DE4016017C1 - - Google Patents
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- G05—CONTROLLING; REGULATING
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- G05B11/01—Automatic controllers electric
- G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
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- G—PHYSICS
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- G05B7/02—Arrangements for obtaining smooth engagement or disengagement of automatic control electric
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Description
Die Erfindung betrifft eine Regelkreisanordnung für einen verfahrenstechnischen
Prozeß mit einem großen Regelbereich.
Übliche Regelkreise verfahrenstechnischer Anlagen weisen ein in
die Prozeß- bzw. Regelstrecke eingebrachtes Stellglied auf,
dessen Einstellung über den Regelkreis so gesteuert wird, daß
die Regelgröße auf einem jeweils gewünschten Sollwert gehalten
wird. Bei Prozessen, bei denen der Regelgrößensollwert sich je
nach Bedarf in einem großen Wertebereich verändern kann, ist
das Stellglied so auszulegen, daß es auch die Einregelung
großer Sollwerte der Regelgröße erlaubt. Entsprechend groß ist
daher auch der Einstellbereich des Stellgliedes zu wählen. Dies
verschlechtert jedoch zwangsläufig die Einstellgenauigkeit des
Stellglieds im Bereich kleiner Regelgrößensollwerte, also im
unteren Lastbereich des Prozesses. Die Genauigkeit der Regelung
in diesem Bereich (Schwachlastregelung), wie sie zum Beispiel
mindestens während des Anfahrens bzw. Abschaltens in die bzw.
aus der Normallastregelung durchzuführen ist, erweist sich
daher häufig als ungenügend. Eine übliche, einschleifige Regelkreisanordnung
mit nur einem in die Regelstrecke eingebrachten
Stellglied ist für die exakte Regelung dieser Art von Verfahrensprozessen
nicht mehr zufriedenstellend.
Aus der DE 28 39 476 B2 ist eine Regeleinrichtung mit zwei
parallelgeschalteten Zweipunktreglern bekannt, die eine unterschiedliche
Schalthysteresis aufweisen und auf denselben Regelgrößensollwert
eingestellt sind. Sie steuern zwei Stellglieder,
die sich in einer einteiligen Regelstrecke befinden. Je nach
Lastbedarf sind keines, eines oder beide Stellglieder in Regelfunktion.
An den Umschaltpunkten ist lediglich ein einfaches
Abschalten bzw. Anschalten jeweils eines Stellgliedes ohne Anpassungsmaßnahmen
durch das andere Stellglied vorgesehen, so
daß diese Übergänge nicht stoßfrei erfolgen und Knicke in der
Istwertkurve der Regelgröße auftreten.
Bei einer in der DE 25 10 992 B2 offenbarten elektronischen
Regeleinrichtung steuert ein einziger Regler mit einem Zweipunkt-
und einem Dreipunktregelungsausgang vier gleichartige
Stellglieder an, die sich in einer einteiligen Regelstrecke
finden und je nach Regeldifferenz und Hysteresis des Reglers
zu- bzw. abgeschaltet werden. Bei höherem Lastbedarf sind auch
hier gleichzeitig mehrere Stellglieder eingeschaltet. Auch bei
dieser Regelanordnung erfolgt das Ein- bzw. Ausschalten der
Stellglieder nicht stoßfrei.
Aus der DE 35 17 008 C3 ist eine Schaltungsanordnung mit einem
zweistufigen Regelverstärker und einem einzelnen Stellglied bekannt.
Die beiden Stufen des Regelverstärkers wechseln einander
in der Bereitstellung des Eingangssignals für das gemeinsame
Stellglied ab, sobald ein Regelgrößengrenzwert über- oder unterschritten
wird. Das Umschalten zwischen den elektronischen
Regelverstärkerstufen erfolgt über Spannungsschwellwertschalter.
Die Anordnung lediglich eines Stellgliedes hat zur Folge, daß
mit dieser Schaltungsanordnung im Schwachlastbereich gegenüber
dem Normallastbereich nur mit vergleichsweise geringerer Empfindlichkeit
geregelt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelkreisanordnung
zu schaffen, mit der es möglich ist, einen verfahrenstechnischen
Prozeß um jeden, innerhalb einer großen Variationsbreite
einstellbaren Regelgrößensollwert mit einer gewünschten
Exaktheit zu regeln.
Diese Aufgabe wird durch eine Regelkreisanordnung mit den Merkmalen
des Patentanspruches 1 gelöst.
Durch die parallele Aufspaltung der Regelstrecke in mehrere
Teilstränge und das Einbringen eines Stellglieds in jeden dieser
Teilstränge und einem diesem jeweils zugeordneten Regler
ist es möglich, je nach Lage des Regelgrößensollwerts den Prozeß
jeweils mit dem hierfür gerade geeigneten Stellglied zu
regeln. Die übrigen Stellglieder werden derweil von zugeordneten
Zusatzsteuerungen geschlossen gehalten, welche die Einzelstrang-Regelkreise
untereinander so koppeln, daß sie bei
Über- bzw. Unterschreitung des Bereiches, in dem das zur Regelung
in Funktion befindliche Stellglied vorgesehen ist, eine
selbsttätige und stoßfreie Umschaltung auf dasjenige Stellglied
bewirken, das durch die Bereichsüber- bzw. unterschreitung die
Regelung im folgenden übernehmen soll. Hierzu wirken die Zusatzsteuerungen
jeweils auf den Regelkreis des zugeordneten Teilstrangs
ein, indem sie die Signale des außer Regelfunktion zu
setzenden und des in Regelfunktion zu tretenden Stellgliedes
während der Regelungsübernahme derart ändern und die Stellgeschwindigkeit
in Abhängigkeit von den Stellbereichen der Stellglieder
derart festlegen, daß durch deren gegenläufige Stellgrößen
keine zusätzliche Regeldifferenz auftritt und die Übernahme
daher stoßfrei erfolgt.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
So sind in Ausgestaltung der Erfindung jeweils Zusatzsteuerungen
benachbarter Teilstrang-Regelkreise über zwei Kopplungsleitungen
miteinander verbunden. Es ist also insbesondere bei einer
Aufteilung in mehr als zwei Teilstränge nicht nötig, alle
Zusatzsteuerungen untereinander zu koppeln. Vielmehr genügt es,
die "benachbarten" Zusatzsteuerungen, d. h. solche mit zugeordneten
Stellgliedern, die sich in ihrer Regelfunktion ablösen,
zu koppeln. Dieser kaskadenartige Aufbau erlaubt in einfacher
Weise das Hinzufügen von bei Bedarf erforderlichen weiteren
Teilsträngen mit den zugeordneten Regeleinrichtungen und Zusatzsteuerungen.
Solange deren Meßgenauigkeit ausreichend ist, ist es vorteilhaft,
für alle Regler eine gemeinsame Meßeinrichtung in einem
Regelstreckenabschnitt anzuordnen, in dem alle Teilstränge wieder
zusammengeführt sind, so daß dort eine gemeinsame Regelgröße
erfaßbar ist. Erweist sich dagegen die Meßgenauigkeit einer
einzelnen Meßeinrichtung zur exakten Regelung im gesamten Regelbereich
als nicht mehr ausreichend, ist in Ausgestaltung der
Erfindung vorgesehen, daß dem Regler eines jeden Teilstrangs
eine eigene Meßeinrichtung zugeordnet ist. So kann der von jedem
Teilstrang bewirkte Anteil an der Regelgröße mit einer der
Einstellgenauigkeit des zugeordneten Stellglieds adäquaten Meßgenauigkeit
erfaßt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Zusatzsteuerungen
in einfacher Weise aus einer Auswahlstufe, einer diese
beaufschlagenden Einrichtung zur Erzeugung eines fallenden oder
ansteigenden Signals sowie diese über Kontaktelemente aktivierenden
Grenzwertgebern aufgebaut. Die Grenzwertgeber erzeugen
Signale bei Über- oder Unterschreitung eines eingestellten
Schwellwertes und starten damit die Signalerzeugungseinrichtungen.
Deren Signale werden jeweils in der Auswahlstufe mit
einem Signal des zugeordneten Regelkreises für diesen Teilstrang
verglichen. Dadurch ist die Stellgröße des zugehörigen Stellglieds
außer vom Meßwert der Meßeinrichtung auch durch den Zustand
der zugehörigen Signalerzeugungseinrichtung bestimmt.
Durch die Erzeugung eines ansteigenden oder fallenden Signales
der Signalerzeugungseirnichtung wird erreicht, daß das jeweilige
Stellglied von seinem geschlossenen Zustand stetig in eine dem
gewünschten Regelgrößensollwert entsprechende Stellung oder
aber von dieser Stellung stetig in den geschlossenen Zustand
überführt wird. Die Kopplung "benachbarter" Zusatzsteuerungen
mittels geeigneter abgegebener bzw. zugeführter Grenzwertsignale
ermöglicht die gegenläufige Einstelländerung der "benachbarten"
Stellglieder dergestalt, daß die Umschaltung wie gewünscht
selbsttätig und stoßfrei erfolgt.
In Weiterbildung der Erfindung ist jede Auswahlstufe zusätzlich
zum Signal der Signalerzeugungseinrichtung mit dem Signal des
zugeordneten Reglers beaufschlagt und beaufschlagt ihrerseits
direkt das zugeordnete Stellglied.
Als Alternative ist es weiterhin möglich, die Auswahlstufen mit
an den jeweiligen Teilstrang angepaßten Führungsgrößen zu beaufschlagen
und ihr Ausgangssignal jeweils dem Führungsgrößeneingang
des zugeordneten Reglers zuzuführen. Hierzu kann ein
zentraler Führungsgrößeneinsteller vorgesehen sein, dessen
Ausgangssignal jeder Zusatzsteuerung über eine vorgeschaltete,
geeignete Anpassungsstufe zugeführt ist.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Es
zeigt
Fig. 1 eine Regelkreisanordnung zur Regelung um einen von
der Verbraucherseite bestimmten Regelgrößensollwert
mit einer in zwei parallele Teilstränge aufgeteilten
Regelstrecke und einer gemeinsamen Meßeinrichtung,
Fig. 2 für die Anordnung nach Fig. 1 die Abhängigkeit der
Regelgröße von der Einstellung der Stellglieder in
graphischer Darstellung,
Fig. 3 ein Übernahmevorgang der Regelung vom ersten auf den
zweiten Teilstrang der Fig. 1 nach Überschreiten des
Bereichsendwerts des ersten (Schwachlast-)Regelkreises
in graphischer Darstellung,
Fig. 4 ein Übernahmevorgang der Regelung vom zweiten auf den
ersten Teilstrang nach Unterschreitung des Umschaltpunktes
der Fig. 3 in graphischer Darstellung und
Fig. 5 eine Regelkreisanordnung zur Regelung einer durch
externe Führungsgrößeneinstellung bestimmten Regelgröße
mit einer in zwei Teilstränge aufgeteilten
Regelstrecke und jeweils eigenen Meßeinrichtungen.
In Fig. 1 ist ein Ausschnitt aus einer Prozeß- bzw. Regelstrecke
(PS) dargestellt, die einer nicht näher gezeigten verfahrenstechnischen
Anlage eine Prozeßgröße, charakterisiert durch die
Regelgröße (D) in der gezeigten Pfeilrichtung zuführt. Insbesondere
ist hierbei an einen Gasdurchfluß, z. B. für Heizungsanlagen
oder Brennersysteme, als Regelgröße (D) gedacht. Der Sollwert
(Ds) der Regelgröße (D) ist dabei nicht von der Erzeugerseite
her bestimmt, sondern ergibt sich aus dem verbraucherseitigen
Bedarf.
Die Regelgröße (D) wird über den Leitungsdruck (p) erfaßt, wobei
die zugeordnete Regelschaltung versucht, einen bestimmten Druck
(p) in der Regelstrecke (PS) konstant zu halten. Ein Meßumformer
(M) erfaßt den Druck (p) in der Regelstrecke (PS) und wandelt
ihn in ein Rückführgrößensignal (r) um. Bei erhöhtem Lastbedarf
reagiert daher die Regelung auf den entstehenden Druckabfall
und öffnet dementsprechend das Stellglied, analog reagiert die
Regelung im umgekehrten Fall.
Der verbraucherabhängige Lastbedarf unterliegt starken Veränderungen,
so daß ein großer Wertebereich für den Durchflußsollwert
(Ds) von der Regelung beherrscht werden muß. Für die erwünschte
Genauigkeit der Regelung ist die Verwendung nur eines
Stellgliedes jedoch nicht mehr ausreichend, da bei einem im Bedarfsfall
einen hohen Durchfluß ermöglichenden Stellglied dieses
im Bereich einer Schwachlastregelung nicht mehr ausreichend
exakt einstellbar ist. Der Meßeinrichtung (M) vorgeschaltet ist
daher die Regelstrecke (PS) in einem Teilbereich in zwei parallel
angeordnete, vor der Meßeinrichtung (M) wieder zusammengeführte
Teilstränge (P₁, P₂) aufgeteilt. Im ersten Teilstrang
(P₁) befindet sich ein erstes, "kleines", d. h. bei Einstellung
eines bestimmten Drucks (p) einen kleinen Maximaldurchfluß (D₁)
gestattendes Stellglied (S₁). Im zweiten Teilstrang (P₂) befindet
sich dagegen ein "großes" Stellglied (S₂), das im Prinzip
die Einstellung jedes Durchflußsollwerts (Ds) innerhalb eines
geforderten großen Wertebereiches (ID=[D₀, D₂]) gestattet.
Diese Situation ist in Fig. 2 graphisch dargestellt. Unter Vorgabe
eines bestimmten Drucks (p) wächst in Abhängigkeit von jeweils
auf eins normierten Stellsignalen (y₁, y₂) für die Stellglieder
(S₁, S₂) der zugehörige Durchfluß (D) jeweils von (D₀=
0) (Stellglied geschlossen) bis zum jeweiligen Bereichsendwert
(D₁, D₂) an (Stellglied voll geöffnet). Das größere Stellglied
(S₂) ist also so gewählt, daß es den gesamten erforderlichen
Regelbereich für die Regelgröße (D) umfaßt. Da es jedoch im Bereich
kleiner Durchflüsse nur unzureichend genau einstellbar
ist, übernimmt im Intervall (I₁=[D₀, D₁]) das kleine Stellglied
(S₁) die Regelung, so daß das größere Stellglied (S₂) nur
in einem größeren Durchflußbereich ([D₁, D₂]) zur Regelung
herangezogen wird, in welchem es ausreichend genau einstellbar
ist.
Natürlich ist es weiterhin möglich, auch die Teilstränge (P₁,
P₂) zusätzlich zu den Stellgliedern (S₁, S₂) unterschiedlich,
beispielsweise mit verschiedenen Rohrdurchmessern, auszulegen.
Besonders günstig ist dies beim Einsatz von Venturimischern als
Stellglieder; hier sind Mischrohre verschiedener Größe zu verwenden,
da bei solchen Mischern die Ansauggeschwindigkeit zur
Erzeugung des erforderlichen Unterdrucks unterhalb einer rohrspezifischen
Mindestlast nicht mehr ausreicht.
Je nach Größe des Regelbereichs (ID) kann dieser durch Hinzufügen
eines entsprechend gewählten dritten oder noch weiterer
Stellglieder analog weiter aufgeteilt werden. Dementsprechend
sind dann auch weitere parallele Teilstränge vorzusehen. Die
zugehörige Regelkreisschaltung kann, wie weiter unten erläutert,
gleichfalls in sehr einfacher Weise durch kaskadenartige Kopplung
der einzelnen Regelkreise für die Teilstränge auf drei
oder mehr Untersysteme erweitert werden.
Die Regelschaltung für jeden einzelnen Teilstrang beinhaltet
hierbei jeweils einen Regler (R₁, R₂), welche am Rückführgrößeneingang
(r₁, r₂) mit der Rückführgröße (r) des Meßumformers
(M) beaufschlagt sind, während am jeweiligen Führungsgrößeneingang
(w₁, w₂) ein Führungsgrößenwert (w) zur Einstellung eines
bestimmten Drucks (p) fest vorgegeben ist. Jedem Regler (R₁,
R₂) ist eine Zusatzsteuerung (Z₁, Z₂) nachgeschaltet, die das
Stellsignal (y₁, y₂) für das zugeordnete Stellglied (S₁, S₂)
erzeugt. Damit die Regler (R₁, R₂) zu jedem Zeitpunkt auf den
richtigen Arbeitspunkt eingestellt sind, sind die Stellsignale
(y₁, y₂) jeweils den Reglern (R₁, R₂) extern zurückgeführt. Als
gemeinsame Elemente weisen die Zusatzsteuerungen (Z₁, Z₂) jeweils
eine Minimalauswahlstufe (A₁, A₂) sowie einen Rampengeber
(E₁, E₂) und vor deren Eingänge zum Starten eines steigenden
(E1s, E2s) bzw. eines fallenden (E1f, E2f) Signals angeordnete
Schaltelemente (11, 12, 22, 24) auf. Die Minimalauswahlstufen
(A₁, A₂) sind einerseits vom Reglerausgangssignal (yR1, yR2)
und andererseits vom Ausgangssignal (yE1, yE2) des Rampengebers
(E₁, E₂) beaufschlagt und wählen eines dieser beiden Signale
als Stellsignal (y₁, y₂) aus. Beide Rampengeber (E₁, E₂) sind
so gewählt, daß im nicht beaufschlagten Zustand jeweils ein
Null-Signal an ihrem Ausgang (yE1, yE2) liegt. Zusätzlich verfügt
die erste Zusatzsteuerung (Z₁) für das "kleinste" Stellglied
(S₁) ein zusätzliches Schaltelement (10) für einen Erststart
bzw. das Anfahren des Prozesses, wie unten erläutert.
Schließlich enthält die Zusatzsteuerung (Z₁) noch einen Grenzwertgeber
(G₁), der mit dem Stellsignal (y₁) beaufschlagt und
so eingestellt ist, daß er ein Signal erzeugt, sobald das Stellsignal
(y₁) den Wert Eins (100%) überschreitet. Der Ausgang
dieses Grenzwertgebers (G₁) beaufschlagt einerseits das Schaltelement
(12) zum Starten eines fallenden Rampensignals am Rampengeber
(E₁) und andererseits über eine Kopplungsleitung (z₁₂)
das Schaltelement (22) innerhalb der nächsten Zusatzsteuerung
(Z₂), um dort ein steigendes Rampensignal am Rampengeber (E₂)
zu starten.
Demgegenüber enthält die zweite Zusatzsteuerung (Z₂) als
wesentliche weitere Elemente zwei gleichartige Grenzwertgeber
(G₂₁, G₂₂), die so gewählt sind, daß sie ein Signal erzeugen,
sobald das Eingangssignal einen bestimmten Wert (yG), im
Ausführungsbeispiel (yG=20%), unterschreitet. Am einen
Grenzwertgeber (G₂₂) liegt dabei das Stellsignal (y₂) an,
während sein Ausgang das Schaltelement (24) zum Starten eines
fallenden Rampensignals am Rampengeber (E₂) beaufschlagt. Dem
anderen Grenzwertgeber (G₂₁) ist das Ausgangssignal (yE2) des
Rampengenerators (E₂) zugeführt, während sein Ausgang über eine
zweite Kopplungsleitung (z₂₁) das Schaltelement (11) zum
Starten eines steigenden Rampensignals am Rampengeber (E₁)
innerhalb der Zusatzsteuerung (Z₁) beaufschlagt.
Durch einfache, beispielhafte und strichpunktiert angedeutete
Zusatzmaßnahmen innerhalb der Zusatzeinrichtung (Z₂) ist es
ohne weiteres möglich, eine nicht weiter gezeigte dritte
Zusatzsteuerung für einen dritten parallel geschalteten Teilstrang
und ein drittes Stellglied anzuschließen, wobei die
dritte Zusatzsteuerung einen dem beschriebenen Aufbau der
zweiten Zusatzsteuerung (Z₂) entsprechenden Aufbau besitzt und
mit dieser zweiten Zusatzsteuerung (Z₂) über die weiteren
Kopplungsleitungen (z₂₃, z₃₂) verbunden ist. Hieraus ist
ersichtlich, auf welche Weise bei Bedarf eine beliebige Anzahl
parallel geschalteter Prozeßteilstränge mit ihren zugehörigen
Regelkreisen über die jeweiligen Zusatzsteuerungen kaskadenartig
miteinander zu verkoppeln sind. Hierzu sind lediglich die
Zwischenstufe (Z₂) mit einem weiteren, dem Grenzwertgeber (G₁)
der Zusatzsteuerung (Z₁) funktionell entsprechenden Grenzwertgeber
(G₂₃) und mit jeweils parallel zu den Schaltelementen
(22, 24) angeordneten weiteren Schaltern (21, 23) sowie mit
einem Schaltelement (25) am Ausgang des Grenzwertgebers (G₂₁)
zu versehen und die zusätzlichen Bauelemente in der strichpunktiert
gezeigten Weise zu verschalten. Das Schaltelement
(25) ist dabei ist so gewählt, daß es bei aufeinanderfolgenden
Signalbeaufschlagungen nach Art eines Wechselschalters abwechselnd
den Kontakt schließt und öffnet, wobei der Kontakt
vor Anfahren des Prozesses geschlossen ist. Selbstverständlich
können auch andere Einrichtungen als zusätzliche Bauelemente
vorgesehen sein, solange sie die unten beschriebenen Schaltfunktionen
gewährleisten.
Die Funktion der oben beschriebenen Regelkreisanordnung wird
nachfolgend anhand der Fig. 3 und 4 beschrieben.
Vor dem Anfahren des Prozesses erzeugen die Regler (R₁, R₂) ein
im allgemeinen von Null verschiedenes Ausgangssignal (yR1,
yR2), das durch den Führungsgrößenwert (w) und den lastabhängigen
Rückführgrößenwert (r) bestimmt ist. Da die Rampengeber
(E₁, E₂) jedoch zunächst ein Null-Signal abgeben, wird
dieses von den Minimalauswahlstufen (A₁, A₂) als Stellsignal
(y₁, y₂) ausgewählt, was jeweils geschlossenen Stellgiedern
(S₁, S₂) entspricht. Zum Anfahren des Prozesses wird über das
Schaltelement (10) ein Erststart initiiert. Durch das entsprechende
Signal am Eingang (E1s) erzeugt der Rampengeber (E₁) ein
während einer einstellbaren Zeitdauer (T₁) von Null auf Eins
linear ansteigendes und anschließend auf diesem Wert verharrendes
Ausgangssignal (yE1). Befindet sich der Sollwert (Ds) im
Schwachlastbereich (Ds<D₁), so liegt der hierzu erforderliche
Wert des Stellsignals (y₁) und damit auch das vom Regler erzeugte
Ausgangssignal (yR1) in einem Bereich zwischen Null und
Eins. Zu einem gewissen Zeitpunkt innerhalb der Anstiegszeit
(T₁) wird daher das Reglerausgangssignal (yR1) das Rampengebersignal
(yE1) unterschreiten und von der Minimalauswahlstufe
(A₁) im folgenden zur Prozeßregelung als Stellsignal (y₁) herangezogen
werden, da (yE1) auf dem Wert Eins stehen bleibt.
Wird im Laufe der Zeit der Sollwert (Ds) durch verbraucherabhängige
Maßnahmen erhöht und überschreitet dieser den vom
Stellglied (S₁) in seiner maximal geöffneten Stellung (y₁=
1) gerade noch zu bewältigenden Maximalwert (D₁), so ist eine
Übernahme der Regelung durch den Prozeßstrang (P₂) und mithin
eine Umschaltung vom ersten (P₁) auf den zweiten Prozeßstrang
(P₂) erforderlich. Dieser Fall tritt am Ende der Anstiegszeit
(T₁) analog ein, wenn der Sollwert (Ds) bereits beim Auslösen
des Erststarts des Prozesses sich im Normallastbereich (D₁Ds
D₂) befindet. Dieser Übernahmevorgang ist in Fig. 3 gezeigt.
Vor einem Zeitpunkt (t₀) vergrößert sich das Stellsignal (y₁)
als Antwort auf die Vergrößerung des Sollwerts (Ds). Zum Zeitpunkt
(t₀) wird das maximale Stellsignal (y₁=1) erreicht. Der
Grenzwertgeber (G₁) erkennt das Erreichen des Maximalwertes
Eins an seinem Eingang und erzeugt daraufhin ein Schaltsignal
an den Schalter (12) und an den Schater (22). Da der Rampengeber
(E₁) nach der Anstiegszeit (T₁) sein maximales Ausgangssignal
(yE1=1) abgibt, bewirkt das kurzzeitige Schließen des
Schalters (12) nunmehr den Start eines während der Zeit (T₁)
von Eins auf Null linear fallenden Signals. Da der Sollwert (Ds)
den Wert (D₁), der einem Wert (yR1=1) des Ausgangssignals des
Reglers (R₁) entspricht, überschritten hat, wählt die Auswahlstufe
(A₁) vom Zeitpunkt (t₀) ab wiederum das Rampengeberausgangssignal
(yE1) als Stellsignal (y₁) aus. Dies führt dazu,
daß sich das Stellsignal (S₁) von seiner voll geöffneten Stellung
ausgehend innerhalb der Zeit (T₁) stetig schließt, bis es
ab dem Zeitpunkt (t₀+T₁) vollständig geschlossen ist.
Weiterhin erzeugt das Signal des Rampengebers (G₁) durch kurzzeitiges
Schließen des Schalters (22) ein Signal am Eingang
(E2s), wodurch der Rampengeber (E₂) ebenfalls im Zeitpunkt (t₀)
ein während einer gleichfalls einstellbaren Zeitdauer (T₂) von
Null auf Eins linear ansteigendes Ausgangssignal (yE2) erzeugt.
Der voll geöffneten Stellung (y₁=1) des Stellsignals (S₁)
entspricht, wie aus Fig. 2 zu ersehen, eine Zwischenstellung
(yG) des größeren Stellventils (S₂) zur Einhaltung desselben
Sollwerts (Ds=D₁), wobei hier (yG=20%) angenommen ist.
Dies bedeutet, daß das Stellglied (S₂) einen um den Faktor Fünf
größeren maximalen Durchfluß (D) erlaubt als das kleinere
Stellglied (S₁). Entsprechend wird im Zeitpunkt (t₀) der Regler
(R₂) das Ausgangssignal (yR2=yG) erzeugen. Vom Zeitpunkt (t₀)
wird daher die Minimalauswahlstufe (A₂) zunächst das Rampengebersignal
(yE2) als Stellsignal (y₂) auswählen, bis das Rampengebersignal
(yE2) das Reglerausgangssignal (yR2) überschreitet.
Danach steigt das Rampengebersignal (yE2) zwar weiter an bis es
zum Zeitpunkt (t₀+T₂) den Wert Eins erreicht hat und dort
verharrt, das Reglerausgangssignal (yR2) dient jedoch ab dem
Zeitpunkt als Stellsignal (y₂), ab dem (yE2) den Wert (yR2)
überschritten hat.
Damit die Übernahme der Regelung stoßfrei erfolgt, ist die
Anstiegszeit (T₂) im Verhältnis zur Anstiegzeit (T₁) so gewählt,
daß das Rampengebersignal (yE2) den Wert (yG) und damit
denjenigen des Reglerausgangssignals (yR2) gerade zu dem Zeitpunkt
(t₀+T₁) erreicht, in dem das erste Stellglied (S₁)
vollständig geschlossen ist. Hierzu sind die Anstiegszeiten, wie
aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, im Verhältnis der Länge der jeweiligen
Regelbereichsintervalle zu wählen, also (T₁/T₂=D₁/D₂),
d. h. bei (yG=20%) ein Verhältnis von (T₁/T₂=1/5). Entsprechend
umgekehrt ist das Verhältnis der Geschwindigkeiten
(v₁, v₂), mit denen sich die Einstellungen der beiden Stellglieder
(S₁, S₂) während der Übernahmedauer (T₁) verändern,
also (v₁/v₂=T₂/T₁=5/1). Dies garantiert, daß auch während
der Übernahmedauer (T₁) von der erfindungsgemäßen Regelkreisanordnung
jederzeit eine Regelung um den geforderten Sollwert
(Ds) stattfindet, wobei die Regelung während der Zeit (T₁) anteilig
über beide Prozeßstränge (P₁, P₂) erfolgt und die Übernahme
selbsttätig und stoßfrei erfolgt. Selbstverständlich sind
die Anstiegszeiten (T₁, T₂) ausreichend kurz, so daß signifikante
Änderungen des Sollwertes (Ds) innerhalb dieser Zeiten
nicht auftreten.
Zum Zeitpunkt (t₀+T₁) ist damit die Regelung vollständig vom
ersten Prozeßteilstrang (P₁) auf den zweiten Teilstrang (P₂)
übergegangen. Zum späteren Zeitpunkt (t₀+T₂) hat dann auch
der Rampengeber (E₂) wieder einen konstanten Zustand, diesmal
mit maximalem Ausgangssignal (yE2=1), erreicht. Die Regelung
im Normallastbereich (D₁DsD₂) erfolgt nun über den Teilstrang
(P₂).
Sobald dann im Laufe der Zeit zu einem späteren Zeitpunkt (t₃)
eine Abnahme des Sollwerts (Ds) dazu führt, daß (Ds) den Wert
(D₁) wieder unterschreitet, was eine Unterschreitung des Wertes
(yG) durch das Stellsignal (y₂) bewirkt, ist die Auslösung eines
umgekehrten Übernahmevorgangs erforderlich, da im Schwachlastbereich
(D₀DsD₁) wieder mit dem Stellglied (S₁) geregelt
werden soll. Dieser umgekehrte Übernahmevorgang ist in Fig. 4
graphisch dargestellt. Zum Zeitpunkt (t₃) unterschreitet das
zeitlich im Vergleich zu den Anstiegszeiten (T₁, T₂) entsprechend
der sich langsam ändernden Regelgröße (D) langsam veränderliche
Reglerausgangssignal (yR2) und damit das Stellsignal
(y₂) den Grenzwert (yG). Daraufhin erzeugt der diese Unterschreitung
erkennende Grenzwertgeber (G₂₂) ein Signal für das
kurzzeitige Schließen des Schalters (24), womit durch das entsprechende
Signal am Eingang (E2f) der Rampengeber (E₂) nunmehr
ein wiederum innerhalb der Zeit (T₂) von Eins auf Null fallendes
Signal (yE2) liefert. Sobald dieses Signal (yE2) das Reglerausgangssignal
(yR2≲yG) zu einem Zeitpunkt (t₄) unterschreitet,
wählt die Minimalauswahlstufe das Rampensignal (yE2)
als Stellsignal (y₂) aus, was zum völligen Schließen des zugehörigen
Stellventils (S₂) zum Zeitpunkt (t₃+T₂) führt. Gleichzeitig
erkennt der Grenzwertgeber (G₂₁) die Grenzwertunterschreitung
des Rampensignals (yE2) und löst durch kurzzeitiges
Schließen des Schalters (11) über die Kopplungsleitung (z₂₁) am
Eingang (E1s) erneut den Start eines während der Zeit (T₁) von
Null auf Eins ansteigenden Rampensignals (yE1) aus. Da sich der
Sollwert (Ds) in der Nähe von (D₁) befindet, was ein Ausgangssignal
(yR1) des Reglers (R₁) im Bereich von (yR1≈1) erfordert,
steigt (yR1) und damit auch (y₁) während der Übernahmedauer
mit (yE1) an, wodurch das Stellglied (S₁) kontinuierlich
in die Nähe seiner maximal geöffneten Stellung geführt wird.
Durch die oben beschriebene geeignete Wahl der Anstiegszeiten
(T₁, T₂) ist wiederum gewährleistet, daß das Stellglied (S₁)
seine für die weitere Regelung erforderliche geöffnete Stellung
zum selben Zeitpunkt (t₄+T₁=t₃+T₂) erreicht, zu dem das
Stellglied (S₂) seinen vollständig geschlossenen Zustand erreicht.
Dies garantiert wiederum die selbsttätige und stoßfreie
Übernahme der Regelung auch bei Unterschreitung des Grenzwertes
(D₁) der Regelgröße (D) durch den Sollwert (Ds). Nach Übernahme
der Regelung ist wieder ein Zustand erreicht, wie er demjenigen
nach Auslösen des Erststarts entspricht. Die Regelung erfolgt
nunmehr im Schwachlastbereich wiederum über den Teilstrang (P₁)
alleine, über den die Regelgröße (D) mittels des feinfühligeren,
kleineren Stellgliedes (S₁) exakter ausgeregelt werden kann.
Ist der geforderte Regelbereich (ID) so groß, daß die gezeigte
Aufteilung in zwei Teilstränge nicht mehr ausreicht, ist es in
einfacher Weise möglich, analog eine Aufteilung in eine Anzahl
(n; n3) von Teilsträngen (P₁, P₂, . . . ) vorzunehmen. Der gesamte
Regelbereich (ID=[D₀, Dn]) ist dann in der der Fig. 2
entsprechenden Weise in n Regelbereichsintervalle (Ii=[Di-1,
Di]; i=1, 2, . . . , n) unterteilt, in denen die Regelung jeweils
durch das Stellglied (Si) über den zugehörigen Teilstrang (Pi)
erfolgt. Bei der sukzessive notwendigen Erweiterung um einen
weiteren Teilstrang mit zugehörigem Regelkreis sind dabei lediglich
die bereits oben erwähnten zusätzlichen Maßnahmen innerhalb
der vorhergehenden Zusatzsteuerung, in Fig. 1 anhand
der Zusatzsteuerung (Z₂) gezeigt, zu treffen. Bei Überschreitung
des Wertes (D₂) durch den Sollwert (Ds) aktiviert dann der
dem Grenzwertgeber (G₁) funktionell entsprechende Grenzwertgeber
(G₂₃) innerhalb der Zusatzsteuerung (Z₂) den Schalter (23),
den Schalter (25) und über eine der Leitung (z₁₂) entsprechende
Kopplungsleitung (z₂₃) einen dem Schalter (22) der Zusatzsteuerung
(Z₂) entsprechenden Schalter in der nachfolgenden, nicht
gezeigten, dritten Zusatzsteuerung. Das kurzzeitige Schließen
des Schaltkontakts (23) und das Signal über die Kopplungsleitung
(z₂₃) lösen wiederum einen der Fig. 3 entsprechenden Übernahmevorgang
vom zweiten Teilstrang (P₂) auf einen nicht gezeigten
dritten aus, der ganz analog zu dem anhand der Fig. 3
ausführlich geschilderten Übernahmevorgang vom ersten auf den
zweiten Teilstrang abläuft. Gleichzeitig öffnet das Signal des
Grenzwertgebers (G₂₃) das Schaltelement (25), um zu verhindern,
daß dabei durch das erzeugte, fallende Rampensignal (yE2) das
Schaltelement (11) über die Kopplungsleitung (z₂₁) betätigt
wird. Dies soll nur geschehen, wenn zuvor die Zusatzsteuerung
(Z₂) den Regelbetrieb wieder übernommen hat, weshalb nach Unterschreitung
des Wertes (D₂) durch den Sollwert (Ds) das entsprechende
Signal von der dritten Zusatzsteuerung über die
Kopplungsleitung (z₃₂) nicht nur zum Schaltelement (21) (entsprechend
der zum Schaltelement (11) geführten Kopplungsleitung
(z₂₁), sondern zusätzlich zum Schalter (25) geführt ist, wodurch
sich bei dieser Bereichsunterschreitung der Schalter (25) wieder
schließt, so daß dann bei weiterer Bereichsunterschreitung
(Ds<D₁) vom Grenzwertgeber (G₂₁) wiederum ein entsprechendes
Übergabesignal an das Schaltelement (11) geführt wird.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Regelkreisanordnung
ist in Fig. 5 gezeigt. Dabei sind gleichwirkende
Mittel mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen. Die
Prozeß- bzw. Regelstrecke (PS) ist wiederum wenigstens in einem
Teilbereich in zwei parallel angeordnete Teilstränge (P₁, P₂)
mit einem "kleinen" (S₁) und einem "großen" Stellglied (S₂)
aufgeteilt. Der Sollwert (Ds) der den verfahrenstechnischen
Fluß charakterisierenden Regelgröße (D) ist bei dieser Regelkreisanordnung
erzeugerseitig an einem Einsteller (30) als entsprechender
Führungsgrößenwert (w) fest vorgebbar. Die Regelgröße
(D) wird geregelt, indem Durchflüsse (F₁, F₂) in den Einzelsträngen
(P₁, P₂) mittels eines jedem Teilstrang eigens zugeordneten
Meßumformers (M₁, M₂) erfaßt und in, den zugehörigen
Reglern (R₁, R₂) zugeführte Rückführgrößen (r₁, r₂) umgewandelt
werden. Die Regler (R₁, R₂) beaufschlagen mit ihrem Ausgangssignal
(yR1, yR2) als Stellsignal (y₁, y₂) direkt die zugehörigen
Stellglieder (S₁, S₂).
Die Zusatzsteuerungen (Z₁, Z₂) sind in diesem Fall vor dem jeweiligen
Führungsgrößeneingang (w₁, w₂) der Regler (R₁, R₂)
angeordnet, den sie mit dem Ausgangssignal der Minimalauswahlstufen
(A₁, A₂) beaufschlagen. Wie im Fall der Fig. 1 ist der
zweite Eingang der Auswahlstufen (A₁, A₂) jeweils mit dem Ausgangssignal
(yE1, yE2) eines Rampengebers (E₁, E₂) beaufschlagt.
Die Rampengeber (E₁, E₂) sind jeweils wieder über die
Schaltelemente (11, 22) an den Eingängen (E1s, E2s) zur Erzeugung
eines ansteigenden Signals sowie die Schaltelemente
(12, 24) an den Eingängen (E1f, E2f) zur Erzeugung eines
fallenden Rampensignals ansteuerbar. Ebenso entsprechend der
Fig. 1 ausgestaltet ist die Anordnung der Grenzwertgeber (G₁)
(innerhalb von Z₁) und der Grenzwertgeber (G₂₁, G₂₂) (innerhalb
von Z₂) sowie deren Ankopplung an die jeweiligen Schaltelemente
und an die Kopplungsleitungen (z₁₂, z₂₁) mit der einzigen
Ausnahme, daß der Eingang des die Bereichsüberschreitung von
100% erkennenden Grenzwertgebers (G₁) sowie der Eingang des
die Bereichsunterschreitung von 20% erkennenden Grenzwertgebers
(G₂₂) nunmehr mit einer vom Wert der Führungsgröße (w)
am Einsteller (30) abhängigen Größe beaufschlagt sind. Für den
Grenzwertgeber (G₂₂) dient hierzu der Wert (w) am Ausgang des
Einstellers (30) selbst, während dem Geber (G₁) der um einen
Verstärkungsfaktor (V) erhöhte Wert (V · w) zugeführt ist.
Hierzu dient ein der Zusatzsteuerung (Z₁) vorgeschaltetes
Proportionalglied (31). Dasselbe Signal wie den besagten Grenzwertgebern
(G₁, G₂₂) ist über eine Verzweigungsstelle auch
jeweils an den zweiten Eingang der Minimalauswahlstufen (A₁,
A₂) angelegt. Statt wie im Fall der Fig. 1 auf das Reglerausgangssignal,
wirken die Zusatzsteuerungen (Z₁, Z₂) im Beispiel
der Fig. 5 also jeweils auf die den Reglern (R₁, R₂) zugeführten
Führungsgrößen ein. Als weiterer Unterschied entfällt der
Erststart-Schalter (10) der Fig. 1, da hier der Prozeßstart
durch Hochdrehen des Führungsgrößenwertes (w) am Einsteller
(30) erfolgt. Dabei ist dann als Rampengeber (E₁) ein solcher
zu verwenden, der im Ausgangszustand nicht ein Null-Signal,
sondern das maximale Eins-Signal erzeugt. Die Funktion dieser
Regelkreisanordnung läßt sich damit wie folgt beschreiben.
Vor Anfahren des Prozesses liegt am Einsteller (30) das Signal
(w=0) an. Dieses Null-Signal überträgt sich auf die zugehörigen
Eingänge der Minimalstufen (A₁, A₂), so daß sie jeweils
ein Führungsgrößensignal (w₁=w₂=0) an die Regler (R₁, R₂)
abgeben, was unabhängig vom Wert der Regelgröße (D) dazu führt,
daß beide Stellglieder (S₁, S₂) geschlossen sind. Durch
Hochdrehen des Wertes (w) am Einsteller (30) wird der Prozeß
angefahren. Nach wie vor behält jedoch der Rampengeber (E₂)
seinen Ausgangszustand, in welchem er der Minimalauswahlstufe
(A₂) ein Null-Signal (yE2=0) zuführt. Die Auswahlstufe (A₂)
beaufschlagt daher den Regler (R₂) trotz steigendem Führungsgrößenwert
(w) weiterhin mit dem Null-Signal (w₂=0). Das
Stellglied (S₂) bleibt daher zunächst geschlossen. Der Rampengeber
(E₁) beaufschlagt dagegen die Auswahlstufe (A₁) zunächst
mit seinem maximalen Ausgangssignal (yE1=1). Die Minimalauswahlstufe
(A₁) überträgt daher den Wert (w₁=V · w) auf den
Führungsgrößeneingang des Reglers (R₁). Dieser ändert daraufhin
das Stellsignal (y₁), wodurch das Stellglied (S₁) so weit geöffnet
wird, daß gerade der vom Führungsgrößenwert (w) bestimmte
Regelgrößensollwert (Ds) erreicht wird. Geregelt wird daher
zunächst vollständig über den ersten Teilstrang (P₁), wobei die
Proportionalitätsfaktoren von Stellglied (S₁), Meßumformer (M₁)
und Regler (R₁) so gewählt sind, daß sich mit dem Führungsgrößenwert
(w₁) der gewünschte Sollwert (Ds) einstellt. Hierbei
ist es zusätzlich günstig, daß nunmehr für das feinfühliger ansteuerbare
Stellglied (S₁) auch ein feinfühliger messender Meßumformer
(M₁) vorhanden ist. Dessen Meßbereich (m₁) für den
Durchfluß (F₁) entspricht natürlich zweckmäßigerweise dem mit
dem Stellglied (S₁) regelbaren Regelbereichsintervall (I₁=[D₀,
D₁]). Der Sollwert (Ds) der Regelgröße (D) erreicht hierbei
den Wert (D₁), sobald die Führungsgröße (w₁) ihren vollen Wert
Eins (100%) erreicht. Analoges gilt natürlich auch für den
zweiten Prozeßstrang, insbesondere entspricht der Meßbereich
(m₂) des zweiten Meßumformers (M₂) dem vom Stellglied (S₂) umfaßten
Regelbereichsintervall (I₂=
[D₀, D₂]).
Überschreitet der Wert für die Führungsgröße (w₁) des ersten
Reglers (R₁) seinen Maximalwert von 100% durch weitere Erhöhung
des Führungsgrößenwertes (w) am Einsteller (30), so wird
dies vom Grenzwertgeber (G₁) erkannt. Dieser initiiert einen
Umschaltvorgang, wie er bereits im Zusammenhang mit Fig. 3 ausführlich
beschrieben wurde. Es sind dort lediglich die jeweiligen
Stellsignalwerte (y₁, y₂) durch die in Klammer angegebenen
Führungsgrößenwerte (w₁, w₂) zu ersetzen. Der Grenzwertgeber
(G₁) löst nämlich ein während der einstellbaren Zeitdauer (T₁)
von Eins auf Null linear abfallendes Signal (YE1) des Rampengebers
(E₁) sowie ein während der einstellbaren Zeitdauer (T₂)
von Null auf Eins linear ansteigendes Signal (yE2) des Rampengebers
(E₂) aus. Entsprechend folgt nach dem Auslösezeitpunkt
(t₀) die Führungsgröße (w₁) dem fallenden Rampensignal (yE1),
während die Führungsgröße (w₂) zunächst dem Rampengebersignal
(yE2) solange folgt, bis der Wert (w₂=WG) erreicht ist, der
zum Zeitpunkt der Bereichsüberschreitung (Ds=D₁) dem Wert der
Führungsgröße (w=wG) entspricht. Während also die Zusatzsteuerung
(Z₁) das Stellglied (S₁) innerhalb der Zeit (T₁) zwangsweise
schließt, erhöht sich die Führungsgröße (w₂) durch die
Zusatzsteuerung (Z₂) innerhalb derselben Zeit (T₁) auf den zur
vollständigen Übernahme der Regelung durch den Prozeßstrang
(P₂) erforderlichen Wert (wG).
Ganz analog erfolgt auch wiederum entsprechend der Fig. 4 der
umgekehrte Übernahmevorgang vom "größeren" Prozeßstrang (P₂)
auf den "kleineren" Prozeßstrang (P₁), weshalb eine erneute
detaillierte Erklärung anhand der Fig. 4 entbehrlich ist.
Soll auch in diesem Fall das Längenverhältnis der Regelbereichsintervalle
(D₁/D₂=20%=1/5) eingestellt werden, so
ist ersichtlich, daß für das Verhältnis der Anstiegszeiten (T₁,
T₂) und der Meßbereiche (m₁, m₂) der Meßumformer die Beziehung
(T₁/T₂=m₁/m₂=1/5) zu gelten hat. Bei angenommenem linearem
Reglerverhalten muß die Führungsgröße (w₁) dann ihren Maximalwert
von 100% erreichen, wenn die Führungsgröße (w₂) den
Wert (wG=20%) erreicht hat. Daraus ergibt sich, daß ein Verstärkungsfaktor
von V=5 am Proportionalglied (31) einzustellen
ist, um die Regelung selbsttätig und stoßfrei vom einen auf
den anderen Prozeßstrang umzuschalten.
Es ist schließlich ersichtlich, daß auch die Regelkreisanordnung
der Fig. 5 entsprechend dem weiter oben zu Fig. 1 Gesagten
in mehr als zwei Teilstränge aufgeteilt und mit einer entsprechenden
Anzahl von Zusatzsteuerungen ausgerüstet sein
kann. Für eine solche Erweiterung ist es außer den auf den vorliegenden
Fall sinngemäß zu übertragenden Zusatzmaßnahmen
innerhalb der Zusatzsteuerung (Z₂) lediglich noch erforderlich,
auch dieser Zusatzsteuerung (Z₂) ein Proportionalglied vorzuschalten
und das Ausgangssignal des Einstellers (30) direkt zu
der weiteren, dritten Zusatzsteuerung zu führen, was hier nicht
explizit gezeigt zu werden braucht. Danach sind nur noch die
Verstärkungsfaktoren der beiden Proportionalglieder in gewünschter
Weise zu wählen.
Claims (12)
1. Regelkreisanordnung für einen verfahrenstechnischen
Prozeß mit einem großen Regelbereich, mit folgenden Merkmalen:
- (a) ein Abschnitt der Regelstrecke (PS) ist in wenigstens zwei parallel verlaufende Teilstränge (P₁, P₂) aufgeteilt;
- (b) ein Stellglied (S₁) befindet sich im ersten Teilstrang
(P₁), dessen Stellbereich ein Intervall (I₁=[D₀, D₁])
des gesamten Regelbereichs (ID=[D₀, D₂]) zugeordnet
ist;
- (b.1) jeweils ein Stellglied (S₂) befindet sich in jedem weiteren Teilstrang (P₂) mit einem seinem Stellbereich zugeordneten Regelbereichsintervall (I₂=[D₀, D₂]), welches jeweils den Intervallendwert (D₁) des vorigen Stellglieds enthält (D₁<D₂);
- (c) den Stellgliedern (S₁, S₂) sind Regler (R₁, R₂) zur Bildung von Regelkreisen für die Einzelstränge (P₁, P₂) vorgeschaltet;
- (d) den Regelkreisen der Einzelstränge (P₁, P₂) sind diese
zur selbsttätigen Umschaltung derart verkoppelnde Zusatzsteuerungen
(Z₁, Z₂) zugeordnet, daß sie (Z₁, Z₂)
- (d.1) bei einem Regelgrößensollwert Ds im Bereich Di-1Ds Di (i=1, 2, . . . ) nur das Stellglied Si in Regelfunktion halten, während sie die übrigen Stellglieder geschlossen halten, und daß sie
- (d.2) bei Über- bzw. Unterschreitung eines innerhalb des Regelbereiches
(ID) liegenden Intervallendwertes (D₁) durch
den Sollwert (Ds) während einer Übernahmedauer (T₁) das
bislang in Regelfunktion gehaltene Stellglied (S₁ bzw.
S₂) stetig aus der Regelfunktionsstellung in die geschlossene
Stellung überführen und gleichzeitig das im
folgenden in Regelfunktion tretende Stellglied (S₂ bzw.
S₁) stetig von der geschlossenen in die vom Sollwert (Ds)
bestimmte Regelfunktionsstellung überführen, wobei
- (d.2.1) das Verhältnis (v₁/v₂) der Stellgeschwindigkeiten der jeweiligen Stellglieder während der Übernahmedauer (T₁) dem umgekehrten Verhältnis der Intervallängen ((D₂-D₀)/(D₁-D₀)) der den Stellgliedern (S₂, S₁) zugeordneten Regelbereichsintervalle entspricht.
2. Regelkreisanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß jeweils Zusatzsteuerungen (Z₁, Z₂) benachbarter
Einzelstrang-Regelkreise miteinander über zwei Kopplungsleitungen
(Z₁₂, z₂₁) verbunden sind.
3. Regelkreisanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß für alle Regler (R₁, R₂) eine gemeinsame
Meßeinrichtung (M) in einem Prozeßstreckenabschnitt angeordnet
ist, in welchem alle Teilstränge (P₁, P₂) zusammengeführt sind.
4. Regelkreisanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß jedem Teilstrang (P₁, P₂) eine eigene
Meßeinrichtung (M₁, M₂) zugeordnet ist.
5. Regelkreisanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß jede Zusatzsteuerung (Z₁, Z₂) eine
in den Regelkreis des zugeordneten Teilstrangs eingreifende
Auswahlstufe (A₁, A₂), eine diese beaufschlagende Einrichtung
(E₁, E₂) zur Erzeugung fallender und ansteigender Rampensignale
sowie vor deren Eingängen (E1f, E1s; E2f, E2s) angeordnete, von
Grenzwertgebern (G₁, G₂₁, G₂₂) beaufschlagte Kontaktgeber
(11, 12; 22, 24) aufweist.
6. Regelkreisanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Auswahlstufen (A₁, A₂) Minimalauswahlstufen
sind, daß die Signalerzeugungseinrichtungen der außer Regelfunktion
gehaltenen Teilstränge ein minimales (0%) und dasjenige
des in Regelfunktion gehaltenen Teilstrangs ein maximales
(100%) Signal abgeben, daß weiterhin
- (6.1) bei Überschreitung eines Intervallendwertes (D₁) innerhalb des Regelbereiches (ID) durch den Sollwert (Ds) die dem außer Regelfunktion zu setzenden Stellglied (S₁) zugeordnete Signalerzeugungseinrichtung (E₁) ein während der Zeit T₁ von 100% auf 0% linear fallendes Rampensignal und die dem in Regelfunktion zu setzenden Stellglied (S₂) zugeordnete Signalerzeugungseinrichtung (E₂) ein während einer Zeit T₂ von 0% auf 100% linear ansteigendes Rampensignal starten, wobei das Verhältnis T₂/T₁ dem umgekehrten Verhältnis der Intervallängen ((D₂-D₀)/(D₁-D₀)) der den Stellgliedern (S₂, S₁) zugeordneten Regelbereichsintervalle entspricht, und daß schließlich
- (6.2) bei Unterschreitung eines Intervallendwertes (D₁) innerhalb des Regelbereiches (ID) durch den Sollwert (Ds) die dem außer Regelfunktion zu setzenden Stellglied (S₂) zugeordnete Signalerzeugungseinrichtung (E₂) zunächst ein während der Zeit T₂ von 100% auf 0% linear fallendes Rampensignal startet und daß erst bei Unterschreitung eines Wertes yG (wG) des fallendes Rampensignals die dem in Regelfunktion zu bringenden Stellglied (S₁) zugeordnete Signalerzeugungseinrichtung (E₁) ein während der Zeit T₁ von 0% auf 100% linear ansteigendes Rampensignal startet, wobei yG/100%=T₁/T₂ gilt.
7. Regelkreisanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kopplungsleitung (z₁₂) die beiden an den
Eingängen (E1f, E2s) der Signalerzeugungseinrichtungen (E₁, E₂)
angeordneten Kontaktgeber (12, 22) koppelt und mit dem Ausgang
des Grenzwertgebers (G₁) verknüpft ist, welcher eine Signalüberschreitung
von 100% erkennt, und daß die Kopplungsleitung
(z₂₁) Schaltsignale von dem Grenzwertgeber (G₂₁) der nachfolgenden
Zusatzsteuerung (Z₂), welcher vom Ausgangssignal (yE2)
der Signalerzeugungseinrichtung (E₂) beaufschlagt ist und der
ebenso wie der Grenzwertgeber (G₂₂) eine Signalunterschreitung
unter den Wert (yG; wG) erkennt, an den Kontaktgeber (11) am
Eingang (E1s) der Signalerzeugungseinrichtung (E₁) der vorhergehenden
Zusatzsteuerung (Z₁) überträgt.
8. Regelkreisanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Anzahl (n; n3) von Teilsträngen
(P₁, . . . , Pn) und zugeordneten Zusatzsteuerungen (Z₁,
. . . , Zn) jede zwischenliegende Zusatzsteuerung (Z₂, . . . , Zn-1)
zwei weitere, zu den vorhandene Kontaktgebern (22, 24) parallel
geschaltete Kontaktgeber (21, 23) und einen weiteren Grenzwertgeber
(G₂₃), deren Funktion und Verschaltung den analogen
Bauelementen (11, 12) bzw. (G₁) der ersten Zusatzsteuerung (Z₁)
entspricht, sowie ein Schaltelement (25) aufweist, welches die
Kopplungsleitung (z₂₁) zur vorausgehenden Zusatzsteuerung bei
Beaufschlagung mit einem Schaltsignal vom Grenzwertgeber (G₂₃)
oder von der Kopplungsleitung (z₃₂) mit der nachfolgenden
Zusatzsteuerung wechselweise unterbricht bzw. schließt.
9. Regelkreisanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahlstufen (A₁, A₂) jeweils
mit den Ausgangssignalen (yR1, yR2) der zugeordneten Regler
(R₁, R₂) beaufschlagt sind und ihre Ausgangssignale jeweils als
Eingangssignale (y₁, y₂) für das zugeordnete Stellglied (S₁,
S₂) dienen und die Grenzwertgeber (G₁) bzw. (G₂₂)
beaufschlagen.
10. Regelkreisanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Auswahlstufen-Ausgangssignale (y₁, y₂) jeweils
extern zu den Reglern (R₁, R₂) zurückgeführt sind.
11. Regelkreisanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang jeder Auswahlstufe (A₁,
A₂) mit dem Führungsgrößeneingang (w₁, w₂) des zugeordneten
Reglers (R₁, R₂) verbunden ist und jede Auswahlstufe (A₁, A₂)
ebenso wie jeweils wenigstens ein Grenzwertgeber (G₁, G₂₁) mit
zur Führungsgröße (w) proportionalen Größen (V · w, w) beaufschlagt
sind.
12. Regelkreisanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Signalerzeugungseinrichtung (E₁) der ersten
Zusatzsteuerung (Z₁) im Ausgangszustand das maximale (Eins-)
Signal abgibt, die übrigen Signalerzeugungseinrichtungen (E₂)
dagegen das minimale (Null-)Signal abgeben.
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Legal Events
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8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |