DE1588215A1 - Vorrichtung zur voruebergehenden Handsteuerung von Regelkreisen in industriellen Verfahrensanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur vorübergehenden Handsteuerung von Regelkreisen in industriellen Verfahrensanlagen, insbesondere wenn ein Regler der Verfahrensanlage beispielsweise für Wartungs- oder Austauschzwecke ausgebaut werden soll.

Es ist seit langem üblich, automatische Verfahrensregler mit Einrichtungen zum Einstellen eines Stellglieds von Hand zu versehen. Beispielsweise sind bekannte elektronische Regelkreise mit einer von Hand betätigbaren Steuereinrichtung zur Lieferung eines elektrischen Stellsignals versehen, dessen Größe von der Bedienungstafel der Anlage aus einstellbar ist. Diese Hand-Steuereinrichtung ist häufig vom Verstärker und den zugeordneten Schaltungen des automatischen Reglers unabhängig, so daß sie nicht beeinträchtigt wird, wenn ein Bauteil dee Regelkreises ausfällt. Einige Regler sind derart aufgebaut, daß die automatischen Reglerbauteile, wie Verstärker, Vergleicher, Signal-

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wandler usw., separat von der Hand-Steuereinrichtung ausgebaut werden können. Auf diese Weise können erstere beispielsweise zu einer Wartungszentrale gebracht werden, während die Hand-Steuereinrichtung für die Betätigung des Stellglieds zurückbleibt, bis eine Reparatur, Wartung o.dgl. durchgeführt worden ist.

Mit der Weiterentwicklung der elektronischen Ausrüstungen nahm auch schnell die Ausfallwahrscheinlichkeit für derartige Bauteile bis zu einem Punkt ab, an welchem ein Ausfall eines automatischen Reglers unwahrscheinlich ist. Unter diesem Aspekt wurde es als wirtschaftlicher angesehen, die Verstärkerschaltungen für die Erzeugung des verhältnismäßig großen Stellsignals gemeinsam sowohl für automatischen als auch für Handbetrieb einzusetzen. Hierdurch wird die Hand-Steuereinrichtung beträchtlich vereinfacht, da es nur noch notwendig ist, ein Steuersignal von geringer Größe zu erzeugen, welches dann an den Stellwert-Verstärker gelegt wird. Unter der Voraussetzung, daß die elektronischen Bauteile des Reglers keinen Ausfall erleiden, kann der Stellwert-Verstärker sicher für die Erzeugung des Handsteuer-Ausgangsignals herangezogen werden.

Obgleich moderne, mit Halbleiter-Elementen bestückte elek-

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tronische Vorrichtungen höchst zuverlässig sind, besteht dennoch immer die eine oder andere Möglichkeit, daß ein Bauteil eines Regelkreises ganz oder teilweise ausfällt. Wenn der Regler aber so ausgelegt ist, daß das Hand-Steuersignal ebenfalls durch den Stellwert-Verstärker erzeugt wird, dann ist es bei einem evtl. Ausfall dieses Verstärkers nicht möglich, auf Handsteuerung überzugehen. Bei einigen Verfahren mit sieh langsam ändernder Regelgröße stellt ein solcher Ausfall möglicherweise kein zu ernstes Problem dar, da unter Umständen der schadhafte Bauteil ersetzt werden kann, bevor die Regelgröße einen zulässigen Grenzwert überschreitet. Bei anderen Verfahren kann ein Ausfall der Regelung dagegen ziemlich große Schwierigkeiten aufwerfen und ernste Polgen haben.

Aufgabe der Erfindung besteht mithin darin, Verfahrensregelvorrichtungen der vorstehend angedeuteten allgemeinen Art zu verbessern, indem insbesondere für den Fall eines Versagens bzw. einer Störung des automatischen Reglers eine Vorrichtung zur vorübergehenden Handsteuerung von Regelkreisen in industriellen Verfahrensanlagen angegeben wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine von den Verfahrensreglern getrennte Regler-Umgehungs-

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einrichtung mit einer Stromquelle zur Erzeugung eines Umgehungssignals vorgesehen ist, das anstelle eines von einem der Verfahrensregler gelieferten RegelsignalB an die zugehörige Lasteinr1chtung Übertragbar ist und daß diese Umgehungseinrichtung eine von Hand einstellbare Einrichtung zur Einstellung der Größe des Umgehungssignals aufweist sowie eine Anschlußeinrichtung flir Jeden der Regler vorgesehen ist, die zwischen einem Normal- und einem Umgehungszustand umschaltbar ißt und einen Umschalter aufweist, welcher im Umgehungszustand den betreffenden Verfahrensregler von seinem zugeordneten Lastkreis trennt und den von Hand einstellbaren Umgehungssignalausgang der Umgehungseinrichtung an diesen Lastkreis anschließt.

Im folgenden ist ein AusfUhrungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine mehrere getrennte Regler aufweisende Schalttafel mit einer Hand-Steuereinrichtung mit den Merkmalen der Erfindung und

Fig. 2 eine schematisehe Darstellung des Schaltungsaufbaus der Hand-Steuereinrichtung.

In Fig. 1 ist eine Schalttafel 10 mit mehreren elektroni-

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.sehen Verfahrensreglern 12 dargestellt, von denen jeder jeweils einem bestimmten Stellort bzw. einer bestimmten Stellgröße zugeordnet ist. Diese Regler können beispielsweise einen Sollwert-Einstellknopf 14 zur Bestimmung des gewünschten Werts der zu regelnden Stellgröße, ein Regelabweichung-Meßgerät 16 zur Anzeige der Differenz zwischen Istwert und Sollwert, ein Ausgang-Meßgerät 18 zur Anzeige des dem Stellglied, z.B. einem Verfahrensventil, zugefUhrten Signals, einen Hand-Automatik-Umschalter 20 und einen Hand-Steuerknopf 22 aufzuweisen.

Der Verfahrensregler 12 kann im wesentlichen aus einem mit Halbleiter-Elementen bestückten Verstärker mit hohem Verstärkungsgrad bestehen, welcher durch die Regelabweichung angesteuert wird. Wenn sich dieser Regler in seiner Hand-Steuersteilung befindet, wird dem Eingang des Stellwert-Verstärkers anstelle der Regelabweichung ein von Hand einstellbares Signal eingespeist, wodurch der Verstäa· ker eine« der Größe des von Hand eingestellten Signale entsprechendes Stellsignal erzeugt.

Zeitweilig kann es notwendig sein, einen der Regler 12 auszubauen, beispielsweise um Wartunge- oder Reparaturarbeiten an ihm durchzuführen. Durch diesen Ausbau wird die Zuführung des Stellsignale zum Stellwert-Verstärker ge-

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trennt; so daß es sowohl in der automatischen als auch in der Hand-Betriebsart erforderlich sein kann, andere Einrichtungen zur vorübergehenden Steuerung des Stellglieds vorzusehen. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß eine in derselben Schalttafel wie der Verfahrensregler 12 montierte Regler-Umgehungsvorrichtung 30 vorgesehen, die Einrichtungen zur Handsteuerung jedes der Stellglieder aufweist, welche normalerweise durch die verschiedenen zugeordneten Regler 12 geregelt werden.

Zur Herstellung einer Verbindung mit einem der geregelten Stellglieder weist die Vorrichtung 3° einen mit dem Ende eines vieradrigen biegsamen Kabels 3^ verbundenen zweiteiligen Stecker 32 auf. Dieses Kabel ist auf eine nicht dargestellte federbelastete Aufspulrolle aufgerollt, die ihrerseits in der Umgehungsvorrichtung angeordnet ist. Der Stecker ist normalerweise (wie in Fig. 1 gestrichelt eingezeichnet) in einen unmittelbar unter der Umgehungsvorrichtung vorgesehenen entsprechenden Blindanschluß eingesteckt.

Wenn einer der Regler 12 aus der Schalttafel 10 ausgebaut werden soll, wird der Stecker 32 aus dem Blindanschluß 36 herausgezogen und in einen anderen Anschluß 38 tfnter dem zu entfernenden Regler eingesteckt. Gemäß Fig. 2 weist

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dieser Anschluß sechs Blattfederkontakte 40 - 50 auf, welche in zwei Gruppen zu jeweils drei Kontakten angeordnet sind und von denen jede Gruppe jeweils einem der beiden Steckerteile zugeordnet ist. Die Mittelkontakte 42 und 48 sind unmittelbar an die Regler-Ausgangsleitungen 52 bzw. 54 angeschlossen, während die Außenkontakte 40 und 50 an entsprechende Umformer-Eingangsleitungen 56 bzw. 58 angeschlossen sind, die zu einem Stellantrieb bzw. zu einem durch einen Block 60 angedeuteten Umformer führen. Wenn sich der Stecker j52 nicht im Anschluß 38 befindet, sind die Mittelkontakte 42 und 48 durch kurze Innenkontakte 44 bzw. 46 mit den Außenkontakten 44 bzw. 46 verbunden, wodurch eine direkte Verbindung für das zum Umformer 60 fließende Regler-Ausgangssignal geschaffen wird. Dieser Umformer 60_?der von herkömmlicher Bauart sein kann, formt das elektrische Stellsignal um und gibt über eine Leitung 62 ein entsprechendes pneumatisches Drucksignal zur Einstellung des Stellglieds 64 ab.

Wenn der Stecker 52 in den Anschluß 58 eingesteckt ist, wird durch die Steckerspitzen 66, 68 und die Mittelkontakte 42 bzw. 48 eine Verbindung zu den Regler-Ausgangsleitungen 52 bzw. 54 hergestellt und gleichzeitig die Verbindung über die Innenkontakte 44 bzw. 46 zu den Umformer-Eingangsleitungen 56 bzw. 58 unterbrochen. Auf ähnliche

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Welse wird durch die Steckerhülsen 70, 72 und die Außenkontakte 40 bzw. 50 eine Verbindung zu den Umformer-Eingangsleitungen 56 bzw. 58 hergestellt.

Wenn der Regler 12 im Betrieb ausgebaut werden soll, ist es zweckmäßig, vor dem Umschalten der Regelung des Stellglieds von Automatik- auf Handbetrieb den Ausgang der Handsteuereinrichtung an das vom Regler abgegebene Signal anzugleichen. Zu diesem Zweck wird vor dem Umschalten auf die Umgehungsvorrichtung 30 zwecks Übernahme der Steuerung des Stellglieds eine dem Regler-Ausgang entsprechende Spannung erzeugt, diese mittels eines Abweich-Meßgeräts 74 mit der am Reglerausgang liegenden Spannung verglichen wird.

Im einzelnen wird dazu beim Einstecken des Steckers in den Anschluß 38 über das Kabel 34 ein Stromkreis geschlossen, durch welchen ein kleiner Widerstand J6 von beispielsweise 17.Q zwischen die Regler-Ausgangsleitung 52 und die Umformer-Eingangsleitung 56 eingeschaltet wird. Die andere Regler-Ausgangsleitung 54 ist über ein Ausgang-Meßgerät 78 mit der entsprechenden Umformer-Eingangsleitung 58 verbunden. Der Widerstand des Widerstands 76 1st so klein, daß hierdurch die Größe des durch den Regler erzeugten Stroms nicht wesentlich beeinflußt wird. Die

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über diesem Widerstand liegende Spannung entspricht somit proportional dem Regelsignal. Diese Spannung wird am Abweich-Meßgerät 74 mit der Spannung verglichen, welche über einem Widerstand 80 von ebenfalls 17.il durch den in der ümgehungsvorrichtung 30 erzeugten Hand-Steuerstrom hervorgerufen wird. .

Mit einem an der Fronttafel der ümgehungsvorrichtung vorgesehenen Knopf 82 kann der über den Widerstand 80 fließende Strom so eingestellt werden, daß das Abweich-Meßgerät 74 Null anzeigt. Der Knopf 82 dient dabei zur Betätigung eines Potentiometers 84 zum Einstellen des von einer Stromquelle 86 gelieferten und über den Widerstand 80 fließenden Stroms. Die Stromquelle 86 weist einen Gleichrichter 88 zur Erzeugung einer Oleichspannung auf, die auf übliche Weise gefiltert und durch Zenerdioden 90A und 90B geregelt wird. Der von der Stromquelle gelieferte Strom wird durch einen Emitter-Folgeverstärker in Kaskadenschaltung geregelt, dessen Eingangsspannung am Potentiometer 84 abgegriffen wird, und fließt über .Speiseleitungen 94 und 96, den Widerstand 80, einen Blindlastwiderstand 98 von beispielsweise 10OiI und einen Abschnitt 100A. eines Hand-Automatik-Umschalters 102.

Wenn das Abweich-Meßgerät 74 Null anzeigt, ist der von

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der Stromquelle 86 gelieferte, am Potentiometer 84 von Hand eingestellte Strom gleich dem Regler-Ausgangsstrom. Wenn dies der Pail ist, kann der Automatik-Hand-Umschalter 102 in seine Stellung HAND umgelegt werden, in welcher der von der Stromquelle 86 gelieferte Strom dem Umformer 60 eingespeist wird. Der Stromkreis der Stromquelle 86 ist dabei von der Leitung 96 über den Widerstand 76, die Steckerhülse 70, den Kontakt 40 und die Leitung 56 zum Wandler 60 und zurück über die Leitung 58 zum Kontakt 50, zur Steckerhülse 72, zum Ausgang-Meßgerät 78 und über den Abschnitt 100A des Umschalters zur Speiseleitung 94 geschlossen.

Beim Umschalten des Umschalters 102 in die Stellung HAND wird außerdem der vom Regler 12 gelieferte Strom über den Widerstand 80 geleitet, wobei er von der Leitung 52 über den Kontakt 42, die Steckerspitze 66, den Widerstand 80, die Blindlast 98, den Schalterabschnitt 100B, die Steckerspitze 68, den Kontakt 48 und die Leitung 54 zum Regler zurückfließt. Das Abweich-Meßgerät 74 zeigt somit weiterhin die Differenz zwischen dem Regler-Ausgangsstrom und dem durch die Umgehungsvorrichtung erzeugten Strom an.

Nach erfolgter Umschaltung in die Stellung HAND kann der nunmehr an der Blindlast 98 liegende Regler 12 als Ganzes

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aus der Schalttafel 10 ausgebaut werden. Typisoherweise wird der Regier-Ausgangskreis 52, 5^ über einen nicht dargestellten, an der Rückseite des Geräts vorgesehenen Mehrstift-Signalstecker mit dem betreffenden Anschluß 38 und dem Stellglied-Lastkreis 56, 58 verbunden. Wenn der Regler teilweise in Vorwärtsrichtung aus seiner Einbaulage in der Schalttafel herausgeschoben worden ist, können dieser Mehrstift-Stecker und der Übliche Netzstecker von Hand getrennt werden, so daß der Regler als Ganzes herausnehmbar ist und beispielsweise zu einer Wartungszentrale verbracht werden kann. Das Trennen des Signal- und des Netzsteckers an der Regler-Rückseite hat keine Beeinträchtigung der Stromzufuhr von der Umgehungseinrichtung 30 zu den Umformer-Eingangsleitungen 56, 58 zur Folge, da die ümgehungsvorrichtung mit diesem Stromkreis über den Anschluß 38 verbunden ist, welcher unabhängig vom Regler eine Direktverbindung zum Stromkreis herstellt. Der Regler kann folglich als Ganzes aus der Schalttafel herausgenommen werden, ohne daß hierdurch das nunmehr

30
von der Umgehungseinrichtung/dem Stellglied zugeführte

Signal beeinträchtigt wird.

Wenn der Regler aus seiner Einbaulage in der Schalttafel gemäß Flg. 1 herausgezogen worden ist, wird der über den Widerstand 80 fließende Regler-Ausgangsstrom unterbrochen

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und liefert das Abweich-Meßgerät 74 keine brauchbare Anzeige mehr. Wenn der Regler jedoch wieder in Betrieb gesetzt wird, ermöglicht der durch das Abweich-Meßgerät 74 vorgenommene Vergleich des Regieretroms mit dem von Hand .eingestellten Steuerstrom der Umgehungsvorrlchtung eine Einstellung des Reglerstroms, so daß der vom Regler gelieferte Ausgangsstrom dem von Hand eingestellten Strom angepaßt ist, wodurch das Zurückschalten auf automatischen Betrieb durch Betätigung des Umschalters 102 vorbereitet wird.

Ein vorteilhaftes Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt somit ersichtlicherweise darin, daß die Regelung des Stellglieds 64 vom Regler 12 auf die Uragehungsvorrichtung 30 oder umgekehrt umgeschaltet werden kann, ohne daß ein "Sprung*¹ im Verfahren auftritt; dies ist unabhängig davon der Fall, ob der Regler 12 bei der Umschaltung in seiner automatischen oder in seiner von Hand eingestellten Betriebsart arbeitet. Dieses sprungfreie Umschalten wird speziell durch die Vorkehrungen zum Vergleichen des vom Regler gelieferten Stroms mit dem von der Umgehungseinrichtung JO gelieferten Strom vor dem Umschalten mit Hilfe des Abweich-Meßgeräts 74 nebst zugeordneten Schaltungen ermöglicht.

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Die Umgehungsvorrichtung J5O weist außerdem das Ausgangs-Meßgerät 78 auf, welches die Größe des Stellsignals anzeigt und hierdurch der das Verfahren überwachenden Person eine Anzeige der Stellung des Stellglieds gibt, wenn der Regier 12 ausgebaut worden ist.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß die Schaltung zur Einstellung des Gleichstrom-Reglerumgehungsslgnals zum Stellglied vollständig innerhalb der Umgehungsvorrichtung 30 angeordnet ist, so daß für jede vorgegebene Anzahl von Reglern 12 nur ein einziger derartiger Schaltungssatz vorgesehen zu sein braucht.

Obgleich vorstehend nur eine einzige AusfUhrungsform der Erfindung in Einzelheiten dargestellt und beschrieben ist, soll die vorstehende Offenbarung nur zur beispielhaften Veranschaulichung der Erfindung dienen, so daß der Fachmann auf diesem Gebiet in die Lage versetzt wird, die Erfindung in Anpassung an andere Anwendungsfälle entsprechend abwandeln zu können. Aus diesem Grund soll die Erfindung keinesfalls durch die vorstehendeBeschreibung eingeschränkt werden, sondern vielmehr alle innerhalb des erweiterten Schutzumfangs liegenden Abwandlungen und Änderungen mit einschließen.

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Claims (9)

158B2

P a t e η t a nsprüche

.J Vorrichtung zur vorübergehenden Handsteuerung von Regelkreisen in industriellen Verfahrensanlagen mit mehreren Verfahrensreglern, von denen jeder einen zur Erzeugung sowohl eines automatischen Hegelsignals als auch eines von Hand einstellbaren Steuersignals ausgelegten Verstärker sowie einen über eine Lasteinrichtung auf ein Stellglied wirkenden Ausgangskreis enthält und die jeweils für Reparatur- oder Wartungszwecke als Ganzes aus einer Schalttafel ausbaubar sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine von den Verfahrensreglern (12) getrennte Regler-Umgehungseinrichtung (JO) mit einer Stromquelle (86) zur Erzeugung eines Umgehungssignals vorgesehen ist, das anstelle eines von einem der Verfahrensregler gelieferten Regelsignals an die zugehörige Lasteinrichtung (6o) übertragbar ist, und daß diese Umgehungseinrichtung (j50) eine von Hand einstellbare Einrichtung (84) zur Einstellung der Größe des Umgehungssignals aufweist sowie eine Anschlußeinrichtung für jeden der Regler (12) vorgesehen ist, die zwischen einem Normal- und einem Umgehungszustand umschaltbar ist und einen

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Umschalter (102) aufweist, welcher im Umgehungszustand den betreffenden Verfahrensregler von seinem zugeordneten Lastkreis trennt und den von Hand einstellbaren Umgehungssignalausgang der Umgehungseinrichtung an diesen Lastkreis anschließt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußeinrichtung eine zweiteilige Steckverbindung mit einem mit der Regler-Umgehungsvorrichtung(j5Ö) verbundenen Teil (32) und mehreren jeweils einem Verfahrensregler (12) zugeordneten Gegenstücken (38) aufweist, von denen jedes mit dem Ausgangskreis des betreffenden Reglers sowie mit der entsprechenden Lastvorrichtung (60) verbundene leitfähige Mittel (52, 5^) sowie Kontaktmittel (40 - 50) aufweist, die bei Verbindung mit dem erstgenannten Teil die Regler-Umgehungsvorrichtung mit dem Ausgangskreis des zugeordneten Reglers in Reihe schalten.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstücke Anschlußleisten (38) sind und der

erstgenannte Teil ein in jede dieser Anschlußleisten einsteckbarer Stecker (32) ist, der über ein Kabel (34) mit der Umgehungsvorrichtung (30) in Verbindung steht.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stecker (22) mit zwei Elementen (70, 72) versehen ist, von denen Jedes zwei an entsprechende Stromkreise innerhalb der Regler-Umgehungsvorrichtung angeschlossene Kontaktpunkte enthält, und daß

an,
die Anschlußleisten (^8)/die Verbindung mit den Steckerelementen (70, 72) ansprechende Kontakte (40 50) aufweist, die so angeordnet sind, daß sie bei einer solchen Verbindung die betreffenden Stromkreise mit den beiden Ausgangsleitungen (56, 58) in Reihe schalten.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußeinriphtung einen Vergleichkreis (80, 76, 74) mit einer Anzeigeeinrichtung· (74) zum Vergleichen des vom Regler(12) gelieferten Signals mit demVon der Umgehungsvorrichtung (j50) gelieferten Signal sowie einen an der Umgehungsvorrichtung angeordneten Umschalter (102) zum Umschalten zwischen automatische» Verfahrensreglerbetrieb und von Hand gesteuertem Umgehungsbetrieb aufweist, der in seiner Stellung für automatischen Betrieb das vom Verfahrensregler (12) gelieferte Regelsignal und das von Hand einstellbare Umgehungssignal von der Stromquelle (86) dem Vergleichkreis (80, 76, 74) zuführt und in seiner

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Hand-Betriebsstellung das Umgehungssignal Über den Ausgangskreis des betreffenden Verfahrensreglers an die zugehörige Lasteinrichtung (60) leitet und das Regelsignal vom Ausgangskreis trennt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichkreis (80, 76, 74) zwei Elemente (76, 80) gleicher elektrischer Impedanz aufweist, daß der Umschalter (102) in der automatischen Betriebe-Stellung das Hegelsignal an das eine dieser Impedanz-

und
elemente (76)/d&B Umgehungssignal an das andere dieser Impedanzelemente (80) anlegt und daß die Anzeigeeinrichtung ein auf den Unterschied der Spannungen über den Impedanzelementen {76, 80) ansprechendes und somit einen Vergleich zwischen den Signalen durchführendes Meßgerät (74) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschalter (102) in der Umgehungsstellung das Regelsignal an das zweitgenannte Impedanzelement (80) und das Umgehungssignal an das erstgenannte Impedanzelement (76) anlegt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Umgehungseinrichtung (j50) ein Blindlastelement

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(98) aufweist, das eine zumindest ungefähr der Impedanz der Stellglied-Lasteinrichtung (60) angepaßte Impedanz besitzt, und daß der Umschalter (102) in der automatischen Betriebsstellung das Umgehungssignal und in der Umgehungsstellung das Hegelsignal an das Blindlastelement (98) anlegt.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Lieferung von Gleichstrom-Stellsignalen, dadurch gekennzeichnet, daß· die Stromquelle (86) eine Transistor-GMchrichter-Ausgangsstufe (92) aufweist und daß die von Hand einstellbare Einrichtung ein Potentio-

des

meter (84) zur Änderung der Größe/der Gleichrichter-Ausgangsstufe eingespeisten Signals ist.

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