DE1588290B1 - Von handsteuerung auf selbsttaetige regelung umschaltbare regeleinrichtung mit pid rueckfuehrung - Google Patents

Description

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Beim Einsatz von Regeleinrichtungen in der Ver- vorrichtung angeschlossen ist. Das von der Regelfahrenstechnik ist es vielfach erforderlich, zum An- abweichung und damit auch von der Regelgröße fahren eines Prozesses oder beim Auftreten kritischer abhängige Ausgangssignal des Verstärkers wird also Verfahrenszustände die Möglichkeit einer wahlweisen dem Stellglied bzw. einem vorgeschalteten Leistungs-Handsteuerung vorzusehen. 5 verstärker nicht unmittelbar zugeführt, sondern über Zur Umschaltung von Handsteuerung auf auto- den genannten elektronischen Speicher. Darüber matische Regelung bei elektrischen Verfahrensreglern hinaus erfolgt auch die Handsteuerung über diesen ist es aus der französischen Patentschrift 1 354 806 elektronischen Speicher, indem dessen Eingang bei bekannt, einem gegengekoppelten Verstärker während Handsteuerung an eine nur während ihrer Betätigung des automatischen Betriebs eine von der Regelab- io ein Signal abgebende Handsteuervorrichtung angeweichung und der Gegenkopplung abhängige schlossen ist.

Spannung einzugeben, die nach ihrer Verstärkung Wird, beispielsweise von Automatikbetrieb ausein Stellglied steuert, welches bei Handsteuerung von gehend, der Umschalter auf Handbetrieb gelegt, so einer zusätzlichen Spannungsquelle gespeist wird. erhält das Stellglied zunächst weiterhin das zuvor bei Dabei entspricht die Ausgangsspannung des Ver- 15 Automatikbetrieb erzeugte Ausgangssignal des stärkers jederzeit der Spannung, die am Stellglied Speichers. Soll die Einstellung des Stellgliedes veranliegt. Während der Handsteuerung ist der Eingang ändert werden, so wird von der Handsteuervorrichdes Verstärkers von dem Soll-Istwert-Vergleichsglied tung dem Eingang des Speichers ein zusätzliches getrennt, und die Regelabweichung wird an einen Signal zugeführt, welches sich zu dem im Speicher Kondensator gelegt, der auch die Gegenkopplungs- 20 vorhandenen Signal addiert bzw. von diesem subspannung aus dem Ausgang des Verstärkers erhält. trahiert, so daß sich am Ausgang des Speichers ein Im Augenblick der Umschaltung wird die im Konden- allmählicher Übergang ergibt. Wird die Handeinsator gespeicherte Spannung sowie die von der Regel- Stellvorrichtung losgelassen, so gibt sie erfindungsabweichung abhängige Gegenkopplungsspannung gemäß kein Signal mehr ab, und das Stellglied wird dem Eingang des Verstärkers zugeführt, wodurch 25 von dem dann gespeicherten Ausgangssignal des dessen Eingangsspannung hierdurch auf Null gestellt Speichers weitergesteuert.

wird. Man erreicht mit dieser Methode eine stoßfreie Legt man den Umschalter zurück auf Automatik-

Umschaltung von Handsteuerung auf selbsttätige betrieb, so erfolgt auch hier weiterhin die Steuerung Regelung (Automatik). des Stellgliedes bzw. des ihm vorgeschalteten

Nachteilig ist bei dieser bekannten Anordnung, 30 Leistungsverstärkers durch das Ausgangssignal des daß beim Umschalten von Automatik-Betrieb auf Speichers, welches seinerseits durch das einem EinHandsteuerung die von Hand eingestellte Steuergröße gang zugeführte Ausgangssignal des Verstärkers an vor dem Umschalten auf Handbetrieb zunächst gleich die sich durch den Soll-Istwert-Vergleich ergebende der automatischen Stellgröße gemacht werden muß, Größe stoßfrei herangeführt wird,
indem man beide Steuergrößen auf entsprechenden 35 Von Regeleinrichtungen mit einem zyklisch in Instrumenten anzeigt und die Handsteuergröße so mehrere unabhängige Regelkreise einschaltbaren Verlange verändert, bis sie der automatischen Stellgröße stärker ist es bekannt, den einzelnen Stellgliedern entspricht. Speichervorrichtungen vorzuschalten, die das Stell-

Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche Regel- größensignal während der Zeit aufrechterhalten, in einrichtung derart auszugestalten, daß auch die Um- 40 welcher der Verstärker vom betreffenden Regelkreis schaltung von Automatik- auf Handbetrieb in jedem abgeschaltet und in einem anderen Regelkreis wirksam Falle stoßfrei und ohne Überschwingen der Regel- ist. Bei den bekannten Regeleinrichtungen (deutsches größe erfolgt, ohne daß man zuvor erst die Hand- Patent 962 261) werden entweder die Stellglieder Steuergröße zunächst auf den gerade zuletzt vor- mechanisch verriegelt oder Halterelais als Speicher handenen Wert des Stellgrößensignals bei Automatik- 45 eingesetzt. Eine Umschaltung von Hand- auf betrieb einstellen muß und erst von dieser gewisser- Automatikbetrieb ist dabei nicht vorgesehen,
maßen angepaßten Einstellung aus die gewünschte In Weiterbildung der Erfindung enthält die

Änderung der Stellgröße von Hand vornehmen kann. während ihrer Nichtbetätigung das Ausgangssignal Die Erfindung zielt also ab auf eine stoßfreie, d.h. Null abgebende Handsteuervorrichtung ein aus die Signale selbsttätig anpassende Umschaltung einer 5° einer zum Bezugspotential (Masse) symmetrischen Regeleinrichtung sowohl von Hand- auf Automatik- Spannungsquelle gespeistes Potentiometer, dessen betrieb als auch von Automatikbetrieb auf Hand- Schleifer in Richtung auf die neutrale Mittelstellung steuerung. mechanisch vorgespannt ist. Man ereicht hierdurch,

Die Erfindung bezieht sich demnach auf eine von daß die Handsteuervorrichtung nur dann über den Handsteuerung auf selbsttätige Regelung (Automatik) 55 Speicher auf das Stellglied einwirkt, wenn die Regelumschaltbare elektrische Regeleinrichtung mit PID- einrichtung auf Handbetrieb umgeschaltet ist und die Rückführung und mit einem ein von der Regelab- Handsteuervorrichtung betätigt wird. Es ist also austveichung abhängiges Signal liefernden Verstärker und geschlossen, daß während der selbsttätigen Regelung einer von einer Spannungsquelle gespeisten Hand- infolge irrtümlicher Betätigung der Handsteuervorsteuervorrichtung sowie einem Hand-Automatik- 60 richtung oder weil deren Einstellmittel zuvor nicht Umschalter. auf den Wert Null zurückgestellt wurde, die Hand-

Die Erfindung löst bei einer solchen Regelein- steuervorrichtung fälschlich auf das allein durch die richtung die gestellte Aufgabe dadurch, daß dem Regelung zu beeinflussende Stellglied einwirkt.
Stellglied ein elektronischer Speicher vorgeschaltet Weitere Merkmale der Erfindung sind in den

ist, dessen Eingang einerseits über einen Kontakt des 65 Unteransprüchen gekennzeichnet und werden nach-Hand-Automatik-Umschalters an den Ausgang des stehend an Hand eines in der Zeichnung wiederge-Verstärkers und andererseits an die nur während gebenen Ausführungsbeispiels erläutert,
ihrer Betätigung ein Signal abgebende Handsteuer- Die Regeleinrichtung 53 ist an den Ausgang einer

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Soll-Istwert-Vergleichsschaltung 54 angeschlossen, Bei Automatikbetrieb ist der Schalter 198 α ge-

welche eine Eingangsstufe mit den Widerständen 160, schlossen, bei Handbetrieb hingegen geöffnet. Der

162,164 und 166 und einem Transistor 168 aufweist. Umschalter von Automatik auf Handbetrieb enthält

Die von einem Meßfühler, Meßwertumformer oder ferner einen zwischen den Summierpunkt 60 und

Meßwertspeicher kommende Eingangsleitung 52 ist 5 Masse eingeschalteten Kontakt 198 b sowie einen dem

über den Widerstand 160 an die Basis des Transistors Widerstand 194 im Proportionalbereich-Einsteller 70

168 angeschlossen. Der Ausgang der Vergleichs- parallelgeschalteten Kontakt 198 c. Die beiden letzt-

schaltung 54 ist an den Summierpunkt 170 geführt. genannten Kontakte 198 b und 198 c sind bei Auto-

Die Vergleichsschaltung 54 enthält außerdem einen matikbetrieb offen und bei Handbetrieb geschlossen,

örtlichen Sollwertgeber mit einem Potentiometer 172 io Wenn alle drei Kontakte auf Handbetrieb gestellt

und einem Einstellknopf 55 sowie einem Sollwert- sind, kann der Betriebsstrom durch die Last 67 durch

Wahlschalter 174, dessen dem Potentiometerschleifer Einstellung des Schleifers auf dem Potentiometer 200

abgewandter Festkontakt an der Basis des Transistors geändert werden. Mit dem Schleifer arbeitet ein

176 liegt. Über den oberen Kontakt des Schalters 174 federbelasteter Ruhekontakt 286 zusammen, der nur

und die Leitung 175 kann die Basis des Transistors 15 so lange geschlossen gehalten wird, wie der Einstell-

176 wahlweise an einen Sollwert-Ferngeber ange- knopf 288 gedreht wird. Der Schleifer ist mit einer

schlossen werden. Der Transistor 176 ist in eine zur Federrückführung in die Mittelstellung versehen und

Schaltung des Transistors 168 komplementäre kehrt beim Loslassen des Einstellknopfes 288 in

Schaltung eingefügt, so daß die Spannung am diese Ruhelage zurück. Die Verstellung des Schleifers

Summierpunkt 170 dem Regelabweichungssignal ent- 20 auf dem Potentiometer 200 führt dem Eingang des

spricht, d. h. der Differenz zwischen dem über die Speichers 64 die für die gewünschte Einstellung des

Leitung 52 zugeführten Istwertsignal und dem ent- Stromes durch die Last 67 erforderliche Spannung zu.

ψ weder am Schleifer des Potentiometers 172 abge- Zwischen den Ausgang des Speichers 64 und den griffenen oder über die Leitung 175 zugeführten Verbraucher 67, z. B. den Antrieb eines Stellgliedes, Sollwert-Signal. 25 ist ein Leistungsverstärker 66 geschaltet. Ein Wider-Der Verbindungspunkt 170 ist an die eine Belegung stand 290 zwischen dem Schleifer und dem Schalter eines Kondensators 58 angeschlossen, dessen andere 286 dient zur Einstellung der Zeitkonstanten oder Belegung am Summierpunkt 60 liegt. Die eine Ver- Ansprechzeit des Speichers auf Änderungen der stärkereingangsklemme 4 ist über diese Eingangs- Schleiferstellung und damit auch der Änderungsleitung 12 mit dem Summierpunkt 60 verbunden, die 30 geschwindigkeit des Laststromes bei einer gegebenen andere Eingangsklemme ist geerdet. An die Ver- Stellungsänderung des Schleifers. Es ist vorteilhaft, bindungsstelle 170 ist ferner die Reihenschaltung wenn der Widerstand des Potentiometers 200 nichteines Widerstandes 182 mit einem einseitig an Masse linear ausgebildet ist, so daß durch Bewegungen des liegenden Widerstand 184 angeschlossen, wobei vom Schleifers in der Nähe der mittleren Null-Lage eine Verbindungspunkt dieser beiden Widerstände ein 35 Feineinstellung der Steuerspannung möglich ist, Einstellwiderstand 186 zum Summierpunkt 60 ge- während bei Bewegungen des Schleifers in der Nähe schaltet ist. Die Widerstände 182,184 und 186 bilden der Endlagen größere Änderungsbeträge der Steuerzusammen eine Nachstelleinheit 56. spannung bei vorgegebener Bewegung des Einstell-

Ferner ist dem Regler eine Schaltung 70 zur Ein- knopfes 288 und des Schleifers erzielt werden.

Stellung des Proportionalbereichs und des Vorhalt- 40 Der Schalter 286 ist normalerweise geöffnet,

anteils zugeordnet. Sie enthält ein zwischen die Deshalb hat die Umschaltung des Kontaktes 198 a

Ausgangsleitung 68 des Speichers 64 und Masse ein- von Automatik- auf Handbetrieb keine Änderung der

geschaltetes Potentiometer 188, an dem der-Propor- Eingangsspannung am Speicher 64 zur Folge. Auch

tionalbereich eingeschaltet wird. Vom Schleifer dieses der Strom durch die Last 67 ändert sich hierbei nicht.

" Potentiometers ist die Reihenschaltung zweier Wider- 45 Man erreicht also eine stoßfreie Umschaltung von

stände 190 und 192 nach Masse geschaltet. Der Automatik- auf Handbetrieb ohne vorherige Einstell-

Schleifer ist außerdem über den Einstellwiderstand notwendigkeit für das Potentiometer 200. Dieser

194 und den Kondensator 72 an den Summierpunkt Vorteil ist bei modernen Prozeßsteuerungen von

60 angeschlossen. Ein Kondensator 196 ist der großer Bedeutung.

Reihenschaltung der beiden Widerstände 190 und 194 50 Sobald der Kontakt 198 α geöffnet worden ist, kann parallel geschaltet. Durch Verändern der Größe des der Einstellknopf 288 betätigt werden, um eine Widerstandes 194 läßt sich der Differential- oder Gleichspannung geeigneter Größe am Potentiometer Vorhaltanteil einstellen. 200 abzugreifen und dem Speicher 64 zwecks Hand-Zwischen der Klemme 14 des Verstärkers und den steuerung der Last 67 zuzuführen. Falls erwünscht, Eingang des Speichers 64 ist der Kontakt 198 α eines 55 kann der Schalter 286 wegfallen und seine Funktion Hand-Automatik-Umschalters eingeschaltet. Befindet durch entsprechende Ausbildung des Schleifers von sich der Kontakt 1S8 α in der Schaltstellung »Auto- dessen Einstellknopf 288 mit ausgeübt werden. Der matik«, d. h. ist er geschlossen, so ist die gemeinsame Schleifer ist dann derart ausgebildet, daß er nur bei Ausgangsleitung 14 des Verstärkers 2 an den Drehung des Knopfes 288 auf dem Widerstands-Speicher 64 angeschlossen. Ist der Kontakt 198 a 60 element aufliegt. Auch kann eine Verriegelung vorgehingegen offen, d. h. der betreffende Teil der Anlage sehen sein, damit vor dem öffnen des Kontakts 198 a auf Handsteuerung geschaltet, so besteht keine keine Steuerspannung von Hand an den Eingang des Möglichkeit der Verbindung zwischen dem Eingang Speichers 64 gelegt werden kann,
des Speichers 64 und der gemeinsamen Ausgangs- Wie bereits erwähnt, ist das öffnen des Kontakts leitung 14 des Verstärkers. Der Speicherverstärker 64 65 198 α mit dem Schließen der beiden Kontakte 198 b kann dann an ein Einstellpotentiometer 200 ange- und 198 c verbunden. Beim Schließen des Kontakts schlossen werden, welches über die Klemmen 201 aus 198 b wird der Summierpunkt 60 an Masse gelegt, einer geeigneten Gleichspannungsquelle gespeist wird. während der Kontakt 198 c den Einstellwiderstand

194 für den Differentialanteil kurzschließt. Das anschließende Verstellen des Schleifers auf dem Widerstand 200 verändert die Ausgangsspannung des Speichers 64 und damit auch die Spannung auf der Leitung 68. Dies hat eine Änderung der Ladungen auf den Kondensatoren 72 und 196 zur Folge. Die Ladungen ändern sich in Übereinstimmung mit dem von Hand eingestellten Strom durch die Last 67. Gleichzeitig kann die Ladung auf dem Kondensator 58 dem Regelabweichungssignal am Ausgang der Vergleichsschaltung 54 folgen. Dieses Regelabweichungssignal ändert sich in Abhängigkeit vom Strom durch den Verbraucher 67 ebenfalls, weil dieser über ein Stellglied den Istwert der Regelgröße beeinflußt. Demzufolge erscheint bei der Umschaltung der Anlage von Handbetrieb auf Automatikbetrieb keine Spannungsdifferenz am Summierpunkt 60, so daß auch der Eingang des Verstärkers 2 spannungsfrei bleibt. Dies bedeutet, daß das Öffnen des Kontakts 198 & keine Änderung der Spannung ao am Summierpunkt 60 in bezug auf Massepotential zur Folge hat, weil die Ladungen auf den Verschiedenen Kondensatoren selbst bei geöffnetem Kontakt 198 δ keine Spannungsdifferenz zwischen dem Summierpunkt 60 und Masse entstehen lassen. Demzufolge wird durch die Umschaltung der Anlage von Handbetrieb auf Automatikbetrieb keinerlei Spannungsstoß oder anderes Störsignal in den Regelkreis eingegeben. Es erfolgt vielmehr auch in dieser Richtung eine völlig stoßfreie Umschaltung.

Wenn als Folge des Handbetriebs der Istwert irgendeiner Regelgröße nicht mit dem gewünschten Sollwert übereinstimmt, so führt die anschließende Umschaltung der Anlage auf Automatikbetrieb infolge der Integralwirkung zu einer langsamen Annäherung der Regelgröße an den Sollwert. Dieses Heranführen an den Sollwert bedarf keinerlei vorherigen Abgleichs der einzelnen Schaltungsteile durch die Bedienungsperson, sondern geschieht in jedem Falle selbsttätig.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Von Handsteuerung auf selbsttätige Regelung (Automatik) umschaltbare elektrische Regeleinrichtung mit PID-Rückführung und mit einem ein von der Regelabweichung abhängiges Signal liefernden Verstärker und einer von einer Spannungsquelle gespeisten Handsteuervorrichtung sowie einem Hand-Automatik-Umschalter, dadurch gekennzeichnet, daßdemStellglied (67) ein elektronischer Speicher (64) vorgeschaltet ist, dessen Eingang einerseits über einen Kontakt (198 α) des Hand-Automatik-Umschalters (198) an den Ausgang (14) des Verstärkers (2) und andererseits an die nur während ihrer Betätigung ein Signal abgebende Handsteuervorrichtung (200, 288, 290) angeschlossen ist.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die während ihrer Nichtbetätigung das Ausgangssignal Null abgebende Handsteuervorrichtung ein aus einer zum Bezugspotential (Masse) symmetrischen Spannungsquelle (201) gespeistes Potentiometer (200) enthält, dessen Schleifer in Richtung auf die neutrale Mittelstellung mechanisch vorgespannt ist. I

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführung (70, 72) zwischen den Ausgang des Speichers (64) und den Eingang (4) des Verstärkers (2) und ein bei Handsteuerung geschlossener weiterer Kontakt (198 b) des Umschalters (198) zwischen Bezugspotential und einen Summierpunkt (60) für das Rückführsignal (72) und das Regelabweichungssignal (54, 58) an den Verstärkereingang (4) geschaltet ist.

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer bei Handsteuerung geschlossener Kontakt (198 c) des Umschalters (198) einem der Einstellung des D-Anteils im Stellsignal dienenden Einstellwiderstand (194) der Rückführung (70, 72) parallelgeschaltet ist.

5. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (64) als Speicherverstärker mit Speicherkondensator ausgebildet ist. I

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen