DE3724846C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Ge­ misches mit durch Beschränkungen vorgegebenen Eigenschaften und Zuständen.

In Ferngasnetzen sind Gasmischanlagen eingesetzt, die Gassorten derart mischen, daß das abgegebene Gas einen Brennwert hat, der in einem vorgegebenen Toleranzbereich liegt. Auch werden im all­ gemeinen minimaler und maximaler Ausgangsdruck sowie Ausgangs­ durchfluß vorgegeben. Eine Schwierigkeit, ein Gasgemisch in der von den Abnehmern geforderten Menge zu erzeugen, besteht dar­ in, daß die Eingangsgase nicht in unbeschränkter Menge zur Ver­ fügung stehen bzw. die Durchflüsse in den Zuleitungen be­ schränkt sind. Außerdem werden von einer Leitstelle Durchfluß­ werte vorgegeben. Um diese einzuhalten, ist für jeden Eingangs­ gasstrom ein Durchflußregler vorgesehen, dem der vorgegebene Durchflußwert als Sollwert zugeführt ist. Nur in einem be­ stimmten Betriebszustand, in dem die Brennwerte und Durchflüsse der Eingangsgase bestimmte Werte haben, hat das Ausgangsgas den vorgegebenen Brennwert, und auch der Ausgangsdruck liegt in dem zugelassenen Bereich. Ändert sich aber z. B. der Brennwert eines Eingangsgases, so ändert sich auch der des Ausgangsgases und kann außerhalb des zugelassenen Toleranzbereiches liegen. Es müssen dann die Durchflüsse der Eingangsgase geändert wer­ den, und zwar so, daß ihre Abweichungen von den vorgegebenen Werten möglichst klein sind.

Ein entsprechendes Problem tritt auf, wenn sich der Gasver­ brauch und damit der Ausgangsdruck der Mischanlage ändert. Er­ reicht der Druck z. B. einen unteren Grenzwert, müssen die in den Eingangsleitungen der Mischanlage liegenden Ventile weiter geöffnet und damit die Durchflüsse erhöht werden. Erreicht ein Ventil eine Endstellung, kann dieses zur Steuerung der Menge und des Brennwertes des Ausgangsgases nichts mehr beitragen.

Eine weitere Beschränkung kann sein, daß die Drücke der Ein­ gangsgase einen unteren Grenzwert nicht unterschreiten dürfen, daß also die Eingangsventile nicht beliebig weit geöffnet wer­ den dürfen.

Die oben beschriebenen, in Gasmischanlagen auftretenden Pro­ bleme treten auch bei der Herstellung von Gemischen aus ande­ ren Stoffen auf, wenn bestimmte Eigenschaften des Stoffgemi­ sches gefordert werden und die zu mischenden Stoffkomponenten hinsichtlich Menge, Eigenschaft und Zustand Beschränkungen unterworfen sind und ihre Durchflüsse von vorgegebenen Werten möglichst wenig abweichen sollen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren und eine Anordnung zum Herstellen eines Gemischs aus mehreren Komponenten zu schaffen, deren Durchflüsse auch im Fall des Eintretens von Beschränkungen möglichst wenig von vor­ gegebenen Werten abweichen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Grundgedanke der Erfindung ist, zur Lösung der gestellten Auf­ gabe den Lagrange-Formalismus einzusetzen. Nach diesem wird eine Lagrange-Funktion aus der Summe einer Zielfunktion und Produkten aus Lagrange-Multiplikatoren und Beschränkungen auf­ gestellt. Durch partielle Differentiation dieser Lagrange- Funktion und Nullsetzen der Differentialquotienten erhält man ein Gleichungssystem, mit dem optimierte Sollwerte der Durch­ flüsse ermittelt werden können. Auf diese Weise können grund­ sätzlich alle Beschränkungen, also auch die der Durchflüsse der Eingangskomponenten, berücksichtigt werden.

Zum Erzeugen eines Brenngases mit einem Brennwert H_a und einem Durchfluß Q_a, wobei der Brennwert innerhalb von Grenz­ werten H_amax, H_amin = H_ab und/oder der Durchfluß innerhalb von Grenz­ werten Q_amax, Q_amin = Q_ab liegt, und die Durchflüsse von m Eingangs­ komponenten i = n - m + 1 . . . n von insgesamt n Eingangskomponenten ihre Beschränkungswerte Q_bi erreicht haben, werden die Sollwerte Q_oi für die Durchflüsse zweckmäßig aus dem Gleichungssystem:

berechnet. Die Lagrange-Funktion L hat in diesem Fall die Form

Q_ab, H _ab sind die jeweils erreichten oder überschrittenen Grenz­ werte. Die Beschränkung des Brennwertes ist als Beschränkung des Energieflusses H_abQ_ab formuliert; die Berechnung der Soll­ werte wird dadurch vereinfacht.

Die erreichten Beschränkungen Q_bi der Eingangsdurchflüsse Q_n-m+1 . . . Q_n sind einfach in der Weise berücksichtigt, daß die Summe der beschränkten Durchflüsse vom Grenzwert Q_ab des Ausgangsdurchflusses subtrahiert wird. Entspre­ chend wird der Beitrag der Eingangskomponenten, die ihre Beschränkungen erreicht haben, zum Gesamtbrennwert H_a durch Subtraktion berücksichtigt.

Im allgemeinen ist der Druck P_a des Ausgangsgases beschränkt. Erreicht der Druck den oberen oder unteren Grenzwert, müssen die Durchflüsse der Eingangsgase so verändert werden, daß der Grenzdruckwert eingehalten wird. Eine analytische Ableitung der Durchflußsollwerte ist nicht möglich, da der Zusammenhang zwi­ schen Ausgangsdruck und Durchfluß im allgemeinen nicht bekannt ist. Man kann sich jedoch so behelfen, daß man die Summe der Sollwerte der Eingangsdurchflüsse um einen bestimmten Prozent­ satz verändert, derart, daß die Summe der gewichteten Differen­ zenquadrate zwischen Vorgabewerten und Sollwerten ein Minimum ist. Vorteilhaft ist jedoch, die Eingangsdurchflüsse mit je­ weils einem Grenzdruckregler zu regeln.

Anhand der Zeichnung werden im folgenden die Erfindung sowie Weiterbildungen und Ausgestaltungen näher beschrieben und er­ läutert.

Es zeigt

Fig. 1 das Prinzipschaltbild einer Anordnung zur Durchführung des neuen Verfahrens,

Fig. 2 Einzelheiten von im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 verwendeten Reglern.

Mit MK ist eine Mischkammer bezeichnet, der über Leitungen EL₁, EL₂ . . . EL_n Brenngase unterschiedlicher Qualität zugeführt wer­ den. Der Durchfluß jedes Eingangsgases wird mittels eines Regel­ kreises, bestehend aus einem Regler RG₁, RG₂ . . . RG_n, einem Ventil VT₁, VT₂ . . . VT_n und einem Durchflußmesser DM₁, DM₂ . . . DM_n auf einen Sollwert geregelt, den ein Rechner RE liefert. Diesem werden von einer Leitstelle über Eingangsschalter ES₁, ES₂ . . . ES_n für jede Eingangsleitung EL₁, EL₂ . . . EL_n ein Vorgabewert Q_{d 1}, Q_{d 2} . . . Q_dn zugeführt. Die Durchflüsse in den Eingangsleitungen sollen von diesen Vorgabewerten möglichst wenig abweichen. Die Istwerte Q_i der Durchflüsse werden auch den Eingangsschaltern ES_i zugeführt.

Außer den Durchflüssen Q_i der Eingangsgase werden deren Brenn­ werte H_i in Meßeinrichtungen HM₁, HM₂ . . . HM_n gemessen. Daraus kann in Verbindung mit den Durchflüssen Q_i der Durchfluß Q_a und der Brennwert H_a des Ausgangsgases der Mischkammer ermittelt werden. Der Brennwert H_a muß in einem eng begrenzten Toleranz­ bereich liegen, dessen Grenzen mit H_ab bezeichnet sind. Es wird zunächst der Fall angenommen, daß der Brennwert H_a im Toleranz­ bereich liegt und auch keine weiteren Beschränkungen beachtet werden müssen. In diesem Falle werden vom Rechner RE die Vor­ gabewerte Q_di als Sollwerte zu den Reglern RG_i durchgeschaltet. Der Ausgangsdruck P_a der Mischkammer MK, der von einem Druck­ messer PM gemessen wird, bleibt nur dann konstant, wenn die von den Verbrauchern in der Zeiteinheit abgenommene Gasmenge, das ist der Ausgangsdurchfluß Q_a gleich der Summe der Eingangsdurch­ flüsse Q_i ist, wobei kurzzeitige Schwankungen des Gasverbrauchs wegen der Speicherwirkung des Leitungsnetzes keine nennenswerten Druckänderungen zur Folge haben. Ist aber der Verbrauch über längere Zeit z. B. erhöht, sinkt der Ausgangsdruck P_a stetig, bis er einen unteren Grenzwert P_amin erreicht, den er nicht unterschreiten darf. Die Vorgabewerte Q_di der Leitstelle sind dann als Sollwerte für die Regler nicht mehr brauchbar. Entspre­ chendes gilt, wenn infolge einer geringeren Gasabnahme der Druck einen oberen Grenzwert P_amax überschreitet. Eine Änderung des Brennwertes eines oder mehrerer Eingangsgase kann zur Folge haben, daß der Brennwert des Ausgangsgases einen Grenzwert er­ reicht. Damit z. B. das Überschreiten eines oberen Grenzwertes bei konstantem Durchfluß verhindert wird, wird der Durchfluß eines Eingangsgases mit hohem Brennwert verringert und gleich­ zeitig der Durchfluß eines Eingangs­ gases mit niedrigerem Brenn­ wert erhöht. Entsprechendes gilt, wenn der Brennwert des Aus­ gangsgases einen unteren Grenzwert erreicht. In all diesen Fällen, in denen bei Verwendung der Vorgabewerte Q_di das Aus­ gangsgas den geforderten Brennwert, Druck oder Durchfluß nicht einhält, müssen die Vorgabewerte Q_di durch andere Werte ersetzt werden, die dahin optimiert sein müssen, daß sie möglichst wenig von den Vorgabewerten abweichen, daß aber Druck, Brenn­ wert und Durchfluß des Ausgangsgases innerhalb der Grenzwerte bleiben.

Im Ausführungsbeispiel werden Brennwert und Durchfluß des Aus­ gangsgases nicht direkt gemessen, sondern aus den Brennwer­ ten H_i und Durchflüssen Q_i der Eingangsgase von einer Einheit HQA nach folgenden Gleichungen berechnet:

Ausgangsdurchfluß Q_a und Brennwert H_a werden in dieser Einheit auf Überschreiten von Grenzwerten überwacht. Bei Erreichen eines Grenzwertes wird dies dem Rechner RE gemeldet, der darauf nicht mehr die Vorgabewerte Q_di von den Eingangsschaltern ES_i zu den Reglern RG_i durchschaltet, sondern optimierte Sollwerte Q_oi.

Das Einhalten des zulässigen Bereichs des Ausgangsdruckes durch Berechnen von optimierten Sollwerten für die Eingangsdurchflüs­ se ist nicht möglich, da ein Zusammenhang zwischen Ausgangs­ druck und Durchfluß nicht besteht. Allenfalls könnten durch ein­ faches Probieren geeignete Durchflußsollwerte gefunden werden, indem z. B. bei einem Druckabfall die Sollwerte in einem be­ stimmten Verhältnis, z. B. um 10%, erhöht werden, wodurch der Durchfluß erhöht und damit einer Druckabsenkung begegnet wird. Die Größe der Sollwertänderung kann abhängig gemacht werden von dem Druckgradienten. Im Ausführungsbeispiel ist dieses Problem dadurch gelöst, daß die Regler RG_i als Grenzdruckregler ausge­ bildet sind, denen der Druckaufnehmer PM den Ausgangsdruck zu­ führt und in denen die Druckgrenzwerte P_amax, P_amin eingestellt sind. Solange der Druck innerhalb der vorgegebenen Grenzen bleibt, ist für die Regelung der vom Rechner RE zugeführte Soll­ wert allein maßgebend. Erreicht der Druck jedoch einen Grenz­ wert, werden die Durchflüsse so eingestellt, daß dieser Grenz­ wert eingehalten wird. Mit einer Verhältnisregelung ist sicher­ gestellt, daß auch in dieser Betriebsart die Summe der Abwei­ chungen der Sollwerte von den Vorgabewerten Q_di klein bleibt und auch der Brennwert H_a des Ausgangsgases konstant bleibt.

Die Durchflüsse der Eingangsgase sind Beschränkungen unter­ worfen, z. B. kann jede Eingangsleitung nur eine beschränkte Gasmenge fördern, auch muß der Druck in bestimmten Grenzen gehalten werden. Wenn ein Eingangsventil VT_i in eine Endstel­ lung gefahren ist, kann der Durchfluß nicht weiter vergrößert bzw. verkleinert werden. Gleiches gilt, wenn ein Ventil klemmt. Im Ausführungsbeispiel werden diese Beschränkungen in den Reg­ lern RG_i überwacht. Tritt eine solche Beschränkung ein, gibt der Regler ein Umschaltsignal an den zugehörigen Eingangsschal­ ter ES_i, so daß dieser nicht mehr den Vorgabewert Q_di auf den Rechner RE schaltet, sondern den beschränkten Istwert Q_bi des Durchflusses. Gleichzeitig wird dies dem Rechner RE mitgeteilt, der dann diesen Zustand bei der Berechnung der Sollwerte berück­ sichtigt.

Wie schon erwähnt, hat der Rechner RE die Aufgabe, für die Reg­ ler RG_i Sollwerte Q_oi zu errechnen, die von den Vorgabewerten Q_di möglichst wenig abweichen. Die Zielfunktion hierfür ist

r_i sind positive Gewichtsfaktoren. Die Zielfunktion I besteht in der gewichteten quadratischen Abweichung der Durchflüsse Q_i von den Vorgabewerten Q_di. Die Zielfunktion I wird ein Minimum, wenn die Durchflüsse Q_i gleich den optimalen Durchflüssen Q_i sind, die wiederum die Sollwerte für die Regler bilden. Zum Berechnen der optimierten Sollwerte Q_oi wird der Lagrange-For­ malismus verwendet, der darin besteht, daß aus der Zielfunk­ tion I und den Beschränkungen g_k die Lagrange-Funktion

gebildet wird.

K ist die Anzahl der Beschränkungen g_k0. Eine solche Be­ schränkung ist z. B. der Durchfluß der Eingangsgase auf Maxi­ malwerte Q_imax. Die Beschränkung lautet dann: g_i=Q_i-Q_imax0. Für die Beschränkungen, die verletzt sind, für die also g_k<0 ist, ist λ_k≠0. Die Zielfunktion ist für die Werte Q_oi erfüllt, die aus dem folgenden Gleichungssystem errechnet wer­ den:

i = 1, 2 . . . n-m; k = 1, 2 . . . K
m ist die Anzahl der Eingangsdurchflüsse, die ihre Beschränkungen erreicht haben.

Im Ausführungsbeispiel ist die zu berücksichtigende Anzahl K auf zwei reduziert, da die Bearbeitung der Beschränkungen der Eingangsdurchflüsse, der Eingangsdrücke und des Ausgangs­ druckes, der Stellventile, wie oben beschrieben, in die Regler RG_i verlagert ist und dadurch auf eine Beschränkung der Kom­ ponente selbst bzw. des Ausgangsdurchflusses zurückgeführt ist. Die Begrenzung auf einen Brennwert H_ab des Ausgangsgases wird zur Vereinfachung der Optimierungsrechnung durch die Begrenzung des Produktes H_abQ_a berücksichtigt. Damit ergibt sich fol­ gende einfache Lagrange-Funktion:

In dieser Gleichung ist angenommen, daß m der n Durchflüsse ihre Grenzwerte erreicht haben, und zwar die Durchflüsse Q_b(n-m+1) . . . Q_bn. Diese begrenzten Durchflüsse können nichts mehr zur Optimie­ rung der Sollwerte Q_oi beitragen; sie werden daher von dem Grenzwert Q_ab subtrahiert. Die Werte Q_ab, H_ab können wie Soll­ werte behandelt werden, d. h., schon bei kleinen Abweichungen der Ausgangswerte Q_a und H_a errechnet der Rechner RE von den Vorgabewerten Q_di abweichende Sollwerte Q_oi. Sollen in einem größeren Bereich des Durchflusses Q_a und des Brennwertes H_a die Vorgabewerte Q_di als Sollwerte dienen, so können die Werte Q_ab und H_ab auch Grenzwerte sein. Für den oberen und den unteren Grenzwert brauchen keine ausgesonderten Ausdrücke angegeben zu werden, da mindestens einer der beiden Lagrange-Multiplikatoren stets Null ist. Denn es kann nur entweder der obere Grenzwert überschritten oder der untere Grenzwert unterschritten sein.

Die optimierten Sollwerte ergeben sich aus dem folgenden, durch partielle Differentiationen aus der Lagrange-Funktion abgelei­ teten Gleichungssystem:

Die vom Rechner RE ermittelten Werte Q_o1, Q_o(n-m) werden den Sollwerteingängen der Regler RG₁ . . . RG_n-m zugeführt. Die Regler RG_n-m+1 . . . RG_n, deren Regelgrößen beschränkt sind, er­ halten als Sollwerte die beschränkten Istwerte Q_b(n-m) . . . Q_bn. Damit sie in diesem Zustand nicht beharren, werden zyklisch auch die Eingangsschalter ES_n-m+1 . . . ES_n in die Stellung ge­ bracht, in der die Vorgabewerte Q_d(n-m+1) . . . Q_dn dem Rechner RE zugeführt sind. Liegt dann der Sollwert innerhalb des regel­ baren Bereichs des Istwertes, wird die Beschränkung als aufge­ hoben betrachtet. Ist z. B. das Ventil VT₂ voll aufgefahren und schaltet demgemäß der Eingangsschalter ES₂ den beschränkten Ist­ wert Q_{b 2} auf den Rechner RE und dieser seinerseits den Istwert auf den Sollwerteingang des Reglers RG₂, so wird von Zeit zu Zeit der Eingangsschalter ES₂ in die andere Stellung gebracht und ein Sollwert für den Regler RG₂ berechnet. Ist dieser klei­ ner als der Istwert, bleibt der Schalter ES₂ in der Stellung, in der er den Vorgabewert Q_{d 2} dem Rechner RE zuführt. Andernfalls wird er zurückgeschaltet.

Im Ausführungsbeispiel sind im Lagrange-Formalismus nur die Beschränkungen des Ausgangsdurchflusses und des Brennwertes einbezogen. Die Beschränkungen der Eingangsdurchflüsse werden durch Meldungen und durch Umschalten der Eingangsschalter ES_i des Rechners berücksichtigt.

Fig. 2 veranschaulicht die Funktion der Regler RG_i. Der Ist­ wert Q_i des Eingangsdurchflusses wird dem einen Eingang eines PI-Reglers PI zugeführt, dessen zweiter Eingang an einen Addie­ rer AD angeschlossen ist. Über ein Verzögerungsglied VZ gelangt der Istwert ferner auf den subtrahierenden Eingang eines Sub­ trahierers DF₁ und auf den einen Eingang des Addierers AD. An den Subtrahierer DF₁, dessen addierenden Eingang der Sollwert Q_oi zugeführt ist, ist eine Kaskade von Minimal- und Maximal­ wert-Auswahlschaltungen MIN₁, MIN₂, MAX₁ angeschlossen. Wird das Ausgangssignal des Subtrahierers DF₁ unverändert durch diese Minimal-/Maximalwert-Auswahlschaltungen durchgeschaltet, hat das Verzögerungsglied VZ keine Wirkung, da die Subtraktion seines Ausgangssignals im Subtrahierer DF₁ und die Addition im Addierer AD sich aufheben. Der PI-Regler PI erhält daher die Differenz zwischen Ist- und Sollwert. Sein Ausgangssignal wird in einer Minimalwertauswahl MIN₃ mit dem maximal zulässigen Steuersignal S_imax des Stellventils VT_i verglichen. Das kleinere der beiden Signale wird zu einer Maximalwertauswahl MAX₂ weitergeschaltet, der ferner das minimale Steuersignal S_imin für das Stellventil zugeführt ist. Das größere der beiden Signale ist schließlich das Stellsignal S_i. Die beiden Auswahl­ schaltungen MIN₃, MAX₂ geben auf ein ODER-Glied OR₁ ein Signal, wenn das Ausgangssignal des Reglers PI entweder größer als das Signal S_imax oder kleiner als das Signal S_imin ist. In diesen beiden Fällen gibt das ODER-Signal OR₁ über ein ODER-Glied OR₃ ein Umschaltsignal an den Eingangsschalter ES_i (vergleiche Fig. 1), welcher den Rechner RE darauf anstelle des Vorgabe­ wertes Q_di den beschränkten Istwert Q_bi des Durchflusses zu­ führt. Die Signale von Endlagenschaltern des Stellventils kön­ nen ebenfalls über das ODER-Glied OR₃ dem Eingangsschalter ES_i als Umschaltsignal zugeführt werden.

Zwei Subtrahierer DF₂, DF₃ vergleichen den Ausgangsdruck P_a mit dem zulässigen Maximaldruck P_amax und dem Minimaldruck P_amin. Diesen Subtrahierern wird ferner additiv das Ausgangssignal eines weiteren Subtrahierers DF₅ zugeführt, dessen addierenden Eingang das Verhältnis von Sollwert Q_oi des Durchflusses der zum Regler gehörenden Eingangsleitung und dessen subtrahieren­ den Eingang das Verhältnis von Istwert Q_i des Durchflusses des Eingangsgases zum Istwert Q_a des Ausgangsgases zugeführt wer­ den. Ist das Ausgangssignal des Subtrahierers DF₂ kleiner als das des Subtrahierers DF₁, also als die Regelabweichung, schal­ tet die Minimalwertauswahl MIN₁ das Ausgangssignal des Subtra­ hierers DF₂ zur Maximalwertauswahl MAX₁ durch. Da in diesem Falle vom Subtrahierer DF₃ abgegebene Differenz P_amin-P_a sehr groß und negativ ist, das Ausgangssignal der Minimalwert­ auswahl MIN₁ dagegen höchstens gleich der maximalen negativen Regelabweichung ist, wird das Ausgangssignal der Minimalwert­ abweichung MIN₁ zur zweiten Minimalwert-Auswahlschaltung MIN₂ durchgeschaltet. Da im Normalfall der Istwert P_i des Druckes in der Eingangsleitung größer ist als der Minimaldruck P_imin, ge­ langt das Ausgangssignal des Subtrahierers DF₂ auf den Regler PI, d. h., der Druck P_a wird auf den Grenzdruck P_amax geregelt.

Fällt der Druck unter den Grenzdruck P_amin, wird das Ausgangs­ signal des Subtrahierers DF₃ zum Regler PI durchgeschaltet, sofern dieses kleiner ist als das Ausgangssignal des Subtra­ hierers DF₄. Es wird dann der Druck P_a auf den unteren Grenz­ druck P_amin geregelt. Die beiden Auswahlschaltungen MIN₁, MAX₁ können Ausgänge haben, an denen "1"-Signal erscheint, wenn das Signal vom Subtrahierer DF₂ bzw. das vom Subtrahierer DF₃ zum Ausgang durchgeschaltet wird.

Da die Werte P_a, P_amin, P_amax allen Reglern zugeführt werden, läuft die Grenzdruckregelung in allen Reglern gleichzeitig ab. Die Sollwerte Q_oi der Durchflüsse in den Eingangsleitungen werden während der Grenzdruckregelung nicht erreicht. Damit aber dennoch das Ausgangsgas den geforderten Brennwert hat, ist eine Verhältnisregelung mit zwei Dividierern DV₁, DV₂ und einem Subtrahierer DF₅ vorgesehen. Der Dividierer DV₁ bildet das Ver­ hältnis des Sollwertes für den Durchfluß in der jeweiligen Ein­ gangsleitung zum Sollwert des Ausgangsdurchflusses. Im Dividie­ rer DV₂ wird das Verhältnis der entsprechenden Istwerte gebil­ det. Die beiden Verhältnisse werden im Subtrahierer DF₅ vonein­ ander subtrahiert und den Regelabweichungen P_amax-P_a bzw. P_amin-P_a aufgeschaltet, so daß das Verhältnis der Istwerte etwa gleich dem der Sollwerte ist.

Ein weiterer Subtrahierer DF₄ bildet die Differenz zwischen dem Istwert PI des Druckes in der Eingangsleitung und dem zulässi­ gen Minimalwert. Unterschreitet der Istwert den Minimalwert P_imin, schaltet die Minimalwertauswahl MIN₂ das Ausgangssignal des Subtrahierers DF₄ zum PI-Regler durch, und es wird der Ist­ wert P_i auf den Minimalwert P_imin geregelt, unabhängig von den Regelabweichungen Q_i-Q_oi, P_amax-P_a und P_amin-P_a. Da auch in diesem Falle der Durchfluß Q_i in der Eingangsleitung be­ schränkt ist, gibt die Minimalwertauswahl MIN₂ über das ODER- Glied OR₄ ein Schaltsignal auf den Eingangsschalter ES_i.

Für die Regelung des Ausgangsdruckes P_a oder des Druckes P_i in der Eingangsleitung ist das Verzögerungsglied VZ wirksam, d. h. eine Änderung des Durchflusses Q_i wird mit einem Vorhalt auf den Regler PI geschaltet, um die Integrationswirkung des Leitungssystems zu kompensieren. Die Vorhaltwirkung ergibt sich durch Subtraktion des Signals Q_i vom Ausgang des Addierers AD, der neben der Führungsgröße Druckregelabweichung das verzögerte Signal von Q_i erhält. Diese Subtraktion wird im PI-Regler durchgeführt. Der Vorhalt in der Rückführung des PI-Reglers ergibt insgesamt PI-Verhalten für den überlagerten Grenzdruck­ regelkreis; es ergibt sich somit die Wirkung einer PI-PI-Kas­ kade.

Der Istwert Q_i des Durchflusses wird zwei Grenzwertmeldern GW₁, GW₂ zugeführt, die auf den oberen und unteren zulässigen Grenz­ wert des Eingangsdurchflusses eingestellt sind. Ihre Ausgänge sind mit einem ODER-Glied OR₂ verknüpft, an welches ein Eingang des ODER-Gliedes OR₃ angeschlossen ist. Überschreitet daher der Istwert Q_i den oberen Grenzwert oder unterschreitet er den un­ teren, wird wieder der Eingangsschalter ES_i so geschaltet, daß dem Rechner RE der Istwert Q_bi zugeführt wird, der dann wieder als Sollwert auf den Regler rückgeführt wird.

Das Ausführungsbeispiel wurde wie eine Schaltungsanordnung an­ hand eines Blockschaltbildes beschrieben. Zweckmäßig wird das neue Verfahren jedoch mit Hilfe eines programmierten Rechners durchgeführt, so daß die angegebenen Funktionen und Funktions­ bausteine Teile eines Rechnerprogramms sind.

Claims (14)

1. Verfahren zum Herstellen eines Gemischs mit durch Beschränkungen g_k (Q_i) vorgegebener Eigenschaft (H_ab) und vorgegebenen Zuständen (Q_ab, P_ab) durch Mischen von n Komponenten unterschiedlicher Eigenschaften (H_i) und Zustände (Q_i), für die Beschränkungen g_k(Q_i) eintreten können und deren Durchflüsse (Q_i) so geregelt werden, daß das Gemisch die vorgegebenen Eigenschaften und die vorgegebenen Zustände hat und die Durchflüsse (Q_i) der Komponenten möglichst wenig von von einer Leitstelle abgegebenen Vorgabewerten (Q_di) abweichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwerte (Q_oi) für die Durchflußregelung aus dem folgenden durch Anwendung des Lagrange-Formalismus gewonnenen Gleichungssystem errechnet werden: mit i = 1 . . . n und λ_k = 1 . . . K worin r_i positive Gewichtsfaktoren, λ_k die Lagrange- Multiplikatoren und gk(Q_i) die Beschränkungen sind und wobei die Lagrange-Multiplikatoren ungleich Null sind, deren zugehörige Beschränkung eingetreten ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zum Erzeugen eines Brenngases mit einem vorgegebenen Brennwert (H_ab) und einem vorgegebenen Durchfluß (Q_ab), wobei die Durchflüsse von m Komponenten auf die Werte (Q_bi) (i=n-m+1 . . . n) begrenzt sind, die Sollwerte (Q_oi) (i=1 . . . n-m) für die Durchflüsse der übrigen n-m Komponenten aus folgendem Gleichungssystem berechnet werden: mit

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck (P_a) des Gemischs auf Grenzwerte (P_amax, P_amin) beschränkt ist und daß bei Über­ schreiten des oberen Grenzwertes (P_amax) und bei Unterschreiten des unteren Grenzwertes (P_amin) die Durchflüsse (Q_i) der Ein­ gangskomponenten so geregelt werden, daß die Druckgrenzwerte eingehalten werden.

4. Anordnung zur Durchführung der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch

• - eine Mischkammer (MK), der die Eingangskomponenten über Ein­ gangsleitungen (EL_i) zugeführt sind, in denen die Durchfluß- Istwerte (Q_i) liefernden Durchflußmesser (QM_i) und von Regel­ einheiten (RG_i) gesteuerten Stellventile (VT_i) liegen;
• - am Ausgang der Mischkammer (MK) ist ein Durchmesser (PM) an­ geordnet, der ein dem Ausgangsdruck entsprechendes Signal (P_a) liefert;
• - ein Rechner (RE), dem Durchfluß-Istwert (Q_i), Vorgabewerte (Q_di) und Grenzwerte (Q_ab, H_ab) und die beschränkten Istwerte (Q_ib) zugeführt sind, errechnet die Sollwerte für die Regel­ einheit (RG_i).

5. Anordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch

• - dem die Sollwerte (Q_oi) errechnenden Rechner (RE) ist je Komponente ein Eingangsschalter (ES_i) vorgeschaltet, dessen Eingängen der Vorgabewert (Q_di) und der Istwert (Q_i) des Durchflusses der jeweils zugehörigen Komponente zugeführt ist;
• - erreicht der Durchfluß (Q_i) einen Grenzwert, wird der Schal­ ter (ES_i) in die Stellung gebracht, in welcher er den be­ schränkten Istwert (Q_bi) zum Rechner (RE) durchschaltet;
• - der Rechner (RE) erhält Meldungen, welche der ihm zugeführ­ ten Werte Istwerte sind.

6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Rechner (RE) die ihm zuge­ führten beschränkten Durchflußwerte (Q_bi) als Sollwerte auf die zugeordneten Regeleinheiten (RG_i) schaltet.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zyklisch alle Eingangsschalter (ES_i) in die Stellung gebracht werden, in der sie die Vorgabewerte (Q_di) zum Rechner (RE) durchschalten.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß alle Regeleinheiten (RG_i) Grenzdruckregler enthalten, die wirksam werden, wenn der Aus­ gangsdruck (P_a) einen Grenzwert (P_amax, P_amin) erreicht.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Regeleinheiten (RG_i) die Differen­ zen zwischen Ausgangsdruck (P_a) und Druckgrenzwerten (P_amax, P_amin) mit der Differenz von Durchfluß-Ist- oder -Sollwert in einer Extremwertauswahl (MIN₁, MAX₁) verglichen und die Druck­ differenz als Regelabweichung weiterverarbeiten, wenn der Ausgangsdruck (P_a) den unteren Grenzwert (P_amin) unter- oder den oberen Grenzwert (P_amax) überschreitet.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in den Regeleinheiten (RG_i) jeweils die Differenz zwischen dem Verhältnis des Durchfluß-Sollwertes (Q_oi) zur Summe aller Durchfluß-Sollwerte und dem Verhältnis des Durchfluß-Istwertes (Q_i) zur Summe der Istwerte gebildet und dem Grenzdruckregler zum Konstanthalten der Differenz der Verhältnisse aufgeschaltet wird.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß in den Regel­ einheiten (RG_i) jeweils die Differenz zwischen dem Druck (P_i) in der Eingangsleitung (EL_i) und dem Mindestdruck (P_imin) gebildet und über eine Extremwertauswahl (MIN₂) als Regelab­ weichung dem Regler (PI) aufgeschaltet wird.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß in den Regel­ einheiten (RG_i) im Falle, daß die Extremwertauswahl (MIN₂) das aus der Differenz zwischen Istdruck und Minimaldruck in der Eingangsleitung abgeleitete Signal zum Regler (PI) durchschal­ tet, die Extremwertauswahl (MIN₂) ein Signal abgibt, das als Schaltsignal dem zugehörigen Eingangsschalter (ES_i) zugeführt wird.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die Durchfluß- Istwerte (Q_i) und/oder die Steuersignale (S_i) für die Stell­ ventile (VT_i) auf Erreichen von Grenzwerten überwacht werden und daß bei Erreichen eines Grenzwertes dem zugehörigen Ein­ gangsschalter (ES_i) ein Schaltsignal zugeführt wird, das diesen in die Schaltstellung schaltet, in welcher der Durchfluß-Ist­ wert (Q_i) dem Rechner zugeführt wird.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß die Durchfluß- Istwerte (Q_i) über ein Verzögerungsglied (VZ) geführt sind, dessen Ausgangssignal dem Signalweg des Durchfluß-Sollwertes (Q_oi) vor der Extremwertauswahl und mit entgegengesetzter Polarität nach der Extremwertauswahl zugeführt ist, derart, daß es bei der Grenzdruckregelung als Vorhalt bei Änderungen des Durchflusses (Q_i) wirkt.