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Abbildung 2: System Positioning Algorithmus
4 – 20 mA
Input
(Analog-Modus)
Signal
Analog
Digital
Befehlin
(Digitaler Modus)
Logix 3200MD verwendet einen zweistufigen Spindel-positionierenden
Algorithmus. Die zwei Stadien bestehen aus einer
Inner-Loop-Schiebersteuerung und einer
Outer-Loop-Spindelpositionie- rungskontrolle. In Abbildung 1 misst ein
Spindelpositionssensor die Bewegungen der Spindel. Der
Steuerbefehl wird mit der Spindelposition verglichen. Falls sich eine
Abweichung abzeichnet, sendet der Kontrollalgorithmus ein Signal an
einen Regler innerhalb der Schleife, um die Spindel auf- oder abwärts
zu bewegen. Damit wird die Position der Spindel schnell korrigiert. Die
Druckzustände im Antrieb ändern sich, und die Spindel setzt sich in
Bewegung. Die Bewegung der Spule reduziert die Abweichung
zwischen Steuerbefehl und Spindelposition. Dieser Vorgang wird
fortgesetzt, bis die Abweichung ausgeglichen ist.
Die innere Schleife steuert die Position des Schieberventils über ein
Antriebsmodul. Das Antriebsmodul besteht aus einem
temperaturkompensierten Hall-Sensor und einem
Piezoventil-Druckmodulator. Der Piezoventil-Druckmodulator steuert
anhand einer Umlenkung des Piezostrahls den Luftdruck unter einer
Membran. Der Piezostrahl krümmt sich aufgrund einer
Spannungszufuhr aus der Elektronik der inneren Schleife. Bei
zunehmender Spannungszufuhr in das Piezoventil krümmt sich der
Piezostrahl und schließt eine Düse, wodurch der Druck unter der
Membran steigt. Bei zu- oder abnehmendem Druck unter der
Membran bewegt sich das Schieberventil entsprechend auf- oder
abwärts. Der Hall-Sensor übermittelt die Position der Spule zu
Kontrollzwecken zurück an die Elektronik der inneren Schleife.
4.3
Detaillierte Abfolge von Arbeitsschritten
mit dem Stellungsregler
Ein detaillierteres Beispiel erklärt die Steuerfunktion. Stellen Sie sich
folgende Konfiguration vor:
• Die Einheit befindet sich in der analogen Befehlsquelle.
• Die benutzerdefinierte Charakterisierung ist deaktiviert
(und daher linear).
• "No soft limits" ist aktiviert. Kein MPC ist eingestellt.
• Ventil weist keine Abweichung und ein Eingangssignal von 12 mA auf.
Bedienungsanleitung - Digital Positioner 3200MD LGENIM0059-02 10/09
Regler
Linearer Modus
Abweichung
Charakterisierung
Befehl
Soft Limits MPC
Zufuhr
Regler
Algorithmus
Innere Schleife
Output
Pmax
Pmin
Gmult
D/A
Output
Prozentsatz
Integration
Addierer
Inner
Loop
Offset
• Loop-Kalibrierung: 4 mA = 0% Befehl, 20 mA = 100% Befehl.
• Antrieb ist verkabelt und Stellregler pneumatisch öffnend konfiguriert.
Unter diesen Bedingungen stellen 12 mA eine Befehlsquelle von
50 Prozent dar. Benutzerdefinierte Charakterisierung ist deaktiviert,
so dass die Befehlsquelle1:1 an den Steuerbefehl weitergereicht wird.
Da keine Abweichung besteht, beträgt die Spindelposition ebenfalls
50 Prozent. Mit der Spindel in der gewünschten Position befindet sich
das Schieberventil in der mittleren Position, wo es die Druckzustände
ober- und unterhalb des Kolbens im Antrieb ausgleicht. Diese
Spulenposition wird allgemein als null oder ausgeglichen bezeichnet.
Nehmen wir an, das Eingangssignal änder sich von 12 mA zu 16 mA.
Der Stellungsregler wertet dies als Befehlsquelle von 75 Prozent. Bei
Linearer Charakterisierung beträgt der Steuerbefehl nun 75 Prozent.
Die Abweichung ist die Differenz zwischen Steuerbefehl und
Spindelposition: Abweichung = 75% - 50% = +25%, wobei 50 Prozent
der aktuellen Spindelposition entspricht. Bei dieser positiven
Abweichung sendet der Kontrollalgorithmus ein Signal zur
Aufwärtsbewegung der Spule aus ihrer aktuellen Position heraus.
Während die Spule aufsteigt, wird dem Boden des Antriebs Luft
zugeführt und dem oberen Ende des Antriebs Luft entzogen. Dieses
neue Druckdifferential veranlasst die Spindel, sich in die gewünschte
Position von 75 Prozent zu bewegen. Während die Spindel sich
bewegt, verringert sich die Abweichung. Der Kontrollalgorithmus
beginnt, die Spulenöffnung zu verringern. Dieser Vorgang wird
fortgesetzt, bis die Abweichung ausgeglichen ist. An diesem Punkt
befindet sich die Spule wieder in ihrer ausgeglichenen Position. Die
Spindelbewegung stoppt und die gewünschte Position ist erreicht.
Ein wichtiger Parameter wurde noch nicht angesprochen: Offset in der
inneren Schleife. Entsprechend der Abbildung 2 wird ein Wert, der
sogenannteOffset in der inneren Schleife, zum Ausgang des
Kontrollalgorithmus hinzugefügt. Damit die Spule in ihrer
ausgeglichenen Position bleibt, muss der Steueralgorithmus einen
Befehl ungleich Null an die Spule ausgeben. Das ist der Zweck des
Offsets der inneren Schleife. Dieser Wert entspricht dem Signal, das
an die Spulensteuerung gesendet werden muss, um sie auf eine
Nullposition ohne Abweichung zu bringen. Dieser Parameter ist wichtig
für die ordnungsgemäße Steuerung. Er wird während der
Hubkalibrierung automatisch optimiert und gesetzt.
Luft
Sensor
Piezo
Ventil
Spannung
Inner
Loop
Spule
Regler
Spindel
Position
Sensor
Verrohrt
ATO
7
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