DE964997C

DE964997C - Regelungsanlage mit einem Umschalter zur wahlweisen selbsttaetigen Regelung oder Handregelung mittels desselben Stellmotors

Info

Publication number: DE964997C
Application number: DEK16783A
Authority: DE
Inventors: John Arthur Munford Grout; George Herbert Toop
Original assignee: George Kent Ltd
Current assignee: Elster Metering Holdings Ltd
Priority date: 1953-01-17
Filing date: 1953-01-17
Publication date: 1957-05-29

Description

AUSGEGEBEN AM 29. MAI 1957

K 16783 IX/42 r

Die Erfindung betrifft eine Regelungsanlage mit einem Umschalter zur wahlweisen selbsttätigen Regelung oder Handregelung mittels desselben Stellmotors sowie Mitteln zum Vergleichen der Ausgangsgrößen des Reglers und der Handsteuereinrichtung.

Bei einer Einrichtung zum Umschalten einer handbetätigten elektrischen Steuerung auf einen zu dieser parallel geschalteten elektronischen Regler ist eine Einrichtung zum Abgleichen bekannt, bei der durch Einstellen eines Widerstandes von Hand der Regler und die Handsteuereinrichtung auf den gleichen Wert gebracht werden, wobei zur Anzeige ein Nullanzeigeinstrument Verwendung findet.

Es ist weiter ein Sollwerteinsteller bekannt, der

es ermöglicht, plötzliche Änderungen der Regel-" größe vorzunehmen, ohne daß es eines Abgleichens von Hand bedarf. Hier wird durch Ausschlagen eines Nullanzeigers mit Kontakten ein Einstellmotor zum Laufen gebracht, bis die Spannung der Steuerleitung den Sollwert erreicht hat.

Schließlich ist ein Kursregler mit einem Differenzdruckmesser bekannt, der einen Nachlaufmotor steuert, wenn der Kurs von Hand geregelt wird. Diese Anlage gestattet zwar durch ständiges Nachsteuern des Sollwertes ein jederzeitiges Umschalten von Handregelung auf selbsttätige Regelung. Bei der Handregelung wird jedoch der Stellmotor des Reglers nicht verwendet.

Regelungsanlagen der bezeichneten Art, insbesondere solche, die ein integral wirkendes Glied aufweisen, haben den Nachteil, daß beim Steuern von Hand der Regler außer Tritt fallen kann. Darüber hinaus haben die bekannten Anlagen, aber

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ganz allgemein den Nachteil, daß vor Umschalten von der Handregelung auf die selbsttätige Regelung jeweils ein Abgleichen erforderlich ist.

Die Erfinder haben sich die Aufgabe gestellt, eine Regelungsanlage zu schaffen, bei der die Ausgangsgröße des Reglers auch bei Steuerung von Hand der Stellgröße entspricht, so daß jederzeit von Handregelung auf selbsttätige Regelung umgeschaltet werden kann.

ίο Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Folgesteuerung, mit der die Ausgangsgröße des Reglers während der Regelung von Hand der Stellgröße selbsttätig gleichgehalten wird.

Bei einer Regelungsanlage mit integral wirkendem Glied wirkt diese Folgesteuerung auf dieses integral wirkende Glied.

Bei druckmittelbetriebenen Regelungsanlagen wirken die Ausgangsdrücke des Reglers und der Handsteuereinrichtung zweckmäßig auf eine Memao bran, die mit Hilfe von Ventilen den Druck steuert, der auf das integral wirkende Glied des Reglers übertragen wird.

Um die bestehenden Schwierigkeiten und die erfmdungsgemäße Beseitigung dieser Sohwierigkeiten leichter verständlich zu machen, wird auf die Zeichnungen verwiesen.

Fig. ι zeigt mit ausgezogenen Linien einen gebräuchlichen Regler mit Integralwirkung und einer Zusatzsteuerung für Regelung von Hand; in gestrichelten Linien ist die Abänderung dargestellt, die zu machen wäre, wenn eine solche Anlage zum Arbeiten in Einklang mit der Erfindung gebracht werden soll;

Fig. 2 zeigt schematisch in zwei Darstellungen a und b die Integralwirkung des Reglers;

Fig. 3 ist eine Schnittansicht durch ein Geräteteil, das zur Durchführung der Erfindung benutzt wird, und

Fig. 4 zeigt schematisch eine andere Ausführungsform eines Teils der Regelungsanlage.

Es wird zunächst auf die Fig. ι und 2 Bezug genommen. Ein Zeiger ι eines Meßinstrumentes zeigt den Istwert der Regelgröße an. Eine Stange 2 verbindet den Zeiger ι mit dem einen Ende eines Doppelhebels 3, dessen anderes Ende mit einem Sollwertzeiger 4 verbunden ist, der auf den gewünschten Wert der Regelgröße eingestellt ist. Der Ausschlag des Doppelhebels 3 wird durch eine Stange 5 auf ein kreisbogenförmig gekrümmtes Glied 6 übertragen, das seinerseits mit einem radialen Glied 7 in Verbindung steht, dessen Stellung relativ zum Glied 6 einstellbar ist. Das Glied 7 ist mit einem Hebel 8 verbunden, der bei 9 gelagert ist und eine Prallplatte 10 steuert, die eine Düse 11 beeinflußt. Die Düse wird über einen Druckregler 12 und einen Kapillarwiderstand 13 mit Luft gespeist.

Der Druck an der Düse 11, wie er durch die Einstellung der Klappe 10 bestimmt ist, wird einem Schnellsteuerrelais 14 zugeführt, dessen Auslaßseite durch eine Leitung 14¹ strömungsoberhalb der Kapillare 13 mit Druckmedium gespeist wird. Diese Auslaßseite des Relais 14 ist, um eine Rückführwirkung auf die Klappe 10 auszuüben, unmittelbar oder, wie dargestellt, über einen veränderlichen Widerstand in Gestalt eines einstellbaren Nadelventils 15 mit der einen Seite eines Balgens 16 verbunden, dessen eines Ende in einer Balgenkammer 17 festgemacht ist. Ein Verbindungsglied 18 ist an dem anderen Ende des Balgens und an einem Winkelhebel 19 angelenkt, der durch eine elastische Membran 21 hindurchgeführt ist und sich um einen Punkt 20 drehen kann. Das andere Ende des Winkelhebels 19 ist durch eine Stange 22 mit dem gekrümmten Glied 6 verbunden. Ein zweites einstellbares Nadelventil 23 verbindet die beiden Seiten des Balgens 16 in der Balgenkammer 17. Die Kammern rechts und links vom Balgen 16 sind die Proportional- und die Integralkammer und in der Zeichnung mit P und / bezeichnet.

Der Auslaßdruck aus dem Druckregler 12 ist etwa 1,2 kg/cm², und die Bewegung der Klappe 10 relativ zur Düse 11 bewirkt eine Veränderung des Druckes, die von der Entfernung zwischen Kappe und Düse abhängt. So kann der Druck, wenn die Klappe 10 fest auf die Düse 11 gedrückt wird, bis zu 1,2 kg/cm² steigen, wenn sie aber von der Düse ganz frei ist, so wird er beispielsweise bis auf etwa 0,02 kg/cm² fallen. Für die Steuerung wird nur ein begrenzter Teil dieses Druckbereichs gebraucht, beispielsweise von 0,2 bis 1,0 kg/cm².

Der soweit betrachtete Mechanismus stellt einen Regler dar, der dazu dient, die Regelgröße auf dem Sollwert zu halten. Der in der Leitung 14² gemessene Druck, der die Einlaßseite des Relais 14 speist und auf der Auslaßseite des Relais nachgebildet wird, ist der Verschiebung des Gliedes 5 und damit der Abweichung von dem Sollwert proportional, hat aber außerdem einen Integral- und einen Differentialanteil, die an den Nadelventilen 23 und 15 eingestellt werden. Dieser Anteil wird ein Größtwert, wenn das differenzierende Ventil 15 beinahe geschlossen ist, während die integrale Empfindlichkeit einen Kleinstwert erreicht, wenn das Ventil 23 beinahe geschlossen ist. Die Stellung des radialen Gliedes 7 bestimmt den Proportionalbereich, und die Stellung dieses Gliedes ist normalerweise einer Skala zugpordnet, die in Prozenten des· ProportionalbereiclüS geeicht ist. Im vorliegenden Fall entsprechen 100% Proportionalbereich, wenn sich also der Zeiger 1 um einen Betrag bewegt, der der vollen Skalenablenkung des Meßinstruments entspricht, einem Auslaßdruckbereich von etwa 0,2 bis 1 kg/cm².

Dieser resultierende Auslaßdruck auf der Auslaßseite des Relais 14 wird über einen Umschalthahn 25 dem Stellmotor zugeführt, der bei R schematisch angedeutet ist.

Um die Wirkung der soweit beschriebenen Anlage zu beurteilen, möge nun Fig. 2 betrachtet werden. In dieser Figur stellen zwei senkrechte Linien X und Y die volle Skalenablenkung des Meßinstruments dar, und der Sollwert ist bei Z in der Mitte zwischen X und Y festgelegt. Wenn nur eine proportionale Steuerfunktion mit einer Empfindlichkeit entsprechend 25 %> Proportionalbereich in Betfacht gezogen wird, dann wird der

Steuerbereich χ und y in dem Schaubild 25 % des Abstandes zwischen X und Y einnehmen, und diese Zone wird sich symmetrisch um den gewünschten Wert Z verteilen. So wird der Auslaßdruck aus dem Steuergerät 1 kg/cm² sein, wenn sich der gemessene Wert bei χ findet, 0,2 kg/cm² bei y und 0,6 kg/cm² bei z.

Jetzt möge Fig. 2 b betrachtet werden, die die Wirkung nach Hinzufügung der Integralsteuerung veranschaulicht. Angenommen, der gemessene Wert wandere nach rechts und bleibe längere Zeit hindurch verschoben, dann verlagert sich der Steuerbereich, der in Fig. 2 a durch die Entfernung x-y dargestellt ist, unter der Wirkung der Integralsteuerung ebenfalls nach rechts und möge schließlich die Stellungen X₁, y\ (Fig. 2b) erreichen. Der Drosselbereich des Steuergerätes wird jetzt auf einen Teil des Skalenbereichs beschränkt sein, der ganz auf der rechten Seite des Sollwertes liegt.

Wenn der gemessene Wert jetzt links vom Sollwert zu liegen kommt, so wird er außerhalb des Drosselungsbereichs der Steuereinrichtung sein, und diese wird infolgedessen außerstande sein, einen verstärkten Einfluß auf die Regeleinrichtung auszuüben.

solange er außerhalb des Proportionalbereichs bleibt. Unter normalen Umständen würde dieser Zustand nicht eintreten, weil die integrale Arbeitsweise des Reglers die Wirkung haben würde, den gemessenen Wert auf den Sollwert zurückzubringen, bevor der drosselnde Bereich in seine äußerste Stellung gewandert wäre.

Nachdem die Wirkung des Einflusses der integralen Steuerwirkung auf den Regler erörtert ist, wird nochmals auf Fig. 1 verwiesen, in der noch ein von Hand gesteuerter Schalter 24 dargestellt ist. Dieser kann durch Drehen des Umschalthahns 25 über eine Leitung 24¹ mit dem Stellmotor R verbunden werden, der gleichzeitig von dem Auslaßdruck des Reglers abgetrennt wird, den das Relais 14 über die Leitung 14³ liefert. Wenn jetzt die Regelung mittels des Handschalters 24 erfolgt, so wird die integrale Steuerwirkung darin fortfahren, den Auslaßdruck des Reglers zu ändern, sofern nicht die Anlage von Hand in einer solchen Weise geregelt wird, daß der gewünschte Wert (Sollwert) und der gemessene Wert (Istwert), die den Regler auch weiterhin beeinflussen, identisch sind. Sollte also eine Abweichung des Istwertes vom Sollwert während irgendeiner Zeit der Regelung von Hand eintreten, so kann der Auslaßdruck des Reglers von dem durch die Handregelung bestimmten Druck verschieden sein, und das wird einen plötzlichen Druckwechsel verursachen, wenn der Stellmotor R von dem Handschalter 24 auf den Ausgang 14³ des Reglers umgeschaltet wird.

Der Zweck der Erfindung ist der, zu verhindern, daß beim Wechsel von der Hand- zur selbsttätigen Regelung dem Stellmotor ein Druckstoß zugeführt wird, daß also eine glatte Umsteuerung gewährleistet wird, die keine schädliche Auswirkung auf die der Steuerung unterworfene Anlage hat. Wie das erreicht wird, zeigen die gestrichelten Linien in Fig. ι in Verbindung mit Fig. 3.

Kurz gesagt wird diese Wirkung dadurch erzielt, daß der Auslaßdruck des Reglers in der Leitung 14³ ständig mit dem Druck in der Handdruckleitung 24¹ verglichen wird und daß man den Auslaßdruck des Reglers selbsttätig immer gleich dem Handschalterdruck hält. Hierzu dient eine Ventilanordnung, die in Fig. 1 bei 34 angedeutet und in Fig. 3 im einzelnen dargestellt ist. Zu dieser Einrichtung gehört eine Membran 26, die auf der einen Seite durch die Leitung 27 unter dem Auslaßdruck des Reglers und auf der anderen durch die Leitung 28 unter dem Druck des Handschalters steht. Jede das Gleichgewicht störende Kraft lenkt die Membran ab; damit werden Stößel 29 oder 30 verschoben, so daß sie Federarme 31 oder 32 von Düsen 33 oder 33' abheben. Diese Düsen sind mit der Integralkammer / durch Kanäle 35 und 36 und die Leitung 37 verbunden. Der Federarm 31 und die Düse 33 sind in einer Kammer eingeschlossen, die durch eine Leitung 38 mit Druck von etwa 1,2 kg/cm² gespeist wird. Wenn nun der Handsteuerdruck in der Leitung 28 größer wird als der des Reglers in der Leitung 27, so hebt der Stößel 29 den Federarm 31 an, so daß das Druckmedium in die Düse 33 eintreten, kann, wodurch der Druck in der Integralkammer / der Steuereinrichtung größer wird. Dies läßt auch den Auslaßdruck des Reglers zunehmen, bis er dem Handschalterdruck gleichkommt, worauf die Membran 26 in ihre neutrale Stellung zurückkehrt.

Wenn der Auslaß druck des Reglers höher als der Handschalterdruck ist, so biegt sich die Membran nach der anderen Seite durch; über den Stößel 30 hebt sie den Federarm 32 an, so daß sich die Düse 33' öffnet und Luft über den Kanal 35 und die Leitung 37 aus der Integralkammer / entweichen läßt, bis das Membrangleichgewicht 10c wiedergewonnen ist.

An Stelle der Membran kann beispielsweise ein elastischer Balgen verwendet werden, ohne die Funktion zu ändern.

Zusätzlich zu dem Folgesteuerventil 34, das den Ausgangsdruck des Reglers dem von Hand ein-, geregelten Druck selbsttätig folgen läßt, bis ein Druckgleichgewicht erreicht ist, kann man noch einen Differenzdruckmesser 39 vorsehen, der auf seinen beiden Seiten mit den Leitungen 14³ und 24¹ verbunden ist. Wenn dieser Druckmesser auf »Null« steht, so sind die beiden Drücke gleich groß; damit erhält man eine Anzeige dafür, wenn das Ventil 25 umgesteuert werden kann.

Um eine stoßfreie Übertragung zu erhalten, wenn das System von der selbsttätigen Regelung auf Handregelung umgeschaltet wird, ist der Druck in der Leitung 24' durch Betätigung des Handschalters 24 so einzustellen, daß das Anzeigegerät 39 seine Nullstellung einnimmt. In dieser Stellung sind die Drücke in den Leitungen 24' und 13³ gleich, so daß der Umschalthahn 25 ohne Auswirkungen auf die Anlage auf Handsteuerung umgelegt werden kann.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Kraftverstärker werden die Luftdruckänderungen in der Düsen,

wie sie von der Klappe io bestimmt werden, durch das Relais 14 in-bekannter Weise in eine vergrößerte Luftmenge umgesetzt, um den Stellmotor R zu betätigen. Wie bereits erläutert ist, wird die Luft für die Rückführung des Reglers ebenfalls aus der Sekundärseite des Relais 14 genommen.

Ijnter Umständen kann diese Anordnung eine Unstabilität des Reglers im Gefolge haben. Diese Schwierigkeit läßt sich durch eine Anordnung vermeiden, die in Fig. 4 dargestellt ist. Hier ist die Düse 11 (oder irgendein gleichwertiger Kraftschalterteil) durch eine Leitung 40 direkt mit dem Rückführteil der Steuereinrichtung verbunden. Das Relais 14 ist immer noch erforderlich, um die nötige Luftmenge für den Stellmotor R zu liefern. Es ist vorteilhaft, wenn das Relais in diesem Fall dem Druckvergrößerungstyp angehört, so daß der Regler mit geringerem Druck arbeiten kann, als er für den Stellmotor R erforderlich ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Regelungsanlage mit einem Umschalter zur wahlweisen selbsttätigen" Regelung oder Handregelung mittels desselben Stellmotors sowie Mitteln zum Vergleichen der Ausgangsgrößen des Reglers und der Handsteuereinrichtung, gekennzeichnet durch eine Folgesteuerung (27, 28, 34, 37, 38), mit der die Ausgangsgröße (14³, 27) des Reglers (1 bis 23) während der Regelung von Hand der Stellgröße (24¹, 28) selbsttätig gleichgehalten wird.
2. Regelungsanlage nach Anspruch 1, die ein integral wirkendes Glied aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Folgesteuerung (34) auf das integral wirkende Glied (/) einwirkt.
3. Druckmittelbetriebene Regelungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsdrücke des Reglers und der Handsteuereinrichtung auf eine Membran (26) wirksam sind, die mit Hilfe von Ventilen (24, 33) den Druck steuert, der auf das integral wirkende Glied (/) des Reglers übertragen wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 665 157, 671 133, 699.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen