DE1698596C

DE1698596C - Pneumatic positioner

Info

Publication number: DE1698596C
Authority: DE
Inventors: Gerhard 6000 Frankfurt Klee
Original assignee: Samson Apparatebau AG
Current assignee: Samson Apparatebau AG
Publication date: 1971-12-30

Description

1 2 ^*1 2 ^ *

Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Stel- zwar zeigt die einzige Abbildung teils perspektivisch,The invention relates to a pneumatic position, although the single figure shows partly in perspective,

lungsregler für Ventile oder dergleichen Stellglieder teils schematisch einen pneumatischen Stellungsreglertreatment controller for valves or similar actuators partly schematically a pneumatic positioner

mit Rückführung des Stellwegs auf den einen Teil für ein Ventil od. dgl.od with return of the travel to one part for a valve.

eines Düsii/Prallplatte-Verstärkers, dessen anderer Zur Übertragung der Führungsgröße (u>) wird Teil von einem pneumatischen Führungsgrcßenglied 5 Preßluft verwendet, die durch eine Leitung 12 zu-of a nozzle / flapper amplifier, the other of which is used to transmit the reference variable (u>) Part of a pneumatic guide variable element 5 uses compressed air, which is supplied through a line 12

über einen Druck/Weg-Umformer gesteuert ist, wo- geführt wird und deren Druck vorzugsweise demis controlled via a pressure / displacement converter, where is performed and the pressure is preferably the

bei der Übertragungsbeiwert des vom Verstärker ab- Einheitssignaldruck von 0,2 ... 1 atü entsprechenat the transfer coefficient correspond to the standard signal pressure of 0.2 ... 1 atü from the amplifier

gegebenen Stelldrucks durch eine dem Verstärker soll. Zur Umwandlung des Luftdruckes in einen Weggiven signal pressure by one of the amplifier. To convert the air pressure into a path

vorgeschaltete änderbare Übersetzung einstellbar ist. dient ein Metallbalg 13, welcher z. B. durch eineupstream changeable translation is adjustable. serves a metal bellows 13, which z. B. by a

Es ist eine druckmittelbetriebene Regeleinrichtung io Biegefeder 14 gefesselt ist. An dem beweglichenIt is a pressure-medium-operated control device io spiral spring 14 is tied up. On the moving one

bekannt, die zwei Einstellvoirichtungen für den Über- Teil 1 des Metailbalges 13 ist ein verdrehbarer undknown, the two setting devices for the over part 1 of the Metailbalges 13 is a rotatable and

tragungsbeiwert (P-Bereich) vorsieht, mit einer ersten verstellbarer Hebel 8 geLgert, dessen freies Ende dasCarrying factor (P range) provides, with a first adjustable lever 8, the free end of which the

Rückführung am Stelldruckverstärker und einer zwei- Führungsgrößenglied trägt, welches im Ausführungs-Feedback on the signal pressure booster and a two-reference variable element, which in the execution

ten Rückführung am Meßdrucksystem. Abgesehen beispiel aus einem Stift 2 besteht. Bei steigendemth feedback on the measuring pressure system. Apart from example of a pin 2 consists. With increasing

davon, daß die bekannte Regeleinrichtung wegen 15 Luftdruck in der Leitung 12 und im Inneren desfrom the fact that the known control device because of 15 air pressure in the line 12 and inside the

pneumatischen Kurzschlusses in der dargestellten Metallfederbalges 13 bewegt sich der Stift 2 nachPneumatic short circuit in the metal spring bellows 13 shown, the pin 2 moves

Schaltung nicht funktionsfähig ist, liegt dem An- oben. Somit ist die Lage des Stiftes 2 ein Maß fürCircuit is not functional, is up. Thus, the position of the pin 2 is a measure of

meldungsgegenstami die Aufgabe zugrunde, einen den Wert der Führungsgröße.meldungsgegenstami the task is based on the value of the reference variable.

Stellungsregler der eingangs genannten Art mit einer Die Regelgröße (*), die bei einem »Stellungsregler« Einrichtung zu versehen, mit deren Hilfe die bei den ao durch die Stellung des Stellantriebs, also bei einem bekannten Stellungsreglern nur geringfügig veränder- Ventil durch die Ventilstellung gegeben und mit der liehe Gesamtverstärkung des Reglers auf einfache ersten Rückführgröße identisch ist, wird über einen Weise den dynamischen Verhältnissen des Stellgliedes Hebel 6 und eine mit demselben verbundene, drehin weitem Bereich angepaßt werden kann. bar gelagerte Trägerwelle 7 in eine DrehbewegungPositioner of the type mentioned above with a The controlled variable (*), which in a »positioner« To provide device with the help of which the ao by the position of the actuator, so with a known positioners only slightly changeable- given by the valve position and with the valve Liehe overall gain of the controller is identical to a simple first feedback variable, is via a Way the dynamic conditions of the actuator lever 6 and one connected to the same, Drehin can be adjusted over a wide range. bar mounted carrier shaft 7 in a rotary movement

Hierbei ist unter einem »Stellungsregler« im Sinne 25 eines Steuerdüsenträgers 15 umgewandelt. Auf dievon DIN 19 226, Ausgabe Mai 1968, ein nach Auf- sem Träger 15 ist eine Auslaßsteuerdüse 16 angebau und Funktion abgeschlossenes, meist als Ganzes ordnet, die aus einer Druckluftzuleitung 17 über eine auswechselbares »G.-r-it« zu verstehen, das außer Festdrossel 5 mit Zuluft gespeist wird Mit der dem »Vergleichen für die Summierung von Regel- Steuerdüse 16 arbeitet eine Prallplatte 4 zusammen, größe und Führungsgrößo wvitere ,vesentliche Bau- 30 die um eine Achse 18 des gabelförmigen Teiles des glieder enthält, wie Signalumformer und Verstärker, Trägers 15 drehbar gelagert ist und die unter der ferner eine die Stellung Jcs Stellantriebs als Regel- Wirkung einer Feder stehen kann. Jenseits der Drehgröße erfassende Rückführung (vgl. hierzu Oppelt, achse 18 ist an zwei vorspringenden Armen der Prall-Kleines Handbuch technischer Regelvorgänge, 1956, platte 4 ein Abtastlineal 3 befestigt, welches sich quer S. 70, Abs. I, und S. 71, Tafel 11,4. 35 zur Drehachse der Trägerwelle 7 und des Trägers 15Here, under a “positioner” in the sense of 25, a control nozzle carrier 15 is converted. On the of DIN 19 226, May 1968 edition, an outlet control nozzle 16 is attached to an on-sem carrier 15 and function completed, usually as a whole, which is arranged from a compressed air supply line 17 via a To understand exchangeable »G.-r-it«, which is fed with supply air in addition to the fixed throttle 5 the »comparison for the summation of control nozzle 16, a baffle plate 4 works together, size and guide size wvitere, essential construction 30 around an axis 18 of the fork-shaped part of the contains members, such as signal converter and amplifier, support 15 is rotatably mounted and under the furthermore, the position of the actuator can stand as a regulating effect of a spring. Beyond the turning size Detecting return (cf. Oppelt, axis 18 is on two protruding arms of the small impact Handbook of technical control processes, 1956, plate 4 a scanning ruler 3 attached, which is transverse P. 70, Para. I, and P. 71, Plate 11.4. 35 to the axis of rotation of the support shaft 7 and the support 15

Die erwähnte Aufgabe wird erfmdungsgemäß da- erstreckt. Auf diese Weise wird die i^!ber den Hebel 6The mentioned object is extended according to the invention. In this way the i ^! Via the lever 6

durch gelöst, daß der Stelldruck, der außer dem Stell- eingegebene, im allgemeinen als lineare Bewegungsolved by that the control pressure, which is entered in addition to the control, generally as a linear movement

antrieb des Stellgliedes einem Druckumformer mit vorliegende Regelgröße in eine SchwenkbewegungThe actuator is driven by a pressure transducer with the controlled variable present in a swivel movement

einstellbarer Übersetzung als zusätzlicher Rückfüh- des Abtastlincals 3 umgewandelt, welches die Prall-adjustable translation converted as an additional return of the scanning line 3, which the impact

runp zugeführt ist, mechanisch an dem von der Füh- 4· platte 4 betätigt. Die Bewegung wird von der ge-runp is fed, mechanically actuated by the guide 4 · plate 4. The movement is controlled by the

rungsgröße betätigten Druck Weg-Umformer, auf samten Steuerdüse mitgemacht. An die Druckluft-size actuated pressure transducer, participated on the entire control nozzle. To the compressed air

dessen Stellkraft einwirkend, angreift. zuleitung 17 vor der Drossel 5 und an die von derwhose actuating force acts. supply line 17 in front of the throttle 5 and to that of the

Die zusätzliche Rückführung ermöglicht eine weit- Drossel 5 zur Steueidüse 16 führende Leitung 19 istThe additional return enables a wide throttle 5 leading to the control nozzle 16 line 19 is

gehende Variation des P-Bcrcichs, also der inneren ein Leistungsverstärker 20 angeschlossen, der dengoing variation of the P-Bcrcichs, so the inner a power amplifier 20 connected to the

Verstärkung, und paßt so die Gesamtverstärkung des 45 Kaskadendruck in der Leitung 19 verstärkt. DerGain, and so adjusts the overall gain of the 45 cascade pressure in line 19 is amplified. the

Stelhingsrcglcrs in der gewünschten Weise den jewei- Druck im Ausgang 21 des Verstärkers 20 bildet dieStelhingsrcglcrs in the desired manner the respective pressure in the output 21 of the amplifier 20 forms the

ligen dynamischen Verhältnissen und Arbeitsbedin- Stellgröße (>·) des Reglers, welche auf den Stell-ligen dynamic conditions and working conditions manipulated variable (> ·) of the controller, which are based on the

gimgcn des Stellgliedes in vorteilhafter Weise an. Da antrieb des Ventils wirkt.gimgcn of the actuator in an advantageous manner. Because the valve is driven.

tier vom Luftdruck der Stellgröße beaufschlagte Die zusätzliche Rückführung besteht aus einemtier acted upon by the air pressure of the manipulated variable The additional feedback consists of one

Druckumformer der zusätzlichen Rückführung aus 50 Druckumformer 9 mit einem Membran- oder BaIg-Pressure transducer of the additional feedback from 50 pressure transducers 9 with a diaphragm or ball valve

cinem Membran- oder Ijalgorpan besteht, erfolgt die organ, auf welches über cmc Abzweigung des Vcr-cinem membrane or Ijalgorpan is made, the organ to which via cmc branching of the Vcr-

Veriindcruiip der inneren Verstärkung ohne Einfluß Stärkerausganges 21 der Stcllgrößendruck wirkt. DieVeriindcruiip of the internal reinforcement without influence of strength output 21 the size pressure acts. the

auf die I.uftleistuii;; des Stellungsreglcrs. Kraft dieses Druckumformers 9 drückt auf einen He-on the I.uftleistuii ;; of the positioner. Force of this pressure converter 9 presses on a He-

Die Übertragung der Kraft dos Druckumformers bei 10 und wirkt über diesen Hebel auf den bewegauf den Druck Weg-Umformer der Iülmingsgröße 55 !'dien Teil 1 des Metallfederbalges 13 und damit auf geschieht gemäß einer einfachen und vorteilhaften dessen Stellkraft ein. Auf diese Weise wird die Stell-Ausführungsform der Erfindung mittels eines von größe zu der Führungsgröße nach Umformung der dem Membran- oder Balgorgan des Druckumfor- entsprechenden Drücke in mechanische Großen hinmers betätigten Hebelarmes, welcher verstellbar, zuaddiert. Durch Verdrehung des Hebels 10 kann vorzugsweise verdrehbar Über dem beweglichen Teil 60 die Größe der Rückführung eingestellt werden. Daeincs Balg- oder Membrankörpers des Druck/Weg- durch kann die Gesamtverstärkung des Stellungs-Umformers angeordnet ist, dessen Bewegungen von regiere bzw. der P-Bereich des Oerätes variiert und einem mit ihm verbundenen Hebelarm auf das FUh- den dynamischen Verhältnissen des Stellgliedes usw. rungsgrößenglicd übertragen werden. Weitere vorteil- angepaßt werden. The transmission of the force dos pressure transducer at 10 and acts via this lever on the moving on the pressure displacement transducer of the Iülmings size 55! 'Serving part 1 of the metal spring bellows 13 and thus on happens according to a simple and advantageous actuating force. In this way, the actuating embodiment of the invention is added by means of an adjustable lever arm which is actuated from size to the reference variable after conversion of the pressures corresponding to the diaphragm or bellows member of the Druckumfor- into mechanical sizes. By rotating the lever 10, the size of the return can preferably be adjusted in a rotatable manner via the movable part 60. Since a bellows or diaphragm body of the pressure / path through, the overall reinforcement of the position converter is arranged, whose movements of govern or the P range of the device varies and a lever arm connected to it on the dynamic conditions of the actuator etc. rungs Größeglicd be transferred. Further advantages can be adjusted.

hafte Merkmale der Erfindung sind in der nächste- 63 Der Hebel 8 ist derart verdrehbar, daß der An- The following features of the invention can be found in the next- 63 The lever 8 can be rotated in such a way that the

henden Beschreibung näher erläutert. griffspunkt des Stiftes 2 an dem Abtastlineal 3 längs detailed description. grip point of the pin 2 on the scanning ruler 3 lengthways

In der Zeichnung ist die Erfindung in einer Aus- des Abtastlineals verschoben werden kann. Außer· In the drawing, the invention can be moved in one off of the scanning ruler. Except·

fühllior.sform beispielsweise veranschaulicht, und dem* kann der Hebel 8 mitsamt dem Stift 2 mit Hilfe sinnlior.sform illustrated, for example, and the * the lever 8 together with the pin 2 with the help

i 688 596i 688 596

einer Einstellschraube Il auf- und abwärls bewegt werden, um den Nullpunkt der Einrichtung verstellen zu können.an adjusting screw II moved up and down in order to be able to adjust the zero point of the device.

Die Wirkungsweise des vorstehend beschriebenen pneumatischen Stellungsreglers ist folgende:The pneumatic positioner described above works as follows:

Die durch die Bewegung einer in der Zeichnung nicht näher dargestellten Ventilspindel gegebene lineare Bewegup2 (Regelgröße) wird von dem Hebelarm 6 in eine Drehbewegung der Trägerwelle 7, des Steuerdiisenträgers 15 und des Abtastlineals 3 umgewandelt. Die vom Ausgang 21 des Leistungsverstärkers 20 erzeugte Stellgröße möge hierbei so auf den Stellantrieb der Ventilspindel wirken, daß die Ventilspindel mit steigendem Druck der Stellgröße eine abwärtsgehende Bewegung macht.The linear given by the movement of a valve spindle not shown in detail in the drawing Movement2 (controlled variable) is controlled by the lever arm 6 converted into a rotary movement of the carrier shaft 7, the control diaphragm carrier 15 and the scanning ruler 3. The manipulated variable generated by the output 21 of the power amplifier 20 may in this case be as follows the actuator of the valve spindle act that the valve spindle with increasing pressure of the manipulated variable makes a downward movement.

Es sei nun angenommen, daß sich die in Form eines Luftdruckes an der Leitung 12 anliegende Führungsgröße schlagartig erhöht, wodurch sich infolge der Kippbewegung des beweglichen Teiles 1 des Metallbalges 13 und des Hebels 8 der St'ft 2 uai ein bestimmtes Maß nach oben bewegt. Dadurch wird die Steuerdüse 16 von der zweckmäßig unter Federwirkung stehenden Prallplatte 4 abgedeckt, wodurch der Druck in den Leitungen 19 und 21 steigt. Diese Änderung der Stellgröße am Verstärkerausgang 21 bewirkt, da es sich um einen steigenden Druck handelt, daß sich die Ventilspindel abwärts bewegt, wodurch die Trägerwelle 7 von dem Hebelarm 6 in eine Rechtsdrehung versetzt wird. Diese Bewegung findet so lange statt, bis das Abtastlineal 3 von dem Stift 2 etwas herabgedrückt wird. Dadurch wird die Prallplatte 4 von der Mündung der Steuerdüse 16 abgehoben bzw. weiter entfernt. Infolgedessen sinkt der Druck in der Leitung 19, und der Stellgrößendruck am Verstärkerausgang 21 nimmt wieder ab, bis sich ein Gleichgewichtszustand einstellt.It is now assumed that the reference variable present in the form of an air pressure on the line 12 is abruptly increased, as a result of the tilting movement of the movable part 1 of the metal bellows 13 and lever 8 of the post 2 uai moved up a certain amount. As a result, the control nozzle 16 is expediently under spring action standing baffle plate 4 covered, whereby the pressure in the lines 19 and 21 increases. This A change in the manipulated variable at amplifier output 21 causes the pressure to rise, that the valve stem moves downward, whereby the support shaft 7 of the lever arm 6 in a Clockwise rotation is offset. This movement takes place until the scanning ruler 3 moves away from the pen 2 something is depressed. As a result, the baffle plate 4 is lifted from the mouth of the control nozzle 16 or further away. As a result, the pressure in the line 19 drops, and so does the manipulated variable pressure at the amplifier output 21 decreases again until a state of equilibrium is established.

Die Zi jrdnung Führungsgröße zu Regelgröße (Ventilstellung) kann durch Verdrehen des Hebels 8 und die dadurch bewirkte Verschiebung des Angriffspunktes des Stiftes 2 an dem Abtastlincal 3 verstellt werden. Wenn der Stift 2 über die Mitte des Abtastlineals 3 hinweg auf die andere Seite der Drehachse der Trägerwelle 7 bewegt wird, so erfolgt eine Vorzeichenumkehr zwischen Führungsgröße und Regelgröße. Eine derartige Umkehrung ist z. B. erforderiich, wenn das Gerät einmal zur Betätigung eines öffnungsventils, welches z. B. bei steigendem Druck öffnet, und zum anderen zur Betätigung eines Schließventilr·, welches z. B. bei steigendem Druck abschließt, verwendet werden soll.The assignment of the reference variable to the controlled variable (Valve position) can be achieved by turning the lever 8 and the resulting displacement of the point of application of the pin 2 on the scanning lens 3 can be adjusted. When the pin 2 is over the center of the Scanning ruler 3 is moved away to the other side of the axis of rotation of the carrier shaft 7, then a Reversal of sign between reference variable and controlled variable. Such a reversal is e.g. B. required when the device once to operate an opening valve, which z. B. with increasing pressure opens, and on the other hand to actuate a closing valve, which z. B. completes with increasing pressure, should be used.

Gegebenenfalls kann es auch erwünscht oder erforderlich sein, die Vorzeichen zwischen Steligröße und Regelgröße auf anders Weise verändern bzw. umkehren zu können. Dies wird einfach dadurch erreicht, daß die Trägerwelle 7 um 180° gedreht wird, so daß der Stift 2 nunmehr von unten an dem Abtastlineal 3 angreift. Dadurch werden sämtliche Möglichkeiten der Vorzeichenumkehrungen zwischen Führungsgröße, Stellgröße und Regelgröße mit einfachen Mitteln erzielt. Ebenso kann, wie bereits gesagt, die Gesamtverstärkung des Stellungsreglers stufenlos verstellt und variiert werden.If necessary, it may also be desirable or necessary to change the sign between the actuator size and to be able to change or reverse the controlled variable in a different way. This is achieved simply by that the carrier shaft 7 is rotated by 180 °, so that the pin 2 is now from below on the scanning ruler 3 attacks. Thereby all possibilities of sign reversals between Reference variable, manipulated variable and controlled variable achieved with simple means. As already said, the overall gain of the positioner can be continuously adjusted and varied.

Claims

Patent claims:

1. Pneumatic positioner for valves or similar actuators with feedback of the steep path to one part of a nozzle / baffle plate amplifier, the other part of

ίο a pneumatic reference variable a pressure / displacement converter is controlled, the transfer coefficient of the output from the amplifier The signal pressure can be adjusted by a changeable transmission upstream of the amplifier

so is characterized in that the Control pressure Cy), which in addition to the actuator of the actuator a pressure transducer (9) with adjustable Translation (10) is fed as an additional return, mechanically to that of

he pressure / Wcg converter (13 ) actuated by the reference variable (w) acts on its actuating force.

2. Positioner according to claim 1, characterized in that the transmission of the force

of the pressure transducer (9) to the pressure / displacement transducer (13) of the reference variable by means of a the lever arm (10) actuated by the diaphragm or bellows element of the pressure transducer takes place, which is adjustable, preferably rotatable about

the movable part (1) of a bellows or membrane body (13) of the pressure / displacement Unformcrs arranged is whose (1) movements from a lever arm (8) connected to it on the reference variable element (2) transferred.

3. Positioner according to claim 1 and 2, characterized in that the the reference variable member (2) supporting lever arm (8) displaceable or rotatable on the moving part (1) of the bellows or diaphragm body (13) of the pressure /

Position converter stored and the reference variable element (2) along one of the translation glicd forming scanning ruler (3) is adjustable.

4. Positioner according to claim 1 to 3, characterized in that the point of application of the

jo control variable element (2) on the scanning ruler (3) by twisting a supporting, to the actuator by means of lever (6) hinged carrier shaft (7) by 180 ° from the top the underside of the scanning ruler (3) can be moved.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings