DE3635037A1 - Regler mit begrenzungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Regler zur Beeinflussung eines oder mehrerer Regelorgane in einer fluidführenden Leitung einer Strömungsmaschine, insbesondere Dampfturbine, mit je einem Eingang zur Stellgrößenbegrenzung nach oben bzw. nach unten.

Bei der Regelung von Heizdampf- oder Prozeßdampfströmen steuern die Stellgrößen der Regler die Dampfströme durch die Turbine oder durch einen Teil der Turbine von kleinen bis großen Dampfmengen. Die dabei auftretenden thermischen Spannungen machen es erforderlich, die Stellgeschwindigkeit der Regelorgane wie Stellventile oder Stellklappen kontinuierlich, entsprechend eines Spannungsfreibetrages oder entsprechend einer aus einem Modell errechneten, zulässigen Stellgeschwindigkeit, zu begrenzen.

Es ist beispielsweise bekannt, die Stellgeschwindigkeit des Stellantriebs des Regelorgans direkt zu begrenzen. Nachteilig ist, daß die Stellgröße auch kleine Änderungen nur mit begrenzter Geschwindigkeit ausführen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Regler zu schaffen, mit dem im Kleinsignalbereich schnelle Änderungen der Stellgröße möglich sind, während im Großsignalbereich die vorgegebene Begrenzung der Stellgeschwindigkeit unverändert wirksam ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Reglereingang zur oberen Stellgrößenbegrenzung der um eine bestimmte Größe Δ erhöhte Ausgangswert eines gesteuerten nachlaufenden Integrators und dem Reglereingang zur unteren Stellgrößenbegrenzung der um eine bestimmte Größe Δ erniedrigte Ausgangswert des vorgenannten oder eines anderen gesteuerten, nachlaufenden Integrators aufgeschaltet sind. - Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen können innerhalb eines - wählbaren oder von einer anderen Größe vorgebbaren - Bereichs um eine mittlere Stellgröße herum schnelle Änderungen der Stellgröße entsprechend einer optimalen Regeldynamik erfolgen. Über den festgelegten Bereich hinausgehende Stellgrößenänderungen laufen mit auf das zulässige Maß begrenzter Änderungsgeschwindigkeit ab.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 den Funktionsplan einer Regelung mit einem gesteuerten, nachlaufenden Integrator, und

Fig. 2 den Funktionsplan einer Regelung mit zwei gesteuerten, nachlaufenden Integratoren.

Mit 1 ist ein Regler bezeichnet, dessen einer Eingang mit dem Signal x _d , das der Differenz der zu regelnden Größe, z. B. dem Dampfdurchfluß, entspricht, beaufschlagt ist. Das Ausgangssignal des Reglers 1 wird einerseits als Stellgrößensignal y über die Leitung 2 dem (nicht weiter gezeichneten) Antrieb eines Regelorgans wie Regelventil, Regelklappe oder dergleichen zugeführt und andererseits über die Leitung 3 unverzögert dem einen Eingang eines gesteuerten, nachlaufenden Integrators 4 zugeführt. Das Ausgangssignal des Integrators 4 wird über die Leitung 5 unverzögert dem ersten Eingang eines Addierglieds 6 zugeführt, dessem zweiten Eingang der von einem Block 12 A gelieferte Wert +Δ über die Leitung 7 unverzögert zugeführt ist. Der Ausgang des Summierglieds 6 ist über die Leitung 14 mit dem Eingang E _o zur Begrenzung der Stellgröße nach oben versehen. Das Ausgangssignal des Integrators 4 wird ferner über die Leitung 9 dem Positiveingang eines Addierglieds 10 zugeführt, dessen Negativeingang über die Leitung 11 mit dem Ausgang eines den Wert -Δ liefernden Blocks 12 B verbunden ist. Der Ausgang des Addierglieds 10 ist über die Leitung 13 mit dem Eingang E _u zur Begrenzung der Stellgröße nach unten versehen.

Unter dem vorerwähnten gesteuerten, nachlaufenden Integrator 4 ist ein Gerät oder eine Schaltungsanordnung zu verstehen, dessen bzw. deren Ausgangsgrößen seiner Eingangsgröße mit einer von außen vorgebbaren Geschwindigkeit folgt. Der Integrator 4 weist zwei weitere Eingänge für die Steuergröße (zulässiger Transient aufwärts) x _{w 1} und für die Steuergröße (zulässiger Transient abwärts) x _{w 2} auf, wobei die von außen zugeführten Steuergrößen x _{w 1} und x _{w 2} die zulässige Integrationsgeschwindigkeit (Änderungsgeschwindigkeit der Ausgangsgröße) aufwärts bzw. abwärts bestimmen. - Der Aufbau eines gesteuerten, nachlaufenden Integrators 4 ist an sich im Zusammenhang mit einer von außen zugeführten Steuergröße x _w aus der DE-OS 35 00 482 bekannt.

Man kann auch mehrere gesteuerte, nachlaufende Integratoren anwenden; beispielsweise kann - wie Fig. 2 zeigt, - das Addierglied 10 auch mit dem Ausgang eines gesonderten, d. h. vom Integrator 4 unabhängigen, Integrators 4′ verbunden sein. In diesem Fall ist jeder Integrator mit den zwei Steuergrößen x _{w 1}, x _{w 2} beaufschlagt.

Die dem Signal des Integrators 4 hinzuaddierte Größe Δ und die vom Signal des Integrators subtrahierte Größe Δ bestimmt sich je nach Regelaufgabe so, daß spontane Stellgrößenänderungen des Reglers um den Wert Δ von der Regelstrecke oder von den von der Regelgröße unmittelbar beeinflußten Parametern toleriert werden können.

Bei Dampfturbinenregelungen wird die Größe Δ z. B. so ermittelt, daß von einem Beharrungszustand aus Stellgrößenänderungen ≦Δ noch nicht zu einer thermischen Überbeanspruchung der Dampfturbinengehäuse führen. Sollen aufgrund von Sollwert- oder Reglergrößenänderungen größere Stellgrößenänderungen durchgeführt werden, so kann die Stellgröße um den Wert Δ spontan verändert werden, während anschließende, weitere Änderungen nur noch so schnell durchlaufen werden können, daß an der Spannungsgrenze entlang gefahren wird.

Die Werte +Δ und -Δ können auch bei entsprechenden Anwendungsfällen veränderliche, vorgebbare Parameter sein; sie können auch über eine mathematische Funktion mit den zulässigen Stellgrößenänderungsgeschwindigkeiten verknüpft sein.

Der erfindungsgemäße Vorschlag ist auch bei der Regelung der Leistung einer Strömungsmaschine anwendbar, falls eine Begrenzung der Arbeitsmittel-Massenstromänderung gewünscht wird.

Ein anderer Anwendungsfall wäre die Pumpgrenzenregelung von Verdichtern, wo es zu Schwierigkeiten kommt, wenn die Grenzregelung eingreift. Mit der vorgeschlagenen Schaltung könnte schon vor Erreichen der Grenzkurve auf begrenzte Stellgeschwindigkeit übergegangen werden, so daß das Eingreifen des Grenzreglers sanfter erfolgen kann.

Die erfindungsgemäße Reglerfortbildung wirkt wie folgt:

Im ausgeglichenen Zustand sind die Stellgröße des Reglers 1 und die Ausgangsgröße des Integrators 4 bzw. die Ausgangsgrößen der Integratoren 4, 4′ gleich groß, so daß die Stellgröße bei raschen Schwankungen (Änderungen) der Regelgröße oder der Führungsgröße entsprechend der gewünschten Dynamik des Reglers folgen kann bis die - auf den Ausgang des/der Integratoren 4, 4′ bezogenen - Grenzwerte +Δ oder -Δ erreicht sind. Der Ausgang des Integrators bzw. der Integratoren folgt der Reglerstellgröße mit zulässiger Geschwindigkeit und nimmt dabei einen Mittelwert der Stellgröße an und begrenzt bei Stellgrößenänderungen, die über Größen ±Δ hinausreichen würden, die Stellgeschwindigkeit auf die im Integrator verarbeitete zulässige Änderungsgeschwindigkeit bzw. auf die in den Integratoren verarbeiteten zulässigen Änderungsgeschwindigkeiten.

Claims (2)

1. Regler zur Beeinflussung eines oder mehrerer Regelorgane in einer fluidführenden Leitung einer Strömungsmaschine, insbesondere Dampfturbine, mit je einem Eingang zur Stellgrößenbegrenzung nach oben bzw. nach unten, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reglereingang zur oberen Stellgrößenbegrenzung der um eine bestimmte Größe ( Δ ) erhöhte Ausgangswert eines gesteuerten nachlaufenden Integrators (4) und dem Reglereingang zur unteren Stellgrößenbegrenzung der um eine bestimmte Größe ( Δ ) erniedrigte Ausgangswert des vorgenannten (4) oder eines anderen gesteuerten, nachlaufenden Integrators (4′) aufgeschaltet sind.

2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmte Größe ( Δ ) 10% des Ausgangswerts des bzw. der gesteuerten, nachlaufenden Integratoren beträgt.