DE3432494C2

DE3432494C2 - Control arrangement for controlling the throughput of gas or liquid flows in pipelines

Info

Publication number: DE3432494C2
Application number: DE19843432494
Authority: DE
Inventors: Volker Dipl Phys Dr Nestler
Original assignee: BUERKERT GmbH
Current assignee: BUERKERT GmbH
Priority date: 1984-09-04
Filing date: 1984-09-04
Publication date: 1995-07-27
Anticipated expiration: 2004-09-05
Also published as: DE3432494A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelungsanordnung zur Regelung des Durchsatzes von Gas- oder Flüssigkeitsströmen in Rohr leitungen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a control arrangement for regulation the throughput of gas or liquid flows in pipe lines, according to the preamble of claim 1.

In einer Vielzahl von industriellen und technischen Prozes sen wird der Durchfluß von Gasen oder Flüssigkeiten in Rohr leitungen gesteuert oder geregelt. So gehören das Steuern und Regeln von Flüssigkeits- und Gasflüssen in Rohrleitungen zu den Grundoperationen bei der Analyse und Synthese von Stoffen in der chemischen und biologischen Verfahrenstech nik. Bei Wärmeaustauschprozessen in Kühl- und Heizungsanla gen gehören die Steuerung und Regelung des Durchsatzes von Gasen oder Flüssigkeiten in Rohrleitungen ebenfalls zu den Grundoperationen. Während in einigen Fällen der Durchsatz selbst gesteuert oder geregelt wird, können bei anderen Prozessen beliebige physikalische, chemische oder biologi sche Parameter indirekt über den Durchsatz von Gasen oder Flüssigkeiten in Rohrleitungen gesteuert oder geregelt wer den. Beispiele sind die Steuerung oder Regelung des Druckes, der Temperatur, des pH-Wertes, der elektrischen Leitfähig keit, Sauerstoffkonzentration, Dichte, Trübung oder Ionen konzentration in einem fluiden Medium.In a variety of industrial and technical processes sen is the flow of gases or liquids in pipe lines controlled or regulated. That’s how it’s controlled and regulating liquid and gas flows in pipelines to the basic operations in the analysis and synthesis of Substances in chemical and biological process engineering nik. For heat exchange processes in cooling and heating systems control and regulation of the throughput of Gases or liquids in pipes also to the Basic operations. While in some cases the throughput can be controlled or regulated by others Processes any physical, chemical or biological parameters indirectly via the throughput of gases or Liquids in pipes controlled or regulated who the. Examples are the control or regulation of the pressure, the temperature, the pH value, the electrical conductivity speed, oxygen concentration, density, turbidity or ions concentration in a fluid medium.

Die herkömmlichen Regelungs- und/oder Steueranordnungen für derartige Anwendungen sind aus diskreten Komponenten aufge baut. In die Rohrleitung ist ein Stellglied eingebaut, durch das der Durchgangsquerschnitt der Rohrleitung verändert wird. Im allgemeinen wird ein Stellventil mit den beiden Schaltfunktionen "Auf" und "Zu" verwendet, da die Verwirk lichung des Regelkreises dann besonders einfach ist. In die Rohrleitung ist ferner ein Sensor eingefügt, der die jewei lige Regelgröße erfaßt, also beispielsweise den Druck, die Temperatur, den pH-Wert, die Leitfähigkeit, Sauerstoffkon zentration, Dichte, Trübung oder Ionenkonzentration oder auch einfach den Durchsatz des in der Rohrleitung durchströ menden fluiden Mediums. Das Stellglied wird durch einen Aktuator bestätigt, der beispielsweise elektrisch angesteu ert wird. Das Ansteuersignal für den Aktuator liefert eine Steuervorrichtung, die im allgemeinen in einer zentralen Warte untergebracht ist, mit der auch der Sensor über eine Signalleitung verbunden ist.The conventional regulation and / or control arrangements for Such applications are made up of discrete components builds. An actuator is built into the pipeline that changes the cross-section of the pipeline becomes. In general, a control valve with the two Switching functions "Open" and "Closed" used because the forfeited the control loop is particularly simple. In the Pipeline is also inserted a sensor that the jewei current controlled variable, for example the pressure, the Temperature, pH, conductivity, oxygen con concentration, density, turbidity or ion concentration or also simply flow through the pipe fluid medium. The actuator is replaced by a Actuator confirmed, for example electrically controlled is heard. The control signal for the actuator provides one Control device, generally in a central Control room is housed with which the sensor also has a Signal line is connected.

Entsprechend der Verwendung von Stellventilen mit nur zwei Schaltfunktionen "Auf" und "Zu" wird die Steuervorrichtung im allgemeinen als 2-Punkt-Regler in analoger Schaltungs technik ausgeführt. Obwohl ein solches Regelsystem wegen des 2-Punkt-Verfahrens und wegen der zwei diskreten Stellungen des Stellgliedes verhältnismäßig große Regelschwankungen zeigt, ist es doch aufwendig und teuer hinsichtlich Kon struktion und Installation, weil zwischen Sensor und Steuer vorrichtung bzw. Regler sowie zwischen diesem und dem Ak tuator des Stellgliedes gewöhnlich Normsignale erzeugt und verarbeitet werden, insbesondere wenn Sensor, Regler und Aktuator getrennte elektrische Versorgungen aufweisen, und weil zwischen den einzelnen Komponenten des Regelkreises Leitungen über größere Entfernungen verlegt werden müssen, die darüber hinaus störanfällig sind. According to the use of control valves with only two Switching functions "open" and "closed" becomes the control device generally as a 2-point controller in analog circuit technology carried out. Although such a control system because of the 2-point method and because of the two discrete positions of the actuator relatively large control fluctuations shows, it is complex and expensive in terms of Kon structure and installation because between sensor and control device or controller and between this and the Ak tuator of the actuator usually generates standard signals and are processed, especially if sensor, controller and Actuator have separate electrical supplies, and because between the individual components of the control loop Lines have to be laid over longer distances, which are also prone to failure.

Eine Regelungsanordnung der eingangs genannten Art ist bei spielsweise aus der US 3 757 808 bekannt. Hierbei werden zur Erzeugung eines für den Mengendurchfluß repräsentativen Si gnals zwei Sensoren in die betreffende Rohrleitung einge setzt. Über einen dieser beiden Sensoren wird die Fluidtem peratur gemessen. Der im Abstand davon angeordnete weitere Sensor liefert ein für seine eigene Temperatur repräsenta tives Signal, wobei diesem weiteren Sensor Mittel zugeordnet sind, durch die seine Temperatur auf einen Wert gebracht wird, der von dem der Fluidtemperatur verschieden ist. Die Sensoren sind mit der elektronischen Steuervorrichtung ver bunden, um das für den Massendurchfluß repräsentative Signal zu erzeugen und den Aktuator anzusteuern.A regulation arrangement of the type mentioned at the beginning is in known for example from US 3,757,808. Here are the Generation of a Si representative of the mass flow gnals two sensors in the relevant pipeline puts. One of these two sensors detects the fluid temperature measured. The other, spaced from it Sensor provides a representative of its own temperature tive signal, with this additional sensor assigned means are brought to a value by its temperature which is different from that of the fluid temperature. The Sensors are ver with the electronic control device bound to the signal representative of mass flow to generate and control the actuator.

In der US 4 080 993 ist ein Durchflußregler beschrieben, der aus einem mechanischen Reglerventil mit einem teleskopartig in einem Hülsenelement entgegen einer Federvorspannung be weglichen Kolben besteht, mit dessen Relativverschiebung aufgrund eines jeweiligen Druckunterschieds bestimmte Durch lässe mehr oder weniger verschlossen bzw. geöffnet werden.A flow controller is described in US Pat. No. 4,080,993, which from a mechanical regulator valve with a telescopic in a sleeve element against a spring preload movable piston exists, with its relative displacement determined by a respective pressure difference let more or less be closed or opened.

Aus H.P. Becker, Entwurf und Realisierung digitaler Regler mit Mikroprozessoren, Elektronik 5/9.3.84, Seiten 51-56, ist bekannt, in Steuerungs- und Regelungsanordnungen Mikro computer einzusetzen.From H.P. Becker, design and implementation of digital controllers with microprocessors, electronics 5 / 9.3.84, pages 51-56, is known to micro in control and regulation arrangements use computers.

Ziel der Erfindung ist es, eine Regelungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine zuverlässige, kostengünstige Alternative zu der herkömmlichen zentralen Prozeßregelung darstellt und/oder diese ergänzen kann. Überdies soll mit einer solchen Anordnung auch eine Aus gestaltung von industriellen oder technischen Anlagen möglich sein, die insbesondere im Hinblick auf Änderungen oder Erweiterungen bei einzelnen industriellen oder tech nischen Prozessen wesentlich flexibler ist.The aim of the invention is to provide a control arrangement for the to create a reliable, Inexpensive alternative to the conventional central Process control represents and / or can complement this. In addition, such an arrangement is also intended to be an off design of industrial or technical systems be possible, especially with regard to changes or extensions to individual industrial or tech nical processes is much more flexible.

Die Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß ein weiterer Sensor vorgesehen ist, der der elektronischen Steuervorrichtung ein Signal liefert, das von einer den Regelvorgang beeinflussenden Störgröße abhängt und auf das die elektronische Steuervorrichtung im Sinne einer Stör größenkompensation anspricht, und daß das Stellglied, der Aktuator, die Sensoren und die Steuervorrichtung als Teile eines Baukastensystems zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind, die als solche in die Rohrleitung einsetzbar ist.The object is achieved according to the invention in that a Another sensor is provided, the electronic Control device provides a signal from one of the Control process influencing disturbance variable depends on and the electronic control device in the sense of a disturbance size compensation appeals, and that the actuator, the Actuator, the sensors and the control device as parts a modular system combined into one unit are, which can be used as such in the pipeline.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die oben näher erläuterten Mängel der herkömmlichen Regelsysteme im wesentlichen eine Folge der zentralen Prozeßregelung und des Aufbaus des Regelsystems aus diskreten Einzelkomponenten sind. Die Erfindung verläßt diesen in der Technik überwie gend beschrittenen Weg und schafft selbständige Regelungs einheiten, die an der geeigneten Stelle der betreffenden Rohrleitung leicht installiert werden können. Wenn eine übergeordnete zentrale Prozeßsteuerung vorgesehen ist, so können diese Baueinheiten überdies mit einer geeigneten Schnittstelle versehen werden, um sie an einen zentralen Prozeßrechner anzuschließen.The invention is based on the knowledge that the above Defects of the conventional control systems in the essentially a consequence of the central process control and the Structure of the control system from discrete individual components are. The invention largely leaves this in the art along the same path and creates independent regulations units in the appropriate place of the concerned Pipeline can be installed easily. When a higher-level central process control is provided, so can these units also with a suitable Be provided to a central interface Connect process computer.

Verglichen mit herkömmlichen Regelsystemen, die aus diskre ten Komponenten aufgebaut sind, sind die erfindungsgemäßen Regelungsanordnungen überaus kostengünstig. So können die einzelnen Komponenten dieser Anordnung beispielsweise in einem einzigen Gehäuse untergebracht und durch eine gemein same Stromversorgung gespeist werden. Längere Verbindungs leitungen zwischen den einzelnen Komponenten entfallen. Von besonderem Vorteil ist die erfindungsgemäße Anwendung des Baukastenprinzips. Die elektronische Steuervorrichtung kann mit einer Vielzahl von Sensoren kombiniert werden, die unterschiedlichste Parameter wie Temperatur, Trübung, pH- Wert, Sauerstoffkonzentration, elektrische Leitfähigkeit, Druck und Durchsatz eines strömenden Mediums erfassen und ein zur Verarbeitung in der Steuervorrichtung geeignetes Ausgangssignal abgeben, welches die betreffende Regelgröße darstellt. Die sich insgesamt ergebenden Kostenvorteile können genutzt werden, um das Regelverhalten zu verbessern. Compared to conventional control systems that consist of discre th components are constructed, are the invention Control arrangements extremely inexpensive. So they can individual components of this arrangement, for example in housed in a single housing and shared by one same power supply. Longer connection Lines between the individual components are omitted. Of A particular advantage is the application of the Modular principle. The electronic control device can can be combined with a variety of sensors that various parameters such as temperature, turbidity, pH Value, oxygen concentration, electrical conductivity, Record pressure and flow rate of a flowing medium and a suitable for processing in the control device Output signal, which the relevant controlled variable represents. The overall cost advantages can be used to improve the control behavior.

Insbesondere kann die Steuervorrichtung als softwarege steuerter stetiger Regler mit P-, PI-, PD- oder PID-Ver halten ausgeführt werden. Als Stellglied wird dann ein elektromotorisch angetriebenes Scheibenventil mit stetig variablem Durchflußquerschnitt verwendet, z. B. in den Nennweiten 4 bis 20 mm. An den jeweiligen Regelvorgang wird die elektronische Steuervorrichtung durch Einspeicherung eines geeigneten Steuerprogrammes in einen digitalen Programmspeicher angepaßt. Der Programmspeicher kann her stellerseitig programmiert sein oder aber vom Anwender mit dem gewünschten Programm geladen werden.In particular, the control device can be software-based controlled continuous controller with P-, PI-, PD- or PID-Ver keep running. Then as an actuator electromotive-driven disc valve with steady variable flow cross-section used, e.g. Tie Nominal sizes 4 to 20 mm. At the respective control process the electronic control device by storing a suitable control program into a digital one Program memory adjusted. The program memory can come here programmed by the operator or by the user the desired program.

Als Steuervorrichtung wird vorzugsweise ein Mikrocomputer verwendet. Dieser kann leicht eine Vielzahl von Sonder funktionen erfüllen, die für den Anwender sehr wertvoll sind. Zu diesen Sonderfunktionen gehören insbesondere die erfindungsgemäße Störgrößenkompensation, beispielsweise die Eliminierung von temperaturbedingten Störungen der Regel funktion, die Linearisierung der von dem Sensor abgegebenen Regelgröße, um daraus beispielsweise einen am Bedienpult anzuzeigenden Istwert abzuleiten, sowie eine Dokumentations funktion, die beinhaltet, daß die für den Regelvorgang erheblichen Größen, insbesondere Istwert und Sollwert, in Korrelation zur Echtzeit registriert werden.A microcomputer is preferably used as the control device used. This can easily be a variety of special perform functions that are very valuable to the user are. These special functions include in particular the Disturbance compensation according to the invention, for example the Elimination of temperature-related disturbances as a rule function, the linearization of the output from the sensor Controlled variable, for example one on the control panel derived actual value to be displayed, as well as a documentation function, which includes that for the control process considerable quantities, in particular actual value and setpoint, in Correlation to real time can be registered.

Vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiment variants of the invention are in the Subclaims specified.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrie ben; in dieser zeigen: The invention is described below with reference to exemplary embodiments play described with reference to the drawing ben; in this show:

Fig. 1 ein Blockschema einer bevorzugten Ausführungsform der Regelungsanordnung; und Fig. 1 is a block diagram of a preferred embodiment of the control arrangement; and

Fig. 2 eine auf die wesentlichen Komponenten beschränkte Schnittdarstellung einer Ausführungsform einer Baueinheit, zu der die einzelnen Komponenten der Regelungsanordnung integriert sind. Fig. 2 is a sectional view of the essential components of an embodiment of a structural unit, to which the individual components of the control arrangement are integrated.

Die in Fig. 1 gezeigte Regelungsanordnung umfaßt vier Komponenten, die jeweils insgesamt als Block veranschaulicht sind: eine Eingabe- und Anzeige einheit 10, eine Steuervorrichtung 12, eine Stelleinheit 14 und einen Sensor 16, der im Inneren des Blocks der Stelleinheit 14 dargestellt ist. Die Stelleinheit 14 ist zwischen den benachbarten Enden von drei Rohrleitun gen 18, 20, 22 eingebaut. In diesen Rohrleitungen strömt ein fluides Medium, und wie durch die Pfeile in Fig. 1 angedeutet ist, werden zwei Teilströme aus den Rohrlei tungen 18, 20 zu einer Summenströmung in der Rohrleitung 22 vereinigt.The control arrangement shown in FIG. 1 comprises four components, each of which is illustrated overall as a block: an input and display unit 10 , a control device 12 , an actuating unit 14 and a sensor 16 , which is shown in the interior of the block of the actuating unit 14 . The actuator 14 is installed between the adjacent ends of three Rohrleitun conditions 18 , 20 , 22 . A fluid medium flows in these pipelines, and, as indicated by the arrows in FIG. 1, two partial flows from the pipeline lines 18 , 20 are combined to form a total flow in the pipeline 22 .

Die Stelleinheit 14 enthält als Stellglied ein Dreiwege- Scheibenventil 24, dessen Durchflußquerschnitte konti nuierlich veränderbar sind. Die Verstellung des Scheiben ventils 24 erfolgt durch einen Aktuator 26, der in Fig. 1 mit "M" bezeichnet ist und aus einem Elektromotor mit nachgeschaltetem Untersetzungsgetriebe besteht. Dem Scheibenventil 24 ist ferner ein Stellungsmelder 28 zugeordnet, der entweder ein die jeweilige Stellung des Scheibenventils 24 darstellendes Signal oder auch nur ein das Erreichen der Endstellung des Scheibenventils 24 an zeigendes Signal abgibt.The actuating unit 14 contains, as an actuator, a three-way butterfly valve 24 , the flow cross sections of which can be continuously changed. The adjustment of the disc valve 24 is carried out by an actuator 26 , which is designated in FIG. 1 with "M" and consists of an electric motor with a reduction gear connected downstream. The disk valve 24 is also assigned a position indicator 28 which either emits a signal representing the respective position of the disk valve 24 or only a signal indicating that the disk valve 24 has reached the end position.

Der Sensor 16 ist in die Rohrleitung 22 eingefügt. Dieser Sensor 16 spricht auf irgendeinen gewünschten physikali schen, chemischen oder biologischen Parameter an, was in Fig. 1 durch sechs symbolisch dargestellte Sensoren 16a, 16b, 16c, 16d, 16e und 16f angedeutet ist. Der Sensor 16a mißt den Durchsatz (Durchflußleistung) in der Rohrleitung 22. Der Sensor 16b mißt den pH-Wert der in der Rohrleitung 22 strömenden Flüssigkeit. Der Sensor 16c mißt die O₂-Kon zentration des in der Rohrleitung 22 strömenden Mediums. Der Sensor 16d mißt die elektrische Leitfähigkeit der in der Rohrleitung 22 strömenden Flüssigkeit. Der Sensor 16e mißt den Druck, unter dem das in der Rohrleitung 22 strömende Medium steht. Der Sensor 16f schließlich mißt die Temperatur des in der Rohrleitung 22 durchströmenden Mediums. Der innerhalb des Blocks der Stelleinheit 14 in Fig. 1 eingezeichnete Sensor 16 ist also irgendeiner der Sensoren 16a bis 16f, wobei diese Sensoren aber nur als Beispiele angegeben sind.The sensor 16 is inserted into the pipeline 22 . This sensor 16 responds to any desired physical, chemical or biological parameters, which is indicated in Fig. 1 by six symbolically represented sensors 16 a, 16 b, 16 c, 16 d, 16 e and 16 f. The sensor 16 a measures the throughput (flow rate) in the pipeline 22 . The sensor 16 b measures the pH of the liquid flowing in the pipeline 22 . The sensor 16 c measures the O₂-Kon concentration of the medium flowing in the pipeline 22 . The sensor 16 d measures the electrical conductivity of the liquid flowing in the pipeline 22 . The sensor 16 e measures the pressure under which the medium flowing in the pipeline 22 is at. Finally, the sensor 16 f measures the temperature of the medium flowing through the pipeline 22 . The sensor 16 shown within the block of the actuating unit 14 in FIG. 1 is therefore any of the sensors 16 a to 16 f, but these sensors are only given as examples.

Der Sensor 16 liefert ein für den von ihm erfaßten Para meter repräsentatives Ausgangssignal, das in Fig. 1 als "Regelgröße" bezeichnet ist. Die von verschiedenen Sen soren 16a bis 16f abgegebenen Regelgrößen sind vorzugs weise alle miteinander und mit den Eingangssignalwerten der Steuervorrichtung 12 kompatibel. Sie sind auch auf grund ihrer geometrischen Abmessungen Bestandteile eines Baukastensystems, so daß die Stelleinheit 14 ohne umfang reiche konstruktive Änderungen mit demjenigen Sensor 16a bis 16f ausgestattet werden kann, der für den jeweiligen Anwendungsfall geeignet ist.The sensor 16 provides an output signal representative of the parameter detected by it, which is referred to in FIG. 1 as the "controlled variable". The control variables emitted by different sensors 16 a to 16 f are preferably all compatible with one another and with the input signal values of the control device 12 . They are also components of a modular system due to their geometrical dimensions, so that the adjusting unit 14 can be equipped with the sensor 16 a to 16 f that is suitable for the respective application without extensive structural changes.

Die Stelleinheit 14 ist mit fünf elektrischen Anschlüssen versehen: Einem Anschluß 13 zur Ausgabe des Ausgangs signals des Stellungsmelders 18, einem Anschluß 15 zum Anlegen eines Ansteuersignals an den Aktuator 26, einem Anschluß 17 zum Anlegen einer elektrischen Versorgungs spannung an den Aktuator 26, einem Anschluß 19 zum Anle gen einer Versorgungsspannung an den Sensor 16 und einem Anschluß 21 zum Abgeben der Regelgröße, die von dem Sensor 16 abgegeben wird.The control unit 14 is provided with five electrical connections: a connection 13 for outputting the output signal of the position indicator 18 , a connection 15 for applying a control signal to the actuator 26 , a connection 17 for applying an electrical supply voltage to the actuator 26 , a connection 19 for applying a supply voltage to the sensor 16 and a connection 21 for emitting the controlled variable which is emitted by the sensor 16 .

Die Steuervorrichtung 12 enthält einen Mikrocomputer, der eine Vielzahl von Funktionen erfüllt. Diese Funktionen sind in Fig. 1 als einzelne Blöcke veranschaulicht. Für jeden besonderen Anwendungsfall wird der Programmspeicher des Mikrocomputers mit dem geeigneten Steuerprogramm ge laden, um die gewünschten Funktionen auszuführen. Die Hauptfunktion des Mikrocomputers ist das eigentliche Steuerprogramm, welches die Steuer- oder Regelfunktion der Steuervorrichtung 12 bestimmt. Als Hilfsfunktionen sind eine Tastatursteuerung, eine Anzeigensteuerung, eine Systemstatus-Steuerung, eine Linearisierung, Normierung und eine Störgrößenkompensation vorgesehen. Überdies ist die Steuervorrichtung 12 mit einer Echtzeituhr 30 und einem Datenspeicher 32 versehen, dessen Stromversorgung über einen Puffer-Akkumulator 34 gepuffert ist. In dem Datenspeicher 32 sind einerseits die für die Linearisierung, Normierung, Regelung, das Steuerprogramm und die Grenzwerte des jewei ligen Anwendungsfalles geeigneten Konstanten gespeichert; andererseits-können in dem Datenspeicher 32 Daten in Korrelation zur Echtzeit gespeichert werden, die zu Dokumentations zwecken von Nutzen sind, insbesondere die jeweiligen Werte der Regelgröße und der Ansteuerdaten zur Ansteuerung des Aktuators 26.The controller 12 includes a microcomputer that performs a variety of functions. These functions are illustrated in Figure 1 as individual blocks. For each special application, the program memory of the microcomputer is loaded with the appropriate control program in order to carry out the desired functions. The main function of the microcomputer is the actual control program, which determines the control or regulating function of the control device 12 . Keyboard controls, display controls, system status controls, linearization, normalization and disturbance variable compensation are provided as auxiliary functions. In addition, the control device 12 is provided with a real-time clock 30 and a data memory 32 , the power supply of which is buffered via a buffer accumulator 34 . On the one hand, the constants suitable for the linearization, standardization, regulation, the control program and the limit values of the respective application are stored in the data memory 32 ; on the other hand, data can be stored in the data memory 32 in correlation to the real time, which are useful for documentation purposes, in particular the respective values of the controlled variable and the control data for controlling the actuator 26 .

Das Steuerprogramm und die Sonderfunktionen, die von der Steuervorrichtung 12 ausgeführt werden, können entweder herstellerseitig fest in einen Festwertspeicher (ROM) einprogrammiert sein oder aber vom Hersteller oder auch vom Anwender für jeden gewünschten Anwendungsfall in einen löschbaren und programmierbaren Festwertspeicher (EPROM) einprogrammiert werden. Bei der in Fig. 1 gezeig ten Ausführungsform ist ein PID-Regelalgorithmus fester Bestandteil des Steuerprogramms.The control program and the special functions that are carried out by the control device 12 can either be permanently programmed into a read-only memory (ROM) by the manufacturer or can be programmed into an erasable and programmable read-only memory (EPROM) by the manufacturer or by the user for any desired application. In the embodiment shown in FIG. 1, a PID control algorithm is an integral part of the control program.

Als Eingangssignal empfängt die Steuervorrichtung 12 neben der Regelgröße, die von dem Sensor 16 abgegeben wird, noch eine Störgröße von einem weiteren Sensor 36, der bei der gezeigten Ausführungsform als Temperatursensor ausgebildet ist. Die Temperatur ist nämlich bei vielen Anwendungsfällen eine Störgröße, die in den Regelvorgang eingeht und diesen beeinträchtigen kann. Die von dem weiteren Sensor 36 abgegebene Störgröße und die vom Sensor 16 abgegebene Regelgröße werden in der Steuervorrichtung 12 durch Linearisierung und Normierung aufbereitet, dann erfolgt die Störgrößenkompensation, und die verbleibende Regel-Abweichung führt dann entsprechend dem PID-Regel algorithmus zu einem Ansteuersignal, das über eine An triebssteuerung an den Aktuator 26 angelegt wird.In addition to the controlled variable which is output by the sensor 16 , the control device 12 also receives, as an input signal, a disturbance variable from a further sensor 36 which , in the embodiment shown, is designed as a temperature sensor. In many applications, the temperature is a disturbance variable that affects the control process and can affect it. The disturbance variable emitted by the further sensor 36 and the control variable emitted by the sensor 16 are processed in the control device 12 by linearization and standardization, then the disturbance variable compensation takes place, and the remaining control deviation then leads to a control signal in accordance with the PID control algorithm, which is applied to the actuator 26 via a drive control.

Die Eingabe- und Anzeigeeinheit 10 erfüllt drei Funktionen: Über geeignete Anzeigeelemente zeigt sie den jeweiligen Systemstatus an, wobei als Beispiele in Fig. 1 der "Status Grenzwerte", der "Status Selbsttest" und der "Status Ventilstellung" angezeigt werden; ferner ist eine Tastatur vorgesehen, um variable Daten in die Steuervorrichtung 12 eingeben zu können, die für den gewünschten Regel- oder Steuervorgang spezifisch sind, insbesondere die Sollwerte eines Regelvorganges; schließ lich können über eine Anzeigeeinheit verschiedene Daten angezeigt werden, die für den jeweiligen Steuervorgang relevant sind, insbesondere die normierten aktuellen Werte der Regelgröße, die in Dezimaldarstellung in den gewünschten Einheiten unmittelbar angezeigt werden können.The input and display unit 10 fulfills three functions: it displays the respective system status via suitable display elements, the “status limit values”, the “status self-test” and the “status valve position” being shown as examples in FIG. 1; Furthermore, a keyboard is provided in order to be able to enter variable data into the control device 12 which are specific for the desired control or control process, in particular the target values of a control process; Finally, a display unit can be used to display various data that are relevant to the respective control process, in particular the standardized current values of the controlled variable, which can be displayed directly in the desired units in decimal form.

Die Steuervorrichtung 12 enthält ferner eine Stromver sorgung 38, über die nicht nur die Bestandteile der Steuervorrichtung 12 selbst, sondern auch die Stelleinheit 14, die Sensoren 16, 36 und gegebenenfalls weitere Ein heiten mit Strom versorgt werden.The control device 12 also includes a power supply 38 , via which not only the components of the control device 12 itself, but also the control unit 14 , the sensors 16 , 36 and possibly other units are supplied with current.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, bilden sämtliche Kompo nenten der Regelungsanordnung eine ein zige Baueinheit. Körperlich besteht diese Baueinheit aus einem Zwischenflansch 40, durch den sich eine Antriebs welle 41 hindurcherstreckt und in den neben dem Stellungs melder 28 noch eine Handhilfsbetätigungsvorrichtung 43 aufgenommen ist, einer Schutzhaube 42, welche die Elek tronik des Mikrocomputers, den Elektromotor und das Getriebe des Aktuators 26 beherbergt, und einer Ventil außenschale 44, die eine gemeinsame Gehäusekammer für die Aufnahme des Scheibenventils 24 und des Sensors 16 bildet. Der Sen sor 16 ist über ein Kabel 45 mit dem Zwischenflansch 40 und über diesen mit der Elektronik der Steuervorrichtung 12 verbunden. Über ein weiteres Kabel 47 ist der Zwischen flansch 40 mit externen Einrichtungen verbunden, insbeson dere mit einem elektrischen Versorgungsnetz. Die so gebil dete Baueinheit wird als Ganzes in eine Rohreinleitung eingefügt. Zu diesem Zweck ist sie mit geeigneten Anschluß flanschen versehen. Für die in Fig. 1 gezeigte Ausführungs form, bei der das Scheibenventil 24 ein Dreiwegeventil ist, besitzt die Baueinheit drei Anschlußflansche.As can be seen from FIG. 2, all components of the control arrangement form a single unit. Physically, this unit consists of an intermediate flange 40 through which a drive shaft 41 extends and in which, in addition to the position detector 28 , a manual override device 43 is added, a protective hood 42 , which the electronics of the microcomputer, the electric motor and the gearbox of the actuator 26 houses, and a valve outer shell 44 , which forms a common housing chamber for receiving the disk valve 24 and the sensor 16 . The sensor 16 is connected via a cable 45 to the intermediate flange 40 and via this to the electronics of the control device 12 . Via a further cable 47 , the intermediate flange 40 is connected to external devices, in particular to an electrical supply network. The assembly thus formed is inserted as a whole into a pipe inlet. For this purpose it is provided with suitable connection flanges. For the embodiment shown in Fig. 1, in which the disc valve 24 is a three-way valve, the unit has three connecting flanges.

Als Beispiele werden nun zwei Anwendungsfälle beschrieben, für die die erfindungsgemäße Regelungsan ordnung geeignet ist.Two use cases are now described as examples, for which the control an order is appropriate.

Die Summenkonzentration des gelösten organischen Kohlen stoffs ("DOC") ist eine übliche Qualitätskenngröße von Trinkwasser und Kesselspeisewasser. Bevor dieser DOC-Wert in einem kontinuierlichen Durchflußanalysator ermittelt werden kann, muß zunächst der anorganische Kohlenstoff aus der Wasserprobe ausgetrieben werden. Dies geschieht durch Ansäuern: Die Wasserprobe wird mit einer Säure in einem stetigen Dreiwege-Mischventil derart gemischt, daß sich am Ausgang des Mischventils ein konstanter pH-Wert einstellt. Als Sensor 16 wird daher bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel der Sensor 16b verwendet, welcher ein den pH-Wert darstellendes Ausgangssignal als Regelgröße liefert. Das Steuerprogramm ist so ausgelegt, daß die über die Rohrleitung 18 eingeleitete Wasserprobe mit einer in die Rohrleitung 20 eingeleiteten Säure so gemischt wird, daß sich ein durch die Sollwertvorgabe bestimmter pH-Wert in der Rohrleitung 22 einstellt.The total concentration of dissolved organic carbon ("DOC") is a common quality parameter of drinking water and boiler feed water. Before this DOC value can be determined in a continuous flow analyzer, the inorganic carbon must first be removed from the water sample. This is done by acidification: The water sample is mixed with an acid in a continuous three-way mixing valve in such a way that a constant pH value is established at the outlet of the mixing valve. The sensor 16 is therefore used b in the example shown in FIG. 1, the sensor 16, which provides a pH output signal representing a control variable. The control program is designed such that the water sample introduced via the pipeline 18 is mixed with an acid introduced into the pipeline 20 in such a way that a pH value in the pipeline 22 determined by the setpoint value is established.

Gemäß dem zweiten Beispiel soll in einer Getränkeabfüll anlage Fruchtsirup kontinuierlich so mit Trinkwasser ge mischt werden, daß eine Limonade mit konstantem Fruchtsaft anteil entsteht. Dazu werden mittels zweier durchfluß geregelter Zweiwegventile konstante Medienströme einge stellt und hinter den beiden Ventilen zusammengeführt. Als Sensoren werden also in diesem Falle Durchflußmesser vom Typ des Sensors 16a verwendet.According to the second example, fruit syrup is to be continuously mixed with drinking water in a beverage filling plant in such a way that a lemonade with constant fruit juice content is formed. For this purpose, constant media flows are set by means of two flow-controlled two-way valves and brought together behind the two valves. In this case, flow meters of the sensor 16 a type are used as sensors.

Die oben beschriebenen Anwendungen wie die verschiedenen Funktionen der Steuervorrichtung, insbesondere auch ihre Sonderfunktionen, sind Beispiele für vorteilhafte Aus führungsformen. Als weitere Sonderfunktion kann die Kalibrierung des Sensors vorgesehen sein. Sensoren zeigen nämlich im Laufe der Zeit sowohl eine Nullpunkt- als auch eine Empfindlichkeitsdrift. Es ist daher nötig, derartige Sensoren in regelmäßigen Zeitabständen zu kalibrieren und den aktuellen Nullpunkt sowie die aktuelle Empfind lichkeit bei der Meßwertverarbeitung zu berücksichtigen.The applications described above like the different Functions of the control device, especially theirs Special functions are examples of advantageous off management forms. As a further special function, the Calibration of the sensor can be provided. Show sensors namely over time both a zero and a sensitivity drift. It is therefore necessary to have such Calibrate sensors at regular intervals and the current zero point and the current sensitivity to be taken into account when processing measured values.

Jede Baueinheit aus Sensor, Steuervorrichtung, Aktuator und Stellglied kann komplett montiert und getestet vom Hersteller geliefert werden, so daß ihr Einsatz beim Anwender in beliebigen industriellen und technischen Anlagen leicht möglich ist. Überdies kann jede Regelungs anordnung der beschriebenen Art über eine geeignete Schnittstelle an einen zentralen Prozeßrechner angeschlossen werden, der eine übergeordnete Steuerung einer industriellen oder technischen Anlage wahrnimmt.Each unit from sensor, control device, actuator and actuator can be completely assembled and tested by Manufacturers are supplied so that their use in Users in any industrial and technical Investments is easily possible. Moreover, any regulation arrangement of the type described above suitable interface to a central process computer be connected to a higher-level control an industrial or technical system.

Claims

1.Control arrangement for regulating the throughput of gas or liquid flows in pipelines, with an actuator which can be inserted into a pipeline and through which the throughput in the pipeline can be changed, an actuator for electromotive control of the actuator, a sensor which can be used in the pipeline provides a signal representative of the controlled variable from the throughput of a gas or liquid flow in the pipeline, and an electronic control device receiving the sensor signal for controlling the actuator, characterized in that a further sensor ( 36 ) is provided which is adapted to the electronic Control device ( 12 ) delivers a signal which depends on a disturbance variable influencing the control process and to which the electronic control device ( 12 ) responds in the sense of disturbance variable compensation, and that the actuator ( 24 ), the actuator ( 26 ), the sensors ( 16 , 36 ) and the Steuererv device ( 12 ) are combined as parts of a modular system to form a structural unit which, as such, can be placed in the pipeline ( 18 , 20 , 22 ).

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the sensor representative of the controlled variable signal ( 16 ) is selected from a group of sensors ( 16 a to 16 f), all with the geometric properties of the unit and with the signal processing properties the electronic control device ( 12 ) are compatible.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the electronic control device ( 12 ) contains a micro computer, in the memory of which a control program associated with the control arrangement is stored.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that saved the control program in a read-only memory (ROM) chert is.

5. Arrangement according to claim 3, characterized in that the control program in an erasable programmable Memory (EPROM) is stored.

6. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator ( 24 ) is a butterfly valve with a continuously variable flow cross-section.

7. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator ( 26 ) is a two-way valve.

8. Arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the actuator ( 24 ) is a three-way valve.

9. Arrangement according to one of claims 3 to 8, characterized in that the electronic control device ( 12 ) has a constant storage part ( 32 ) for storing constants intended for the linearization and / or normalization of the controlled variable, and a linearization - And / or standardization program memory part, in which a program suitable for linearizing and / or normalizing the controlled variable is stored.

10. The arrangement according to claim 9, characterized in that a display device is provided on which the line Arized and / or standardized controlled variable as actual value shows.

11. Arrangement according to one of claims 3 to 10, characterized characterized in that an interface for connection to a Central process control system for entering setpoints in the regulation and / or the delivery of the rule corresponding actual values to the central process control system is provided.

12. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic control device ( 12 ) contains a documentation part with a real-time clock ( 30 ) and egg nem data memory ( 32 ) in which the temporal development of data relevant to the control process, in particular especially the actual value corresponding to the controlled variable, is stored in correlation to the real time.

13. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator ( 26 ) is equipped with a manual auxiliary actuating device ( 43 ).

14. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator ( 24 ) is assigned a position indicator ( 28 ) whose output signal reports at least certain positions of the actuator ( 24 ) to an input of the electronic control device ( 12 ).

15. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor ( 16 ) and the actuator ( 24 ) are arranged in a common housing chamber ( 44 ).

16. Arrangement according to one of claims 3 to 15, characterized in that the control program for the microcomputer comprises a program part for calibration and / or zero point setting and / or sensitivity setting of the sensor ( 16 ).