DE19622548A1 - Regelventilanlage - Google Patents
RegelventilanlageInfo
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- G05B11/14—Automatic controllers electric in which the output signal represents a discontinuous function of the deviation from the desired value, i.e. discontinuous controllers
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- G05D16/20—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means
- G05D16/2006—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means
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- G05D7/06—Control of flow characterised by the use of electric means
- G05D7/0617—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials
- G05D7/0629—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means
- G05D7/0635—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means by action on throttling means
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelventilanlage mit einer einen Leitregler
aufweisenden Regeleinrichtung, die mittels eines Fühlers eine Regelgröße eines
strömenden Mediums überwacht und über ein Stellglied ein Regelventil derart
betätigt, daß die Regelgröße einem Sollwert nachgeführt wird.
Eine Regelventilanlage dieser Art wird als bekannt angenommen. Dabei wird ein
Ventilkegel des Regelventils mittels eines Stellglieds nach Vorgabe eines Leitreglers
in eine bestimmte Position gefahren, um als Regelgröße z. B. die Temperatur eines
strömenden Mediums einem vorgegebenen Sollwert nachzuführen. Wird das Stell
glied, z. B. ein Stellmotor, mittels eines Stellbefehls zum Anhalten angesteuert, so
läuft er infolge seiner Trägheit noch etwas in der vorherigen Richtung weiter, so
daß die Temperatur des strömenden Mediums nicht genau den gewünschten Soll
wert erreicht. Demzufolge steuert der Leitregler das Stellglied in die andere
Richtung, wodurch der Hub wiederum aus dem gewünschten Ruhebereich heraus
laufen kann, so daß mitunter ein Pendeln um den Ruhebereich in Schließ- und
Öffnungsrichtung entsteht. Durch die wiederholten Betätigungsvorgänge ergibt sich
ein schneller Verschleiß des Regelventils.
Ein weiterer Nachteil bei bekannten Regelventilen besteht darin, daß diese je nach
Anwendungsfall speziell ausgelegt sein müssen, indem jeweils ein besonderer
Ventilkegel eingesetzt und die übrigen Bauelemente darauf abgestimmt werden
müssen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelventilanlage der eingangs
genannten Art bereitzustellen, die ohne großen Aufwand auf unterschiedliche
Gegebenheiten abstimmbar ist und bei der ein vorzeitiger Verschleiß vermieden
wird.
Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Hiernach ist also vorgesehen, daß die Regeleinrichtung einen dem Leitregler
nachgeschalteten Verhaltensregler aufweist, der eine Bewertungsstufe für von dem
Leitregler abgegebene Stellbefehle oder für ein aus diesen abgeleitetes Signal
umfaßt, und daß der Verhaltensregler die Stellbefehle in einer Umsetzstufe
umwandelt und gewandelte Stellbefehle zur Ansteuerung des Stellglieds abgibt,
wenn die Stellbefehle des Leitreglers von einem vorbestimmten oder vorbe
stimmbaren Sollverhalten abweichen.
Durch den so aufgebauten Verhaltensregler kann ein Fehlverhalten der Regel
ventilanlage schnell erkannt und ein geeignetes Regelverhalten vorgegeben werden.
Auch läßt sich eine Anpassung an unterschiedliche Gegebenheiten vornehmen, da
die Stellbefehle des Leitreglers mittels der Umsetzstufe in geeignete, gewandelte
Stellbefehle umgesetzt werden können. Dadurch wird einem vorzeitigen Verschleiß
vorgebeugt, und es können unterschiedliche Ventilkennlinien gebildet werden, ohne
daß jedesmal besondere Ventilkegel hergestellt und eingesetzt werden müssen.
Beispielsweise wird ein vorzeitiger Verschleiß der mechanischen Teile der Regel
ventilanlage dadurch vermieden, daß die Bewertungsstufe zum Erkennen eines
Pendelns der Stellbefehle um einen Ruhebereich und zum Abgeben eines Umsetz
befehls an die Umsetzstufe ausgebildet ist, wenn sie ein mehrmaliges Pendeln fest
stellt, und daß die von der Umsetzstufe abgegebenen gewandelten Stellbefehle
eine verminderte Ansteuerung des Stellglieds bewirken. Ein instabiler Drei-Punkt-
Schrittregler wird auf diese Weise stabilisiert. Im einzelnen kann dabei vorgesehen
sein, daß das Stellglied als Stellmotor ausgebildet ist, und daß die verminderte
Ansteuerung dadurch erzielt ist, daß die gewandelten impulsförmigen Stellbefehle
gegenüber den impulsförmigen Stellbefehlen in der Dauer verkürzt sind oder die
Pausen zwischen den Stellbefehlen verlängert werden. Durch die verkürzten Stell
befehle bzw. durch die längeren Pausen wird eine Vergrößerung der Integrations
zeitkonstanten erreicht und damit ein langsamerer Antrieb des Stellglieds bewirkt.
Mit der Maßnahme, daß der Gesamthub eines Ventilkegels des Regelventils in
mehrere Teilbereiche unterteilt ist, und daß die verschiedenen Teilbereiche in dem
Verhaltensregler erkennbar sind, und daß die Stellbefehle in Abhängigkeit von den
Teilbereichen mit unterschiedlichen Bewertungsgrößen in die gewandelten Stell
befehle umsetzbar sind, kann die Ansteuerung des Stellglieds entsprechend den
verschiedenen Steigungen einer Ventilkennlinie angepaßt werden, so daß die
Regelung optimiert wird. Auch können auf diese Weise unterschiedliche Ventil
kennlinien realisiert werden, ohne daß der Ventilkegel ausgetauscht werden muß.
Insbesondere wird die Anpassung an eine übliche Ventilkennlinie dadurch erreicht,
daß die Bewertungsgrößen mit zunehmendem Hub von Teilbereich zu Teilbereich
zunehmen.
Eine Möglichkeit, ein Pendeln zu vermeiden, besteht beispielsweise auch darin, daß
beim Erkennen eines Pendelns der Ruhebereich vergrößerbar ist.
Ein einfacher Aufbau z. B. mit einem Mikrocontroller wird dadurch erzielt, daß der
Verhaltensregler zumindest teilweise als Programm ausgebildet ist, und daß die
Bewertungsstufe und die Umsetzstufe Teilprogramme darstellen. Dadurch ergibt
sich auch die Möglichkeit, die Anpassung an unterschiedliche Gegebenheiten zu
variieren und eventuell neu gewonnene Erkenntnisse nachträglich zu berück
sichtigen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild mit den wesentlichen Komponenten der
Regelventilanlage,
Fig. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Vorgehensweise bei
einem Regelungsvorgang,
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer herkömmlichen Regelventilanlage und
Fig. 4A u. Fig. 4B Ansteuerbefehle für ein in Fig. 1 angegebenes Stellglied.
In Fig. 3 ist eine übliche Regelventilanlage mit einem Regler R, einem Stellglied M
und einem Regelventil RV dargestellt. Der Regler R erhält über einen Fühler F ein
Temperatursignal des über ein Leitungssystem, in dem das Regelventil RV an
geordnet ist, strömenden Mediums. Um einen Temperatur-Sollwert des aus einem
Wärmetauscher WT strömenden Wassers einzustellen, gibt der Regler an das Stell
glied in Form des Stellmotors M einen entsprechenden Stellbefehl in Form eines
Stroms I ab, mit dem das Regelventil RV je nach erfaßtem Temperatursignal des
Fühlers F auf oder zu gesteuert wird. Der Stellbefehl kann z. B. ein in Fig. 4B
dargestellter analoger Strom I zwischen 4 mA und 20 mA sein, mit dem ein Hub H
eines Ventilkegels des Regelventils RV zwischen einem minimalen Wert min und
einem maximalen Wert max verstellt wird. Alternativ können als Stellbefehle des
Reglers R in Fig. 4A wiedergegebene Stellimpulse P1, P3 abgegeben werden, die
bezüglich eines mittleren Pegels P2 positiv oder negativ je nach Verstellrichtung
sind.
Fig. 1 zeigt die Besonderheiten vorliegender Regelventilanlage. Ein Leitregler LR, der
etwa dem Regler R gemäß Fig. 3 entspricht, ist über eine digitale Steuerungsstufe
DAC (Digit Actuator Control) an das Stellglied in Form des Stellmotors M ange
schlossen, der die Verstellung des Regelventils RV bewirkt. Der Leitregler LR erhält
Meßsignale der Regelgröße, wie z. B. Temperatur, Druck oder Durchfluß über den
Fühler F. Die digitale Steuerungsstufe DAC umfaßt einen Verhaltensregler VR, dem
die von dem Leitregler LR abgegebenen Stellbefehle SB beispielsweise in Form der
in Fig. 4A wiedergegebenen Impulse oder des in Fig. 4B dargestellten analogen
Stroms I oder entsprechender Größen zugeführt werden. Weiterhin kann die
digitale Steuerungsstufe DAC einen Stellungsregler SR beinhalten, über den dann
die Stellbefehle SB weitergeleitet werden können. Die Ausgangssignale des
Verhaltensreglers VR können die von dem Leitregler LR oder dem Stellungsregler
SR zugeführten Stellbefehle SB sein oder in dem Verhaltensregler VR umgesetzte
Stellbefehle SB′. Sowohl dem Verhaltensregler VR als auch dem Stellungsregler SR
werden die von dem Stellmotor M bewirkten Hub-Signale zugeführt. Außerdem ist
in dem Verhaltensregler VR ein Sollverhalten SV vorgegeben oder vorgebbar.
Der Verhaltensregler VR bewertet in einer Bewertungsstufe die zugeführten
Stellbefehle SB und erkennt, wenn diese von dem vorbestimmten Sollverhalten SV
abweichen. Liegt ein Abweichen von dem Sollverhalten SV vor, so bildet der
Verhaltensregler VR in einer Umsetzstufe neue, geeignete Stellbefehle SB′ zum
Ansteuern des Stellmotors M.
Ein Abweichen von dem Sollverhalten SV kann z. B. darin bestehen, daß bei einem
Drei-Punkt-Schrittregler ein vorgegebener Ruhebereich des Hubs H in Folge der
Trägheit des Stellmotors M überlaufen wird, wodurch sich die von dem Fühler F
erfaßte Regelgröße aus einem vorgegebenen Toleranzbereich um den Sollwert her
ausbewegt. Dadurch gibt der Leitregler LR einen Stellbefehl SB ab, der eine Ver
stellung des Ventilkegels über den Stellmotor M in die andere Richtung bewirkt.
Dabei kommt es häufig vor, daß der Toleranzbereich der Regelgröße auch in der
anderen Richtung überschritten wird, so daß sich ein Pendeln, d. h. eine Instabilität
einstellt. Erkennt der Verhaltensregler VR mehrere hintereinander erfolgende
Pendelvorgänge, so verkürzt er z. B. die Stellbefehle SB in Form der in Fig. 4A
gezeigten Impulse in der gerade vorliegenden Richtung nach Überschreiten eines
Wendepunktes, d. h. eines Übergangs von hintereinander folgenden positiven Im
pulsen zu hintereinander folgenden negativen Impulsen. Durch die Verkürzung der
Stellbefehle wird die Änderung des Hubs H in der gerade vorliegenden Richtung
verlangsamt bzw. die Integrationszeitkonstante der Ansteuerung des Stellmotors M
vergrößert. Demzufolge läuft die mit dem Fühler F erfaßte Regelgröße nicht mehr
aus dem Toleranzbereich, so daß die Regelung stabilisiert ist. In entsprechender
Weise kann die Verlangsamung der Hub-Änderung auch mittels des in Fig. 4B
gezeigten Stroms I erzielt werden. Generell kann auch durch andere geeignete
Maßnahmen eine Herabsetzung der Drehzahl des Stellmotors M und damit eine
verlangsamte Hub-Änderung bewirkt werden.
Wie Fig. 2 zeigt, kann die Impulsdauer der gewandelten Stellbefehle SB′ in unter
schiedlichen Hubbereichen des Hubs H unterschiedlich gewählt werden, um eine
geeignete Ventilkennlinie zu simulieren. In Fig. 2 ist auf der Abszisse der Hub H
in Prozent des Gesamthubs und die zugehörige Stellzeit ts dargestellt, während auf
der Ordinate ein relativer Durchlaßwert KV des Regelventils angegeben ist. Die
Ventilkennlinie ist in mehrere Teilbereiche des Gesamthubs 0 bis 2, 1 bis 2, 2 bis
3, 3 bis 4 und 4 bis 5 unterteilt. In dem ersten Teilbereich 0 bis 1 ist die An
steuerung des Stellmotors M mit den gewandelten Stellbefehlen SB′ so gewählt,
daß das Durchlaufen des Gesamthubs 300 Sekunden betragen würde, wie rechts
an der entsprechenden Geraden als effektive Stellzeit tseff angegeben. In dem
zweiten Teilbereich 1 bis 2 ist die Ansteuerung so gewählt, daß zum Durchlaufen
des Gesamthubs 120 Sekunden benötigt würden, während in den anschließenden
Teilbereichen eine Zeit für den Gesamthub von 80 Sekunden, 48 Sekunden bzw.
27 Sekunden erforderlich wäre. Durch den so gebildeten Übergang in immer
schnellere Hubänderungen, beispielsweise durch entsprechende Verlängerung der
implusförmigen Stellbefehle SB′ bzw. Änderung von Pausen zwischen den
Stellbefehlen wird eine gewünschte Ventilkennlinie simuliert. Damit kann eine für
einen jeweiligen Bedarfsfall am besten geeignete Kennlinie erzeugt werden, ohne
den Drosselkörper hinsichtlich der Hub-/Mengenkennlinie bearbeiten zu müssen.
Die Anpassung ist z. B. einfach möglich, wenn der Verhaltensregler VR durch ein
entsprechendes Programm mit Unterprogrammen für die Bewertungsstufe und die
Umsetzstufe realisiert ist. Die Teilbereiche des Hubs H können dabei geeignet
gewählt werden.
Mit dem beschriebenen Verhaltensregler VR ist es auch möglich, den Ruhebereich
bei einem Pendeln bzw. Überlaufen zu vergrößern, so daß die schaltfreie Mitte
vergrößert und ein vorzeitiges Anhalten bewirkt werden kann.
Claims (7)
1. Regelventilanlage mit einer einen Leitregler aufweisenden Regeleinrichtung,
die mittels eines Fühlers eine Regelgröße eines strömenden Mediums
überwacht und über ein Stellglied ein Regelventil derart betätigt, daß die
Regelgröße einem Sollwert nachgeführt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Regeleinrichtung einen dem Leitregler (LR) nachgeschalteten Ver haltensregler (VR) aufweist, der eine Bewertungsstufe für von dem Leitregler (LR) abgegebene Stellbefehle oder für ein aus diesen abgeleitetes Signal umfaßt, und
daß der Verhaltensregler (VR) die Stellbefehle (SB) in einer Umsetzstufe umwandelt und gewandelte Stellbefehle (SB′) zur Ansteuerung des Stell glieds (M) abgibt, wenn die Stellbefehle (SB) des Leitreglers (LR) von einem vorbestimmten oder vorbestimmbaren Sollverhalten (SV) abweichen.
daß die Regeleinrichtung einen dem Leitregler (LR) nachgeschalteten Ver haltensregler (VR) aufweist, der eine Bewertungsstufe für von dem Leitregler (LR) abgegebene Stellbefehle oder für ein aus diesen abgeleitetes Signal umfaßt, und
daß der Verhaltensregler (VR) die Stellbefehle (SB) in einer Umsetzstufe umwandelt und gewandelte Stellbefehle (SB′) zur Ansteuerung des Stell glieds (M) abgibt, wenn die Stellbefehle (SB) des Leitreglers (LR) von einem vorbestimmten oder vorbestimmbaren Sollverhalten (SV) abweichen.
2. Regelventilanlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bewertungsstufe zum Erkennen eines Pendelns der Stellbefehle (SB) um einen Ruhebereich und zum Abgeben eines Umsetzbefehls an die Umsetzstufe ausgebildet ist, wenn sie ein mehrmaliges Pendeln feststellt, und
daß die von der Umsetzstufe abgegebenen gewandelten Stellbefehle (SB′) eine verminderte Ansteuerung des Stellglieds (M) bewirken.
daß die Bewertungsstufe zum Erkennen eines Pendelns der Stellbefehle (SB) um einen Ruhebereich und zum Abgeben eines Umsetzbefehls an die Umsetzstufe ausgebildet ist, wenn sie ein mehrmaliges Pendeln feststellt, und
daß die von der Umsetzstufe abgegebenen gewandelten Stellbefehle (SB′) eine verminderte Ansteuerung des Stellglieds (M) bewirken.
3. Regelventilanlage nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Stellglied als Stellmotor (M) ausgebildet ist, und
daß die verminderte Ansteuerung dadurch erzielt ist, daß die gewandelten impulsförmigen Stellbefehle (SB′) gegenüber den impulsförmigen Stell befehlen (SB) in der Dauer verkürzt sind oder Pausen zwischen den Stellbefehlen verlängert werden.
daß das Stellglied als Stellmotor (M) ausgebildet ist, und
daß die verminderte Ansteuerung dadurch erzielt ist, daß die gewandelten impulsförmigen Stellbefehle (SB′) gegenüber den impulsförmigen Stell befehlen (SB) in der Dauer verkürzt sind oder Pausen zwischen den Stellbefehlen verlängert werden.
4. Regelventilanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gesamthub eines Ventilkegels des Regelventils (RV) in mehrere Teilbereiche (0 bis 1, . . . , 4 bis 5) unterteilt ist,
daß die verschiedenen Teilbereiche (0 bis 1, . . . , 4 bis 5) in dem Verhaltensregler (VR) erkennbar sind, und
daß die Stellbefehle (SB) in Abhängigkeit von den Teilbereichen mit unterschiedlichen Bewertungsgrößen in die gewandelten Stellbefehle (SB′) umsetzbar sind.
daß der Gesamthub eines Ventilkegels des Regelventils (RV) in mehrere Teilbereiche (0 bis 1, . . . , 4 bis 5) unterteilt ist,
daß die verschiedenen Teilbereiche (0 bis 1, . . . , 4 bis 5) in dem Verhaltensregler (VR) erkennbar sind, und
daß die Stellbefehle (SB) in Abhängigkeit von den Teilbereichen mit unterschiedlichen Bewertungsgrößen in die gewandelten Stellbefehle (SB′) umsetzbar sind.
5. Regelventilanlage nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bewertungsgrößen mit zunehmendem Hub (H) von Teilbereich zu
Teilbereich (0 bis 1, . . . , 4 bis 5) zunehmen.
6. Regelventilanlage nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß beim Erkennen eines Pendelns der Ruhebereich vergrößerbar ist.
7. Regelventilanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Verhaltensregler (VR) zumindest teilweise als Programm ausgebildet
ist, und
daß die Bewertungsstufe und die Umsetzstufe Teilprogramme darstellen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19622548A DE19622548C2 (de) | 1996-06-05 | 1996-06-05 | Regelventilanlage |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19622548A DE19622548C2 (de) | 1996-06-05 | 1996-06-05 | Regelventilanlage |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19622548A1 true DE19622548A1 (de) | 1997-12-11 |
DE19622548C2 DE19622548C2 (de) | 2000-08-17 |
Family
ID=7796210
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19622548A Expired - Lifetime DE19622548C2 (de) | 1996-06-05 | 1996-06-05 | Regelventilanlage |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19622548C2 (de) |
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-
1996
- 1996-06-05 DE DE19622548A patent/DE19622548C2/de not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19622548C2 (de) | 2000-08-17 |
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