DE1252303B - Elektrischer Regler - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

G05b

G05f

Deutsche Kl.: 21 c - 46/51

Nummer: 1252 303

Aktenzeichen: E 26899 VIII b/21 c

Anmeldetag: 23. April 1964

Auslegetag: 19. Oktober 1967

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Regler, bei welchem das der jeweiligen Abweichung zwischen Soll- und Istwert der Regelgröße entsprechende Fehlersignale nach seinem Vorzeichen die Richtung dieser Abweichung zwischen Soll- und Istwert wiedergibt, mit einer Geschwindigkeitsrückführung, welche ein der jeweiligen Änderungsgeschwindigkeit der Regelgröße entsprechendes Rückführsignal erzeugt, dessen Vorzeichen den Richtungssinn der Änderung der Regelgröße wiedergibt.

Regler dieser Art sind beispielsweise in Gestalt der Nachlaufregler zur genauen Einstellung eines verstellbaren Teils bekannt, wobei über einen Sollwertgeber ein der gewünschten Stellung entsprechendes Signal in die Regelvorrichtung eingegeben wird und die Regelung die selbständige Nachstellung auf diesen Wert bewirkt. Bei Verwendung eines drehenden Stellantriebs kann ein Tachogenerator mit diesem Motor gekuppelt sein, welcher das Geschwindigkeitsrückführsignal erzeugt.

In vielen Anwendungsfällen ist eine Störüberwachung derartiger Regler erwünscht. Insbesondere gilt dies beispielsweise bei Anlagen mit mehreren derartigen, etwa in Reihe angeordneten und miteinander zusammenwirkenden Reglern. Hierbei wäre es as erwünscht, daß ein in einem Glied der Gesamtanordnung auftretender Fehler, welcher die Gesamtanordnung beeinflussen würde, sogleich bei seinem Auftreten festgestellt und lokalisiert werden kann.

Durch die vorliegende Erfindung soll daher eine einfache und zuverlässige Störüberwachung derartiger Regler geschaffen werden.

Zu diesem Zweck wird bei einem Regler der genannten Art gemäß der Erfindung eine im wesentlichen nur auf die Vorzeichen' des Fehlersignals und des Rückführsignals ansprechende zusätzliche Vergleichsvorrichtung vorgesehen, die ein als Störanzeige dienendes Ausgangssignal erzeugt, wenn die Beziehung zwischen den Vorzeichen der beiden Signale vom ordnungsgemäßen Zustand, bei welchem die Änderung im Sinne einer Verringerung der Regelabweichung erfolgt, abweicht.

Der Erfindung liegt der Umstand zugrunde, daß bei ordnungsgemäßer Wirkungsweise der Regelanlage die Vorzeichen des Fehlersignals und des Rückführsignals einander in bestimmter Weise entsprechen müssen, derart nämlich, daß die Änderung der Regelgröße in Richtung einer Reduzierung der Abweichung erfolgt. Bei einer dieser Entsprechung entgegengesetzten Beziehung zwischen den Vorzeichen liegt eine Störung des Reglers vor. Indem gemäß der Erfindung das Fehlersignal und das der Elektrischer Regler

Anmelder:

The English Electric Company Limited, London

Vertreter:

Dipl.-Ing. C. Wallach, Dipl.-Ing. G. Koch
und Dr. T. Haibach, Patentanwälte,
München 2, Kaufingerstr. 8

Als Erfinder benannt:

Kenneth MiIford Faulkes, Bradford, Yorkshire

(Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 23. April 1963 (16 059) -

Änderungsgeschwindigkeit entsprechende Rückführsignal mittels der zusätzlichen Vergleichsvorrichtung hinsichtlich einer Abweichung von der ordnungsgemäßen Beziehung zwischen ihren Vorzeichen überwacht werden, erhält man eine einfache und zuverlässige Störüberwachung des Reglers.

Für die Zwecke der Erfindung brauchen die beiden Signale (Fehlersignal und Rückführsignal) lediglich hinsichtlich ihrer Vorzeichen überwacht zu werden. Ausgehend von den üblicherweise bei den Reglern der genannten Art verwendeten Analogsignalen kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Begrenzung der beiden Analogsignale in entsprechenden Begrenzervorrichtungen vorgesehen sein, bevor die Signale hinsichtlich ihres Vorzeichens miteinander verglichen werden. Eine entsprechende bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kennzeichnet sich durch einen ersten Begrenzer zur Begrenzung des Fehlersignals auf einen vorgegebenen Maximalwert, sobald die Regelabweichung einen vorgegebenen kleinen Wert übersteigt, sowie durch einen weiteren Begrenzer zur Begrenzung des Geschwindigkeitsrückführsignals auf den gleichen vorgegebenen Maximalwert, sobald die Änderungsgeschwindigkeit der Regelgröße einen vorgegebenen kleinen Wert übersteigt.

Soweit durch die Eigenträgheit des Reglers das Vergleichssystem gemäß der Erfindung vorübergehend unabgeglichen wäre, beispielsweise bei voll anliegendem Fehlersignal, jedoch noch nicht ange-

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laufenem oder noch nicht bis zum Schwellwert der im; wesentlichen einen Nachlaufregler mit Tacho-Begrenzung aufgelaufenem Rückführsignal, kann ge- generatorgeschwindigkeitsriickführung dar.
maß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin- Der Schaltverstärker, der von Halbleiterbauart dung zur Vermeidung von Fehlanzeigen eine Zeit- sein kann, hat eine Kennlinie der in F i g. 2 dargeverzögerung in der Weitergabe des Ausgangssignals 5 stellten Form. Auf der Abszisse ist das dem Verder Vergleichsvorrichtung vorgesehen sein. Eine der- stärker über die Leitung .28 zugeführte Stellsignal artige bevorzugte Ausführungsform der Erfindung und auf der Ordinate die an den Motor 8 angelegte kennzeichnet sich durch eine Zeitverzögerungsvor- Ausgangsgröße aufgetragen. Die Kennlinie zeigt, daß richtung, welche die Erzeugung des Ausgangssignals der Motor nur dann angetrieben wird, wenn das der zusätzlichen Vergleichsvorrichtung nach dem io Stellsignal einen bestimmten Wert übersteigt, der mit Einsetzen der Regelwirkung um eine vorgegebene den Bezugszeichen ρ und q bezeichnet ist. Der Motor Zeitdauer verzögert, die wenigstens ebenso groß ist bleibt stehen, wenn das Stellsignal einen Wert innerwie die Zeit, die erforderlich ist, damit die Änderungs- halb eines »Totzonenbereichs« besitzt, der durch die geschwindigkeit der Regelgröße ihren vorgegebenen Summe von ρ und q dargestellt ist. Die Kennlinie Maximalwert erreicht. 15 zeigt auch, daß der Motor nach einer anfänglichen

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung Beschleunigung eine konstante Maximalgeschwindig-

ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines keit annimmt, welche beibehalten wird, bis das Stell-

Ausführungsbeispiels der Erfindung in Gestalt eines signal wieder auf einen Wert innerhalb des »Tot-

Nachlaufreglers zur Einstellung der Welle einer zur Zonenbereichs« abnimmt.

Betätigung eines Ventils dienenden Stelleinrichtung; ao Gemäß der Erfindung wird das Fehlersignal von

die Beschreibung erfolgt an Hand der Zeichnung; der Summationsschaltung 16 außer der Summations-

in dieser zeigt schaltung 26 über eine. Leitung 38 zusätzlich einer

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines Nachlaufreglers Vergleichsvorrichtung 36 (F i g. 1 und 3) zur Störgemäß einer Ausführungsform der Erfindung, überwachung zugeführt. Das von dem Tachogenera-

F i g. 2 die Kennlinie eines einen Teil des Reglers 25 tor 22 gelieferte Geschwindigkeitssignal wird über

gemäß F i g. 1 bildenden Schaltverstärkers, eine Leitung 40 ebenfalls der Vergleichsvorrichtung

F i g. 3 ein detalliertes Blockschaltbild der Ver- 36 zugeführt,

gleichsvorrichtung gemäß der Erfindung aus Fig. 1. Diese Schaltung zur Störüberwachung ist in Fi g. 3

Die Stelleinrichtung hat eine Ausgangswelle 4, mehr ins einzelne gehend dargestellt und wird an welche über ein Getriebe 6 durch einen Dreiphasen- 30 Hand dieser Figur im folgenden näher erläutert, induktionsmotor 8 angetrieben wird. Ein von der Über eine Leitung 38 wird das Fehlersignal einer Ausgangsgröße der Welle 4 gesteuerter Übertrager Begrenzerschaltung 42 zugeführt; diese erzeugt an 10 erzeugt ein der jeweiligen augenblicklichen Win- einer Leitung 44 eine Ausgangsgröße, deren Betrag kelstellung der Welle bezüglich eines Bezugswertes konstant ist, wenn die Größe des Fehlersignals gröproportionales Ausgangssignal; der Bezugswert der 35 ßer als ein vorherbestimmter niedriger Wert ist.
Winkelstellung wird durch Wahl eines dem Über- ; Das Geschwindigkeitssignal wird über eine Leitrager über die Leitung 12 zugeführten Bezugssignals tung 40 einer Begrenzerschaltung 46 mit einstellbestimmt. Das den Istwert der Regelgröße darstel- barem Maximalwert des Ausgangssignals zugeführt; lende Ausgangssignal des Übertragers 10, das im fol- dieser Begrenzer erzeugt an der Leitung 48 eine Ausgenden als »Stellungssignal« bezeichnet wird, wird 40 gangsgröße, deren Betrag konstant ist, wenn der über eine Leitung 14 einer ersten Summationsschal- Motor 8 seine maximale Drehzahl erreicht hat, wobei tung 16 zugeführt, in welcher es algebraisch zu einem dieser Betrag des Signals derart abgestimmt wird, über eine Leitung 18 zugeführten Bezugssignal ad- daß er gleich der konstanten Ausgangsgröße der diert wird. Dieses Bezugssignal ist proportional dem Begrenzerschaltung 42 ist. Die an den Leitungen 44 Wert der Winkelstellung, in welche die Welle 14 45 und 48 auftretenden Signale werden in einer dritten eingestellt werden soll, und stellt somit den Sollwert Summationsschaltung 50 algebraisch addiert. Die der Regelgröße dar. Die Summationsschaltung 16 Ausgangsgröße der Summationsschaltung 50 wird erzeugt eine auf der Leitung 20 auftretende Aus- über eine Leitung 52 einer Zeitverzögerungsschaltung gangsgröße, welche das der Differenz zwischen dem 54 und von da einem Verstärker 56 zugeführt. Der Stellungssignal und dem Bezugssignal proportionale 50 Ausgang des Verstärkers wirkt auf ein Relais 58, Fehlersignal darstellt. welches eine Ausgangsgröße auf einer Leitung 60

Mit der Welle des Motors 8 ist ein Tachogenerator erzeugt.

22 verbunden; er erzeugt ein Ausgangssignal, welches Im folgenden wird die Arbeitsweise des Systems

im folgenden als Geschwindigkeitssignal bezeichnet beschrieben. Es wird angenommen, daß die Welle 4

wird, dessen Wert proportional der Winkelgeschwin- 55 anfänglich stillsteht und in eine andere Winkelstel-

digkeit der Welle 4 ist und dessen Vorzeichen von lung gebracht werden soll. Zu diesem Zweck wird

der Drehrichtung der Welle 4 abhängt. ein der gewünschten veränderten Winkelstellung ent-

Das Geschwindigkeits- und das Fehlersignal wer- sprechendes Sollwert-Bezugssignal über die Leitung den über Leitungen 24 bzw. 20 einer zweiten Sum- 18 der Summationsschaltung 16 zugeführt: diese ermationsschaltung 26 zugeführt, wo sie algebraisch 60 zeugt ein Fehlersignal, dessen Wert proportional der addiert werden. Der Kreis 26 erzeugt eine Ausgangs- Differenz zwischen der tatsächlichen und der gegröße, die im folgenden als »Stellsignal« bezeichnet wünschten Winkelstellung der Welle 4 ist. Dieses wird und das über eine Leitung 28 einem Schaltver- Fehlersignal wird sodann der Summationsschaltung stärker 30 zugeführt wird. Der Schaltverstärker 30 26 zugeführt. Da die Welle stillsteht, ist der Wert des erzeugt eine Ausgangsgröße in den Leitungen 32 zum 65 über die Leitung 24 zugeführten Geschwindigkeits-Antrieb des Motors 8. Über die Leitungen 34 steht signals Null; aus diesem Grund hängt das dem der Schalter mit einer Dreiphasenstromversorgung in Schaltverstärker 30 eingegebene Stellsignal nur vom Verbindung. Die bisher beschriebene Schaltung stellt Wert des Fehlersignals ab. Besitzt das Stellsignal

einen Wert größer als ρ oder q (Fig. 2), so liefert der Verstärker 30 eine Ausgangsgröße, welche den Motor 8 veranlaßt, die Welle 4 in Richtung der gewünschten Stellung anzutreiben. In dem Maß, wie die Welle bis zur maximalen Drehzahl beschleunigt wird, wird der Summationsschaltung 26 vom Tachogenerator 22 ein zunehmendes Geschwindigkeitssignal zugeführt und algebraisch zu dem Fehlersignal addiert. Wenn die Welle sich der gewünschten Winkelstellung nähert, sinkt der Wert des Fehlersignals ab, was eine entsprechende Abnahme der Größe des Stellsignals zur Folge hat. Wenn das Stellsignal in die »Totzone« des Verstärkers 30 zu liegen kommt, so fällt dessen Ausgangsgröße auf Null ab, und der Motor kommt zum Stillstand, wodurch auch das Geschwindigkeitssignal auf Null abfällt. Wenn der Motor mit maximaler Drehzahl läuft und die Welle in die gewünschte Stellung treibt, dann ist das von dem Tachogenerator 22 gelieferte Geschwindigkeitssignal konstant; demzufolge hat das Ausgangssignal der einstellbaren Begrenzerschaltung 46 (F i g. 3) eine konstante Größe. Wenn die Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert der Stellung der Welle groß genug ist, dann wird auch die Ausgangsgröße des Begrenzerkreises 42 konstant. Wie bereits erwähnt, ist die Anordnung so getroffen, daß die konstanten Ausgangsgrößen des Begrenzers 42 und des einstellbaren Begrenzers 46 gleich groß sind, wenn sich die Welle in Richtung auf die erwünschte Stellung dreht, wobei ihre Vorzeichen entgegengesetzt sind, so daß ihre algebraische Summe Null ist. Dementsprechend erzeugt die Summationsschaltung 50 keine Ausgangsgröße, und das Relais 58 wird nicht betätigt. Falls sich jedoch infolge einer Störung in dem Regler die Welle 4 nicht in die gewünschte Stellung, sondern in entgegengesetzter Richtung dreht, so kehrt sich das Vorzeichen des Geschwindigkeitssignals um. Die Summationsschaltung 50 erzeugt dann ein Ausgangssignal, welches durch die Zeitverzögerungsschaltung 54 geführt und in ihm verzögert und sodann im Verstärker 56 verstärkt wird. Der Verstärkerausgang veranlaßt das Relais 58, ein Ausgangssignal zu erzeugen, das einen Störzustand anzeigt und zur Auslösung von Schutzoder Warnmaßnahmen verwendet werden kann.
- Die Zeitverzögerungsschaltung 54 gewährleistet dabei, daß das Ausgangssignal der Summationsschaltung 50 erst verstärkt wird, nachdem seit einer Änderung des Sollwert-Bezugssignals eine ausreichende Zeit verstrichen ist, so daß der Motor seine maximale Drehzahl erreicht hat. Während der anfänglichen Beschleunigung des Motors ist das Geschwindigkeitssignal von dem Tachogenerator klein; die Summationsschaltung 50 erzeugt daher selbst bei richtiger Bewegung der Welle 4 ein Ausgangssignal, weil die Ausgangsgröße der einstellbaren Begrenzerschaltung 46 während dieser Anlaufperiode die Ausgangsgröße des Begrenzers 42 noch nicht kompensiert. Die Zeitverzögerungsschaltung verhindert somit, daß dieses vorübergehend erzeugte Signal das Relais 58 betätigt und somit eine falsche Anzeige bewirkt.

Das Servosystem kann mittels Druckknöpfen betätigt werden, von denen jeder aus einer Reihe vorgegebener Bezugssignale, die über die Leitung 18 zugeführt werden, ein bestimmtes auswählt. Wahlweise kann ein stufenloses Signal vorgesehen sein, das z. B. von, einem Verfahrensregler geliefert wird. Der Übertrager 10 kann in Form eines Spannungsteilers ausgebildet sein, an welchem eine das Stellungs-Bezugssignal darstellende Spannung liegt. Das der Leitung 14 zugeführte Stellungssignal könnte in diesem Fall an einer beweglichen Abzapfung des Spannungsteilers abgenommen werden, wobei der Abgriff gemäß der jeweiligen Istwinkelstellung der ίο Welle verstellt wird. Die Spannung an dem Spannungsteiler kann dabei einstellbar gemacht werden, derart, daß die Stelleinrichtung in die gewünschte Stellung nachgestellt werden kann, wenn sie in einer anderen Stellung stehenbleibt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Regler, bei welchem das der jeweiligen Abweichung zwischen Soll- und Ist-

ao wert der Regelgröße entsprechende Fehlersignal nach seinem Vorzeichen die Richtung dieser Abweichung zwischen Soll- und Istwert wiedergibt, mit einer Geschwindigkeitsrückführung, welche ein der jeweiligen Änderungsgeschwindigkeit der Regelgröße entsprechendes Rückführsignal erzeugt, dessen Vorzeichen den Richtungssinn der Änderung der Regelgröße wiedergibt, insbesondere Nachlaufregler mit Tachometergeneratorgeschwindigkeitsrückführung, gekennzeichnet durch eine im wesentlichen nur auf die Vorzeichen des Fehlersignals (38; F i g. 1) und des Rückführsignals (40) ansprechende zusätzliche Vergleichsvorrichtung (36; F i g. 1 und 3), die ein als Störanzeige dienendes Ausgangssignal erzeugt, wenn die Beziehung zwischen den Vorzeichen der beiden Signale vom ordnungsgemäßen Zustand, bei welchem die Änderung im Sinn einer Verringerung der Regelabweichung erfolgt, abweicht.

2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Vergleichsvorrichtung (36) einen ersten Begrenzer (42; Fig. 3) enthält zur Begrenzung des Fehlersignals (38) auf einen vorgegebenen Maximalwert, sobald die Regelabweichung einen vorgegebenen kleinen Wert übersteigt, sowie einen weiteren Begrenzer (46) zur Begrenzung des Geschwindigkeitsrückführsignals (40) auf den gleichen vorgegebenen Maximalwert, sobald die Änderungsgeschwindigkeit der Regelgröße einen vorgegebenen kleinen Wert übersteigt.

3. Regler nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Zeitverzögerungsvorrichtung (54; F i g. 3) welche die Erzeugung des Ausgangssignals (60) der zusätzlichen Vergleichsvorrichtung (36) nach dem Einsetzen der Regelwirkung um eine vorgegebene Zeitdauer verzögert, die wenigstens ebenso groß ist wie die Zeit, die erforderlich ist, damit die Änderungsgeschwindigkeit der Regelgröße ihren vorgegebenen Maximalwert erreicht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Buch von Oppelt: »Kleines Handbuch technischer Pegelvorgänge«, 3. Auflage, erschienen 1960 im Verlag Chemie, Weinheim/Bergstraße, S. 551.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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