[发明专利]控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于过程的控制装置，在这个过程中能借助多个不同的控制机构影响控制变量。

背景技术

在过程技术或工艺技术方面的设备中经常会出现这种情况，即提供两个控制机构用于影响控制变量，它们在其效果方面互相补充。发送到这两个控制机构之一上的每个调节参数自身单独地、也就是说在没有相应的其它调节参数支持的情况下并不足以影响过程，以便控制变量在所有的工作状态中保持额定值。此外，这两个调节参数可以被其用于影响过程的速度方面、以及在成本和不期望的副作用方面不同，控制干预可与成本和不期望的副作用相联系。正常情况下两个调节参数应该同时是激活的。

作为实例提到在生物反应器中对氧气分压力的控制，生物反应器通常也被称为发酵槽。相应于位于发酵槽中的混浊液体的氧含量的氧气分压力作为控制变量，可以借助于第一控制机构通过吹入空气或是氧气也可以借助于第二控制机构通过改变搅拌器转速而被影响。在这里，搅拌器应一直旋转，而且应当持续地输送新鲜空气。但为了照顾反应器中的活细胞，不允许太强烈地搅拌并且也不能吹入太多的空气。

在调节这种过程时的一个可能的方法可能是部分的自动化，其中常规的PID控制器产生用于两个控制机构之一的第一调节参数，并且在手动运行中预定第二调节参数。如果利用当前的预定值不再能达到控制目标，则会通过一个警报消息对此通知设备驾驶员，他可以根据需求在手动的干预中改变第二调节参数。在配方控制框架内，这种干预可以在批量生产的特定阶段自动实行，如果其必要性在配方过程中是可预见的。

从西门子公司的“SIMATIC Prozessleitsystem PCS7，PCS7Advanced Process Library V71”03/2009，A5E02102721-01的功能手册中，已知一种所谓的“分程控制（Split-Range-Regel）”作为另一个稍微不同的问题的解决办法。借助控制器输出端后面的“分程组件（Split-Range-Bausteins）”，PID控制器可以将它的调节值分配到多个不同的控制机构上，它们以不同的物理原理、并且在不同的方向对同一个控制变量产生影响。一个典型的例子是在一个反应器里利用通过新蒸汽阀加热和利用通过冷却水阀冷却的温度控制。根据控制差的符号，控制器可以需要加热能或是冷却能，也就是说，它可以以一个双方向输出端工作，尽管每一个单个的控制机构只能单极地、也就是说在一个作用方向运行。在已知的分程控制中，因此这个控制机构或者是另一个控制机构是激活的，但是不能两个同时激活，因为二者在不同的方向起作用。在这个实例中，同时加热和冷却没有任何意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于过程的控制装置，在这个过程中能借助多个不同的控制机构影响控制变量，该装置以简单的方式能够运行两个控制机构，它们具有同一个作用方向并可以同时是激活的。

为了实现该目的，开头所提到的类型的新的控制装置具有在权利要求1中的特征部分所述的特点。在从属权利要求中说明了本发明有利的改进方案，在权利要求6中说明了一种控制方法，在权利要求7和8中说明了一种相应的计算机程序模块或者是计算机程序模块产品。

换句话说，新的控制装置的基本理念在于，为两个控制机构设置单独的控制器，特别是单独的PID控制器，这两个控制器加载了同一个控制变量，并且这两个控制器-也如同控制机构那样-具有同一个作用方向。两个控制器持续与其相应的控制机构相连接。通过预定合适的调节参数极限可以确保，两个控制机构不能被完全断开。根据应用，也就是说根据过程和所使用的控制机构的类型来决定，哪一个调节参数应该是初级的调节参数并且进而哪一个控制器应该是初级的控制器。只要这个初级的控制器利用其经过预定的调节参数极限所确定的控制范围能达到例如由操作者预定的额定值，也可以称为次级的控制器的第二控制器在跟踪运转中保持固定调节参数。一旦初级的控制器触及其控制范围极限中的一个，就会附加地激活次级的控制器，也就是说其会从跟踪运行进入自动运行。