DE4204060A1 - Verfahren und vorrichtung zur regelung des drucks in behaeltern, insbesondere in dosier- und niederdruckoefen sowie metallpumpen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur regelung des drucks in behaeltern, insbesondere in dosier- und niederdruckoefen sowie metallpumpenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor
richtung zur Regelung des Drucks in Behältern, ins
besondere in Dosier- und Niederdrucköfen sowie Me
tallpumpen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs
und des Nebenanspruchs.
In Gießanlagen nach dem Stand der Technik werden
Gießvorgänge automatisch gesteuert und für einen rei
bungslosen Ablauf ist eine schnelle und genaue Dosie
rung des schmelzflüssigen Metalls von großer Wichtig
keit. Es ist bekannt, Dosiervorgänge aus Dosieröfen
über eine Drucksteuerung und/oder Druckregelung vor
zunehmen, bei denen der Druck im Ofenraum erfaßt wird
und von den gewünschten Dosiermengen entsprechend
gesteuert bzw. geregelt wird. Es hat sich aber ge
zeigt, daß bei bekannter Druckregelung die Dosierge
nauigkeit nicht befriedigend ist, da die Regelung zu
langsam ist und sich während des Dosiervorganges än
dernde Parameter nicht oder nur ungenau erfaßt werden
können. Darüber hinaus muß eine Nachregelung vorge
nommen werden, wenn Langzeitänderungen auftreten;
beispielsweise tritt bei einer Füllstandsabnahme im
Ofen eine größer werdende Druckabweichung auf, die
nur durch Nachregeln behoben werden kann.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Er
findung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Regelung des Drucks in Behältern,
insbesondere in Dosier- und Niederdrucköfen sowie
Metallpumpen zu schaffen, die auch bei unter
schiedlichen Druckverhältnissen ein schnelles und
genaues Regelverhalten aufweisen, so daß über die
Lebensdauer des Behälters eine genaue und schnelle
Dosierung ohne Nachparametrierung möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn
zeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs und des Ne
benanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des
Oberbegriffs gelöst. Dadurch, daß eine Druckkaskaden
regelung mit Hilfe eines Proportionalventils, dessen
Führungsgröße aus der Addition der Stellgröße eines
überlagerten Leitreglers und eines Behälterdruck-
Sollwertes gebildet wird, vorgesehen ist, wobei der
Leitregler vorzugsweise einen Regler mit PI-Verhalten
aufweist und als Eingabegrößen den Druck-Istwert aus
dem Ofeninnenraum und den Druck-Sollwert empfängt,
wird eine sehr schnelle Regelung möglich, da bei
Druckänderungen im Behälterinnenraum beispielsweise
beim Ausdosieren nur die Druckdifferenz geregelt wer
den muß. Die Leitreglerstellgröße kompensiert darüber
hinaus den Druckabfall in der Verrohrung zwischen
Proportionalventil und Ofenraum, sowie Offset-, Tem
peratur- und Alterungseffekte des gesamten Regelkrei
ses.
Die Offset-, Temperatur- und Alterungseffekte entste
hen dadurch, daß in Gießereibetrieben die Lufttempe
ratur zwischen etwa 10°C und 50°C liegt, und daß
das Proportionalventil auf einem Ofen montiert ist,
dessen Deckel etwa 60°C Temperatur besitzt.
Der Leitregler hingegen, hier Regelkreis 1, kann in
einem Schaltschrank plaziert werden, der zudem mit
Hilfeeines Lüftersystems oder eines Kühlaggregats
gekühlt wird und auf einer Temperatur konstant gehal
ten werden kann.
Darüber hinaus wird eine maximale absolute Regelab
weichung (+/- 0,5%) über den gesamten Druckbereich
vorgegeben und die Regelparameter sind unkritisch und
langzeitstabil, so daß keine Nachparametrierung über
die gesamte Lebensdauer des Ofens erforderlich ist.
Der Regelkreis weist kurze Ansprechzeiten (0,2-0,5
ms) auf, wodurch kein Überschwingen bei verschliffe
nen Sollwertsprüngen auftritt. Der Regelkreis hat
eine hohe Flexibilität, da eine beliebige Anpassung
des gleichen Proportionalventils an verschiedene Re
gelstrecken mit Hilfe des Leitreglers ohne Eingriff
in das Proportionalventil möglich ist. Weiterhin ist
vorteilhaft, daß das erfindungsgemäße Verfahren und
die Vorrichtung das gleiche Regelverhalten für posi
tive und negative Sollwertsprünge aufweist.
Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnah
men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse
rungen möglich.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der
Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden
Beschreibung für einen Dosierofen näher erläutert; Es
zeigen.
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der erfin
dungsgemäßen Vorrichtung zur Regelung
des Drucks und
Fig. 2 die Prinzipdarstellung des in der
Fig. 1 verwendeten Leitreglers.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Regelung
des Drucks in einem Dosierofen weist einen Druckbe
hälter 1 auf, der den Ofeninnenraum bildet und in dem
das schmelzflüssige Metall aufgenommen ist. Vorzugs
weise steht der Druckbehälter 1 unter Druck, wobei
bei der Festlegung des Drucks der Füllstand im Ofen
innenraum berücksichtigt wird. Zum Ausdosieren wird
der Druck kurzfristig erhöht, so daß das flüssige
Metall aus einer Ausgießöffnung herausgedrückt wird.
Über eine Rohrleitung 2 ist der Druckbehälter 1 mit
einem Pneumatik-Proportionalventil 3 verbunden, das
an eine Versorgungsdruckquelle 4 angeschlossen ist
und die Druckzufuhr in den Druckbehälter 1 regelt. In
die Rohrleitung 2 ist am Ausgang des Proportionalven
tils 3 ein Drucksensor 5 für den Ventilausgangsdruck
geschaltet, der die Information über den Druck PVA am
Ausgang des Ventils 3 an das Ventil als Regelgröße
liefert.
Die Rohrleitung 2 zwischen dem Pneumatikventil 3 und
dem Ofen dient zum Kühlen der heißen Ofenluft
(700°C-900°C) und zum Abweisen der aggressiven
Metalldämpfe. Sonst würde das Pneumatikventil sofort
zerstört werden (normale Lufttemperatur von 50°C).
Die Rohrleitung 2 hat aber einen Druckabfall zur Fol
ge.
Ein weiterer Drucksensor 6 ist an bzw. in dem Druck
behälter 1 angeordnet, der den Druck im Ofeninnenraum
erfaßt. Der Drucksensor 6 ist mit einem Eingang eines
PI-Leitreglers 7 verbunden, dessen anderer Eingang
den Sollwert für den Ofeninnenraumdruck von einer
externen Sollwertvorgabe erhält. Das Blockschaltbild
des Leitreglers ist in Fig. 2 dargestellt. Er besteht
aus einem Addierer 8, dem der Druck-Istwert und
Druck-Sollwert zugeführt wird, einem mit dem Ausgang
des Addierers 8 verbundenen Verstärker 9 und einem
dazu parallelliegenden Integrierer 10 und einem wei
teren Addierer 11, der die Ausgangssignale des Ver
stärkers 9 und des Integrators 10 empfängt. Wie zu
erkennen ist, ist der Leitregler 7 als bekannter PI-
Regler ausgebildet.
Der Ausgang des Leitreglers 7 ist mit einem Addierer
12 verbunden, an dessen anderem Eingang eine Skalier
einheit 13 liegt, die mit der externen Sollwertvor
gabe verbunden ist und an ihren Ausgang den skalier
ten Sollwert liefert. Der Addierer 12 ist mit dem
Proportionalventil 3 verbunden und liefert die Füh
rungsgröße für den im Proportionalventil 3 vorhande
nen Regelkreis.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung bildet eine
Druckkaskadenregelung mit einem Proportionalventil 3,
dessen Führungsgröße aus der Addition der Stellgröße
des Leitreglers 7 und des skalierten Sollwertes des
Ofeninnenraumdrucks gebildet wird. Das Proportional
ventil 3 arbeitet über die Pneumatikrohrleitung 2 als
Druckregler für das Luftvolumen des Druckbehälters 1.
Seine elektrische Führungsgröße wird mit Hilfe des
ventilinternen Regelkreises in einen proportionalen
Druck an seinem Ausgang umgewandelt, wobei dieser
Druck größer als der Ofeninnenraumdruck ist, da ein
Druckabfall in der Rohrleitung 2 auftritt. Es gilt
also:
Ventilausgangsdruck = Ofeninnenraumdruck + Druckab
fall,
wobei der Druckabfall keine fest kalkulierbare Größe
ist, da er vom jeweiligen Volumenstrom und der Rohr
geometerie abhängt. Um eine sehr genaue Ofenraum
druckregelung zu verwirklichen, setzt sich die Füh
rungsgröße, wie schon oben erwähnt, aus zwei Kompo
nenten zusammen, d. h.
Führungsgröße = skalierter Sollwert + Leitregler
stellgröße.
Dabei sind die Druckgrößen Ventilausgangsdruck, Ofen
innenraumdruck, Druckabfall den zugeordneten elektri
schen Größen Führungsgröße, skalierter Sollwert,
Leitreglerstellgröße proportional, wobei von der
Leitreglerstellgröße neben dem Druckabfall gleichzei
tig die Temperatur-, Offset- und Alterungseffekte
mitberücksichtigt wird.
Wenn im Ofeninnenraum, d. h. im Druckbehälter, sich
der Druck gegenüber dem Druck-Sollwert ändert, lie
fert der Leitregler 7 eine Stellgröße, die die Diffe
renz zwischen Soll- und Ist-Wert berücksichtigt, wo
bei aufgrund der Ausbildung des Leitreglers als PI-
Regler auch schnelle Änderungen erfaßt werden. Da die
Führungsgröße für das Proportionalventil sich aus dem
skalierten Druck-Sollwert und der der Differenz des
Drucks im Ofeninnenraum und des Solldrucks entspre
chenden Stellgröße zusammensetzt, wird der Druck am
Ventilausgang so geregelt, daß er höher ist als der
Ofeninnenraumdruck, wodurch der Druckabfall in der
Verrohrung zwischen Ventil und Ofenraum sowie die
Offset-, Temperatur- und Alterungseffekte des gesam
ten Regelkreises kompensiert werden.
Üblicherweise sind die schnellen aber kostengünstigen
Proportionalventile für höhere Drücke (0,2-10 bar)
als im in der Erfindung verwendeten Ofen erforderlich
(0-0,2 bar). In diesem niedrigen Druckbereich wür
den bei Proportionalventilen im üblichen Anwen
dungsfall (Rohrleitung 2 ist nicht vorhanden und der
Drucksollwert wird direkt auf das Proportionalventil
gegeben) erhebliche Abweichungen im Ausgängsdruck
auftreten. Der Leitregler 7 zwingt dem regelbaren
Proportionalventil eine hochgenaue Proportionalität
auf, auch im Druckbereich, für den es nicht ausgelegt
ist.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird das Proportional
ventil im thermischen Grenzbereich (Umgebungstempera
tur auf dem Ofen 30°-50°C) betrieben. Dadurch be
steht eine Alterung, die die interne Parametrierung
über Jahre gesehen verändert. Diese Verschiebung wird
ebenfalls durch den Zeitregler 7 ausgeglichen, der
geschützt im Schaltschrank untergebracht ist und über
ca. 10 Jahre seine Parametrierung behält.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann eine
Druckregelung mit sehr kleiner und über den gesamten
Druckbereich (0 bis 1 bar) konstanter Regelabweichung
(+/- 0,75 mbar) sowie mit sehr kurzer Ansprechzeit
(ca. 0,2 sec) realisiert werden.
Die Erfindung wurde an dem Beispiel eines Dosierofens
beschrieben. Selbstverständlich ist sie auch für an
dere Behälter anwendbar, aus denen dosiert werden
soll, beispielsweise für Niedrucköfen oder Metallpum
pen zur Förderung einer Metallschmelze.
Claims (4)
1. Verfahren zur Regelung des Drucks in Behältern,
insbesondere in Dosier- und Niederdrucköfen so
wie Metallpumpen, bei dem der Druck im Ofenin
nenraum erfaßt und über einen Regelkreis gere
gelt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Druck-Kaskadenregelung durchgeführt
wird, wobei der Druck-Istwert im und der Druck-
Sollwert für den Behälterinnenraum einem ersten
aufweisenden Regelkreis zugeführt und die sich
ergebende Stellgröße mit dem Druck-Sollwert ad
diert wird und das Ergebnis als Führungsgröße
für einen ein Proportionalventil aufweisenden
zweiten Regelkreis zugeführt wird.
2. Vorrichtung zur Regelung des Drucks in Behäl
tern, insbesondere in Dosier- und Niederdruckö
fen sowie Metallpumpen mit einem den Druck im
Behälterinnenraum erfassenden Drucksensor und
einem Regelkreis zur Regelung des Drucks im Be
hälterinnenraum,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Regelkreis als Kaskadenregelkreis ausge
bildet ist, wobei ein erster Regelkreis einen
Leitregler bildet, der den vom Drucksensor ge
lieferten Druck-Istwert und einen Druck-Sollwert
empfängt und eine Stellgröße liefert, die, mit
dem Sollwert addiert, die Führungsgröße für ei
nen ein Proportionalventil aufweisenden zweiten
Regelkreis bildet und daß ein weiterer Drucksen
sor in der Verbindungsleitung zum Behälterinnen
raum am Ausgang des Ventils liegt und mit dem
zweiten Regelkreis verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Führungsgröße des zweiten Re
gelkreises die Summe aus der Stellgröße des er
sten Regelkreises und dem skalierten Druck-Soll
wert für die Ofeninnendruck ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der erste Regelkreis einen Regler
mit einem PI-Verhalten aufweist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4204060A DE4204060C2 (de) | 1992-02-07 | 1992-02-07 | Vorrichtung zur Regelung des Drucks in einem Behälterinnenraum eines Dosierofens, eines Niederdruckofens oder einer Metallpumpe |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4204060A DE4204060C2 (de) | 1992-02-07 | 1992-02-07 | Vorrichtung zur Regelung des Drucks in einem Behälterinnenraum eines Dosierofens, eines Niederdruckofens oder einer Metallpumpe |
Publications (2)
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DE4204060A1 true DE4204060A1 (de) | 1993-08-12 |
DE4204060C2 DE4204060C2 (de) | 1998-04-09 |
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Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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- 1992-02-07 DE DE4204060A patent/DE4204060C2/de not_active Expired - Fee Related
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