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Regelsystem
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelsystem mit einem Sensor und
einem Stellglied, wobei das Regel system Regler mit Rückkopplung als auch Steuersysteme
(ohne Rückkopplung) einschließt.
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Die Funktionssicherheit eines Regelsystemes ist aufgrund der relativ
vielen Bauelemente des Systemes oft in Frage gestellt. Um hier Abhilfe zu schaffen,
werden innerhalb des Reglers Ersatzkreise vorgesehen, die bei Ausfall eines Bauelementes
des Regelsystemes eingeschaltet werden. Durch die Vielzahl störanfälliger Bauelemente
führt diese Lösung jedoch in vielen Fällen zu sehr komplizierten Schaltungen mit
einer entsprechenden Vielzahl von Ersatzbauteilen bzw. -kreisen, die die Funktionsfähigkeit
des Reglers jeweils bei Ausfall der verschiedenen Bauelemente sicherstellen sollen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Regel system der
eingangs genannten Art zu schaffen, das funktionssicher und gleichzeitig fertigungstechnisch
einfach ist.
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Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einer im Anspruch 1 gekennzeichneten
Vorrichtung gelöst, wobei unter Regler sowohl Regler ohne Rückkopplungen, Steuervorrichtungen
als auch Regler mit rückyekoppeltem Kreis zu verstehen sind.
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Hierdurch ist es möglich, ganz einfache, und damit weniger anfällige
Regler zu verwenden, die durch eine Sicherheitsschaltung wahlweise an ein Stellglied
anschließbar sind.
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Diese Sicherheitsschaltung gewährleistet die ungestörte Betatigung
des Steligliedes, wenn einer der Regler ausfällt, und zwar völlig unabhängig davon,
aus welchem Grund der eine Regler ausfällt. Es sind hierbei also keine Sicherheitsvorkehrungen
für einzelne Bauelemente mehr notwendig.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Systems liegt darin, daß
bei Ausfall eines Reglers dieser ohne weiteres ausgewechselt bzw. repariert werden
kann, ohne daß der Regelvorgang unterbrochen werden muß.
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In einer einfachen Ausgestaltung der Erfindung kann den beiden Reglern
ein einziger Sensor zugeordnet werden.
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Für Anwendungsfälle mit ebenfalls anfälligen Sensoren wird vorgeschlagen,
daß jedem Regler ein getrennter Sensor zugeordnet wird.
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Eine fertigungstechnisch einfache Kopplung der beiden Regler kann
durch einen Satz von Schaltern, insbesondere Relais hergestellt werden, der mit
einem Fehlerdetektor gesteuert wird derart, daß bei Ausfall eines ersten Reglers
dieser vom Stellglied abgekoppelt und der zweite Regler zugeschaltet wird.
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Als Fehlerdetektor kann vorzug-sweise ein Mikroprozessor vorgesehen
sein> der durch Vergleich von Meßgrößen der Sicherheitsschaltung einen Ausfall
eines Reglers registriert.
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Durch den Einsatz eines Iikroprozessors kann gleichzeitig ein Fehler
des Regel systems entsprechend angezeigt werden, so daß der Schaden rasch behoben
werden kann.
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Als Meßgrößen können in einer einfachen Weise die Spannungen von entsprechenden
dem jeweiligen Regler zugeordneten Meßwiderständen verwendet werden.
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Durch einen standigen Vergleich dieser Spannungen kann der Fehlerdetektor
einen Schaden sofort durch eine dabei auftretende Spannungsunregelmäßigkeit signaliseren.
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Bei kritischen Regel funktionen, bei denen ein Ausfall der Stellwirkung
schwere Konsequenzen haben kann, ist es vorteilhaft, wenn dein ersten Schaltersatz
ein zweiter Schaltersatz nachyeschaltet ist. Wobei die Schalter des zweiten Satzes
in Reihe mit den Schaltkontakten des ersten Satzes angeschlossen sind.
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Gemäß einer fertigungstechnisch sehr einfachen Ausgestaltung der Erfindung,
besteht die Sicherheitsschaltung aus zwei jeweils einem Regler zugeordneten Reihenschaltungen
mit mindestens einem Meßwiderstand und mindestens einem Schalter bzw. Relais, wobei
in einem ersten Schaltkreis das Stellglied in Reihe zwischengeschaltet ist, und
wobei das Relais iln erregten Zustand den ersten Schaltkreis unterbricht und das
Stellglied dein zweiten Schaltkreis zugeschaltet.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung schematisch
dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 - 3 je eine Schaltstellung des Ausführunysbeispieles.
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In Fig. 1 ist ein Regel system dargestellt, das zwei Regler 10 und
11 mit zugehörigen Sensoren 12 und 13 aufweist, die über eine Sicherheitsschaltung
14 miteinander koppelbar sind. Die Sicherheitsschaltung 14 besteht aus einem ersten
dem Regler 10 zugeordneten Kreis 15, in dem ein Stellglied 16 in Reihe mit zwei
Meßwiderständen 17 und 18 sowie mit vier Relaisschalter 19 bis 22 in Reihe geschaltet
ist. Die Sicherheitsschaltung 14 weist einen zweiten Kreis 25 auf, der dem zweiten
Relais 11 zugeordnet ist und zwei weitere Relaisschalter 26 und 27, zwei Meßwiderstånde
28 und 29 sowie ein simuliertes Ersatzstellglied 30 in Reihenschaltung aufweist.
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Das Stellglied 16, das eine Impetanz oder ein anderes übliches elektrisch
anregbares bzw. steuerbares Stellglied sein kann, ist mit einer nicht dargestellten
Regelstrecke verbunden. Das Ersatzsteliglied 30 wird lediglich durch ein entsprechendes
Bauelement dargestellt, um die Bedingungen des zweiten Kreises 25 an den ersten
Kreis 15 anzugleichen. Der Spannungabfall U1 bis U4 der jeweiligen Meßwiderstände
17, 18, 28 und 29 dienen als Meßgrößen für einen als Mikroprozessor 33 ausgebildeten
Fehlerdetektor, der in Abhängigkeit des Betriebszustandes des Regelsystemes zwei
Satze von vereinfacht dargestellten Relais 34 und 35 steuert, die die Schalter bzw.
Relais 19, 21, 26 bzw. 20, 22, 27 einschließen.
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Im fehlerfreien Betrieb des Regelsystemes wird das Stellglied 16 über
den Kreis 15 vom ersten Regler 10 anyesteuert. Der zweite Regler 11 mit dein zugehörigen
Kreis 25 dient als Vergleichsschaltung. Diese Funktion wird über die Meßgrößen U1
bis U4 vom Mikroprozessor 33 überwacht. Wenn eine Störung beispielsweise im aktiven
Regler 10 auftaucht, so wird dieses über eine Veränderung der Vergleichsspannungen
vom Mikroprozessor
33 signalisiert und demzufolge der Satz 34, 19,
21, 26 von Relais umgeschaltet. In dem neuen Betriebszustand der in Fig. 2 dargestellt
ist, ist dann der Kreis 15 der Sicherheitsschaltung 14 unterbrochen, während der
zweite Regler 11 über einen Kreis 25' auf dasu Stellgleid 16 durchgeschaltet ist,
wobei der den Meßwiderstand 28 und das Stellglied 30 enthaltende Zweig des Kreises
25 unterbrochen wird. Um aber den gleichen Stromwert im Kreis 25' aufrecht zu erhalten,
ist ein Ersatzwiderstand 28' entsprechend dem Meßwiderstand 28 vorgesehen, der zur
Aufrechterhaltung des ohmschen Widerstandes bei dem Schaltvorgang in den Kreis 25'
zugeschaltet wird.
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In dein Betriebszustand gemäß Fig. 2 wird das Stellglied 16 vom Ersatzregler
11, der mit dem Betriebsregler 10 identisch ist, gesteuert. Durch eine nicht näher
dargestellte Anzeige des Mikroprozessors 33 wird der Schaden des ersten Reglers
10 gemeldet. Dieser kann dann ohne weiteres repariert bzw. ausgewechselt werden,
ohne den Regel vorgang abschalten zu müssen.
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Der Schaltzustand bzw. der Schaltvorgang des ersten Satzes von Relais
19, 21, 26 wird ebenfalls durch den Mikroprozessor über die Veranderung der Meßgrößen
U1 bis U4 überwacht. Wenn einer oder mehrere der Relais 19, 21 bzw. 26 nicht umschaltet,
werden die Meßgrößen U1 bis U4 sich nicht entsprechend einer korrekten Umschaltung
andern, hierdurch siynalisiert der Mikroprozessor eine fehlerhafte Umschaltung des
ersten Satzes der Relais 19, 21 und 26. Dieses löst daraufhin das Einschaltsignal
für den Satz 35 der Relais 20, 22 und 27 aus. Dieser Schaltvorgang bewirkt ebenfalls
eine Entkopplung des ersten Reglers 10 vom und eine Zuschaltung des zweiten Reglers
11 an das Stellglied 16. Damit ist ein dem Kreis 25' ahnlicher Kreis 25'' durchgeschaltet,
in dem ebenfalls der Widerstand 28' enthalten ist.
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Eine Störung im Ersatzregler 11 wird ebenfalls über den Vergleich
der Meßgrößen U1 bis U4 registriert. Dieser Fehler löst keinen Schaltvorgang aus,
sondern er wird lediglich angezeigt, damit die entsprechende Reparatur vorgenommen
werden kann. Auch hierbei bleibt der Regelvorgang über den ersten Regler 10 unberührt.
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Um mit der Sicherheitsschaltung ebenfalls einen Fehler im Sensor berücksichtigen
zu können, sind zwei Sensoren 12 und 13 vorgesehen, die jeweils einem Regler 10
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11 zugeordnet sind. Bei funktionssicheren, robusten Sensoren ist es
selbstverständlich auch möglich, nur einen Sensor zu verwenden, der die Meßsignale
gleichzeitig an beide Regler 10 bzw. 11 abgibt. Es ist ferner möglich, z.B. bei
der Verwendung von sicher funktionierenden Schaltern 19, 21 und 26 die Sicherheitsschaltungen
bzw.
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Relais 20, 22 und 27 wegzulassen.
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