Verlauf der Steuergröße A 1 entspricht dem mittleren Bereich der Fig. 3, in dem die Steuergröße A 1 mit einer negativen Steigung versehen ist. Die negative Steigung ergibt sich dabei aus der Tatsache, daß der Parameter T 1 größer ist als der Parameter T 2.

Gemäß der Fig. 3 schneidet die Steuergröße A 1 die mit dem Parameter T 1 versehene Abszisse in einem oberen Wert TO. Für diesen Wert gilt die Gleichung: TO=T 2+A ₀/V 1. Der obere Wert TO ist also mittels des Verstärkungsfaktors V 1 einstellbar.

Gemäß der Gleichung für die Steuergröße A 1 würde diese auch für Parameterwerte T 1, die größer sind als TO noch mit einer negativen Steigung versehen sein. Da jedoch die Steuergröße A 1 nicht negativ werden kann, gilt: A 1=0, wenn T 1 größer ist als TO. Dies ist im rechten unteren Bereich der Fig. 3 dargestellt.

Gemäß der eingangs genannten Gleichung gilt für die Steuergröße A 2 für Parameterwerte T 1, die kleiner sind als T 2 folgendes: A 2=AO+V 2 (T 1- T 2). Dieser Verlauf der Steuergröße A 2 ent spricht dem mittleren Bereich der Fig. 3, in dem die Steuer größe A 2 eine positive Steigung aufweist.

Da jedoch auch die Steuergröße A 2 nicht negativ werden kann, ist im linken unteren Bereich der Fig. 3 die Steuergröße A 2 gleich Null. Der Übergang von A 2=0 zum positiv steigenden A 2 findet genau dann statt, wenn T 1 einem unteren Wert TU ent spricht. Für diesen unteren Wert TU gilt: TU=T 2-A 0/V 2. Ist T 1 größer als T 2, so ergibt sich aus der eingangs genannten Gleichung für die Steuergröße A 2 folgendes: A 2=A ₀. Dieser Verlauf der Stellgröße A 2 ist im oberen rechten Bereich der Fig. 3 gezeigt.

Sind die beiden Parameterwerte T 1 und T 2 gleich, so gilt: A 1= A 2=A ₀. Dies entspricht in der Fig. 3 dem Schnittpunkt (45).

Der Übergang von der Prozeßgröße P 1 zur Prozeßgröße P 2 wird also folgendermaßen durchgeführt:

Ist der Parameter T 1 der Prozeßgröße P 1 kleiner als der untere Wert TU, so entspricht die die Prozeßgröße P 1 beeinflussende Steuergröße A 1 der Stellgröße A ₀, während die die Prozeßgröße P 2 beeinflussende Steuergröße A 2 gleich Null ist. Ist der Parameter T 1 größer als der untere Wert TU, jedoch kleiner als der Parameter T 2, so entspricht die Steuergröße A 1 weiterhin der Stellgröße A ₀, die Steuergröße A 2 wird jedoch mit kleiner werdendem Abstand der beiden Parameter T 1 und T 2 linear erhöht. Sind die beiden Parameter T 1 und T 2 gleich, so entspricht auch die Steuergröße A 2 der Stellgröße A ₀. Ist der Parameter T 1 größer als der Parameter T 2, so wird weiterhin der Wert A ₀ für die Steuergröße A 2 beibehalten. Die Steuergröße A 1 hingegen wird mit wachsendem Abstand der beiden Parameter T 1 und T 2 linear bis zum Wert Null vermindert. Den Wert Null erreicht die Steuergröße A 1 genau dann, wenn der Parameter T 1 dem oberen Wert TO entspricht. Ist der Parameter T 1 größer als der obere Wert TO, so ist die Steuergröße A 1 gleich Null.

Insgesamt wird also mit Hilfe der Steuerung, die in der Fig. 1 dargestellt und anhand der Fig. 2 und 3 erläutert worden ist, immer die Prozeßgröße auf den Wert der Stellgröße A ₀ eingestellt, deren Parameter den kleineren Wert aufweist. Die beschriebene Steuerung kann deshalb beispielsweise zu Kühl zwecken verwendet werden, wenn als Prozeßgrößen Kühlflüssig keiten vorgesehen werden, deren Temperaturen als Parameter der Prozeßgrößen gemessen werden.

Die in der Fig. 4 gezeigte Regelung dient der Beheizung z.B. eines Temperierraumes (95) o.dgl. In drei Behältern (50, 60, 70) befinden sich Flüssigkeiten (59, 69, 79). Über Zuleitungen (51, 61, 71) sind die Flüssigkeiten (59, 69, 79) jeweils einem Ventil (54, 64, 74) zugeführt. Zur Messung der Temperaturen T 1, T 2 und T 3 sind in den Zuleitungen (51, 61, 71) Temperaturfühler (52, 62, 72) vorgesehen. Von den Ventilen (54, 64, 74) führen Leitungen (56, 66, 76) zu einer gemeinsamen Leitung (91). Diese ist an einen Behälter (92) o.dgl. angeschlossen, der mit einem Abfluß (89) versehen ist. Im Behälter (92) befindet sich der Temperierraum (95), an dem ein Temperatursensor (86) angebracht ist.

Die Ventile (54, 64, 74) werden von Rechengeräten (58, 68, 78) mit den Steuergrößen A 1, A 2 und A 3 beaufschlagt. Die Glei chungen für die drei Rechengeräte (58, 68, 78) lauten wie folgt:

A 1 = A₀ + V (T 1 - TG),
A 2 = A₀ + V (T 2 - TG +) und
A 3 = A₀ + V (T 3 - TG).

Bei der Größe TG handelt es sich um ein Maximaltemperatur signal, das mit Hilfe einer Maximalauswahlstufe (80) gebildet wird. Der Maximalauswahlstufe (80) sind die Temperatursignale T 1, T 2 und T 3 zugeleitet. Aus diesen Temperatursignalen bildet die Maximalauswahlstufe (80) das Signal TG wie folgt:

TG =× Maximum (T 1, T 2, T 3).

Das Signal TG entspricht also immer dem größten der drei Temperatursignale T 1, T 2 und T 3.

Bei der Größe A ₀ handelt es sich um ein Stellsignal. Dieses wird von einem Regler (83) gebildet. Der Regler (83) seiner seits wird von einem Soll-Temperatursignal T-Soll und einem Ist-Temperatursignal T-Ist beaufschlagt. Das Soll-Temperatur signal T-Soll kann beispielsweise von einer Bedienperson eingestellt werden. Das Ist-Temperatursignal T-Ist wird von dem Temperatursensor (86) gebildet und entspricht damit der tat sächlichen Temperatur des Temperierraums (95).

Soll der Temperierraum (95) auf die Soll-Temperatur T-Soll aufgeheizt werden, so wird insbesondere mit Hilfe der Maximalauswahlstufe (80) entsprechend den Ausführungen zu der Steuerung der Fig. 1 aus den zur Verfügung stehenden Flüssigkeiten (59, 69, 79) diejenige ausgewählt, die die höchste Temperatur aufweist. Das zu dieser Flüssigkeit gehörende Ventil wird vollständig geöffnet, während die anderen beiden Ventile geschlossen oder nur geringfügig geöffnet sind. Mit Hilfe der der Auswahlsteuerung überlagerten Regelung, die im wesentlichen aus dem Regler (83) besteht, wird dann die dem Behälter (92) und damit dem Temperierraum (95) zugeführte Flüssigkeitsmenge gerade so eingestellt, daß der Temperierraum (95) die erwünschte Soll-Temperatur T-Soll erreicht und danach beibehält. Ändern sich die Temperaturen der Flüssigkeiten (59, 69, 79), so wird dies von der Auswahlsteuerung berücksichtigt. Die Ablösung zwischen den einzelnen Flüssigkeiten geschieht dabei entsprechend den Ausführungen insbesondere zur Fig. 3.

Mit Hilfe der Auswahlsteuerung wird also gewährleistet, daß im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 in jedem Moment die Flüssigkeit dem Temperierraum (95) zugeführt wird, die die höchste Temperatur aufweist. Dadurch wird erreicht, daß der Temperier raum (95) schnellstmöglich auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt werden kann. Mit Hilfe der überlagerten Regelung wird dann durch eine Beeinflussung der Flüssigkeitsmenge die gewünschte Temperatur des Temperierraums (95) beibehalten. Dies bewirkt, daß zur Heizung des Temperierraums (95) die geringst mögliche Flüssigkeitsmenge verwendet wird.

Abweichend von den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist es möglich, daß beliebig viele Prozeßgrößen entsprechend gesteuert oder geregelt werden. Auch ist es möglich, verschiedene Para meter der Prozeßgrößen zu messen, die dann jedoch aneinander angepaßt werden müssen. Der Übergang zwischen den einzelnen Prozeßgrößen, der in den beschriebenen Ausführungsbeispielen linear dargestellt ist, kann auch mittels anderer, beliebiger Funktionen durchgeführt werden. Wird beispielsweise als Steuer gerät oder als Rechengerät ein oder mehrere Mikroprozessoren o. dgl. eingesetzt, so können die Übergänge nahezu beliebig und voneinander verschieden ausgeführt sein. Schließlich beschränkt sich das beschriebene Verfahren nicht nur auf die Kühlung oder die Heizung von Temperierräumen, sondern kann allgemein in der Verfahrenstechnik angewandt werden.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung oder Regelung wenigstens zweier Prozeßgrößen, bei dem ein Parameter einer der beiden Prozeß größen gemessen und mit einem vorgegebenen Wert verglichen wird und bei dem die zweite Prozeßgröße größer wird als die erste Prozeßgröße, wenn der gemessene Wert den vorgegebenen Wert überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Prozeß größe (P 1) konstant gehalten und die zweite Prozeßgröße (P 2) mit steigendem gemessenem Wert (T 1) erhöht wird, wenn der gemessene Wert (T 1) kleiner als der vorgegebene Wert (T 2), jedoch größer als ein vorgegebener unterer Wert (TU) ist, und daß die zweite Prozeßgröße (P 2) konstant gehalten und die erste Prozeßgröße (P 1) mit steigendem gemessenem Wert (T 1) vermindert wird, wenn der gemessene Wert (T 1) größer als der vorgegebene Wert (T 2), jedoch kleiner als ein vorgegebener oberer Wert (TO) ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als vorgegebener Wert (T 2) ein Parameter der anderen Prozeßgröße (P 2) gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die erste und die zweite Prozeßgröße (P 1, P 2) gleich groß sind, wenn der gemessene Wert (T 1) gleich dem vorgegebenen Wert (T 2) ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung einer Prozeßgröße von wenigstens einem gemessenen Wert abhängig ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung einer Prozeßgröße von einer überlagerten Regelung abhängig ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Prozeßgröße die Durchflußmenge einer Flüssigkeit vorgesehen ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Parameter der Prozeßgröße die Temperatur der Flüssigkeit vorgesehen ist.