DE3718657A1 - Verfahren und vorrichtung zum anfahren eines regelkreises, insbesondere fuer einen chargenprozess - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren eines Regel­ kreises, insbesondere für einen Chargenprozeß, bei dem ein Ist­ wert mit einem Sollwert verglichen und in funktionaler Abhäng­ igkeit von der Differenz als Stellgröße ein Reglerausgangssig­ nal gebildet wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei bekannten Regelkreisen der eingangs genannten Art, bei­ spielsweise zur Regelung von Prozessen, wird das Anfahren des Regelkreises und damit das Anfahren des Prozesses manuell durchgeführt. Zu diesem Zweck sind entsprechende Einrichtungen vorgesehen, mit deren Hilfe eine Bedienperson in entsprechender Weise auf den Regelkreis einwirken kann. Abgesehen davon, daß dieses manuelle Anfahren mit einem personellen Aufwand verbun­ den ist, ist ein genaues Anfahren des Prozesses meist nur schwer zu erreichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zum exakten automatischen Anfahren eines Regelkreises zu schaffen.

Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art während des Anfahrens das Regleraus­ gangssignal nach einer Proportionalverhalten aufweisenden Funktion gebildet und ein mit der Zeit zunehmendes oder ab­ nehmendes Anfahrsignal erzeugt wird, daß das Reglerausgangs­ signal mit dem Anfahrsignal verglichen wird und daß als Stell­ größe das kleinere oder das größere der beiden Signale ausge­ wählt wird.

Durch die Verknüpfung des Anfahrsignals mit dem Reglerausgangs­ signal in Form einer Minimal- oder Maximalauswahl wird erreicht, daß während des Anfahrens des Regelkreises das Stellsignal immer vom Anfahrsignal gebildet wird. Dieses Anfahrsignal kann dabei entsprechend den Anforderungen an den Anfahrvorgang des Prozes­ ses angepaßt werden. Durch die stetige Zunahme oder Abnahme des Anfahrsignales ist gewährleistet, daß nach einer vorgebbaren Zeitdauer das Reglerausgangssignal das Anfahrsignal ablöst und die weitere Regelung des Regelkreises übernimmt. Auf diese Weise ist ein automatisches Anfahren des Regelkreises möglich, das ein schnelles und genaues Anfahren des Prozesses gewährleistet. Der Anfahrvorgang, insbesondere dessen Zeitdauer ist exakt vor­ bestimmbar und dadurch reproduzierbar. Das erfindungsgemäße Verfahren ist deshalb besonders für Prozesse geeignet, die öf­ ters angefahren werden müssen, beispielsweise Chargenprozesse. Ebenfalls kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Anfahren ei­ nes Regelkreises in einfacher Weise in übergeordnete Regelkon­ zepte o.dgl. eingebunden werden.

Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird während des Anfahrens das Reglerausgangssignal in Abhängigkeit von der Stellgröße gebildet. Auf diese Weise wird erreicht, daß der Arbeitspunkt des Regelkreises automatisch während des An­ fahrens verändert wird, so daß dieser Arbeitspunkt bei der Übernahme der Regelung durch das Reglerausgangssignal einen vorbestimmbaren Wert einnimmt.

Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens wird nach dem Anfahren das Reglerausgangssignal nach einer PI-oder PV-Verhalten aufweisenden Funktion gebildet. Während des Anfahrens besitzt der Regelkreis Proportionalverhalten.Dies wird nach der Übernahme der Regelung durch das Reglerausgangs­ signal derart geändert, daß der Regelkreis jetzt zusätzlich Integral-und/oder Differentialverhalten aufweist. Dadurch wird eine schnelle und exakte Regelung des Prozesses erreicht.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens enthält ein Regelgerät, das von einem Istwert und einem Sollwert beaufschlagt ist, und das in funktionaler Abhängigkeit von deren Differenz als Stellgröße ein Reglerausgangssignal bildet, und ist dadurch gekennzeichnet, daß das Regelgerät wäh­ rend des Anfahrens das Reglerausgangssignal nach einer Proport­ ionalverhalten aufweisenden Funktion bildet, daß ein Funktions­ generator vorgesehen ist, der während des Anfahrens ein mit der Zeit zunehmendes oder abnehmendes Anfahrsignal erzeugt, und daß eine Minimal- oder Maximalauswahlstufe vorgesehen ist, die von dem Reglerausgangssignal und dem Anfahrsignal beaufschlagt ist und als Stellgröße das kleinere oder das größere der beiden Signale auswählt. Zum Anfahren des Regelkreises erzeugt also der Funktionsgenerator das Anfahrsignal, das mit dem Regleraus­ gangssignal verknüpft wird. Das automatische Anfahren des Re­ gelkreises kann daher durch Hinzufügung weniger Bauteile er­ reicht werden. Ist zur Regelung ein elektronisches Rechengerät o.dgl. vorgesehen, so kann die Erzeugung des Anfahrsignales und dessen Verknüpfung mit dem Reglerausgangssignal von diesem Rechengerät durchgeführt werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in der Zeichnung dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Regelkreises mit einer erfindungsgemäßen Anfahr­ vorrichtung,

Fig. 2 ein Zeitdiagramm, in das Signale eingetragen sind, die in dem Regelkreis der Fig. 1 auftreten und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer anderen Aus­ führungsform einer Anfahrvorrichtung für den Re­ gelkreis der Fig. 1.

Der in der Fig. 1 dargestellte Regelkreis dient beispielsweise zur Regelung der Durchflußmenge eines gasförmigen oder flüssi­ gen Mediums durch eine Rohrleitung (16). Zu diesem Zweck ist in die Rohrleitung (16) ein Stellventil (18) eingeschaltet, dem in Durchflußrichtung ein Meßfühler (17) nachgeordnet ist. Der Meßfühler (17) erzeugt ein Ausgangssignal, das der tatsächli­ chen Durchflußmenge des Mediums durch die Rohrleitung (16) ent­ spricht und damit einen Istwert (I) für den Regelkreis dar­ stellt. Mit Hilfe einer Einstellvorrichtung o.dgl., die in der Fig. 1 nicht gezeigt ist, ist ein Sollwert (S) für eine ge­ wünschte Durchflußmenge des Mediums durch die Rohrleitung (16) von einer Bedienperson einstellbar. Der Istwert (I) und der Sollwert (S) beaufschlagen ein Regelgerät (10), das in Abhängig­ keit von seinen Eingangssignalen ein Reglerausgangssignal (R) erzeugt. Dem Regelgerät (10) nachgeordnet ist eine Minimalaus­ wahlstufe (12), die abhängig von ihren Eingangssignalen eine Stellgröße (SG) erzeugt, die einerseits zum Regelgerät (10) zurückgekoppelt ist, und die andererseits das Stellventil (18) beaufschlagt. Als weiteres Eingangssignal ist der Minimalaus­ wahlstufe (12) ein Anfahrsignal (A) zugeführt, das von einem Funktionsgenerator (13), insbesondere einem Rampengenerator er­ zeugt wird, an den eine von einer Bedienperson betätigbare Ein­ schaltvorrichtung (14) angeschlossen ist. Es versteht sich, daß statt der Einschaltvorrichtung (14) auch eine übergeordnete Steuer- oder Regelvorrichtung vorgesehen sein kann, von der ein dem Schließen der Einschaltvorrichtung (14) entsprechendes Ein­ schaltsignal erzeugbar ist.

Die Funktionsweise des in der Fig. 1 dargestellten Regelkreises wird nachfolgend anhand des Zeitdiagrammes der Fig. 2 erläutert, in dem die Stellgröße (SG), das Reglerausgangssignal (R) und das Anfahrsignal (A) über der Zeit (t) aufgetragen sind.

Vor dem Anfahren des Regelkreises ist das Stellventil (18) ge­ schlossen. Es strömt also kein Medium durch die Rohrleitung (16). Der Istwert (I) ist daher Null. Der Sollwert (S) ist auf den von der Bedienperson gewünschten Wert eingestellt. Das Re­ gelgerät (10) weist Proportionalverhalten auf, so daß das Reg­ lerausgangssignal (R) die folgende Gleichung erfüllt:

R = V. (S-I) + SG.

Der Faktor V ist dabei die Verstärkung des Regelgerätes (10).

Das Anfahrsignal (A) ist Null. Dies hat zur Folge, daß auch die Stellgröße (SG) Null ist. Über die erwähnte Gleichung ergibt sich dadurch ein von der Soll-Istwert-Differenz abhängiges, von Null ungleiches Reglerausgangssignal (R).

Zum Anfahren des Regelkreises wird die Einschaltvorrichtung (14) im Zeitpunkt (t=0) von der Bedienperson geschlossen. Dies hat zur Folge, daß das vom Funktionsgenerator (13) erzeug­ te Anfahrsignal (A) von Null ausgehend linear ansteigt. Dies ist in der Fig. 2 gestrichelt dargestellt.

So lange das Anfahrsignal (A) kleiner ist als das Regleraus­ gangssignal (R), ist die Stellgröße (SG) gleich dem Anfahr­ signal (A). Die Stellgröße (SG) steigt dadurch entsprechend dem Anfahrsignal (A) ebenfalls linear an.

Dies hat zur Folge, daß das Stellventil (18) entsprechend der Stellgröße (SG) geöffnet wird und das gasförmige oder flüssige Medium durch die Rohrleitung (16) zu strömen beginnt. Der Ist­ wert (1) wird dadurch von Null ausgehend langsam größer, so daß die Soll- Istwert-Differenz abnimmt. Dies wiederum bewirkt, daß das Reglerausgangssignal (R) entsprechend der genannten Glei­ chung von dem von Null verschiedenen Wert abnimmt, wie dies in der Fig. 2 ebenfalls gestrichelt gezeigt ist.

In einem Zeitpunkt (T 0) erreicht der Istwert (1) den Sollwert (S). Gemäß der vorstehenden Gleichung ist dann in diesem Zeit­ punkt (T 0) das Reglerausgangssignal (R) gleich der Sollgröße (SG), die bis zu diesem Zeitpunkt (T 0) aus dem Anfahrsignal (A) hervorgegangen ist.

Dieses Anfahrsignal (A) steigt nach dem Zeitpunkt (T 0) entspre­ chend der Fig. 2 weiter linear an, so daß es jetzt größer ist als das Reglerausgangssignal (R). Die Minimalauswahlstufe (12) wählt dadurch nach dem Zeitpunkt (T 0) das Reglerausgangssignal (R) als Stellgröße (SG) aus. Dies ist in der Fig. 2 entspre­ chend dargestellt.

Bis zum Zeitpunkt (T 0) entspricht also die Stellgröße (SG) dem Anfahrsignal (A). Nach dem Zeitpunkt (T 0) hingegen wird die Stellgröße (SG) von dem Reglerausgangssignal (R) gebildet. Bis zum Zeitpunkt (T 0) findet eine Steuerung des Stellventiles (18) mit Hilfe des Anfahrsignales (A) statt, während nach dem Zeit­ punkt (T 0) der Regelkreis über das Reglerausgangssignal (R) geschlossen ist. Im Zeitpunkt (T 0) findet eine stoßfreie Ablö­ sung statt.

Gleichzeitig wird im Zeitpunkt (T 0) das Regelverhalten des Re­ gelgerätes (10) geändert. Bis zu diesem Zeitpunkt (T 0) wird das Reglerausgangssignal (R) entsprechend der erwähnten Gleichung gebildet. Das Regelgerät (10) besitzt Proportionalverhalten. Nach dem Zeitpunkt (T 0) wird dem Regelgerät (10) ein Regel­ verhalten vorgegeben, das zusätzlich einen Integral- und/oder einen Differentialanteil aufweist. Diese Umschaltung des Regel­ verhaltens des Regelgerätes (10) kann durch einen Vergleich der Stellgröße (SG) und des Reglerausgangssignales (R) innerhalb des Regelgerätes (10) hervorgerufen werden.

Das beschriebene Verfahren zum Anfahren des Regelkreises der Fig. 1 kann auch aus einer beliebigen Zwischenstellung des Stellventiles (18) heraus erfolgen. Diese Zwischenstellung kann beispielsweise am Funktionsgenerator (13) einstellbar sein. Da­ durch kann erreicht werden, daß auch außerhalb der Anfahrphase und des Regelbetriebs die Strömung des gasförmigen oder flüssi­ gen Mediums in der Rohrleitung (16) nicht vollständig unterbro­ chen wird.

In der Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform der aus Minimal­ auswahlstufe (12) und Funktionsgenerator (13) bestehenden Anfahrvorrichtung des in der Fig. 1 dargestellten Regelkreises gezeigt. Bei der Anfahrvorrichtung entsprechend der Fig. 3 ist eine Maximalauswahlstufe (12′) vorgesehen, der das Regleraus­ gangssignal (R) und das Anfahrsignal (A) zugeführt ist, und die die Stellgröße (SG) erzeugt. Das Anfahrsignal (A) wird von ei­ nem Funktionsgenerator (13′) gebildet, an den die Einschaltvor­ richtung (14) angeschlossen ist. Das von dem Funktionsgenerator (13′) erzeugte Anfahrsignal (A) weist bei Beginn des Anfahrvor­ ganges einen Wert ungleich Null auf und wird dann mit zunehmen­ der Zeit kleiner. Das Anfahrsignal (A) kann einen linearen oder andersartig abnehmenden Verlauf besitzen.

Die Anfahrvorrichtung nach der Fig. 3 kann eingesetzt werden, wenn zum Schließen des Stellventiles (18) eine von Null ver­ schiedene Stellgröße erforderlich ist. Zur Regelung eines der­ artigen Stellantriebes ist gegebenenfalls eine entsprechende Anpassung im Regelgerät (10) notwendig.

Claims (9)

1. Verfahren zum Anfahren eines Regelkreises, insbesondere für einen Chargenprozeß, bei dem ein Istwert mit einem Sollwert verglichen und in funktionaler Abhängigkeit von der Differenz als Stellgröße ein Reglerausgangssignal gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß während des Anfahrens (t kleiner T 0) das Reglerausgangssignal (R) nach einer Proportionalverhalten auf­ weisenden Funktion gebildet und ein mit der Zeit zunehmendes Anfahrsignal (A) erzeugt wird, daß das Reglerausgangssignal (R) mit dem Anfahrsignal (A) verglichen wird und daß als Stellgröße (SG) das kleinere der beiden Signale (R, A) ausgewählt wird.

2. Verfahren zum Anfahren eines Regelkreises, insbesondere für einen Chargenprozeß, bei dem ein Istwert mit einem Sollwert verglichen und in funktionaler Abhängigkeit von der Differenz als Stellgröße ein Reglerausgangssignal gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß während des Anfahrens (t kleiner T 0) das Reglerausgangssignal (R) nach einer Proportionalverhalten auf­ weisenden Funktion gebildet und ein mit der Zeit abnehmendes Anfahrsignal (A) erzeugt wird, daß das Reglerausgangssignal (R) mit dem Anfahrsignal (A) verglichen wird und daß als Stellgröße (SG) das größere der beiden Signale (R, A) ausgewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß während des Anfahrens (t kleiner T 0) das Regleraus­ gangssignal (R) in Abhängigkeit von der Stellgröße (SG) ge­ bildet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß nach dem Anfahren (t größer T 0) das Regler­ ausgangssignal (R) nach einer PI-und/oder PD-Verhalten aufwei­ senden Funktion gebildet wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Regelgerät, das von einem Istwert und einem Sollwert beaufschlagt ist, und das in funktionaler Abhängigkeit von deren Differenz als Stellgröße ein Regler­ ausgangssignal bildet, dadurch gekennzeichnet, daß das Regel­ gerät (10) während des Anfahrens (t kleiner T 0) das Regler­ ausgangssignal (R) nach einer Proportionalverhalten aufweisen­ den Funktion bildet, daß ein Funktionsgenerator (13) vorgesehen ist, der während des Anfahrens (t kleiner T 0) ein mit der Zeit zunehmendes Anfahrsignal (A) erzeugt, und daß eine Minimalaus­ wahlstufe (12) vorgesehen ist, die von dem Reglerausgangssignal (R) und dem Anfahrsignal (A) beaufschlagt ist und als Stell­ größe (SG) das kleinere der beiden Signale (R, A) auswählt.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 2 mit einem Regelgerät, das von einem Istwert und einem Sollwert beaufschlagt ist, und das in funktionaler Abhängigkeit von deren Differenz als Stellgröße ein Reglerausgangssignal bildet, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelgerät (10) während des Anfahrens (t kleiner T 0) das Reglerausgangssignal (R) nach einer Proportionalverhalten aufweisenden Funktion bildet, daß ein Funktionsgenerator (13′) vorgesehen ist, der während des Anfahrens (t kleiner T 0) ein mit der Zeit abnehmendes Anfahr­ signal (A) erzeugt, und daß eine Maximalauswahlstufe (12′) vor­ gesehen ist, die von dem Reglerausgangssignal (R) und dem An­ fahrsignal (A) beaufschlagt ist und als Stellgröße (SG) das größere der beiden Signale (R, A) auswählt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6,dadurch gekennzeich­ net, daß die Stellgröße (SG) auf das Regelgerät (10) zurück­ gekoppelt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anfahren eine den Funktionsgenerator (13, 13′) beaufschlagende Einschaltvorrichtung (14) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelgerät (10) nach dem Anfahren (t größer T 0) das Reglerausgangssignal (R) nach einer A- und/oder PD-Verhalten aufweisenden Funktion bildet.