DE1006935B - Regeleinrichtung zur selbsttaetigen Einregelung von Vorgaengen auf einen Extremwert - Google Patents

Description

Regeleinrichtungen zur selbsttätigen Einregelung von Vorgängen, die in Abhängigkeit von der geregelten Größe einen Extremwert, d. h. ein Maximum oder Minimum, durchlaufen, wie z. B. Verbrennungsvorgänge, chemische Reaktionen od. dgl., sind bekannt. Derartige Einrichtungen werden als Optimalwertregler oder Bestwertregler bezeichnet und haben die Aufgabe, das Ergebnis eines Vorganges, auf den mehrere Komponenten einwirken, zu überwachen und den Vorgang, z. B. einen chemischen Prozeß, auf dem Bestwert zu halten. Hierzu wird die das Ergebnis des Vorganges darstellende physikalische Größe, bei einem Verbrennungsvorgang ist dies die Temperatur, gemessen und eine das Ergebnis beeinflussende Komponente derart geregelt, daß die gemessene physikalische Größe ein Optimum erreicht. So ist beispielsweise zur Einregelung eines optimalen Verhältnisses zwischen Brennstoffmenge und Verbrennungsluftmenge bei Feue-

rungsanlagen eine Anordnung bekannt, bei der durch 9

verschiedene Bemessung des Verhältnisses zwischen

Brennstoffmenge und Verbrennungsluftmenge nachein- 20 wirkenden Regler mit selbsttätigem Sollwertnachlauf, ander zwei Einstellungen der Feuerung geschaffen und z· B. einen Fallbügelregler, zu verwenden und die Wirdabei die sich einstellenden Temperaturen im Feuerraum kungsrichtung der Stellimpulse von dem Ergebnis der gemessen werden. Aus der Temperaturdifferenz, die den Suchbewegung abzuleiten. Wie bereits oben ausgeführt, beiden Einstellungen entspricht, läßt sich jeweils die muß bei einem Verbrennungsregler, wenn bei der Such-Richtung der Verstellung entnehmen, die der Verstell- 25 bewegung die Luftklappe weiter geöffnet wurde und motor des Reglers ausführen muß, um die Temperatur hierauf die Temperatur steigt, die Luftklappe durch den im Feuerraum auf den jeweiligen Maximalwert einzu- Stellimpuls weiter geöffnet, nach einem Abfallen der regeln. Die Richtung der Verstellbewegung, d. h. die Temperatur dagegen geschlossen werden. Wurde da-Drehrichtung des Verstellmotors, wird bei den bekannten gegen bei der Suchbewegung die Luftklappe geschlossen Anordnungen dadurch ermittelt, daß beispielsweise der 30 und steigt hierauf die Temperatur an, so muß ein Steiljeweiligen Stellung der Luftklappe in der Luftzufuhr impuls in Richtung »Schließen«, bei einem Abfallen der F i l

Regeleinrichtung zur selbsttätigen Einregelung von Vorgängen auf einen Extremwert

Anmelder: Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München, München 2, Wittelsbacherplatz 4

Herbert Bohnstedt, Karlsruhe, ist als Erfinder genannt worden

zum Feuerraum eine zusätzliche, als Suchbewegung bezeichnete Pendelbewegung überlagert wird. Hierdurch wird die Luftzufuhr während einer bestimmten Zeitspanne um einen bestimmten Betrag verkleinert und anschließend während einer gleichlangen Zeit um den gleichen Betrag vergrößert. Liegt die Temperatur im Feuerraum unterhalb des Maximalwertes in Richtung der unvollständigen Verbrennung, so sinkt bei einer Verringerung der Luftzufuhr die Temperatur weiter ab und steigt in der nächsten Halbperiode der Pendelbewegung, während der die Luftzufuhr vergrößert wird, entsprechend an. Der Regler muß in dem Fall des angenommenen Beispiels sowohl bei zu niedriger Temperatur als auch bei zu hoher Temperatur einen Impuls im Sinne einer Vergrößerung der Luftzufuhr geben, damit die Temperatur im Feuerraum ihr Optimum erreichen kann. Ist dagegen die Luftklappe zu weit geöffnet und eine Einstellung erreicht, die einem Punkt jenseits des Maximums in Richtung eines

Temperatur in Richtung »öffnen« gegeben werden. Dies läßt sich übersichtlich in der nachfolgenden Tabelle darstellen.

Suchbewegung in Richtung:

Resultat:

notwendiger
Stellimpuls für
die Luftklappe

mehr Luft

Temperatur
steigt

öffnen

Temperatur fällt

schließen

weniger Luft

Temperatur steigt

schließen

Temperatur fällt

öffnen

Diese richtige Zuordnung der Stellimpulse läßt sich, wie bekannt, durch einen Umkehrschalter für die Drehrichtung des Stellmotors erreichen, der im Synchronismus mit der Suchbewegung umgeschaltet wird.

Bei den bekannten Anordnungen wurde die Such-

Luftüberschusses entspricht, so muß der Regler in der 50 bewegung dem Stellmotor über ein Differentialgetriebe Weise Impulse an den Stellmotor geben, daß sowohl bei durch einen vom Stellmotor unabhängigen zweiten Motor steigender als auch bei fallender Temperatur im Feuerraum überlagert. Bei einer weiteren bekannten Anordnung die Luftklappe weiter geschlossen wird. führt der Stellmotor gleichzeitig die Suchbewegung aus

Es ist bekannt, als Bestwertregler einen periodisch und erhält die für die Suchbewegung notwendigen Stell-

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impulse von einem besonderen, ζ. B. mit einem Zeit- ständig periodische Pendelbewegungen aus, in deren relais zusammenarbeitenden Impulsgeber. Umkehrpunkten der Hebel 16 gegen den Anschlag 17 Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine oder 18 läuft und hierdurch die Drehrichtung des Stell-Schalteinrichtung periodisch den Stellmotor in der einen motors umschaltet. Die Mittellage der Drosselklappe und in der anderen Laufrichtung einschaltet und dadurch 5 während der Pendelbewegung hängt also von der Verdie Pendelbewegung des Stellgliedes veranlaßt, daß die stellung der gemeinsam an der Welle 8 befestigten Angleiche oder eine weitere Schaltvorrichtung mit der schlage 17 oder 18 ab. Wie bereits ausgeführt, wird die gleichen Periode die Drehrichtung des Stelltriebes um- Drehrichtung der Welle 8 in Abhängigkeit von der Drehkehrt und daß die Laufzeit des Stellgliedes in der einen richtung des Stellmotors vom Schalter 10 gesteuert, oder der anderen Richtung vom Regler entsprechend der io Der Umschalter 10 ist in dem in der Zeichnung dar-Regelabweichung mit Hilfe eines Nachstellmotors ver- gestellten Beispiel in ähnlicher Weise ausgebildet wie der längert und damit die Mittelstellung des Stellgliedes ver- Umschalter 11 und wird mit diesem gleichzeitig umgelagert wird. schaltet. Über die Schaltvorrichtung 9 wird hierbei auf An Hand der Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel elektromagnetischem Wege der Drehsinn innerhalb des der Erfindung näher erläutert werden. Das Beispiel be- 15 Getriebes 7 umgekehrt.

zieht sich auf eine Feuerungsregelung, bei der das opti- An Stelle des Kippumschalters 10 können auch Relais male Verhältnis zwischen Brennstoffmenge und Ver- im Stromkreis des Stellmotors für die Umschaltung verbrennungsluftmenge selbsttätig einzustellen ist. Als wendet werden. So ist es beispielsweise denkbar, in den Regler wird beispielsweise ein Kompensationsregler mit Zuleitungen 20 und 21 für Links- bzw. Rechtslauf des Impulskontakten, ein Fallbügelregler od. dgl. verwendet 20 Stellmotors je eine Relaiswicklung anzuordnen. Die Re-(vgl. ATM-Blatt J 063-4), dessen Meßfühler 2 die Tem- lais arbeiten mit der Schaltvorrichtung 9 in der Weise peratur im Feuerraum erfaßt. Der Regler ist in an sich zusammen, daß bei Linkslauf des Stellmotors 13 beibekannter Weise mit einem Sollwertnachlauf 19 aus- spielsweise das in der Leitung 20 liegende Relais anspricht gerüstet. Beim Ansprechen des Reglerkontaktes 3 oder 4 und den einen Drehsinn des Getriebes 7 einschaltet, wird der Nachstellmotor 5 im einen oder anderen Dreh- 25 während bei umgekehrtem Drehsinn das in der Leitung 21 sinn in Bewegung gesetzt, über das Vorgelege 6 gleich- liegende Relais die entgegengesetzte Drehrichtung des zeitig der Sollwert des Reglers nachgestellt und die Getriebes 7 einschaltet.

Drehbewegung in das Getriebe 7 eingeleitet. Die Dreh- Im folgenden soll die Wirkungsweise der Anordnung richtung der Abtriebswelle 8 des Getriebes 7 kann durch kurz im Zusammenhang erläutert werden. Es sei angeeine elektromagnetisch steuerbare Schaltvorrichtung 9 30 nommen, daß dem Feuerraum zu wenig Luft zugeführt umgesteuert werden. Je nach der Stellung der Schalt- wird und die Temperatur unterhalb des Optimums liegt, vorrichtung bewegt sich also bei gleichbleibender Dreh- Die Pendelbewegung der Drosselklappe soll beispielsrichtung der Welle W die Abtriebswelle 8 im einen weise gerade so ablaufen, daß die Luftzufuhr weiter ge- oder anderen Drehsinn. Die Welle 8 ist mit den Schalt- drosselt wird, die Klappe sich also nach links bewegt und vorrichtungen 10 und 11 verbunden. Der Stellmotor 13 35 somit schließt. Hierbei tritt ein weiterer Temperaturtreibt über ein Vorgelege 15 das Stellglied, nämlich abfall im Feuerraum auf. Die Brückenschaltung des die Drosselklappe 14 in der Luftzuführung zum Feuer- Kompensationsreglers ist infolge der vom Thermoelement raum an. Die Drehbewegung des Stellmotors wird gleich- erfaßten Temperaturänderung nicht mehr im Gleichgezeitig ebenfalls mit Hilfe der Welle 12 auf die Schaltvor- wicht, und der Nachstellmotor 5 wird durch Schließen richtungen 10 und 11 übertragen. Die Schaltvorrichtung 40 eines der beiden Reglerkontakte 3 und 4 in Bewegung 11 bestimmt die Drehrichtung des Stellmotors und gesetzt. Über die Schaltvorrichtung 9 sind am Getriebe 7 schaltet diesen in der vorgegebenen Drehrichtung so lange bei Linksdrehung der Drosselklappe die Drehrichtung ein, bis die Drosselklappe um einen bestimmten, festen der Welle 8 und die Drehrichtung des Nachstellmotors 5 Drehwinkel verstellt ist. Nach Überstreichen des vor- so aufeinander abgestimmt, daß bei einer Temperaturgegebenen Drehwinkels wird der Stellmotor von der 45 abnähme eine Drehung der Anschläge 17 und 18 der Schaltvorrichtung in die entgegengesetzte Drehrichtung Schaltvorrichtung 11 nach rechts erfolgt. Der Pendelgesteuert und der gleiche Drehwinkel der Drosselklappen- bereich der Drosselklappe und damit der des Hebels 16 verstellung zurückgelegt. wird hierdurch nach rechts verlagert, so daß im Mittel Es kommt somit eine Pendelung der Drosselklappe um mehr Luft dem Feuerraum zugeführt wird und die Temeinen Mittelwert zustande. Die Lage des Mittelwertes 5° peratur sich dem Optimum nähert, wird von dem durch den Regler gesteuerten Nachstell- Als weiteres Beispiel für einen Einstellvorgang sei motor 5 vorgegeben. Die Schaltvorrichtung 10 bewirkt angenommen, daß die Luftzufuhr zum Feuerraum zu die Umkehr der Drehrichtung des Getriebes 7 in Ab- groß ist und die Temperatur einen Wert jenseits des hängigkeit von der Drehrichtung des Stellmotors bzw. Optimums erreicht hat, also zu niedrig ist. Es sei der Fall der Bewegungsrichtung der Drosselklappe. Sobald sich 55 betrachtet, daß die Drosselklappe wiederum bei ihrer die Bewegung der Drosselklappe bzw. des Stellmotors Pendelbewegung gerade nach links, also im Sinne einer umkehrt, wird auch das Getriebe 7 umgeschaltet. Die Drosselung der Luftzufuhr, verstellt wird. Die Temperatur Schaltvorrichtung 11 für den Stellmotor ist als Umkehr- wird hierbei ansteigen und der Kompensationsregler schalter ausgebildet und weist ein auf einem Kreisumfang beispielsweise den Kontakt 4 schließen. Der Nachstellzwischen zwei Anschlägen angeordnetes Schaltglied auf. 60 motor verdreht über das Vorgelege 6 und das Getriebe 7 Das Schaltglied ist beispielsweise der Hebel 16 eines die Anschläge der Schaltvorrichtung 11 nach links, so Kippumschalters, der in der einen Schaltlage den Stell- daß der Pendelbereich des Stellmotors und damit der motor 13 in der einen Drehrichtung und in der entgegen- Drosselklappe nach links verlagert wird. Dem Feuerraum gesetzten Schaltlage in umgekehrter Drehrichtung ein- wird hierdurch weniger Luft zugeführt, die Temperatur schaltet. Auf der Welle 8, die über das Getriebe 7 und das 65 steigt an und nähert sich dem Optimum. Vorgelege 6 vom Nachlaufmotor 5 gedreht wird, sind Im vorstehend beschriebenen Beispiel sind die Drehzwei Anschläge 17 und 18 befestigt, von denen der Hebel 16 richtung des Motors 5, die Kontakte 3 und 4 des Kompenaus der einen Endlage in die andere Endlage umgeschaltet sationsreglers und die steuerbare Schaltvorrichtung 9 werden kann. Infolge der beschriebenen Anordnung mit ihrem Umschalter 10 so aufeinander abgestimmt, daß führen der Stellmotor 13 und damit die Drosselklappe 14 70 in jeder beliebigen Stellung der Drosselklappe ein selbst-

tätiges Einlaufen der Regeleinrichtung auf den optimalen Temperaturwert im Feuerraum erfolgt. Bei einem Ansteigen der Temperatur schließt der Kompensationsregler den Kontakt 4, während bei fallender Temperatur der Kontakt 3 geschlossen wird. Der Nachstellmotor 5 bewegt hierbei im ersten Fall die Welle W nach links, d. h. mit einem dem Uhrzeigersinn entgegengesetzten Drehsinn, während im zweiten Fall bei Schließen des Kontaktes 3 eine Rechtsdrehung der Welle W erfolgt. Der Umschalter 10 und die elektromagnetisch steuerbare Schaltvorrichtung arbeiten nun in der Weise, daß bei einer Pendelbewegung der Drosselklappe nach links (schließen) der Drehsinn der Welle 8 der gleiche bleibt wie der der Welle W, während bei einer Pendelbewegung der Drossel nach rechts (öffnen) eine Umkehrung des Drehsinns erfolgt, d. h. die Laufrichtung der Welle 8 der der Welle W entgegengesetzt ist.

Da bei den meisten Anlagen eine Abweichung der Regelgröße vom Optimalwert nur in größeren Zeitabständen auftritt, kann es zweckmäßig sein, das Vorgelege 15 mit einer Vorrichtung zur periodischen Aussetzung der Pendelbewegung zu versehen. Eine solche Vorrichtung kann in einfacher Weise darin bestehen, daß ein Zahnrad des Getriebes nur auf einem Teil seines Umfanges mit einer Verzahnung versehen ist und daher nur zeitweise die in die Getriebe eingeleitete Bewegung auf den Abtrieb weitergegeben wird. Durch eine solche zeitweise Unterbrechung der Pendelbewegung wird die Abnutzung der miteinander im Eingriff stehenden Teile verringert und die Lebensdauer vergrößert.

Gemäß einer weiteren Abwandlung der Erfindung ist es auch möglich, an Stelle des Umschalters 11 mit nur zwei Schalterstellungen für Links- und Rechtslauf des Stellmotors einen Umschalter zu verwenden, der außerdem eine Mittelstellung aufweist. In der Mittelstellung bleibt der Motor stehen. Diese abgewandelte Anordnung läßt sich immer dann anwenden, wenn die Regelstrecke und der Meßfühler eine gewisse Trägheit aufweisen, d. h. wenn bei einer Veränderung des Stellgliedes erst nach Ablauf einer bestimmten Zeit eine Änderung des Meßwertes am Kompensationsregler auftritt. In diesem Fall tritt eine Verstellung der Drosselklappe nur dann auf, wenn der Meßwert sich ändert und über den Nachstellmotor eine Verdrehung der Welle 8 und damit eine Auslenkung des Umschalters 11 aus der Nullage erfolgt. Nach einer solchen Auslenkung läuft der Stellmotor dann in der eingeschalteten Richtung und verdreht die Drosselklappe sowie den Hebel 16 so lange, bis dieser wieder gegen einen Anschlag läuft und den Stellmotor ausschaltet. Der Einlaufvorgang des Stellgliedes auf den Optimalwert soll noch an einem Beispiel für die zuletzt erwähnte Ausführungsform der Erfindung erläutert werden. Der Optimalwert der Temperatur möge eingestellt und die Brücke des Kompensationsreglers im Gleichgewicht sein. Nachstellmotor 5 und Stellmotor 13 stehen still, und die Drosselklappe nimmt eine solche Lage ein, daß die optimale Luftmenge dem Feuerraum zugeführt wird. Die Zuordnung der Kontakte 3 und 4 zur Drehrichtung des Nachstellmotors und die des Schalters 11 zur Drehrichtung des Stellmotors sei die gleiche wie in den früheren Beispielen angenommen. Die Schaltvorrichtung 9 mit dem Umschalter 10 und das Getriebe 7 werden jedoch jetzt so eingestellt, daß bei einer Linksdrehung der Drosselklappe eine Richtungsumkehr zwischen den Drehbewegungen der Wellen W und 8 erfolgt, während bei Rechtsdrehung der Drosselklappe die Drehrichtung der Welle W mit der der Welle 8 übereinstimmt.

Es sei nun angenommen, daß beispielsweise die Zusammensetzung des Heizgases sich plötzlich ändert und eine größere Luftmenge für eine optimale Verbrennung erforderlich ist. Die Temperatur im Feuerraum sinkt ab, und die Brücke des Kompensationsreglers kommt aus dem Gleichgewicht, so daß der Kontakt 3 schließt und der Nachstellmotor die Welle W nach rechts dreht und den Sollwert nachstellt. Es sei angenommen, daß die Schaltvorrichtung 9 eine solche Lage einnimmt, daß die eingeführte Drehbewegung im gleichen Drehsinn am Ausgang des Getriebes weitergegeben wird. Der Hebel 16 läuft gegen den Anschlag 18 und wird aus seiner Nullage gekippt, so daß der Stellmotor eingeschaltet und die Drosselklappe nach rechts im Sinne einer größeren Luftzufuhr in Bewegung gesetzt wird. Die Temperatur steigt demnach an und nähert sich wieder ihrem optimalen Wert. Hatte der Umschalter 10 jedoch eine solche Stellung, daß die Bewegungsrichtung der Welle W der der Welle 8 entgegengesetzt ist, so wird die Schalteinrichtung 11 zunächst auf Linkslauf des Stellmotors und der Drosselklappe geschaltet. Beim Anlaufen des Motors 13 bzw. gleichzeitig mit der Verdrehung der Welle 8 wird der Umschalter 10 jedoch im Sinne einer Bewegungsumkehr des Getriebes betätigt, so daß die Drehrichtung der Welle 8 umgekehrt wird und der Anschlag 18 sich dem Hebel 16 vorzeitig nähert und die falsche Bewegungsrichtung der Drosselklappe beendet. Die Temperatur fällt nach einer durch die Trägheit des Regelvorganges bedingten Zeit nochmals etwas ab. Der Schalter 11 spricht wiederum an, da der Kompensationsregler durch Betätigung des Kontaktes 3 den Nachstellmotor bewegt hat. Der Stellmotor wird nunmehr im Sinne einer Rechtsdrehung, d. h. vergrößerter Luftzufuhr der Drosselklappe, in Bewegung gesetzt, so daß die Temperatur im Feuerraum ansteigt und sich dem optimalen Wert nähert.

Die Regeleinrichtung nach der Erfindung zeichnet sich gegenüber den bekannten Anordnungen durch einen sehr kleinen apparativen Aufwand und sehr geringe Störanfälligkeit aus. Es ist lediglich ein Stellmotor erforderlich, der die Einstellung des Stellgliedes und die Suchbewegung ausführt. Der Nachstellmotor muß nur die Kraft zur Betätigung der Schalteinrichtungen und die Reibung im Getriebe überwinden und kann daher sehr schwach bemessen sein. Gegenüber den bekannten Anordnungen, die zur Steuerung der Suchbewegung Schaltglieder verwenden, ergibt sich eine wesentliche Ersparnis dadurch, daß die relativ teueren und gelegentlich störanfälligen Zeitrelais mit Uhrwerk oder Synchronmotor entbehrlich werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Regeleinrichtung zur selbsttätigen Einregelung von Vorgängen, bei denen die das Ergebnis des Vorganges darstellende Größe in Abhängigkeit von der geregelten Größe einen Extremwert durchläuft, z. B. Verbrennungsvorgänge, chemische Reaktionen od. dgl. mit einem Regler, dessen Sollwert selbsttätig nachgestellt wird, wobei zur Auffindung des Extremwertes der Stellgröße eine Pendelbewegung (Suchbewegung) überlagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schalteinrichtung periodisch den Stellmotor in der einen und in der anderen Laufrichtung einschaltet und dadurch die Pendelbewegung des Stellgliedes veranlaßt, daß die gleiche oder eine weitere Schaltvorrichtung mit der gleichen Periode die Drehrichtung des Stelltriebes umkehrt und daß die Laufzeit des Stellgliedes in der einen oder der anderen Richtung vom Regler entsprechend der Regelabweichung mit Hilfe eines Nachstellmotors verlängert und damit die Mittelstellung des Stellgliedes verlagert wird.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Umkehrschalter für den Stell-

motor als Schaltvorrichtung mit einem auf einem Kreisumfang zwischen zwei gemeinsam verstellbaren Anschlägen angeordneten Schaltglied, eine Einstellung der Anschläge vom Nachstellmotor und des Schaltgliedes vom Stellmotor derart, daß jeweils beim Auflaufen des Schaltgliedes auf einen Anschlag die Umschaltung der Drehrichtung des Stellmotors erfolgt. 3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch einen Umkehrschalter mit Nullstellung in der mittleren Lage des Schaltgliedes.

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch ein Getriebe mit periodischer Unterbrechung der übertragenen Drehbewegung zwischen Stellmotor und Stellglied bzw. Schaltglied des Umkehrschalters.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 858 041;
Oppelt, Kleines Handbuch technischer Regelvorgänge, 1954, S. 318 und 319.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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