DE1806728B2 - Circuit arrangement for bumpless switching of an electrical control device from automatic to manual operation and vice versa - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum stoßfreien Umschalten einer elektrischen Regeleinrichtung von Automatik- auf Handbetrieb und umgekehrt, enthaltend einen Funktionsverstärker mit Gegenkopplungsschleife, dem eine der Regelabweichung proportionale Signalspannung zugeführt wird und dessen Ausgang derart über einen Schalter und einen Stellwertverstärker mit einem Stellglied gekoppelt ist, daß der Schalter während des Handbetriebes die Verbindung zwischen dem Ausgang des Funktionsverstärkers und einem ersten Eingang des Stellwertverstärkers unterbricht. The invention relates to a circuit arrangement for bumpless Switching an electrical control device from automatic to manual mode and vice versa, containing a functional amplifier with negative feedback loop, the a signal voltage proportional to the control deviation is supplied and its Output in this way via a switch and a manipulated variable amplifier with an actuator is coupled that the switch during manual operation the connection between the output of the functional amplifier and a first input of the manipulated variable amplifier interrupts.

Bei Verfahrensreglern mit Zeitgliedern in der Gegenkopplungsschleife und stetig veränderbarer Ausgangsgröße entsteht beim Umschalten von Hand auf Automatikbetrieb eine sprunghafte Änderung der Ausgangsgröße, falls keine Maßnahmen zu deren Verhinderung getroffen werden. For process controllers with timing elements in the negative feedback loop and continuously changeable output variable is created when switching from manual to automatic mode a sudden change in the output size, if there are no measures to prevent it to be hit.

Eine Anordnung zur stoßfreien Umschaltung von Hand- auf Automatikbetrieb ist z. B. aus der deutschen Auslegeschrift 1 236059 bekannt. Diese bekannte Schaltung ist jedoch sehr aufwendig, insbesondere hinsichtlich des erforderlichen Spoligen Umschalters. An arrangement for bumpless switching from manual to automatic mode is z. B. from the German Auslegeschrift 1 236059 known. This known circuit however, it is very expensive, in particular with regard to the required Spoligen Toggle switch.

Auch eine weiterhin bekannte Anordnung, vgl. Another known arrangement, cf.

zum Beispiel die deutsche Auslegeschrift 1 267453, benötigt einen mindestens 4poligen Umschalter.for example the German Auslegeschrift 1 267453, requires one at least 4-pole changeover switch.

Weiterhin sind Anordnungen zur Umschaltung von Automatik- auf Handbetrieb bekannt, bei denen zum Ausgleichen zweier Spannungswerte vor dem Umschalten ein Abgleichvorgang von Hand vorgenommen werden muß (deutsche Auslegeschrift 1 243 767). There are also arrangements for switching from automatic to manual mode known where to balance two voltage values before switching on The adjustment process must be carried out by hand (German Auslegeschrift 1 243 767).

Schließlich ist eine Anordnung bekannt, bei der in beiden Richtungen eine stoßfreie Umschaltung gewährleistet ist; vgl. österreichische Patentschrift 249 165. Bei dieser Anordnung sind zum Nachführen des jeweils nicht gebrauchten Wertes für »Hand« bzw. »Automatik« aufwendige Nachführeinrichtungen erforderlich, die über einen Spoligen Schalter miteinander kombiniert werden, wobei das Umschalten nur verzögert erfolgen kann, nämlich, wenn ein Vergleicher ein die Umschaltung bewirkendes Relais betätigt. Finally, an arrangement is known in which in both directions bumpless changeover is guaranteed; see Austrian patent specification 249 165. With this arrangement, the unused Value for »manual« or »automatic« expensive tracking devices required, which are combined with one another via a pole switch, with switching can only take place with a delay, namely when a comparator causes the switchover Relay actuated.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die mit einem nur 2poligen Schalter bzw. lpoligen Umschalter auskommt und ein sofortiges Umschalten ermöglicht, ohne auf die Mitwirkung eines Vergleichers angewiesen zu sein. The object of the present invention is therefore to provide a circuit arrangement to create that gets by with only a 2-pole switch or 1-pole changeover switch and enables immediate switching without the involvement of a comparator to be instructed.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der erste Eingang des Stellwertverstärkers hochohmig und über einen Kondensator mit Masse verbunden ist, daß diesem Kondensator eine für Handbetrieb maßgebende Spannung über ein diesen Kondensator enthaltendes Zeitglied zuführbar ist, daß ferner in die Gegenkopplungsschleife ein weiterer Kondensator eingeschaltet ist, daß der Schalter als Umschalter ausgebildet ist, der während des Handbetriebes den Ausgang des Funktionsverstärkers mit dessen Rückführeingang verbindet und daß schließlich der Funktionsverstärker eine hohe obere Grenzfrequenz und einen hohen Eingangswiderstand aufweist. In the case of a circuit arrangement, this task becomes the one mentioned at the beginning Kind of solved in that the first input of the manipulated variable amplifier is high impedance and is connected to ground via a capacitor that this capacitor has a for Manual operation decisive voltage via a timing element containing this capacitor It can be supplied that, furthermore, a further capacitor is placed in the negative feedback loop is switched on, that the switch is designed as a changeover switch, the during the output of the function amplifier with its feedback input connects and that finally the functional amplifier has a high upper limit frequency and has a high input resistance.

An Hand der Zeichnung wird die Erfindung näher beschrieben. The invention is described in more detail with reference to the drawing.

Dem ersten Eingang 1 eines Funktionsverstärkers 2 wird eine der Regelabweichung entsprechende Signalspannung Ux w zugeführt. Die Ausgangsspannung des Funktionsverstärkers 2 gelangt über die (in der dargestellten Lage A = Automatik-Betrieb) geschlossenen Kontakte eines Schalters 3 a auf einer Verbindung 4 zu dem ersten Eingang eines Stellwertverstärkers 5 mit einer Belastung 6, z. B. dem Innenwiderstand eines Stellgliedes. Zwischen der Verbindung 4 und Masse ist ein Kondensator 7 mit hohem Isolationswiderstand gelegt; der zweite Eingang des Stellwertverstärkers 5 ist über einen Widerstand 8 an Masse gelegt und über einen weiteren als Gegenkopplung wirkenden Widerstand 9 mit dem Ausgang des Stellwertverstärkers 5 und der Belastung 6 verbunden. The first input 1 of a functional amplifier 2 is one of the system deviation corresponding signal voltage Ux w supplied. The output voltage of the functional amplifier 2 reaches the closed (in the illustrated position A = automatic mode) Contacts of a switch 3 a on a connection 4 to the first input of a Control value amplifier 5 with a load 6, e.g. B. the internal resistance of an actuator. Between the connection 4 and ground is a capacitor 7 with a high insulation resistance placed; the second input of the manipulated variable amplifier 5 is via a resistor 8 connected to ground and via another resistor acting as a negative feedback 9 is connected to the output of the manipulated variable amplifier 5 and the load 6.

Der Eingangswiderstand des Stellwertverstärkers 5 ist so hoch, daß praktisch kein Eingangsstrom fließt, und der Kondensator 7 ist auf die auf der Verbindung 4 anstehende Signalspannung aufgeladen. The input resistance of the manipulated variable amplifier 5 is so high that practically no input current flows, and the capacitor 7 is on on the connection 4 pending signal voltage charged.

Wird jetzt der Schalter 3 a aus seiner bisherigen Lage A = Automatik-Betrieb in die Lage H = Hand-Betrieb umgelegt, so wird die Verbindung zwischen dem Ausgang des Funktionsverstärkers 2 und dem ersten Eingang des Stellwertverstärkers 5, an dem der Kondensator 7 angeschlossen ist, unterbrochen. Infolge der auf dem Kondensator 7 befindlichen Ladung bleibt das Eingangssignal und damit auch die Ausgangsspannung des Stellwertverstärkers 5 in seiner bisherigen Größe erhalten. Der erste Eingang des Stellwertverstärkers 5 ist außerdem über die Leitung 10 mit der Handstelleinrichtung 12 verbunden. If switch 3 a is now from its previous position A = automatic mode switched to position H = manual operation, the connection between the output of the functional amplifier 2 and the first input of the manipulated variable amplifier 5 to which the capacitor 7 is connected, interrupted. As a result of on the capacitor 7 remains the input signal and thus also the output voltage of the manipulated variable amplifier 5 received in its previous size. The first entrance of the manipulated variable amplifier 5 is also via the line 10 with the manual control device 12 connected.

Durch Betätigung einer der Tastenlla bzw. 11 b kann der Kondensator 7 umgeladen werden. Dabei erfolgt die Umladung mit einer durch die in der Handstelleinrichtung 12 vorhandenen Widerstände und die Kapazität des Kondensators 7 gegebenen Zeitkonstanten. By pressing one of the keys 11a or 11b, the capacitor 7 to be reloaded. The reloading takes place with a through the in the manual control device 12 existing resistances and the capacitance of the capacitor 7 given time constants.

Um bei Automatikbetrieb eine ungewollte Umladung des Kondensators 7 durch fehlerhafte Betätigung der Tasten 11 a bzw. 11 b zu verhindern, kann in die Leitung 10 ein zweiter Schalter 3 b eingefügt werden, der vorteilhafterweise mit dem Schalter 3 a gekoppelt ist. To prevent unwanted charge reversal of the capacitor in automatic mode 7 by incorrectly pressing the buttons 11 a or 11 b can be done in the line 10 a second switch 3 b are inserted, advantageously is coupled to the switch 3 a.

Zwischen dem Ausgang des Stellwertverstärkers 5 und dem Rückführeingang des Verstärkers 2 befindet sich noch eine Gegenkopplungsschleife mit einem weiteren Kondensator 13 im Längsglied, einem zwischen dem eingangsseitigen Anschluß dieses Kondensators 13 und Masse liegenden einstellbaren Widerstand 14 und einem zwischen dem ausgangsseitigen Anschluß des Kondensators 13 und Masse angeordneten Potentiometer 15. Dabei dienen der Widerstand 14 und das Potentiometer 15 der Einstellung des nach stellzeitkonstanten bzw. des Proportionalbereiches. Between the output of the manipulated variable amplifier 5 and the feedback input of the amplifier 2 there is also a negative feedback loop with another Capacitor 13 in the longitudinal member, one between the input-side connection of this Capacitor 13 and ground lying adjustable resistor 14 and a between the output-side connection of the capacitor 13 and ground arranged potentiometer 15. The resistor 14 and the potentiometer 15 are used to set the according to setting time constants or the proportional range.

Um auch die Rückschaltung von Hand- auf Automatik-Betrieb stoßfrei vornehmen zu können, ist Voraussetzung, daß sich die Ladung des Kondensators 13 während des Rückschaltens nicht verändert. In order to switch back from manual to automatic operation without bumps To be able to make, it is a prerequisite that the charge of the capacitor 13 not changed during downshift.

Zu diesem Zweck ist der Schalter 3 a als Umschalter ausgebiIdet, der bei Hand-Betrieb den Ausgang des Funktionsverstärkers 2 mit dessen Rückführeingang verbindet. Dadurch wird der Verstärkungsgrad des Funktionsverstärkers 2 während des Hand-Betriebes auf den Wert 1 herabgesetzt und zugleich verhindert, daß das an dessen Rückführeingang anstehende Potential wesentlich vom Potential des Signaleinganges 1 abweicht. For this purpose, switch 3 a is designed as a changeover switch, which in manual operation the output of the functional amplifier 2 with its feedback input connects. This increases the gain of the operational amplifier 2 during of manual operation is reduced to the value 1 and at the same time prevents the The potential at its return input is significantly different from the potential of the signal input 1 differs.

Beim Rückschalten von Hand- auf Automatik-Betrieb muß die Ausgangsspannung des Funktionsverstärkers 2 auf den Wert der am Kondensator 7 liegenden Spannung springen. Diese Forderung kann der Funktionsverstärker 2 umso eher erfüllen, je höher seine obere Grenzfrequenz und sein Eingangswiderstand sind. When switching back from manual to automatic mode, the output voltage of the functional amplifier 2 to the value of the voltage across the capacitor 7 leap. This requirement can the functional amplifier 2 all the sooner meet the higher its upper limit frequency and its input resistance.

Man kann den Kondensator 13 mittels eines weiteren Schalters 16 überbrücken, wodurch die Schaltungsanordnung ein P-Verhalten annimmt. Führt man dem ersten Eingang 1 des Funktionsverstärkers 2 die Signalspannung Ur w über ein (in der Figur nicht dargestelltes) Differentiierglied zu, nimmt die Anordnung ein PlD- bzw. PD-Verhalten an. The capacitor 13 can be bridged by means of a further switch 16, whereby the circuit arrangement assumes a P behavior. One leads to the first entrance 1 of the functional amplifier 2, the signal voltage Ur w via a (not in the figure The differentiating element shown here increases, the arrangement adopts a PID or PD behavior at.

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Schaltungsanordnung zum stoßfreien Umschalten einer elektrischen Regeleinrichtung von Automatik- auf Handbetrieb und umgekehrt, enthaltend einen Funktionsverstärker mit Gegenkopplungsschleife, dem eine der Regelabweichung proportionale Signalspannung zugeführt wird und dessen Ausgang derart über einen Schalter und einen Stellwertverstärker mit einem Stellglied gekoppelt ist, daß der Schalter während des Handbetriebes die Verbindung zwischen dem Ausgang des Funktionsverstärkers und einem ersten Eingang des Stellwertverstärkers unterbricht, d a -durch gekennzeichnet, daß der erste Eingang des Stellwertverstärkers (5) hochohmig und über einen Kondensator (7) mit Masse verbunden ist, daß diesem Kondensator (7) eine für Handbetrieb maßgebende Spannung über ein diesen Kondensator (7) enthaltendes Zeitglied (7, 12) zuführbar ist, daß ferner in die Gegenkopplungsschleife ein weiterer Kondensator (13) eingeschaltet ist, daß der Schalter (3a) als Umschalter ausgebildet ist, der während des Handbetriebes den Ausgang des Funktionsverstärkers (2) mit dessen Rückführeingang verbindet und daß schließlich der Funktionsverstärker (2) eine hohe obere Grenzfrequenz und einen hohen Eingangswiderstand aufweist. 1. Circuit arrangement for bumpless switching of an electrical Control device from automatic to manual mode and vice versa, containing one Function amplifier with negative feedback loop, to which one is proportional to the control deviation Signal voltage is supplied and its output in such a way via a switch and a manipulated variable amplifier is coupled to an actuator that the switch during of manual mode the connection between the output of the function amplifier and interrupts a first input of the manipulated variable amplifier, d a - characterized by, that the first input of the manipulated variable amplifier (5) has a high resistance and a capacitor (7) connected to ground is that this capacitor (7) is a decisive factor for manual operation Voltage can be supplied via a timing element (7, 12) containing this capacitor (7) is that a further capacitor (13) is also switched into the negative feedback loop is that the switch (3a) is designed as a toggle switch that operates during manual operation connects the output of the functional amplifier (2) with its feedback input and that finally the functional amplifier (2) has a high upper limit frequency and a has high input resistance. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Kondensator (13) mittels eines zweiten Schalters (16) überbrückbar ist. 2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the further capacitor (13) can be bridged by means of a second switch (16). 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalspannung dem ersten Eingang (1) des Funktionsverstärkers (2) über ein Differentiierglied zugeführt ist. 3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that that the signal voltage to the first input (1) of the functional amplifier (2) a differentiating element is supplied. 4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem Ausgang des Stellwertverstärkers (5) und dem ersten Eingang (1) des Funktionsverstärkers (2) vorgesehene Gegenkopplungsschleife veränderbare Widerstände (14,15) zur Einstellung der Nachstellzeitkonstanten und des Proportionalbereiches enthält. 4. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that between the output of the manipulated variable amplifier (5) and the first input (1) of the functional amplifier (2) provided negative feedback loop Adjustable resistors (14,15) for setting the reset time constants and of the proportional band.