DE1192859B

DE1192859B - Pneumatic control device with manual / automatic switch

Info

Publication number: DE1192859B
Application number: DES69882A
Authority: DE
Inventors: Walter Leeder
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1960-08-11
Filing date: 1960-08-11
Publication date: 1965-05-13

Description

Pneumatische Regeleinrichtung mit Hand-Automatik-Umschalter Regeleinrichtungen, insbesondere solche der Verfahrenstechnik, sind gewöhnlich mit einer Hand-Automatik-Umschaltung ausgerüstet, damit bei unvorhergesehenen Betriebslagen, insbesondere Störungsfällen, der Regler abgeschaltet und die Stellglieder von Hand betätigt werden können. Bei pneumatischen Regeleinrichtungen wird der Stehdruck für das Stellglied mit Hilfe eines sogenannten Handstelldruckgebers erzeugt. Damit der Übergang von der einen Betriebslage in die andere stoßfrei erfolgt, muß bei Umschaltung auf Handbetrieb der Stehdruck des Handstelldruckgebers auf den vorhandenen Stelldruck des Reglers eingestellt werden. Beim Zurückschalten auf automatischen Betrieb muß umgekehrt der Stelldruck des Reglers mit Hilfe des Sollwertgebers auf den Stelldruck des Handstelldruckgebers gebracht werden. Zum Vergleich der Stelldrucke dienen gewöhnlich Doppelmanometer, deren Skalen übereinanderliegen, und der Abgleich wird so durchgeführt, daß die Zeiger beider Manometer übereinanderstehen. Nun stellt die für den Abgleich notwendige Zeit vielfach eine unerwünschte Verzögerung dar. Daher wird bei einer bekannten Regeleinrichtung nach der Umschaltung von Automatik- auf Handbetrieb der Stehdruck des Reglers automatisch mit dem Stehdruck des Handstelldruckgebers verglichen und von der Differenz dieser Drucke eine Nachlaufeinrichtung gesteuert, welche derart auf den Regler einwirkt, daß dieser den gleichen Stelldruck abgibt wie der Handstelldruckgeber. Es kann dann zu einer beliebigen Zeit auf den automatischen Betrieb zurückgeschaltet werden.Pneumatic control device with manual / automatic switch control devices, in particular those of process engineering are usually with a manual-automatic switchover equipped so that in the event of unforeseen operational situations, in particular malfunctions, the controller can be switched off and the actuators can be operated manually. at pneumatic control equipment is used to control the standing pressure for the actuator a so-called manual pressure transmitter generated. So that the transition from one Operating position in the other takes place bumplessly, must when switching to manual mode the standing pressure of the manual control pressure transmitter on the existing control pressure of the controller can be set. When switching back to automatic operation, the reverse must be done the signal pressure of the controller to the signal pressure of the manual pressure transmitter with the aid of the setpoint generator to be brought. Double manometers are usually used to compare the signal pressures, whose scales are on top of each other, and the adjustment is carried out in such a way that the Pointers of both pressure gauges are aligned. Now provides the necessary for the comparison Time is often an undesirable delay. Therefore, in a known Control device after switching from automatic to manual operation of the standing pressure of the controller is automatically compared with the standing pressure of the manual pressure transmitter and controlled by the difference between these pressures a follow-up device, which such the effect on the regulator is that it emits the same signal pressure as the manual pressure transmitter. It can then be switched back to automatic operation at any time will.

Soll dagegen z. B. im Falle einer Betriebsstörung das Stellglied nicht mehr von dem Regler, sondern von Hand gesteuert werden, so muß vor der Umschaltung zunächst der oben beschriebene Abgleich durchgeführt, d. h. der Stelldruck des Handstelldruckgebers auf den Stehdruck des Reglers gebracht werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch diesen Abgleich selbsttätig durchzuführen. Hierzu ist gemäß der Erfindung der Hand-Automatik-Umschalter als Getriebeumschalter ausgebildet, der in der Stellung >Hand« den Trieb der Nach-Laufeinrichtung mit dem Sollwertgeber des Reglers und in der Stellung »Automatik« mit dem Handstelldruckgeber kuppelt.Should, however, z. B. in the event of a malfunction, the actuator does not be controlled more by the controller, but by hand, so must before switching first the adjustment described above is carried out, d. H. the signal pressure of the manual pressure transducer brought up to the pressure of the regulator. The invention is based on the object also carry out this comparison automatically. For this purpose, according to the invention Manual-automatic switch designed as a gear switch that is in the position > Hand «the drive of the post-run device with the setpoint generator of the controller and in the "automatic" position couples with the manual pressure transmitter.

Als Nachlaufeinrichtung können elektrische oder pneumatische Stellglieder verwendet werden. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnung näher erläutert, für die eine rein schematische Darstellungsweise gewählt ist. Nach F i g. 1 wird dabei eine elektrische Nachlaufeinrichtung und nach F i g. 2 eine pneumatische Nachlaufeinrichtung verwendet. F i g. 3 zeigt einen pneumatischen Verstärker, der in Verbindung mit der Ausführung nach F i g. 2 eingeschaltet werden kann, wenn die Luftleistung des Handstelldruckgebers nicht ausreicht, um die Nachlaufeinrichtung unmittelbar zu versorgen. F i g. 4 stellt eine mögliche Ausbildungsform des Düsenprallplattensystems des Verstärkers nach F i g. 3 dar, die die Eigenschaft hat, in der Ruhelage keine Luft zu verbrauchen.Electric or pneumatic actuators can be used as follow-up devices be used. Embodiments of the invention are based on the drawing explained in more detail, for which a purely schematic representation is chosen. To F i g. 1 is an electrical follow-up device and according to FIG. 2 one pneumatic follow-up device used. F i g. 3 shows a pneumatic amplifier, which in connection with the embodiment according to FIG. 2 can be switched on when the air output of the manual pressure transmitter is not sufficient to control the overrun device to supply immediately. F i g. 4 illustrates one possible embodiment of the nozzle flapper system of the amplifier according to FIG. 3 represents, which has the property, none in the rest position To consume air.

Nach F i g. 1 ist mit 1 eine Regelstrecke bezeichnet, deren Regelgröße in einem Meßwertgeber 2 gemessen und im pneumatischen Regler 3 mit dem an einem Sollwertgeber 5 eingestellten Druckwert 4 verglichen wird, der dem Sollwert der Regelgröße entspricht. Der Regler 3 liefert im Ausgang einen Stelldruck 6, der über den Umschalter 7 in dessen gestrichelt eingezeichneter Stellung auf das Membranventil8 in der Regelstrecke übertragen wird. Steht der Umschalter 7 in der gezeichneten Lage, so wirkt der vom Handstelldruckgeber 10 am Einstellknopf 11 eingestellte Stelldruck 12 über den Umschalter auf das Membranventil8. Die bisher beschriebene Einrichtung stellt die übliche Ausbildung eines Hand-Automatik-Umschalters dar.According to FIG. 1, 1 designates a controlled system, the controlled variable of which is measured in a transducer 2 and compared in the pneumatic controller 3 with the pressure value 4 set on a setpoint transmitter 5, which corresponds to the setpoint of the controlled variable. The regulator 3 supplies a control pressure 6 at the output, which is transmitted to the diaphragm valve 8 in the control system via the switch 7 in its position shown in dashed lines. If the changeover switch 7 is in the position shown, the control pressure 12 set by the manual pressure transmitter 10 on the setting button 11 acts via the changeover switch on the diaphragm valve 8. The device described so far represents the usual design of a manual / automatic switch.

Nach der vorliegenden Erfindung wird nun der Reglerstelldruck 6 über die Leitung 13 und der Handstelldruck 12 über die Leitung 14 mit der Kammer 15 bzw. 17 eines Membranschalters 18 verbunden. Die Membran 16 dieses Schalters betätigt den Schalter 19 des Motors 21 der Nachlaufeinrichtung, wenn der Druck in der Kammer 17 überwiegt. Überwiegt dagegen der Druck in der - Kammer 15 des Membranschalters, so wird der Schalter 20 betätigt, und der Motor 21 läuft im umgekehrten Drehsinn. Der Motor 21 treibt nun über ein nur schematisch dargestelltes Getriebe ein Kupplungsrad 22, dessen Achse 23 in einer Gabel 24 derart gelagert ist, daß diese Gabel mit einem Hebel 26 um die Antriebsachse 25 des Motors 21 geschwenkt werden kann. Der Hebel 26 ist mit dem Umschalthahn 7 für die Stelldrucke mechanisch verbunden, derart, daß in der Stellung »Hand« das Kupplungsrad 22 mit einem auf der Achse des Sollwertgebers 5 befestigten Rad 27 gekuppelt ist. Die beiden Räder 22 und 27 können als Reibräder, Zahnräder oder auch als Schnecke und Schneckenrad ausgebildet sein. Auch andere bekannte Reibungskupplungen oder Umschaltgetriebe lassen sich verwenden. In der Stellung »Automatik«, wenn der Stelldruck des Reglers über den Umschalthahn 7 mit dem Membranventil 8 verbunden ist, wird das Kupplungsrad 22 mit einem auf der Achse des Handstelldruckgebers 10 befestigten Rad 28 gekuppelt.According to the present invention, the regulator control pressure 6 is now connected via the line 13 and the manual control pressure 12 via the line 14 to the chamber 15 and 17 of a membrane switch 18, respectively. The membrane 16 of this switch actuates the switch 19 of the motor 21 of the follow-up device when the pressure in the chamber 17 predominates. If, on the other hand, the pressure in the chamber 15 of the membrane switch predominates, the switch 20 is actuated and the motor 21 runs in the opposite direction of rotation. The motor 21 now drives a clutch wheel 22, the axis 23 of which is mounted in a fork 24 in such a way that this fork can be pivoted about the drive axis 25 of the motor 21 with a lever 26 via a gear mechanism (shown only schematically). The lever 26 is mechanically connected to the switching valve 7 for the set pressures in such a way that, in the "hand" position, the coupling wheel 22 is coupled to a wheel 27 attached to the axis of the setpoint generator 5. The two wheels 22 and 27 can be designed as friction wheels, gear wheels or as a worm and worm wheel. Other known friction clutches or shift gears can also be used. In the “automatic” position, when the control pressure of the regulator is connected to the diaphragm valve 8 via the switchover valve 7, the coupling wheel 22 is coupled to a wheel 28 attached to the axle of the manual control pressure transmitter 10.

In der gezeichneten Stellung des Umschalthahns 7 und der Kupplung 22 bis 26 wird das Stellglied 8 mit dem Handstelldruckgeber 10 am Einstellknopf 11 verstellt, und gleichzeitig wird der Stehdruck des Gebers 10 über die Leitung 14 mit dem Stelldruck 13 des Reglers im Membranschalter 18 verglichen. Stimmen beide Werte nicht überein, so wird der Schalter 19 oder 20 ansprechen, und der Motor 21, der das Kupplungsrad 22 antreibt, über das am Rad 22 anliegende Rad 27 des Sollwertgebers 5 den dem Sollwert des Reglers entsprechenden Druck so lange verstellen, bis der Stelldruck 6 des Reglers mit dem am Geber 10 eingestellten Stelldruck übereinstimmt. Es kann somit jederzeit stoßfrei auf die Stellung »Automatik« umgeschaltet werden.In the illustrated position of the Umschalthahns 7 and the coupling 22 to 26, the actuator is adjusted 8 with the hand actuating thruster 10 on the knob 11, while the withstand pressure of the encoder 10 is compared via the line 14 to the control pressure 13 of the regulator in the membrane switch 18th If the two values do not match, the switch 19 or 20 will respond, and the motor 21, which drives the clutch wheel 22, will adjust the pressure corresponding to the setpoint value of the controller via the wheel 27 of the setpoint generator 5 resting on the wheel 22 until the Signal pressure 6 of the controller corresponds to the signal pressure set on sender 10. This means that you can switch to the "Automatic" position at any time without bumps.

In dieser Stellung wiederum wird der Stehdruck des Reglers auf das Membranventil 8 geschaltet und das Kupplungsrad 22 mit dem Rad 28 des Handstelldruckgebers 10 gekuppelt. Jetzt wird der Stelldruck 12 des Handstelldruckgebers dem Reglerstelldruck nachgeführt, so daß wiederum jederzeit stoßfrei auf die Stellung »Hand« zurückgeschaltet werden kann.In this position, the regulator's standing pressure is applied to the Diaphragm valve 8 switched and the clutch wheel 22 with the wheel 28 of the manual pressure transmitter 10 coupled. Now the setting pressure 12 of the manual setting pressure transmitter becomes the control setting pressure tracked so that it is switched back to the "manual" position at any time without jolting can be.

In der schematischen Darstellung nach F i g. 2 sind mit Ausnahme der Elemente 15 bis 21 die gleichen Einrichtungen verwendet und mit denselben Bezugszeichen versehen. Der Stelldruck 6 des Reglers wird jedoch jetzt über eine Leitung 13 einer Ausströmdüse 29 und der Stelldruck 12 des Stelldruckgebers 10 über die Leitung 14 einer Ausströmdüse 30 zugeführt. Die beiden Düsen 29 und 30 wirken in entgegengesetztem Drehsinn auf die Schaufeln des Laufrades 31 einer Luftturbine. Stimmt der Druck in der Düse 29 mit dem in der Düse 30 überein, so wirkt auf das Laufrad 31 der Turbine das gleiche Drehmoment in entgegengesetzter Richtung, so daß die Turbine in der Ruhelage verbleibt. Das Laufrad 31 treibt über die Achse 25 ein nicht näher dargestelltes Getriebe und, wie im Beispiel der F i g.1, das Kupplungsrad 22 an.In the schematic representation according to FIG. 2, with the exception of elements 15 to 21, the same devices are used and given the same reference numerals. However, the control pressure 6 of the regulator is now fed to an outflow nozzle 29 via a line 13 and the control pressure 12 of the control pressure transmitter 10 is fed to an outflow nozzle 30 via the line 14. The two nozzles 29 and 30 act in opposite directions of rotation on the blades of the impeller 31 of an air turbine. If the pressure in the nozzle 29 corresponds to that in the nozzle 30, the same torque acts on the impeller 31 of the turbine in the opposite direction, so that the turbine remains in the rest position. The impeller 31 drives a gear, not shown in detail, via the axle 25 and, as in the example in FIG. 1, the clutch wheel 22.

Die Wirkungsweise stimmt mit der in F i g. 1 angegebenen überein. In der gezeichneten Stellung, wenn der Druck des Handstelldruckgebers 10 auf das Membranventil 8 wirkt, ist das Kupplungsrad 22 mit dem Rad 27 des Sollwertgebers 5 des Reglers 3 gekuppelt und bei einer Abweichung des Reglerstelldruckes vom Druck des Stelldruckgebers 10 überwiegt der Druck in der Ausströmdüse 29 oder 30, das Laufrad 31 wird in der einen oder anderen Drehrichtung angetrieben und verstellt über das Kupplungsrad 22 den Sollwert des Reglers, bis dessen Stelldruck mit dem Stelldruck des Gebers 10 übereinstimmt. Jetzt sind wieder die Drücke in den Düsen 29 und 30 einander gleich und das Laufrad 31 bleibt stehen.The mode of action agrees with that in FIG. 1 specified. In the position shown, when the pressure of the manual setting pressure transmitter 10 acts on the diaphragm valve 8 , the coupling wheel 22 is coupled to the wheel 27 of the setpoint generator 5 of the controller 3 and if the controller setting pressure deviates from the pressure of the setting pressure transmitter 10, the pressure in the outlet nozzle 29 predominates or 30, the impeller 31 is driven in one or the other direction of rotation and adjusts the setpoint of the controller via the clutch wheel 22 until its set pressure corresponds to the set pressure of the transmitter 10 . Now the pressures in the nozzles 29 and 30 are again equal to one another and the impeller 31 stops.

Wenn die Luftleistung des Handstelldruckgebers nicht ausreicht, um die Ausströmdüse 30 zu versorgen, kann beispielsweise der in F i g. 3 dargestellte pneumatische Verstärker eingeschaltet werden. Dieser Verstärker wirkt als pneumatischer Schalter ähnlich wie der Membranschalter in F i g. 1. Die Leitung 13, die den Reglerstelldruck führt, wird an den Rohrstutzen 43, die Leitung 14, die den Stehdruck des Gebers 10 führt, an den Rohrstutzen 44 im unteren Teil des Gehäuses 33 angeschlossen. Innerhalb des Gehäuses sind die Bälge 34, 35 und 36 so angeordnet, daß sie gegeneinander auf eine gemeinsame Zwischenwand 39 wirken, die gleichzeitig als Prallplatte zur Aussteuerung der Düsen 37 und 38 dient. Dem Innenraum des Balges 35 wird über den Anschluß 32 Zuluft aus der pneumatischen Druckversorgung zugeführt, die über eine Bohrung 40 in der Zwischenwand 39 auch in den Innenraum des Balges 36 gelangen kann. Die Düse 37 ist mit der Ausströmdüse 29 und die Düse 38 mit der Ausströmdüse 30 am Laufrad 31 der Turbine verbunden. Der Stelldruck des Reglers wirkt über den Anschluß 43 auf die ringförmige Fläche der Zwischenwand 39 zwischen den Bälgen 34 und 35, während der Stelldruck des Handstelldruckgebers 10 über den Anschluß 44 auf eine gegenüberliegende gleiche Ringfläche der Zwischenwand 39 wirkt. Stimmen beide Drucke überein, so steht die Wand 39 in der Mitte zwischen den Düsen 37 und 38, so daß die gleiche Luftmenge in die Düsen 37 und 38 eintritt und zu den Ausströmdüsen 29, 30 gelangt. In beiden Düsen stellt sich derselbe Luftdruck ein. Nähert sich dagegen die Zwischenwand 39 beispielsweise der Düse 38, so ist vor der Mündung dieser Düse ein größerer Strömungswiderstand vorhanden als vor der Mündung der Düse 37, so daß in die Düse 38 weniger Luft eintritt und dort ein geringerer Druck als in der Düse 37 herrscht. Der gleiche Druckunterschied stellt sich auch in den Düsen 29 und 30 ein, und das Laufrad der Luftturbine wird angetrieben.If the air output of the manual pressure transducer is not sufficient to supply the discharge nozzle 30, for example the one shown in FIG. 3 illustrated pneumatic amplifier are switched on. This amplifier acts as a pneumatic switch similar to the membrane switch in FIG. 1. The line 13, which carries the regulator control pressure, is connected to the pipe socket 43, and the line 14, which carries the standing pressure of the encoder 10, is connected to the pipe socket 44 in the lower part of the housing 33. Inside the housing, the bellows 34, 35 and 36 are arranged in such a way that they act against one another on a common intermediate wall 39, which at the same time serves as a baffle plate for controlling the nozzles 37 and 38. The interior of the bellows 35 is supplied via the connection 32 with supply air from the pneumatic pressure supply, which can also reach the interior of the bellows 36 via a bore 40 in the intermediate wall 39. The nozzle 37 is connected to the discharge nozzle 29 and the nozzle 38 is connected to the discharge nozzle 30 on the impeller 31 of the turbine. The control pressure of the regulator acts via the connection 43 on the annular surface of the partition 39 between the bellows 34 and 35, while the control pressure of the manual pressure transducer 10 acts via the connection 44 on an opposite, identical annular surface of the partition 39. If the two pressures match, the wall 39 is in the middle between the nozzles 37 and 38, so that the same amount of air enters the nozzles 37 and 38 and reaches the outflow nozzles 29, 30. The air pressure is the same in both nozzles. If, on the other hand, the partition 39 approaches the nozzle 38, for example, there is a greater flow resistance in front of the mouth of this nozzle than in front of the mouth of the nozzle 37, so that less air enters the nozzle 38 and there is less pressure than in the nozzle 37 . The same pressure difference is also established in the nozzles 29 and 30, and the impeller of the air turbine is driven.

Die als Prallplatte wirkende Zwischenwand 39 kann nach F i g. 4 mit einer Prallplattenanordnung versehen werden, die in der Mittelstellung der Zwischenwand 39 beide Düsen 37 und 38 abschließt, so daß keine Luft verbraucht wird. Hierzu sind nach F i g. 4 auf die Zwischenwand 39 Prallplatten 41, 42 aufgesetzt, die nach außen federn. Der Federweg wird durch Anschläge 45 und 46 begrenzt. Der Abstand der Düsen 37 und 38 von der Zwischenwand 39 wird so eingestellt, daß in deren Mittelstellung die Prallplatten 41,42 gerade die Öffnungen der Düsen 37, 38 verschließen.The intermediate wall 39, which acts as a baffle plate, can according to FIG. 4 with a baffle arrangement are provided, which in the middle position of the partition 39 closes off both nozzles 37 and 38 so that no air is consumed. These are according to FIG. 4 placed on the intermediate wall 39 baffle plates 41, 42, the outward feathers. The spring travel is limited by stops 45 and 46. The distance between the nozzles 37 and 38 of the intermediate wall 39 is adjusted so that in its central position the baffle plates 41, 42 just close the openings of the nozzles 37, 38.

Claims

Claims: 1. Pneumatic control device with a manual / automatic switch, which in manual mode switches off the signal pressure at the output of the controller and with a Compare the signal pressure of the controller with the signal pressure of the manual pressure transmitter Device as well as a follow-up device controlled by the difference between these pressures, by the fact that the manual-automatic switch as Gear selector switch is designed which, in the "hand" position, drives the overtravel device with the setpoint generator of the controller and in the "Automatic" position with the manual pressure transmitter clutch.

2. Pneumatic control device according to claim 1, characterized by a membrane switch with a differential pressure membrane as a comparison device, which switches an electric motor as a follower device and one mechanically as well Friction or gear clutch connected to the manual / automatic switch.

3. Pneumatic Control device according to claim 1, characterized in that the control pressure and the set pressure of the manual set pressure transducer each feed a discharge nozzle that the Exhaust nozzles in the opposite direction on the blades of an air turbine act and the air turbine as a follow-up device via the manual-automatic switch connected clutch drives the pressure transducer to be adjusted.

4. Pneumatic control device according to claim 3, characterized in that the discharge nozzles one of the difference a pneumatic amplifier is connected upstream of the signal pressure.

5. Pneumatic Control device according to Claim 4, characterized in that in the pneumatic amplifier two nozzles, each of which is connected to a nozzle on the air turbine, one face controlled baffle plate arrangement according to the difference in the set pressures.

6. Pneumatic control device according spoke 5, characterized in that the Impact plate arrangement cooperates resiliently with the nozzles in such a way that in the central position each nozzle is closed by an opposing baffle plate. Into consideration printed publications: German Patent No. 964 997; German utility model No. 1776 226.