DE2843030C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Vorrichtungen, mit denen ein Überschwingen der Regelgröße über den Soll-Wert vermieden wird, sind bekannt. So wird in der DE-OS 18 12 266 eine Anfahrschaltung für einen Regler mit nach­ gebender Rückführung beschrieben, bei der im Rückführungskreis eine Summierstelle vorgesehen ist, der die Reglerausgangsgröße sowie ein der Führungsgröße proportionaler Wert zugeführt ist. Eine Vorrichtung, die ein Umschalten von einem Automatik- Betrieb in einen Hand-Betrieb zuläßt, ist nicht vorgesehen.

In dem DE-Fachbuch "Messen und Regeln in der chemischen Technik", Hengstenberg, Sturm, Winkler, 2. Auflage, Berlin 1964, Springer-Verlag, wird auf S. 1196 die Möglichkeit erläutert, bei einem Regler eine Drossel eines Verzögerungsgliedes mit einem zuschaltbaren Umgang zu versehen. Der die Zuschaltung bewirkende Umschalter ist so mit dem Umgang zu verbinden, daß in einem Hand-Betrieb der Umgang geöffnet, also durchgängig und damit die Zeitdrossel überbrückt ist, während in einem Auto­ matik-Betrieb der Umgang geschlossen, also unterbrochen und damit die Zeitdrossel wirksam ist. Auf diese Weise wird er­ reicht, daß beim Umschalten vom Hand-Betrieb auf den Automatik- Betrieb die Zeitdrossel von einer Nicht-Betriebsstellung in eine Betriebsstellung gelangt und damit einen stoßfreien Über­ gang vom Hand- in den Automatik-Betrieb gewährleistet.

In der DE-OS 23 00 477 wird eine Umschaltvorrichtung zur Um­ schaltung eines pneumatischen Reglers vom Hand-Betrieb in den Regelbetrieb beschrieben. Bei der bekannten Vorrichtung ist ein Betriebsart-Umschalter vorgesehen, der einem Stellglied in der Stellung "Regel-Betrieb" den Ausgangsdruck des Reglers und in der Stellung "Hand-Betrieb" einen Hilfssteuerdruck zuführt, wobei im Soll-Wert-Zweig für den Regelbetrieb ein einstellbarer pneumatischer Widerstand und eine pneumatische Kapazität vor­ gesehen ist. Der Soll-Wert-Druck wird über das aus dem Wider­ stand der Kapazität bestehende System zugeführt. Eine schnelle Änderung des Soll-Wert-Drucks wirkt sich daher nur allmählich auf den Regler aus, was zur Folge hat, daß keine plötzlichen Änderungen des Ausgangsdrucks des Reglers auf­ treten.

Bei einer anderen Vorrichtung, die in der Bundesrepublik Deutschland bekannt ist, sind im Handbetrieb der Ist-Wert oder x-Balg über eine absperrbare Druckleitung mit dem Soll-Wert- oder w-Balg miteinander verbunden, so daß stets die Regel­ abweichung w - x = 0 gilt. Dadurch wird auch erreicht, daß stets der als Stellgröße benutzte Ausgangsdruck yA des Reglers gleich der von Hand eingestellten Stellgröße yH ist, und daß jederzeit ein stoßfreies Umschalten möglich ist, weil durch die Kupplung zwischen x- und w-Balg der Ausgangsdruck yA des Reglers dem von Hand eingestellten Stellgrößendruck yH folgt. Zum Umschalten von Hand- auf Automatik-Betrieb wird die Ver­ bindung zwischen dem y- und dem w-Balg getrennt, wobei der eingestellte Soll-Wert-Druck mit der durch die Zeit-Drossel im w-Zweig bestimmten Zeitkonstanten wirksam wird. War im Zeit­ punkt des Umschaltens keine Regelabweichung vorhanden (w - x = 0), so erfolgt das Umschalten vollkommen stoßfrei. War jedoch tatsächlich eine Regelabweichung vorhanden, und ist die Zeitkonstante, mit der der Soll-Wert nach dem Umschalten auf den Automatik-Betrieb wirksam wird, relativ klein, so kann sich dies für die Regelung wie ein Umschaltstoß auswirken.

Andererseits ist es gerade im Automatik-Betrieb vielfach er­ wünscht, daß der Regelungsprozeß sehr schnell auf eine Änderung des Soll-Wertes anspricht, um die Regelung veränderten Prozeß­ bedingungen anpassen zu können, so daß die Zeitkonstante, mit der sich der Soll-Wert auswirkt, nicht zu groß sein darf.

Demgemäß besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrich­ tung der eingangs genannten Art zu schaffen, die stets auch bei vorhandener Regelabweichung ein stoßfreies Umschalten vom Hand- in den Automatik-Betrieb ermöglicht, und die im Automatik- Betrieb trotzdem eine rasch wirksam werdende Änderung des Soll-Wertes zuläßt.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Umweg­ leitung mit einem zweiten Absperrorgan vorgesehen, mit dem die einstellbare Zeitdrossel im Automatik-Betrieb über ein Verzö­ gerungsrelais nach einstellbarer Verzögerungszeit überbrückt wird.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die folgende:

Nachdem die am Regler die "Regelabweichung" Null erzwingende Verbindung zwischen dem Ist-Wert-Balg und dem Soll-Wert-Balg durch das Umschalten von Hand- auf Automatik-Betrieb getrennt worden ist, stellt sich im Soll-Wert-Balg mit der durch die Zeitdrossel einstellbaren Zeitkonstanten der Soll-Wert- oder w-Druck ein. Nach der einstellbaren Verzögerungszeit wird das Absperrorgan der Umwegleitung geöffnet und durch die Zeit­ drossel im w-Zweig überbrückt.

Durch diesen Aufbau und die geschilderte Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielt man zumindest die folgenden Vorteile:

Auch bei einer sehr schnell ansprechenden Regelung kann der Soll-Wert-Druck mit einer verhältnismäßig großen Zeitkonstanten in den Soll-Wert-Balg eingespeist werden, so daß der Regler bei vorhandener Regelabweichung genügend Zeit hat, dieser zu folgen. Die Verzögerungszeit des Verzögerungsrelais kann so eingestellt werden, daß die Überbrückung der Zeitdrossel im w-Zweig erst dann erfolgt, wenn der w-Druck im w-Balg voll oder zum größten Teil aufgebaut ist, wonach erst wegen des nunmehr geringen Strömungswiderstandes des w-Zweiges Änderungen des Soll-Wertes oder noch vorhandener Regelabweichungen schnell oder stoßartig wirksam werden können.

Die Zeitkonstante der Soll-Wert-Einstellung bei vorhandener Regelabweichung und die Verzögerungszeit des Verzögerungsrelais können also aneinander angepaßt werden, daß in jedem Falle ein stoßfreies Umschalten auch bei vorhandener Regelabweichung möglich ist. Ist die Umschaltung vollzogen, so spricht der Regler mit seinem eigenen, prozeßangepaßten Zeitverhalten auf Änderungen des Soll-Wertes an.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mit einfachen konstruktiven Mitteln dadurch realisiert, daß das zwischen dem w-Balg und dem x-Balg ange­ ordnete erste Absperrorgan und das in der Umwegleitung des w-Zweiges angeordnete zweite Absperrorgan als druckgesteuerte Steuerventile ausgebildet sind, wobei der das zweite Steuer­ ventil im gesperrten Zustand haltende Steuerdruck der Aus­ gangsdruck eines pneumatischen Verzögerungsrelais, dessen Eingangsdruck ein Druck-Ausgangssignal der Hand/Automatik- Umschaltvorrichtung ist, das auch am Steuereingang des ersten Steuerventils anlegt und dieses im Hand-Betrieb in seiner ge­ öffneten Stellung hält.

Dieses Druck-Ausgangssignal, das direkt den Zustand des ersten Steuerventils und über das Verzögerungsrelais den Zustand des zweiten, in der Umwegleitung angeordneten Steuerventils be­ stimmt, ist vorzugsweise ein im wesentlichen konstantes Druck- Signal, bei dessen Abfall das erste Steuerventil praktisch sofort schließt und damit die Verbindung zwischen dem x- und w-Balg unterbricht, während das zweite Steuerventil nach dem Abfall dieses Druck-Signales erst nach der am Verzögerungs- Relais eingestellten Verzögerungszeit die Umwegleitung öffnet.

Demgemäß kann die Hand/Automatik-Umschaltvorrichtung als ein einfaches Absperrventil ausgebildet sein, mit dem die von einer Signal-Druckwelle zu dem Verzögerungs-Relais und zu dem ersten Steuerventil führende Signal-Druckleitung absperrbar ist.

Günstig ist es, wenn Verzögerungszeiten des Verzögerungs-Relais einstellbar sind, die erheblich größer sind als die im wesent­ lichen durch den Strömungswiderstand der Zeitdrossel und das Volumen des w-Balges bestimmte Zeitkonstante des w-Zweiges, damit auch bei großen Regelabweichungen ein stoßfreies Umschal­ ten von Hand- auf Automatik-Betrieb gewährleistet ist.

Vorteilhaft ist es, wenn, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung das in der Umwegleitung angeordnete zweite Steuer­ ventil als eine Steuerdrossel ausgebildet ist, deren Strömungs­ widerstand im wesentlichen mit dem durch den Druckabfall am Verzögerungsrelais bestimmten Zeitverhalten abnimmt. Bei dieser Ausbildung des zweiten Absperrorgans nimmt der Strömungswider­ stand der Umwegleitung und damit auch die Zeitkonstante, mit der bei vorhandener Regelabweichung der Soll-Wert wirksam wird, nach dem Umschalten zunehmend ab, womit sich auch bei anfäng­ lich großen Regelabweichungen ein besonders rascher, stoßfreier Übergang von Hand- auf dem Automatik-Betrieb erzielen läßt.

Günstig ist es auch, wenn die Einstellglieder der Zeitdrossel des w-Zweiges, des Reglers und/oder des Verzögerungs-Relais zur Anpassung an den zu regelnden Prozeß miteinander gekoppelt sind, so daß durch Betätigung eines einzigen Einstellgliedes ggf. alle der genannten, für die Prozeßanpassung der Regel­ einrichtung wesentlichen Parameter einstellbar sind.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung in Blockschaltbild dargestellten Ausführungsbeispiels, dessen Ventilstellungen dem Hand-Betrieb entsprechen.

Ein pneumatischer Regler 1, der als Eingangsgröße für ein nicht dargestelltes Stellglied ein Druck-Ausgangs­ signal yA erzeugt, hat einen nicht näher dargestellten Soll-Wert oder w-Balg und einen ebenfalls nicht näher dargestellten Ist-Wert oder x-Balg, an deren Druck-Ein­ gängen (2 und 3) für den Soll- oder w-Wert der Regelgröße und den Ist- oder x-Wert der Regelgröße charakteristische Druck- Eingangssignale anliegen. Der Regler 1 kann als Integral (I)-Regler, als Proportional-Integral (PI)-Regler oder auch als Proportional-Integral-Differential (PID)-Reg­ ler ausgebildet sein, das heißt, als ein Regler, der in der Lage ist, eine Regelabweichung von 0 zu erreichen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel soll der Reg­ ler 1 ein Proportional-Regler sein, der durch eine differenzierende Rückführung 4 ein PI-Verhalten hat.

Mittels einer Handsteuereinrichtung 6 ist im Handbetrieb die Ausgangsgröße yH der Regeleinrichtung einstellbar. Zum Umschalten der Regeleinrichtung von Hand- auf Automa­ tikbetrieb ist eine Umschaltvorrichtung 7 vorhanden.

Ein Soll-Wert-Geber 8 erzeugt ein in seiner Größe einstell­ bares Soll-Wert-Druckausgangssignal w, das über den w-Zweig 9 dem Eingang 2 des w-Balges zugeführt ist.

Ein Ist-Wert-Geber 11 erzeugt ein Ist-Wert-Drucksignal x, das über eine x-Leitung 12 dem Eingang 3 des x-Balges zugeführt ist.

Der w-Zweig der Regeleinrichtung umfaßt eine erste Signal­ leitung 13, in die eine Zeitdrossel 14 mit einstellbarem Strömungswiderstand eingeschaltet ist, mittels welcher die Zeitkonstante einstellbar ist, mit der sich der Soll-Wert-Druck im w-Balg des Reglers 1 aufbaut. Die Zeitdrossel 14 ist mittels einer zweiten Signallei­ tung 16 des w-Zweiges 9 überbrückbar, in die ein als von einem Balg 17 betätigbarer Schalter 18 dargestelltes Steuerventil 19 eingeschaltet ist, das im Hand-Betrieb der Regeleinrichtung die zweite Signalleitung 16 sperrt.

Zwischen die Druck-Eingänge 2 und 3 des w-Balges und des x-Balges ist ein ebenfalls als von einem Balg 21 gesteuerter Schalter 22 dargestelltes druckgesteuertes Steuerventil 23 geschaltet, das im Hand-Betrieb geöffnet ist, so daß der Regler stets die "Regelabweichung 0" sieht, so daß sein Druck-Ausgangssignal yA gleich dem von der Handsteuereinrichtung 6 abgegebenen Druck-Aus­ gangssignal yH ist.

Eine Steuerdruckquelle 24 erzeugt an ihrem Ausgang ein konstantes Steuer-Drucksignal s von etwa 1,4 bar, das über eine Versorgungsleitung 27 die Hand-Steuereinrich­ tung 6 speist, über eine Steuer-Druckleitung 28 dem zwischen die Eingänge 2 und 3 des Reglers geschalteten Steuerventil 23 zugeführt ist, und das als Eingangssi­ gnal an einem Verzögerungs-Relais 29 mit einstellbarer Verzögerungszeit anliegt, dessen Druck-Ausgangssignal den Öffnungszustand des Steuerventils 19 der zweiten Signalleitung oder Umwegleitung 16 des w-Zweiges 9 steuert.

Die Wirkungweise dieser Schaltung ist die folgende:

Im Handbetrieb ist der Schalter 26 der Hand/Automatik- Umschaltvorrichtung 7 geschlossen, das Steuersignal s speist die Handsteuereinrichtung 6 und beaufschlagt das zwischen den w-Eingang 2 und den x-Eingang 3 des Reglers geschaltete Absperrventil in Durchlaßrich­ tung während das Ausgangssignal des Verzögerungs-Re­ lais 29 das Absperrventil 19 der Umwegleitung 16 geöff­ net hält. Das w-Drucksignal liegt über die Zeitdrossel 14 des w-Zweiges 9 am Eingang 2 des w-Balges des Reglers 1 und ebenso über das Absperrventil 23 das x-Signal des Meß-Wert-Gebers 11, so daß der Regler 1 keine Regelab­ weichung sieht.

Zum Umschalten auf Automatik-Betrieb wird der Schalter 26 der Hand-Automatik-Umschaltvorrichtung 7 geöffnet, wo­ durch das Steuerventil 23 zwischen den Eingängen 2 und 3 des w- und des x-Balges gesperrt wird, so daß sich bei vorhandener Regelabweichung (w - x ≠ 0) nunmehr im w-Balg mit der durch die Zeitdrossel 14 des w-Zweiges 9 eingestellten Zeitkonstanten der w-Druck aufbaut. Das Steuerventil 19 bleibt nach dem Abfallen des Steuer-Drucksignals s noch solange geschlossen, bis nach der eingestellten Verzögerungszeit des Verzögerungs­ relais 29 auch dessen Ausgangsdruck soweit abgefallen ist, daß das Absperrventil 19 der Umwegleitung 16 öffnet, wonach die Zeitdrossel 14 durch die Umwegleitung 16 mit erheblich geringerem Strömungswiderstand überbrückt ist. Die Regeleinrichtung reagiert jetzt mit erheblich gerin­ gerer Zeitverzögerung auf Änderungen des Soll-Wertes w.

Es versteht sich, daß das anhand einer pneumatischen Schaltung erläuterte Prinzip der stoßfreien Umschaltung durch verzögerte Einschaltung des Soll-Wertes auch bei elektronischen Regeleinrichtungen auf einfache Weise mit analog wirkenden Bauelementen verwirklicht werden kann.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum stoßfreien Umschalten von Hand- auf Automatik-Betrieb bei pneumatischen Regeleinrichtungen, mit mindestens zu einem Anteil I-Verhalten aufweisenden pneu­ matischen Regler, mit einem von dem für den Soll-Wert der Regelgröße charakteristischen Ausgangsdruck eines Soll-Wert- Gebers beaufschlagten Soll-Wert-Balg, mit einem von dem für den Ist-Wert der Regelgröße charakteristischen Ausgangsdruck eines Ist-Wert-Gebers beaufschlagten Ist-Wert-Balg und mit einer das I-Verhalten des Reglers bestimmenden Einrichtung, wobei zwischen dem Soll-Wert-Geber und dem Soll-Wert-Balg eine ein­ stellbare Zeitdrossel vorgesehen ist, wobei im Hand-Betrieb, in dem der als Stellgröße ausgenutzte Ausgangsdruck des Reglers von Hand einstellbar ist, der Ausgangsdruck des Ist-Wert- Gebers gleichzeitig auf den Ist-Wert- und den Soll-Wert-Balg des Reglers geführt ist und wobei zur Umschaltung auf Auto­ matik-Betrieb ein erstes Absperrorgan zur Unterbrechung der Verbindung zwischen Ist-Wert-Balg und Soll-Wert-Balg vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umwegleitung (16) mit einem zweiten Absperrorgan (19) vorgesehen ist, mit dem die einstellbare Zeitdrossel (14) im Automatik-Betrieb über ein Verzögerungsrelais (29) nach einstellbarer Verzögerungszeit überbrückt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen dem Soll-Wert-Balg und dem Ist-Wert-Balg ange­ ordnete erste Absperrorgan (23) und das in der Umwegleitung (16) des Soll-Wert-Zweiges (9) angeordnete zweite Absperrorgan (19) als druckgesteuerte Steuerventile ausgebildet sind, wobei der das zweite Steuerventil (19) im gesperrtem Zustand haltende Steuerdruck der Ausgangsdruck eines pneumatischen Verzögerungs­ relais (29) ist, dessen Eingangsdruck ein Druck-Ausgangssignal (s) der Hand/Automatik-Umschaltvorrichtung ist, das auch an dem Steuereingang des ersten Steuerventils (23) angelegt und dieses im Hand-Betrieb in seiner geöffneten Stellung hält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hand/Automatik-Umschaltvorrichtung (7) ein Absperr­ ventil (26) umfaßt, mit dem die von einer Signal-Druckquelle (24) zu dem Verzögerungsrelais (29) und zu dem ersten Steuer­ ventil (23) führende Signal-Druckleitung absperrbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit des Verzöge­ rungsrelais (29) erheblich größer ist als die im wesentlichen durch den Strömungswiderstand der Zeitdrossel (14) und das Volumen des w-Balges bestimmte Zeitkonstante des w-Zweiges (9) ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Umwegleitung (16) angeordnete Steuerventil als eine Steuerdrossel ausgebildet ist, deren Strömungswiderstand im wesentlichen mit dem durch den Druckabfall am Verzögerungsrelais (29) bestimmten Zeit­ verhalten abnimmt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellglieder der Zeitdrossel (14), des Reglers (1) und/oder des Verzögerungsrelais (29) zur Anpassung an den zu regelnden Prozeß miteinander gekoppelt sind.