DE1498377C3 - Anordnung zur Regelung des Mengenverhältnisses von zwei oder mehr über getrennte Leitungen geförderten Stoffen - Google Patents
Anordnung zur Regelung des Mengenverhältnisses von zwei oder mehr über getrennte Leitungen geförderten StoffenInfo
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Description
3 4
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- io 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 Fi 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 ao 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-
Fi 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-
F i g. 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-
F i g. 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,
F i g. 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/c 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 Leitungl bzw. die Leitung2 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 Steuerung eines digitalen
den. Der vom Gerät5 gemessene Wert wird in einer 50 Regelyentils 14 der Art verwendet werden, wie es in
Multiplizieranordnung 6 mit dem Propbrtionalitäts- der französischen Patentschrift 1 276 143 und-deren
koeffizient k der Konzentrationen multipliziert: Die Zusatepatentschriften 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 sicn'-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. "entspncfiFder Summe der Durchflußmengen der je-Volumenfehler
bildet. Das am Ausgang del Integra*- ' weils 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-
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-
5 6
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-Ausführungsform
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. Fig. 3 zeigt wieder die beiden Leitungen 1 Fall, daß die im Behälter3 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
13,4 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 Fig. 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 5 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 13,4 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. H u 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 hierschaltung 12 abgegebene Signal empfängt. Das des digitalen Ventils 14 steuern.
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 hierschaltung 12 abgegebene Signal empfängt. Das des digitalen Ventils 14 steuern.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Anordnung zur Regelung des Mengenver- schaltung und der Integrieranordnung oder im Anhältnisses
von zwei oder mehr über getrennte 5 schluß an die Integneranordnung 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,
leerschaltung, 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, dadurch 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 Binärzähler (13 B) 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 (135) allen Reglern gemeinsam sind, daß die Einfügung eines Digital-Analog-Umsetzers erfor-Zeitschalteinrichturigeri
(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 A) 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- ; irisch, 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-
λ,,,,,,,.,,,...;- .... ..,.,.■ . ? ..., .tionen.in einem beliebigen Stadium der Informa-
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
tegrieranordmmg gesteuerten Regelventil. Multiplizieranordnung verbunden sind, und daß der
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |