DE1498377B2 - Anordnung zur regelung des mengenverhaeltnisses von zwei oder mehr ueber getrennte leitungen gefoerderten stoffen - Google Patents

Description

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mit dem digitalen Regelventil verbundene erste inte- keit. Wenn der Behälter 3 eine Mischung aus mehre-

grierende Binärzähler einen mit dem Ausgang der ren Bestandteilen enthalten soll, ist es erforderlich,

Multiplizieranordnung verbundenen zweiten Eingang ebenso viele Anordnungen 8, 8', 9 und 9' vorzusehen,

aufweist und so ausgebildet ist, daß er die seinen bei- wie Mischungsbestandteile vorhanden sind, oder ge-

den Eingängen zugeführten Größen integriert. "5 gebenenfalls eine um 1 verminderte Zahl. Dies führt

Die erfindungsgemäße Anordnung läßt sich auch zu umfangreichen und aufwendigen Anordnungen, mit geringem Mehraufwand so erweitern, daß sie zur die eine doppelte Energieversorgung erfordern: eine Bildung von Mischungen von mehr als zwei Stoffen elektrische Stromversorgung für das eigentliche Regeeignet ist. Dies geschieht dadurch, daß die Multi- gelsystem und eine Druckluftversorgung für das Venplizieranordnung und der erste integrierende Binär- id til. "

zähler allen Reglern gemeinsam sind, daß Zeitschalt- Fig. 2. zeigt eine vollkommen digital und rein

einrichtungen vorgesehen sind, welche diese gemein- elektrisch arbeitende Anordnung, welche die gleiche

samen Teile der Reihe nach mit der Subtrahierschal- Wirkung wie die bekannte Anordnung von F i g. 1 er-

tung, dem zweiten integrierenden Binärzähler und gibt. Diejenigen Teile der Anordnung von Fig.2

dem digitalen Regelventil der einzelnen Regler ver- 15 (wie auch später der Anordnungen von Fig.3 und

binden, und daß jedem digitalen Regelventil ein 4), die bestimmten Organen der Anordnung von

Speicherorgan zugeordnet ist, das den jeweils letzten F i g. 1 entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszei-

Ausgangswert des ersten integrierenden Binärzählers chen wie dort bezeichnet. Man erkennt die zur Fül-

festhält. lung verwendeten Leitungen 1, 2 und den Behälter 3,

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in 20 der die Mischung mit der gewünschten konstanten

der Zeichnung dargestellten Beispiels näher erläutert. relativen Konzentration enthalten soll. Es ist wieder

Darin zeigt angenommen, daß diese Mischung nur zwei Bestand-

F i g. 1 eine Anordnung bekannter Art zur Bildung teile enthält; später wird die Erweiterung der Anord-

von Mischungen, nung auf eine Mischung aus mehreren Bestandteilen

F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsge- 25 angegeben. Bei 4 und 5 sind die beiden Fördermen-

mäßen Anordnung zur Bildung von Mischungen, genmeßeräte gezeigt, und bei 6 ist die Multiplika-

Fig. 3 einen nach der Erfindung ausgeführten pro- tionsschaltung gezeigt, welche die Multiplikation mit

portional-integral wirkenden Volumenregler und dem. Parameter k der relativen Konzentration durch-

Fig. 4 eine nach der Erfindung ausgeführte An- führt. Man erhält also an den Punkten 10 und 11 Ordnung zur Bildung von Mischungen von mehr als 30 zwei digitale Signale, deren Differenz den Förderzwei Stoffen. . " mengenfehler im betreffenden Zeitpunkt darstellt,

Fig. 1 zeigt eine bekannte Anordnung zur Bildung d.h. den Augenblickswert der Änderung des VoIu-

einer Mischung aus zwei Bestandteilen, welche über menfehlers der beiden Bestandteile, welche zu der im

Rohrleitungen 1 bzw. 2 einem Behälter 3 zugeführt Behälter 3 vorhandenen Mischung beitragen, in dem

werden. Das Konzentrationsverhältnis sei auf den 35 betreffenden Zeitpunkt. Der Fehler über die gespei-

Werk Ic festgelegt, so daß also die Menge des über cherten Volumen ist in dem betreffenden Zeitpunkt

die Leitung 1 geförderten Bestandteils das Λ-fache durch das Zeitintegral dieses Augenblickswerts vom

der Menge des über die Leitung 2 geförderten Be- Anfangszeitpunkt der Füllung bis zum Meßzeitpunkt

Standteils ist. In jeder Leitung liegt ein Fördermen- dargestellt.

genmesser4 bzw. 5 mit digitalem Ausgang; derartige 40 -Eine digitale Subtrahierschaltung 12 gibt das Meßgeräte werden in dem meisten Fällen aus Ge- numerische Signal· ab, das dem Fördermengenfehler nauigkeitsgründen verwendet. Diese Meßgeräte lie- entspricht. Dieses Signal wird in der Integrationsfern Angaben bezüglich der Fördermenge, d.h. des schaltung 13 zeitlich integriert; diese besteht aus pro Zeiteinheit über die Leitung 1 bzw. die Leitung 2 einem Binärzähler;'der im Zeitpunkt des Beginns des geförderten Volumens. Damit eine Angabe bezüglich 45 Füllens auf Null zurückgestellt wird und seine Zähdes im Behälter 3 vorhandenen Volumens jedes der lung während der ganzen Dauer des Füllens fortsetzt, beiden Bestandteile erhalten wird, muß eine zeitliche Der Zählerstand am Ausgang der Schaltung 13 stellt Integration des Augenblickswertes der Fördermenge den Wert des Zeitintegrals des digitalen Eingangssiwährend der Dauer der Füllung durchgeführt wer- gnals dar. Er kann direkt zur Steuerungeines digitalen den. Der vom Geräts gemessene Wert wird in einer 50 Regelventils 14 der Art verwendet werden, wie es in Multiplizieranordnung6 mit dem Proportionalitäts- der französischen Patentschrift 1276 143 und-deren koeffizdent k der Konzentrationen multipliziert. Die Zusatzpätentschriften 79 079 und 79 700 beschrieben Differenz der Fördermengenwerte wird in einer digi- ist. Ein solches digitales Regelventil enthält eine Antalen Subtrahierschaltung 7 erhalten. Der erhaltene zahl von elektromagnetisch gesteuerten Elementar-Zahlenwert der Differenz wird in einem Digital- 55 ventilen,·.deren Durchflußmengen im geöffneten Zu-Analog-Umsetzer 8 in einen Analogwert umgeformt. stand sich'"zueinander wie aufeinanderfolgende Po-Auf den Umsetzer 8 folgt ein Integrator 8', der den tenzen von 2 verhalten. Die Gesamtdurchflußmenge analogen Differenzwert integriert und dadurch"".den'. ~entsp~ricHF der Summe der Durchflußmengen der je-Volumenfehler bildet. Das am Ausgang des 'Integra- 'wens geöffneten Elementarventile. Die Steuerwicktors 8' erhaltene Analogsignal steuert das Regelventil 60 lungen jedes dieser Elementarventile ist direkt an den 10 über einen elektropneumatischen Wandler 9 und Ausgang der der entsprechenden Binärstelle zugeordeinen Stellmotor 9'. neten Stufe des Binärzähler 13 angeschlossen, wie

Der so gebildete Regler ist als Proportionalregler durch die Mehrfachverbindungen zwischen den

oder zur Erhöhung der Genauigkeit und der Stabili- Blöcken 13 und 14 angedeutet ist.

tat, in den meisten Fällen als proportional-integral 65 Der in F i g. 2 dargestellte Regler ist ein Proportio-

wirkender Regler ausgeführt. nalregler, da das Regelventil 14 durch Angaben ge-

Die Gesamtheit der soeben beschriebenen Kreise steuert wird, die dem Fehler in der relativen Menge

arbeitet im Echtzeit-Betrieb und ist ständig in Tätig- des über die Leitung 2 geförderten Mischungsbe-

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Standteils proportional sind. Damit das System arbei- im Binärzähler 13 B integrierte digitale Signal ist im tet, muß am Ausgang der. Integrationsschaltung 13 wesentlichen durch die Summe von zwei Signalen geein Signal vorhanden sein, so daß also ein geringfügi- bildet, von denen das erste dem im Binärzähler 13 B ger Volumenfehler bestehen bleibt. Diese Anordnung integrierten Fördermengenfehlersignal (Leitung 16) ergibt einen Betrieb mit einem Fördermengenfehler 5 entspricht, das also dem Volumenfehler proportional des Wertes Null. ist, während das zweite dem nacheinander in den Bi-In F i g. 3 ist eine andere Ausführungsform darge- närzählern 13 A und 13 B zweimal integrierten Förstellt, die als proportional-integral wirkender Regler dermengenfehlersignal entspricht, also einen Beausgebildet ist, der gegenüber der zuvor angegebenen trieb mit verschwindendem Volumenfehler gewähr-Ausführungsforrn den Vorteil ergibt, daß ein Betrieb io leistet.

mit einem Volumenfehler des Wertes Null gewährlei- F i g. 4 zeigt das gleiche System wie F i g. 3 für den stet ist. F i g. 3 zeigt wieder die beiden Leitungen 1 Fall, daß die im Behälter 3 enthaltene Mischung aus und 2, welche die beiden Bestandteile zu dem Mi- mehr als zwei Bestandteilen zusammengesetzt ist. Ein schungsbehälter 3 leiten, die Fördermengenmeßge- wesentlicher Vorteil des beschriebenen Systems berate 4 und 5, die Multiplizieranordnung 6 zur Multi- 15 steht darin, daß wegen der größenordnungsmäßigen plikation mit dem Faktor k, die digitale Subtrahier- Unterschiede zwischen den Ansprechgeschwindigkeischaltung 12 sowie das Ventil 14. An den Ausgang ten der elektronischen Steuerschaltungen und des dider Subtrahierschaltung 12 ist ein integrierender Bi- gitalen Ventils 14 wenigstens ein Teil der Schaltunnärzähler 13 A angeschlossen, der beispielsweise in gen zur Regelung von mehreren Bestandteilen vergleicher Weise wie der Binärzähler 13 von F i g. 2 ao wendet werden kann. Im Fall eines Proportionalregausgeführt ist, dessen Ausgänge jedoch nicht mit dem lers der in F i g. 2 dargestellten Art ist es zur AufVentil 14, sondern mit den Eingängen einer digitalen rechterhaltung der hohen Genauigkeit, welche mit Multiplizierschaltung 15, 15' verbunden sind. Der den digitalen Schaltungen erhalten werden kann, Ausgang der Multiplizierschaltung 15, 15' ist mit günstiger, die Verwendung der verschiedenen Schaleinem Ausgang eines zweiten integrierenden Binär- 35 tungen auf die Steuerung eines einzigen Bestandteils Zählers 13 B verbunden, der an einem zweiten Ein- zu beschränken (während der zweite Bestandteil als gang über eine Leitung 16 außerdem direkt das Aus- Bezugsgröße dient). Im Fall eines proportionalgangssignal der digitalen Subtrahierschaltung 12 integral wirkenden Reglers ist es jedoch ohne Verrinempfängt und das Integral seiner beiden Eingangs- gerung der Genauigkeit des Systems möglich, die größen bildet. Die Stufenausgänge des Binärzählers 30 zweite Integrationsschaltung 13 B und ihre Speise-13 B steuern direkt die Elementarventile des digita- kreise nach dem an sich bekannten Zeitmultiplexlen Regelventils 14. Wie zuvor wird das Fehlersignal, Verfahren nur während bestimmter Zeitintervalle zur welches von dem Integral der Differenz zwischen den Steuerung eines gegebenen Bestandteils zu benutzen, an den Punkten 10 und 11 erscheinenden digitalen In dem gestrichelten Rechteck 20 sind die verschie-Signalen gebildet wird, von der Subtrahierschaltung 35 denen Schaltungen dargestellt, die zur Regelung 12 dem integrierenden Binärzähler 13 A zugeführt. mehrerer Komponenten benutzt werden können. Mit Das Ausgangssignal dieses Zählers stellt den VoIu- 18, 18' und 19 sind Umschalter mit mehreren Stelmenfehler der bereits im Behälter 3 enthaltenen lungen (einer Stellung pro geregelter Komponente). Mengen der Bestandteile dar. Dieses Signal wird der bezeichnet, die gleichzeitig von einem Taktgeber beoperativen Multiplizierschaltung zugeführt, welche 40 tätigt werden, der die den einzelnen Bestandteilen eine logische Schaltung 15 und eine zugehörige au- zugeordneten Perioden definiert. Wie aus der Darßere Impulsquelle 15' mit fester Impulsfolgefrequenz stellung ersichtlich ist, wird das von der Schaltung enthält. Die logische Schaltung 15 gibt ein Signal ab, 13' abgegebene Steuersignal in einem Speicherorgan dessen Augenblicksfrequenz das Produkt des Wertes 17 festgehalten, das das Ventil 14 dauernd steuert, des vom Binärzähler 13 A abgegebenen digitalen Si- 45 vor allem während der Zeitintervalle, in denen die im gnals mit einem der Frequenz des Impulsgenerators Rechteck 20 enthaltenen Schaltungen mit dem Steu-15' entsprechenden konstanten Faktor darstellt. erkreis einer anderen Komponente verbunden sind. .Diese Art von Schaltungen ist bekannt und im einzel- Zur Aufrechterhaltung der hohen Genauigkeit des nen in dem »Computer handbook« von H. D. Hu s- Systems bleibt die Integrationsschaltung 13 A, key und G. A. Korn, Verlag Mac Grew Hill in 50 welche die Proportionalwirkung definiert, einer be-Fig.21 bis 38 dargestellt und auf S. 21 bis 72 be- stimmten Komponente zugeordnet, und nur die Inteschrieben. Das von der Multiplizierschaltung 15 ab- gralwirkung wird durch die zeitlich gestaffelte Entgegebene Signal wird dem zweiten Binärzähler 13 B nähme von Abtastwerten bewirkt, mit integrierender Wirkung zugeführt, der außerdem · Der Speicher 17 besteht im allgemeinen aus einer über eine direkte Verbindung 16 das von der Subtra- 55 Gruppe von Selbsthalterelais, welche die Erregung leerschaltung 12 abgegebene Signal empfängt. Das des digitalen Ventils 14 steuern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 . , - - Bei den.bekannten Anordnungen dieser Art erfolgt Patentansprüche: * die Einstellung des Regelventils auf analogem Wege. Es ist daher erforderlich, zwischen der Subtrahier-

1. Anordnung zur Regelung des Mengenver- schaltung und der Integrieranordnung oder im Anhältnisses von zwei oder mehr über getrennte 5 Schluß an die Integrieranordnung einen Analog-Leitungen geförderten Stoffen, wobei in jede Lei- Digital-Umsetzer einzufügen. Ferner ist im allgemeitung ein Fördermengenmesser mit digitalem Aus- nen . eine Energieumwandlung, beispielsweise gang eingeschaltet ist, mit einer digitalen Subtra- elektrisch-pneumatisch oder elektrisch-hydraulisch, hierschaltung, deren Eingänge mit den Ausgän- für die Betätigung des Regelventils erforderlich, gen der Fördermengenmesser einerseits direkt io Schließlich hat es sich gezeigt, daß eine ausreichende und andererseits über eine digitale Multiplizier- . Stabilität bei solchen Anordnungen nur dann erreicht anordnung verbunden sind, mit einer an den werden kann, wenn· ein PID-Regler in die Regel-Ausgang der Subtrahierschaltung angeschlosse- schleife eingefügt wird. Diese bekannten Anordnunnen Integrieranordnung und mit wenigstens gen zur Bildung von Mischungen erfordern daher einem in einer Leitung liegenden, in Abhängig- 15 einen verhältnismäßig großen Aufwand, der besonkeit vom Ausgangssignal der Integrieranordnung ders dann ins Gewicht fällt, wenn die Mischungesteuerten Regelventil, da du ich gekenn- gen aus mehr als zwei Stoffen gebildet werden zeichnet, daß die Integrieranordnung ein Bi- sollen.

närzähler (13; 13 B) ist, dessen Stufenausgänge Es sind andererseits digitale Regelventile bekannt,

mit den entsprechenden Eingängen eines an sich 20 bei denen sich die Durchflußmenge aus der Summe bekannten digitalen Regelventils (14) verbunden der Durchflußmengen von digital gesteuerten EIesind. mentarventilen ergibt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kennzeichnet, daß zur Bildung eines Anordnung der eingangs angegebenen Art zu schafproportional-integral wirkenden Reglers an den 25 fen, die bei wesentlich einfacherem Aufbau einen Ausgang der Subtrahierschaltung (12) ein zweiter sehr stabilen Betrieb gewährleistet, ohne daß hierfür integrierender Binärzähler (13^4) angeschlossen eine PID-Regler oder ein ähnliches Organ benötigt ist, dessen Stufenausgänge mit den entsprechen- wird.

den Eingängen einer digitalen Multiplizieranord- Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht,

nung (15, 15') verbunden sind, und daß der mit 30 daß die Integrieranordnung ein Binärzähler ist, desdem digitalen Regelventil (14) verbundene erste sen Stufenausgänge mit den entsprechenden Eingän-■~ integrierende Binärzahler (13S) einen mit dem gen eines an sich bekannten digitalen Regelventils Ausgang der Multiplizieranordnung (15, 15') ver- verbunden sind.

bundenen zweiten Eingang aufweist und so aus- Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird das

gebildet ist," daß er die seinen beiden Eingängen 35 an sich bekannte digitale Regelventil in besonderer zugeführten Größen integriert. Weise in einer Anordnung zur Bildung von Mischun-

3. Anordnung nach Anspruch 2, zur Bildung gen verwendet. Für die Integrieranordnung wird ein von Mischungen von mehr als zwei Stoffen, da- Binärzähler verwendet, also ein digitales Integrierdurch gekennzeichnet, daß die Multiplizieranord- glied, das unmittelbar an den Ausgang der digitalen nung (15, 15') und der erste integrierende Binär- 40 Subtrahierschaltung angeschlossen wird, ohne daß zähler (13 B) allen Reglern gemeinsam sind, daß die Einfügung eines Digital-Analog-Umsetzers erfor-Zeitschalteinrichtungen (18, 18', 19) vorgesehen derlich ist. Die Stufenausgänge dieses Binärzählers sind, welche diese gemeinsamen Teile der Reihe steuern direkt die Elementarventile des digitalen Renach mit der Subtrahierschaltung (12), dem zwei- gelventils, so daß auch zwischen der Integrieranordten integrierenden Binärzähler (13^4) bzw. dem 45 nung und dem Regelventil keinerlei Zwischenglieder, digitalen ^Regelventil (14) der einzelnen Regler wie Digital-Analog-Umsetzer, Stellmotoren, Energieverbinden, und daß jedem digitalen Regelventil wandler, PID-Regler od. dgl. erforderlich sind. Die (14) ein Speicherorgan (17) zugeordnet ist, das Anordnung arbeitet vollständig digital und elekden jeweils letzten Ausgangswert des ersten inte- ; trisch, so daß keine Energieumwandlung notwendig grierenden Binärzählers (13 B) festhält. 50 ist. Dadurch ergibt sich eine wesentliche Vereinfachung der Anordnung, die darüber hinaus alle Vorteile des rein digitalen Betriebs aufweist: hohe Ge-

... ..-....„.,._-_ -—- nauigkeit, Möglichkeit der Speicherung der Informa-

.·.,«>.,--.:,- . ..->- .-.--.■-.■ tionen.in einem, beliebigen Stadium der Informa-

.^..,i.,^,-,» , 55 tionsverarbeitüng,'Möglichkeit der Verwendung von

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung ^; Rechenschaltungen zur gleichzeitigen Regelung mehzur Regelung des Mengenverhältnisses von zwei oder rerer Parameter und große Geschwindigkeit bei der mehr über getrennte Leitungen geförderten Stoffen, ... Bildung der Steuersignale. .·.,.

wobei in jede Leitung ein Fördermengenmesser mit. · · -Diese Vorteile treten »besonders dann in Erscheidigitalem Ausgang eingeschaltet ist, mit einer digita- 60 nung, wenn nach "dem gleichen Prinzip komplizierlen Subtrahierschaltung, deren Eingänge mit den tere Anordnungen aufgebaut werden. Beispielsweise Ausgängen der Fördermengemesser einerseits direkt läßt sich durch eine Weiterbildung des Erfindungsge- und andererseits über eine digitale Multiplizieranord- genstands ein proportional-integral wirkender Regler nung verbunden sind, mit einer an den Ausgang der bilden. Dies erfolgt dadurch, daß an den Ausgang Subtrahierschaltung angeschlossenen Integrieranord- 65 der Subtrahierschaltung ein zweiter integrierender nung und mit wenigstens einem in einer Leitung lie- Binärzähler angeschlossen ist, dessen Stufenausgänge genden, in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der In- mit den entsprechenden Eingängen einer digitalen tegrieranordnung gesteuerten Regelventil. Multiplizieranordnung verbunden sind, und daß der