DE3616369C2 - - Google Patents
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- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D23/00—Control of temperature
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- G05D23/13—Control of temperature without auxiliary power by varying the mixing ratio of two fluids having different temperatures
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung oder
Regelung wenigstens zweier Prozeßgrößen, bei dem ein Parameter
einer ersten Prozeßgröße gemessen und mit einem vorgegebenen
Wert verglichen wird, wobei im Falle, daß der gemessene Wert
den vorgegebenen Wert überschreitet, eine zweite Prozeßgröße
größer gestellt wird als die erste Prozeßgröße.
In der Verfahrenstechnik ist es häufig notwendig, zwischen zwei
Prozeßgrößen auszuwählen, beispielsweise zu Kühlzwecken von
einer wärmeren Flüssigkeit zu einer kälteren Flüssigkeit umzu
schalten. Werden derartige Schaltvorgänge mittels eines Hand
schalters ausgeführt, so hat dies Unstetigkeiten im Prozeß zur
Folge, im genannten Beispiel bewirken sie unerwünschte
Temperatursprünge.
Gattungsfremde Umschaltverfahren sind in der EP 01 57 723 A2
und der DE 33 34 127 A1 offenbart.
Im Falle der EP 01 57 723 A2 werden in einer Kühlanlage mit
zwei parallelen Kühlkreisläufen verbrauchsabhängig Kompressoren
in geeigneter Anzahl zu- oder abgeschaltet. Auch diese Schalt
vorgänge verursachen unstetige Temperaturverläufe in den Kühlkreislaufleitungen.
Auch bei der Regeleinrichtung nach der DE 33 34 127 A1 ist die
lastabhängige Zuschaltung wenigstens zweier parallel angeord
neter Prozeßleitung vorgesehen, nicht jedoch die wahlweise
Auswahl einer der Prozeßstränge abhängig von in diesen Prozeß
strängen selbst vorliegenden Parameterwerten auch bei festem
Lastwert. Die bekannte Einrichtung erfordert zudem für jede
einzelne Prozeßleitung einen separaten Regler.
Aufgabe der Erfindung ist es, auftretende Unstetigkeiten beim
Umschalten zwischen verschiedenen Prozeßgrößen bei einem Ver
fahren der eingangs genannten Art zu vermindern.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen
des Anspruchs 1.
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 wenigstens 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 A0 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 (A0) 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).
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 A0 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=A0. 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=A0+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+A0/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=A0. 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=A0. 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 A0, 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 A0, 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 A0. Ist der Parameter T 1
größer als der Parameter T 2, so wird weiterhin der Wert A0 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 A0
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).
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 A0 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 (6)
1. Verfahren zur Steuerung oder Regelung wenigstens zweier
Prozeßgrößen, bei dem ein Parameter (T1) einer ersten Prozeß
größe gemessen und mit einem vorgegebenen Wert (T2) verglichen
wird, wobei im Falle, daß der gemessene Wert (T1) den vorgege
benen Wert (T2) überschreitet, eine zweite Prozeßgröße größer
gestellt wird als die erste Prozeßgröße, dadurch gekennzeich
net, daß dann, wenn der gemessene Wert (T1) kleiner als der
vorgegebene Wert (T2), jedoch größer als ein vorgegebener unterer
Wert (TU) ist, die erste Prozeßgröße (P1) konstant gehalten
und die zweite Prozeßgröße (P2) mit steigendem gemessenem Wert
(T1) erhöht wird, und daß im Falle, daß der gemessene Wert (T1)
größer als der vorgegebene Wert (T2), jedoch kleiner als ein
vorgegebener Wert (T0) ist, die zweite Prozeßgröße (P2) konstant
gehalten und die erste Prozeßgröße (P1) mit steigendem gemesse
nem Wert (T1) vermindert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der an der ersten Prozeßgröße gemessene Parameter ebenfalls an
der zweiten Prozeßgröße (P2) gemessen wird und als vorgegebener
Wert (T2) dient.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß die erste und die zweite Prozeßgröße (P1, P2) gleich
groß gestellt werden, wenn der gemessene Wert (T1) gleich dem
vorgegebenen Wert (T2) ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Veränderung einer Prozeßgröße von einer
überlagerten Regelung abhängig ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß als Prozeßgröße eine Durchflußmenge einer
Flüssigkeit vorgesehen ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
als Parameter der Prozeßgröße die Temperatur der Flüssigkeit
vorgesehen ist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8181 | Inventor (new situation) |
Free format text: BRECKNER, KURT, DIPL.-ING., 7050 WAIBLINGEN, DE |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |