DE2358100C3 - Regeleinrichtung mit einem ein integrierendes Glied aufweisenden Regler und diesem nachgeschalteten Kippverstärker - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung mit einem ein integrierendes Glied aufweisenden Regler und diesem nachgeschalteten Kippverstärker, bei der ferner dem Regler ein Istwertgeber zugeordnet und der Ausgang des Kippverstärkers über eine Koppelstrecke im Sinne einer Rückführung des Reglers in seine Null-Lage mit dem Eingang des Reglers verbunden ist.

Eine solche Regeleinrichtung ist durch die DT-AS 11 49 440 bekannt. Bei dieser Regeleinrichtung geht es darum, unnötige Stellbefehle bei periodisch auftretenden Störgrößen, z. B. Oberwellenüberlagerungen, zu vermeiden. Bei der bekannten Regeleinrichtung wird somit jeweils erst dann ein Stellbefehl ausgelöst, wenn ein vorgegebenes Zeitintegral des Regelfehlers die An- ^so sprechgrenzen einer Kippstufe überschreitet.

Eine solche Regeleinrichtung ist jedoch nicht ohne weiteres für die Regelung eines Wickelantriebes, wie er aus der »Siemens-Zeitschrift« 1973, S. 284 bis 286 bekannt ist, verwendbar, bei Wickelantrieben müssen insbesondere sehr kleine Regelfehler sofort ausgeregelt werden. Es kann daher nicht das Überschreiten eines bestimmten Zeitintegrals des Regelfehlers abgewartet werden, bis ein Stellbefehl abgegeben wird. Ferner besteht bei solchen Wickelantrieben das Problem, daß bei ^b0 einer Störung an dem als Istwertgeber vorgesehenen Winkelstellungsgeber, z. B. bei einem Riß des Wickelgutes, der Regler durch das integrierende Glied voll aufgesteuert und damit der Motor beim nachfolgenden Wiederanfahren voll beschleunigt wird, wodurch es zu ^6<i einem erneuten Riß des Wickelgutes kommen kann. Das gleiche Problem tritt auch auf, wenn die Regeleinrichtune zeitlich vor dem Antriebsmotor der Wickeleinrichtung eingeschaltet wird. In diesem Falle wird der Regler ebenfalls voll aufgesteuert, so daß bei einer Einschaltung des Antriebsmotors dieser dann voll beschleunigt wird und dadurch ebenfalls die Gefahr eines Wickeigutrisses besteht.

Um ein derartiges Aufsteuern der Regeleinrichtung in einem Störungsfalle zu verhindern, hat man das integrierende Glied im Störungsfalle kurzgeschlossen. Darüber hinaus muß auch das proportionale Glied des Reglers kurzgeschlossen werden, da sonst nach einem Kurzschließen des integrierenden Gliedes die Regeleinrichtung durch das proportionale Glied voll aufgesteuert wird. Das Kurzschließen des integrierenden Gliedes muß über einen potentialfreien Schaltkontakt erfolgen, was mit einem erheblichen Schaltungsaufwand verbunden ist, insbesondere, wenn das Kurzschließen mit Hilfe von elektronischen Schaltelementen erfolgen soll. .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung mit einem ein integrierendes Glied aufweisenden Regler und diesem nachgeschalteten Kippverstärker so auszubilden, daß einerseits ein schnelles Ausregeln von Regelfehlern möglich -ind andererseits ein volles Aufsteuern des Reglers bei einer Störung am Istwerijeber vermieden ist.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt bei einer Regeleinrichtung der eingangs beschriebenen Art nach der Erfindung dadurch, daß die Koppelstrecke über ein bei einer Störung am Istwertgeber von dem leitenden in den nichtleitenden Zustand umsteuerbares Schaltelement mit Nullpotential verbunden ist, und der Kippverstärker so ausgelegt ist, daß sein Ausgangssignal größer als das maximale Signal des Istwertgebers ist.

Durch die DT-AS 12 55 181 ist schon eine Regeleinrichtung bekannt, bei der ein volles Aufsteuern des Reglers beim Ausbleiben des Istwertes verhindert wird. Dies wird dadurch erreicht, daß beim Ausbleiben des Istwertes ein von einer unabhängigen Versorgungsquelle gespeister Sollwerteinsteller wirksam wird. Der Regler wird dann bis zu dem von dem Sollwerteinsteller vorgegebenen Wert aufgesteuert. Um mit dieser Regeleinrichtung beispielsweise einen bei Wickelantrieben notwendigen sanften Anlauf eines Motors zu erreichen, müßte der Sollwerteinsteller in jedem Störungsfall bis auf den Wert Null zurückgestellt werden. Damit würde der durch die gesonderte Versorgungsquelle bereits vorhandene technische Aufwand weiter erhöht.

Eine weitere, durch die DT-AS 10 41 578 bekannte Regeleinrichtung arbeitet ähnlich. Der für den Regler erforderliche Istwert wird an einem entfernt liegenden Verbraucher mittels Meßleitungen abgegriffen. Tritt an den Meßleitungen eine Störung, z. B. Leiterbruch, auf, dann wird der Istwert vom Reglerausgang abgenommen. Dadurch wird verhindert, daß der Regler voll aufgesteuert wird. Eine Koppelung zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Reglers ist bei dieser Regeleinrichtung nicht vorgesehen, so daß der Regler bei einer Störung in der Istwertzuführung nicht zugesteuert, sondern nur auf einen bestimmten Aussteuerungsgrad gehalten wird.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine einfache Kopplung zwischen dem Kippverstärker und dem Regler dadurch möglich, daß die Koppelstrekke aus einem Spannungsteiler mit Mittelabgriff besteht und das Schaltelement am Mittelabgriff angeschlossen ist. Da das Schaltelement mit Nullpotential verbunden ist und somit keine Potentialschwierigkeiten bestehen,

kann vorteilhafter*eise ein Feldeffekttransistor als Schaltelement vorgesehen werden. Ein volles Aufsteuern der Regeleinrichtung, wenn diese zeitlich vor einer durch diese zu steuernden Einrichtung eingeschaltet wird, kann auf einfache Weise dadurch verhinden werden, daß das Schaltelement zusätzlich beim Einschalten der Regeleinrichtung und beim Einschalten der durch die Regeleinrichtung geregelten Einrichtung betätigt wird

An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Aus- '° führungsbeispieles wird der Gegenstand der Erfindung nachfolgend näher beschrieben.

Einem Regler 1 ist ein Kippverstärker 2 nachgeschaltet. Über eine Koppelstrecke 3 ist der Ausgang 4 des Kippverstärkers 2 mit dem Eingang 5 des Reglers 1 '5 verbunden. Der Regler 1 besteht aus einem Operationsverstärker 6, dessen Ausgang 7 über ein aus einem Kondensator 8 und einem Widerstand 9 bestehendes /?C-Glied mit dem invertierenden Eingang gekoppelt ist. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 6 bildet gleichzeitig den Eingang 5 des Reglers 1. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 6 ist an Nullpotential gelegt. Das Proportionalverhalten des Reglers 1 wird durch den Widerstand 9 und durch Vorschalten eines Eingangswiderstandes 10 vor den Eingang 5 des Reglers 1 bestimmt.

Der Kippverstärker 2 besteht aus einem weiteren Operationsverstärker U, dessen Ausgang über einen Mitkopplungswiderstand 12 mit dem nichtinvertierenden Eingang verbunden ist. Der nichtinvertierende Eingang dieses weiteren Operationsverstärkers 11 ist über einen Verbindungswiderstand 13 an den Ausgang 7 des Reglers 1 angeschlossen. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 11 liegt auf Nullpotential.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist in der Koppelstrecke 3 ein aus zwei Teilwiderständen 14 und 15 bestehender Spannungsteiler vorgesehen. Der gemeinsame Verbindungspunkt 16 der in Reihe liegenden Teilwiderstände 14 und 15 stellt den Mittelabgriff dieses Spannungsteilers dar. Dieser Mittelabgriff ist über ein Schaltelement 17 mit Nullpotential verbunden.

Die Regeleinrichtung arbeitet wie folgt: Dem Eingang 5 des Reglers 1 wird über den Eingangswiderstand 10 ein Istwertsignal zugeführt. Dieses Istwertsignal kann beispielsweise von einem durch eine Pendelwalze betätigten Winkelstellungsgeber geliefert werden, wie dies bei der eingangs genannten bekannten Regeleinrichtung der Fall ist. Da die Pendelwalze aus einer Nullstellung heraus nach beiden Seiten auslenkbar ist, kann das Ausgangssignal des Winktlstellungsgebers je nach Auslenkung der Pendelwalze sowohl positive als auch negative Werte annehmen. Dementsprechend kann auch das Signal am Ausgang 7 des Operationsverstärkers 6 positive oder negative Werte annehmen. In einer nicht dargestellten Schaltstufe wird aus dem am Ausgang 7 anstehenden Signal der Betrag gebildet und einem in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellten Motorstromregler zugeführt.

Im störungsfreien Betrieb wird die durch die Regel- ^6J einrichtung geregelte Einrichtung so gesteuert, daß der über den Eingangswiderstand 10 zugeführte Istwert nahezu Null ist bzw. einen bestimmten zulässigen Wert nicht überschreitet. Beim Auftreten einer Störung an dem Istwertgeber, ζ. B. beim Riß des Wickelgutes, wird ⁶S das Schaltelement 17 selbsttätig geöffnet und damit die Verbindung der Koppelstrecke 3 mit Nullpotential aufgehoben. Hierdurch wird die Kopplung zwischen dem Ausgang des Kippverstärkers 2 und dem Regler 1 wirksam. Im störungsfreien Betrieb ist dagegen die Wirkung der Koppelung durch die Verbindung der Koppelstrecke 3 über das Schaltelement 17 mit Nullpotential aufgehoben.

Eine Störung am !stwertgeber hat ein hohes Dauersignal am Eingang 5 des Reglers 1 zur Folge. Der Regler 1 wird dementsprechend voll aufgesteuert. Es wird nun angenommen, daß bei einer Störung am Istwertgeber an dem Eingangswiderstand 10 ein positives Istwertsignal ansteht. Da dieses Istwertsignal an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 6 angelegt ist, wird das Signal am Ausgang 7 abnehmen und negativ werden. Über den Verbindungswiderstand 13 liegt dieses negative Signal an dem nichtinvertierenden Eingang des weiteren Operationsverstärkers 11. Da dieser weitere Operationsverstärker 11 als Kippverstärker geschaltet ist, nimmt das Signal an seinem Ausgang 4 einen hohen negativen Wert an. Dieser hohe negative Wert wird über die Teilwiderstände 14 und 15 des Spannungsteilers auf den invertierender. Eingang des Operationsverstärkers 6 gegeben. Der Kippverstärker 2 ist so ausgelegt, daß sein Ausgangssignal größer i:.t als das über den Eingangswiderstand 10 zugeführte Istwertsignal. Daher überwiegt das Ausgangssignal des Kippverstärkers 2 an dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 6, so daß an diesem invertierenden Eingang nunmehr ein negatives Signal erscheint. Infolgedessen nimmt das Ausgangssignal dieses Operationsverstärkers 6 wieder zu. Das positive Signal am Ausgang 7 des Reglers 1 hat aber nunmehr auch wieder ein positives Signal am Ausgang 4 des Kippverstärkers 2 zur Folge. Über die Koppelstrecke 3 gelangt dieses positive Signal des Kippverstärkers 2 wieder auf den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 6. Dies hat wieder eine Umkehr des Signals am Ausgang 7 des Reglers 1 zur Folge.

Durch diese stetige Umkehr des Signals am Ausgang

7 des Reglers 1 wird eine Aufladung des Kondensators

8 des zwischen dem Ausgang 7 und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 6 angeschlossenen /?C-Gliedes verhindert. Dieser Kondensator 8 wird vielmehr durch das stetige Umladen auf einer niederen Spannung gehalten. Durch die Koppelung zwischen dem Ausgang 4 des Kippverstärkers 2 und dem Eingang 5 des Reglers 1 wird trotz eines anstehenden hohen Istwertsignals ein niederes Signal am Ausgang 7 des Reglers 1 erreicht. Sobald die Störung am Istwertgeber behoben ist, wird das Schaltelement 17 wieder geschlossen und somit die Koppelstrecke 3 an Nullpotential gelegt und hierdurch die Wirkung der Koppelung zwischen dem Kippverstärker 2 und dem Regler 1 aufgehoben. Da der Kondensator 8 nur wenig aufgeladen ist, wird der Regler 1 beim Einsetzen der ordnungsgemäßen Regelung nicht sofort voll aufgesteuert. Ohne das stetige Umschalten des Reglers 1 könnte sich nämlich der Kondensator 8 auf volle Spannung aufladen und somit den Regler beim Wiedereinsetzen der ordnungsgemäßen Regelung voll aufsteuern.

Die gleichen Probleme wie bei einer Störung am Istwertgeber treten auch auf, wenn die Regeleinrichtung zeitlich vor der durch die Regeleinrichtung zu regelnden Einrichtung eingeschaltet wird. In diesem Falle wird nämlich von dem Istwertgeber ebenfalls ein Dauersignal an den Regler 1 gegeben und dieser Regler dadurch voll aufgesteuert. Durch öffnen des Schaltelementes 17 beim Einschalten der Regeleinrichtung wird daher die Kopplung zwischen dem Ausgang 4 des

Kippverstärkers 2 und dem Eingang 5 des Reglers 1 wirksam gemacht und dadurch das Signal am Ausgang 7 des Reglers 1 auf einem niederen Wert gehalten. Wird dann zu einem späteren Zeitpunkt die durch die Regeleinrichtung zu regelnde Einrichtung eingeschaltet, wird automatisch das Schaltelement 17 geschlossen und damit die Koppelung zwischen dem Ausgang 4 des Kippverstärkers 2 und dem Eingang 5 des Reglers 1 unwirksam. Auf diese Weise wird verhindert, daß bei dem zeitlich versetzten Einschalten der Regeleinrichtung und der zu regelnden Einrichtung diese beim Einschalten sofort auf ihren vollen Wert aufgesteuert wird. Bei einer Umspuleinrichtung, wie sie durch die eingangs genannte Literaturstelle bekannt ist, würde das bedeuten, daß ohne die Wirkung der Koppelstrecke 3 der Regler I voll aufgesteuert wäre und beim späteren Einschalten des Antriebsmotors dieser mit vollem Moment anfahren würde. Dies führt zu einer sehr starken Beanspruchung des Wickelgutes, die sogar einen Riß desselben zur Folge haben kann.

Durch die Rückkoppelung des ohnehin an dem Ausgang 4 des Kippverstärkers 2 anstehenden, gegenüber dem Eingangssignal des Reglers I invertierten Ausgangssignals erübrigt sich somit ein Kurzschließen des integrierenden Gliedes des Reglers 1 in einem Störungsfalle. Die Rückkopplung ist mit einem einfachen Spannungsteiler möglich. Da der Abgriff des Spannungsteilers mit Nullpotential verbunden werden muß, bestehen keinerlei Potentialschwierigkeiten, so daß für die Verbindung des Abgriffes des Spannungsteiles mit Nullpotential auch elektronische Schaltelemente verwendet werden können, ohne daß ein besonderer Aufwand erforderlich ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Regeleinrichtung mit einem ein integrierendes Glied aufweisenden Regler und diesem nachgeschalteten Kippverstärker, bei der ferner dem Regler ein Istwertgeber zugeordnet und der Ausgang des Kippverstärkers über eine Koppelstrecke im Sinne einer Rückführung des Reglers ^;n seine Null-Lage mit dem Eingang des Reglers verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelstrecke (3) über ein bei einer Störung am Istwertgeber von dem leitenden in den nichtleitenden Zustand umsteuerbares Schaltelement (57) mit Nullpotential verbunden ist und der Kippverstärker (2) so '5 ausgelegt ist, daß sein Ausgangssignal größer als das maximale Signal des Istwertgebers ist.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelstrecke (3) aus einem Spannungsteiler (14, 15) mit Mittelabgriff (16) besteht und das Schaltelement (17) am Mittelabgriff (16) angeschlossen ist.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltelement (17) ein Feldeffekttransistor vorgesehen ist.

4. Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (17) zusätzlich beim Einschalten der Regeleinrichtung und beim zeitlich versetzten Einschalten einer durch die Regeleinrichtung geregelten Einrichtung betätigbar ist.