DE19782256C2 - Pneumatischer Regler - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen pneumatischen Regler, der in der Lage ist, einen Druck eines von einem Hauptventil abgelassenen Gases zu regulieren, indem ein Pilotdruck auf der Basis des einem Magnetventil (Solenoidventil) zugeführten oder von diesem abgeführten Gases erhöht oder erniedrigt wird.

STAND DER TECHNIK

Ein herkömmlicher pneumatischer Regler für die Zufuhr eines konstanten Druckes zu einer Pneumatikvorrichtung ist bspw. in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 7-50418 beschrieben.

Dieser pneumatische Regler ist eine Vorrichtung, die so aufgebaut ist, dass der pneumatische Regler beim Regulieren eines Ablassdruckes, der von einem Hauptventil abgelassen wird, den Ablassdruck feststellt, den festgestellten Ablassdruck mit einem festgelegten Druck vergleicht und eine Pulsweite eines Pneumatikdruckpulses, der von einem Magnetventil einer Membrankammer (Pilotkammer) zugeführt wird, entsprechend dem Vergleichsergebnis einstellt. Dann wird ein Pilotdruck entsprechend der Pulsweite des von dem Magnetventil zugeführten Pneumatikpulses erhöht oder erniedrigt und ein mit der Membrankammer verbundener Luftzufuhrventilkörper wird geöffnet oder geschlossen, um den von dem Hauptventil abgelassenen Ablassdruck auf den festgelegten Druck zu regulieren.

Bei dem oben genannten Pneumatikregler gemäß dem Stand der Technik ist ein An­ triebsschaltkreis des Magnetventiles so aufgebaut, dass ein sogenanntes Pulsweiten­ modulationssignal, bei dem das Tastverhältnis (duty factor) mit konstanter Frequenz variiert, einer elektromagnetischen Spule (Erregerspule) des Magnetventils zugeführt wird.

Dementsprechend wird, wenn der Ablassdruck von dem Hauptventil auf einen konstan­ ten Wert eingestellt ist, bspw. eine Feed-back-Steuerung durchgeführt, um der elekt­ romagnetischen Spule das Pulsweitenmodulationssignal derart zuzuführen, dass beim Starten des Antriebs des Magnetventils der Ablassdruckwert gleich Null und daher das Tastverhältnis des Pulsweitenmodulationssignals maximal ist, während das Tastver­ hältnis des Pulsweitenmodulationssignales erniedrigt wird, wenn der Ablassdruckwert sich einem festgelegten Druckwert annähert.

Die Erfinder haben nun aber herausgefunden, dass bei einem Antrieb der elektromag­ netischen Spule durch das Pulsweitenmodulationssignal die elektromagnetische Spule für eine konstante Periode angetrieben wird, so dass in einem Zustand, in dem der Ab­ lassdruckwert nahe dem festgelegten Druckwert (Zielwert) ist, ein den festgelegten Druckwert überschreitender Wert (sogenanntes Überschwingen oder Hinausschießen) relativ groß wird, so dass die Stabilität in der Nähe des festgelegten Druckwertes ver­ schlechtert wird.

Aus der US 5 162 987 ist ein Regler bekannt, der Pulsweiten- und Pulsfrequenzmodu­ lationssignale (PWM bzw. PFM) nutzt, um eine Variable auf einen gewünschten Wert zu regeln. Die PWM- und PFM-Signale werden durch die Berechnung des Unter­ schieds zwischen der Variable und dem gewünschten Wert bestimmt. Anschließend wird entweder das PWM- oder das PFM-Signal dem endgültigen Regelelement zuge­ führt. Die Auswahl wird direkt mit Hilfe eines Vergleichers durchgeführt, der kurze Schaltvorgänge erlaubt. Ein langsames gleichmäßiges Annähern an den festgelegten Druckwert ist nur bedingt realisierbar.

Die DE 38 00 654 A1 offenbart ein Druckregelventil. Dieses Regelventil weist einen Einlass und einen Auslass für das zu regelnde Medium sowie einen in einem Gehäuse geführten Ventilkörper auf. Dieser steht mit einer Membrane in Verbindung, wobei die Membrane eine Druckkammer begrenzt. Je nach dem in der Druckkammer herrschen­ den Druckpolster erfolgt eine mehr oder weniger weite Öffnung des Regelventils und damit eine Änderung auf der Auslasseite. An die Druckkammer sind zwei Steuerventile angeschlossen, mittels denen der Druck in der Druckkammer verändert werden kann. Die Steuerventile sind an einen elektronischen Regler angeschlossen, der seine Ist­ wertinformation von einem am Druckausgang angeordneten Istwertgeber erhält. Die Steuerventile sind vorzugsweise in nicht angesteuertem Zustand geschlossen, so dass sie nur für die sehr kurzen Phasen einer Änderung des Druckes innerhalb der Druck­ kammer angesteuert werden müssen.

Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung dieser Probleme gemacht und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen pneumatischen Regler vorzu­ schlagen, bei dem sich der Ablassdruckwert dem festgelegten Druckwert langsam und gleichmäßig nähern kann und bei dem die Fluktuation des Ablassdruckwertes nach Erreichen des festgelegten Druckwertes minimiert werden kann.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Aufgabe wird mit der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung näher beschrieben.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Querschnitt mit einem weggelassenen Element, der einen mechanischen Aufbau einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das den gesamten Aufbau einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 3 ist ein Querschnitt mit einem weggelassenen Element, der einen Zustand zeigt, in dem eine Zufuhröffnung und eine Ablassöffnung miteinander in Verbindung stehen.

Fig. 4 ist ein Querschnitt mit einem weggelassenen Element, der einen Zustand zeigt, in dem eine Ablassöffnung und eine Auslassöffnung miteinander in Verbindung stehen.

Fig. 5 ist ein Diagramm, das im wesentlichen den Aufbau eines funktionalen Blockes einer Hauptsteuereinheit darstellt.

Fig. 6A bis Fig. 6E sind Wellenformdiagramme, die im wesentli­ chen zur Erläuterung des Betriebes eines in Fig. 5 gezeigten Beispiels vorgesehen sind, wobei Fig. 6A ein Signal eines festgelegten Wertes und ein Druckfeststellsignal zeigt, Fig. 6B ein PWM-Signal und ein PFM-Signal zeigt, Fig. 6C ein Schaltsignal eines Multiplexers zeigt, Fig. 6D ein Integral­ signal zeigt und Fig. 6E ein Wellenformdiagramm des Schalt­ signals des Multiplexers zeigt.

BESTE AUSFÜHRUNGSWEISE DER ERFINDUNG

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfol­ gend mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt einen mechanischen Aufbau eines pneumatischen Reglers 10, der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist. Fig. 2 zeigt einen Schaltkreisaufbau dieses pneumatischen Reglers.

In den Fig. 1 und 2 umfasst der pneumatische Regler ein Hauptventil 11 zur Durchführung einer Drucksteuerung einer (nicht dargestellten) Pneumatikvorrichtung und eine Kappe 12, die einstückig mit dem Hauptventil 11 verbunden ist und hierbei das Hauptventil 11 abdeckt.

In dem Hauptventil 11 sind eine Zufuhröffnung (die auch als Luftzufuhröffnung bezeichnet wird) 13, die mit einer (nicht dargestellten) Druckluftquelle verbunden ist, und eine Ablassöffnung 14, die mit der (nicht dargestellten) Pneumatik­ vorrichtung verbunden ist, ausgebildet.

In einem Durchgang 15, der die Zufuhröffnung 13 und die Ablassöffnung 14 miteinander verbindet, ist ein Luftzufuhrven­ tilkörper 17 angeordnet, der eine Luftzufuhröffnung 16 öffnet und schließt. Dieser Luftzufuhrventilkörper 17 ist mit Hilfe der Kompressionskraft einer Feder 18 konstant in einer Richtung zum Schließen der Luftzufuhröffnung 16 vorgespannt.

In dem Hauptventil 11 ist eine Auslassöffnung 21 ausgebildet, und in einer Auslassöffnung 22, die eine Verbindung zwischen der Auslassöffnung 21 und der Ablassöffnung 14 herstellt, ist ein Auslassventilkörper 23, der die Auslassöffnung 22 öffnet oder schließt, gleitend eingesetzt. Der Auslassventilkörper 23 wird durch die Kompressionskraft einer Feder 20 konstant in einer Richtung zum Schließen der Auslassöffnung 22 vorgespannt.

In dem mittleren Bereich des Hauptventiles 11 ist ein Stab 19 angeordnet, wobei ein Ende des Stabes 19 in Kontakt mit dem Luftzufuhrventilkörper 17 kommt. Das andere Ende des Stabes 19 ist einstückig mit einer Membran (Diaphragma) 25 verbunden, die innerhalb des Hauptventiles 11 ausgestreckt ist.

Eine erste Membrankammer (auch als Pilotkammer bezeichnet) 26a und eine zweite Membrankammer 26b werden durch die Membran 25 festgelegt. Die zweite Membrankammer 26b steht mit der Ablassöffnung 14 in Verbindung. Die erste Membrankammer 26a und die zweite Membrankammer 26b sind kombiniert, um die Membrankammer 26 zu bilden.

Wenn der Druck (Pilotdruck) innerhalb der ersten Membrankammer 26a größer wird als der Druck innerhalb der zweiten Mem­ brankammer 26b, wird die Membran 25 in der Zeichnung nach unten bewegt. In diesem Fall öffnet das distale Ende des Stabes 19, der durch die Auswölbung der Membran 29 einstückig mit der Membran 25 nach unten bewegt wird, den Luftzufuhrven­ tilkörper 17, so dass unter Druck stehendes Fluid SUP von der Zufuhröffnung 13 über den Durchgang 15 und die Luftzufuhröff­ nung 16 der Ablassöffnung 14 zugeführt wird (vgl. Fig. 3).

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, stehen mit der ersten Mem­ brankammer 26a ein Zweiwege-Magnetventil (der Einfachheit halber als Magnetventil oder als Luftzufuhrventil bezeichnet) 31, das als ein erstes Magnetventil für die Zufuhr eines Pneumatikpulses, der den auf die ersten Membrankammer 26a der Membrankammer 25 ausgeübten Pilotdruck steuert, wirkt, und ein Zweiwege-Magnetventil (der Einfachheit halber als Magnetventil oder als Auslassventil bezeichnet) 32, das als zweites Magnetventil für den Luftauslass dient, in Verbindung.

In einem Magnetventil 31 wird, wenn ein elektrisches Strom­ signal von einer Hauptsteuereinheit 33 einer elektromagneti­ schen Spule zugeführt wird, ein Ventilkörper 36 freigegeben und das von der Zufuhröffnung 13 zugeführte, unter Druck stehende Fluid SUP wird der ersten Diaphragmakammer 26a zugeführt. Dementsprechend wird, wie in Fig. 3 dargestellt ist, der Stab 19 nach unten bewegt und der Luftzufuhrventil­ körper 17 wird freigegeben. Dies impliziert, dass das Magnetventil 31 als Luftzufuhrventil arbeitet.

In dem verbleibenden Magnetventil 32 wird, wenn ein elek­ trisches Stromsignal von der Hauptsteuereinheit 33 zugeführt wird, der Ventilkörper 37 freigegeben, und das unter Druck stehende Fluid in der ersten Membrankammer 26a wird über die Auslassöffnung 21 nach außen abgegeben, und der Druck der ersten Membrankammer 26a wird kleiner als der der zweiten Membrankammer 26b. Dementsprechend wird der Stab 19 nach oben bewegt und entsprechend der Aufwärtsbewegung eines Rückhalte­ ringes 34, der fest an dem mittleren Abschnitt des Stabes 19 befestigt ist, wird der Auslassventilkörper 23 freigegeben, so dass die Ablassöffnung 14 über die Auslassöffnung 22 und die Auslassöffnung 21 mit der Atmosphäre in Verbindung gebracht wird (vgl. Fig. 4). Dies impliziert, dass das Magnetventil 32 als Auslassventil arbeitet.

Der Druck der zweiten Membrankammer 26b, d. h. der Ablassdruck P, wird über einen Drucksensor 35 gemessen, der als Druckfest­ stellmittel (Druckfeststellelement) dient, der mit der Ablassöffnung 14 in Verbindung steht. Der Drucksensor 35 stellt den Ablassdruck P fest und konvertiert ihn in ein elektrisches Signal (auch als Druckfeststellsignal, Ablass­ drucksignal oder Drucksignal bezeichnet) B und liefert das Signal B zu der Hauptsteuereinheit (Steuerabschnitt) 33.

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, umfasst die Hauptsteuereinheit 33 eine MPU (Mikroprozessoreinheit) 38, die als Steuermittel, Festlegungsmittel, Verarbeitungsmittel, Betriebsmittel und Speichermittel dient.

Das Ablassdrucksignal B, das von dem Drucksensor 35 ausgegeben wird, wird als digitales Ablassdrucksignal B (mit dem gleichen Bezugszeichen) über einen A/D-Wandler 39 der MPU 38 zugeführt.

Die Antriebe der Magnetventile 31 bzw. 32 werden über eine Luftzufuhrventilsteuereinheit 40 und eine Auslassventilsteuer­ einheit 41 gesteuert. Diese Steuereinheiten 40, 41 sind mit der MPU 38 verbunden.

Außerdem wird der Druckwert oder dgl., der durch das Ablass­ drucksignal B festgestellt wird, an einer LED-Anzeige (Anzeigeabschnitt) 43 angezeigt. Sofern es notwendig ist, kann ein festgelegter Wert Q, der über eine Schlüsseleingabeein­ richtung 44 eingestellt wird, angezeigt werden. Dement­ sprechend arbeiten die LED-Anzeige 43 und die Schlüssel (KEY)- Eingabeeinrichtung 44 als sogenannte Benutzerschnittstelle (user interface) 45.

Eine Eingabe- und Ausgabeschnittstelle 47 (vgl. Fig. 2), die ein (nicht dargestelltes) Schaltpult bildet, ist über einen Anschluss 46 (vgl. Fig. 1), der an einem an der oberen Fläche der Kappe 12 ausgebildeten Öffnungsabschnitt befestigt ist, mit der MPU 38 verbunden. Die Eingabe- und Ausgabeschnitt­ stelle 47 weist eine analoge Eingabefunktion 48, eine digitale Eingabefunktion 49, eine analoge Ausgabefunktion 50, die ein analoges Signal von 1 V bis 5 V aufgeben kann, eine Druck­ schalterausgabefunktion 51 durch PNP-, NPN-Transistoren mit offenem Kollektor und eine Stromquellenzufuhrfunktion 52 von +12 V, 24 V auf. Das von der analogen Eingabefunktion 48 ausgegebene analoge Signal wird über einen A/D-Wandler 53 der MPU 38 zugeführt. Die Eingabe- und Ausgabeschnittstelle 47 ist über eine Gruppe von Anschlüssen 54 mit einer externen Vorrichtung verbunden.

Fig. 5 zeigt einen Aufbau eines elektrischen Schaltkreises, bei dem eine Funktion einer in der Hauptsteuereinheit 33 gespeicherten Software auf äquivalente Weise ausgedrückt ist. Bei dieser Ausführungsform ist eine solche Funktion eine Funktion, wenn ein festgelegtes Drucksignal (oder ein festgelegtes Ventilsignal) A ein Signal ist, das von 0 zu einem positiven festen Wert Q (einem festgelegten Druckwert) ansteigt.

Beispielsweise wird das dem festgelegten Druckwert Q, der durch die Schlüsseleingabeeinrichtung 44 festgelegt wurde, entsprechende festgelegte Drucksignal A als zusätzlicher Input (oder positiver Input) von einem Eingabeanschluss 61 in Fig. 5 einem Knoten (als Subtrahierer bezeichnet, da er als Subtrahierer wirkt) 62 zugeführt, und ein Ablassdrucksignal B wird einem Subtraktionsinput (oder negativen Input) des Knotens 62 zugeführt.

Ein Differenzsignal zwischen dem festgelegten Druckwert A und dem Ablassdrucksignal B wird über einen bekannten Propor­ tionalsteuerschaltkreis 64 einem positiven Input eines Knotens 63 zugeführt und über einen bekannten Differentialsteuer­ schaltkreis 65 einem negativen Input des Knotens 63 zugeführt. Die Proportional- und Differentialsteuerungen, die durch den Proportionalsteuerschaltkreis 64 und den Differentialsteuer­ schaltkreis 65 durchgeführt werden, werden unter Berücksichti­ gung der Tatsache ausgeführt, dass, obwohl der Response vibriert, wenn lediglich die Proportionalsteuerung durch­ geführt wird, die Vibration akzeptiert werden kann, wenn sowohl die Proportional- als auch die Differentialsteuerungen durchgeführt werden, so dass die Antwortreaktion (response) stabilisiert werden kann. Bei dieser Ausführungsform wird das Ausgangssignal des Knotens 63 zur Vereinfachung als Differenz­ signal C (C = A - B) zwischen dem festgelegten Drucksignal A und dem Ablassdrucksignal B angesehen.

Dieses Differenzsignal C wird über einen PWM (Pulsweitenmodu­ lations)-Schaltkreis 67 in ein Pulsweitenmodulations- (PWM)signal D umgewandelt und einem festen Anschluss (oder einem festen Kontakt) 68b eines Multiplexers 68 zugeführt, der eine Schalteinrichtung bildet.

Das Differenzsignal C wird einem Integralsteuerschaltkreis 69 zugeführt, und sein Integrationssignal G wird über einen PFM (Pulsfrequenzmodulation)-Schaltkreis 70 in ein Pulsfrequenzmo­ dulations(PFM)-signal J umgewandelt und dem anderen festen Anschluss (oder festen Kontakt) 168c zugeführt. Hierbei wird das PFM-Signal J dem integralen Steuerschaltkreis 69 über einen OR-Schaltkreis 75 als Reset-Signal zugeführt. Ein Schaltsignal H wird einem Schaltsteueranschluss eines anderen Multiplexers 72 an einem Anschluss F des Integralsteuerschalt­ kreises 69 zugeführt.

Das oben genannte Differenzsignal C wird einem Absolutwert­ schaltkreis 74 zugeführt und sein Differenz-Absolutwertsignal |C| wird einem Inputanschluss eines Vergleichers 73 zugeführt. Ein Referenzsignal ΔE wird dem anderen Anschluss des Ver­ gleichers 73 zugeführt. Der Vergleicher 73 gibt ein Ausgabe­ signal F aus, das als Reset-Signal oder als Schaltsignal wirkt. Dementsprechend wird das Outputsignal F auch als Reset- Signal oder als Schaltsignal bezeichnet. Das Outputsignal F wird dem Integralsteuerschaltkreis 79 über den OR-Schaltkreis 75 als Reset-Signal und außerdem einem Schaltsteueranschluss des Multiplexers 68 als Schaltsignal zugeführt.

Das PWM-Signal D oder das PFM-Signal J wird über einen gemeinsamen Anschluss (oder einen gemeinsamen Kontakt) 68a des Multiplexers 68 dem Luftzufuhrventil 31 zugeführt, und über einen gemeinsamen Anschluss (oder einen gemeinsamen Kontakt) 72a als Antriebssignal K einem festen Anschluss 72b des Multiplexers 72, während das PWM-Signal D oder das PFM-Signal J über den gemeinsamen Anschluss 72a und einen festen Anschluss 72c auch dem Auslassventil 32 zugeführt wird.

Entsprechend dem Antriebssignal K, das dem Luftzufuhrventil 31 zugeführt wird, wird die Öffnungszeit des Luftzufuhrventi­ les 31 gesteuert und das unter Druck stehende Fluid SUP der Pilotkammer 26a zugeführt.

In dem Zustand, in dem das Auslassventil 32 geschlossen und das Luftzufuhrventil 31 geöffnet ist, wird das unter Druck stehende Fluid von dem Luftzufuhrventil 31 der Pilotkammer 26a zugeführt, und in dem Zustand, in dem das Luftzufuhrventil 31 geschlossen und das Ablassventil 36 geöffnet ist, wird das unter Druck stehende Fluid in der Pilotkammer 26a über das Auslassventil 36 und die Auslassöffnung 21 nach außen abgegeben (vgl. Fig. 1).

In Fig. 5 wird die Öffnungssteuerung des Luftzufuhrventilkör­ pers (auch als Hauptventil bezeichnet, da es als das Hauptven­ til 11 angesehen werden kann) 17 in Reaktion auf den Druck der Pilotkammer 26a durchgeführt. Der Ablassdruck P der Ablassöff­ nung 14 wird mit Hilfe des Drucksensors 35 in ein Drucksignal 8, das ein elektrisches Signal ist, umgewandelt und als Feedback-Signal zu dem Knoten 62 zurückgeführt.

Nachfolgend wird der Betrieb der wesentlichen Elemente der oben beschriebenen Ausführungsform mit Bezug auf die Wellen­ formdiagramme der Fig. 6 beschrieben. Hierbei führt die MPU die Steuerung durch.

Beim Einstellen des festgelegten Druckwertes Q durch die Schlüsseleingabeeinrichtung 44, wie es in Fig. 6 am Zeitpunkt t0 gezeigt ist, steigt das durch eine Stufenwellenform ausgedrückte festgelegte Signal A (vgl. die durch die punktierte Linie in Fig. 6A gezeigte Wellenform) von einem Nullniveau auf Q (A = Q) mit hohem Niveau an. In diesem Fall wird das Referenzsignal ΔE, das durch den Vergleicher 73 eingestellt ist, auf einige Prozent des festgelegten Druck­ wertes Q eingestellt.

An diesem Zeitpunkt t0 erreicht das Differenzsignal C den maximalen Wert, da der Wert des Druckfeststellsignals B (vgl. die durch die durchgezogene Linie in Fig. 6a dargestellte Wellenform), das das Ausgabesignal des Drucksensors 35 ist, einen Wert von 0 hat. Da das Absolutwertsignal |C| ebenfalls größer ist als das Niveau des Referenzsignals ΔE, ist das Outputsignal F (vgl. Fig. 6c) auf einem niedrigen Niveau, und während des Zeitraums, in dem das Outputsignal F auf dem niedrigen Niveau ist, wird der gemeinsame Kontakt 68a des Multiplexers 68 in dem in Fig. 5 gezeigten Zustand gehalten, wobei der gemeinsame Kontakt 68a mit dem festen Kontakt 68b auf der Seite des PWM-Schaltkreises 67 verbunden ist. Außerdem wird das von dem Integralsteuerschaltkreis 69 (vgl. Fig. 6E) ausgegebene Schaltsignal H auf dem niedrigen Niveau gehalten bis das Integrationssignal E (vgl. Fig. 6D) einen positiven Schwellenwert Th überschreitet. Während der Dauer, für die das Schaltsignal H auf dem niedrigen Niveau gehalten wird, ist der gemeinsame Anschluss 72a des Multiplexers 72 mit dem festen Anschluss 72b auf der Seite des Luftzufuhrventils 31 verbun­ den.

Dementsprechend ist zu dem Zeitpunkt t0 der Maximalwert des Differenzsignals C gegen den festgelegten Druckwert Q auf C = Q eingestellt, so dass der PWM-Schaltkreis 67 mit maximalem Tastverhältnis, d. h. mit voller Leistung, betrieben wird, und das Luftzufuhrventil 31 (vgl. ebenfalls Fig. 1) wird geöffnet und das unter Druck stehende Fluid SUP von der Zufuhröffnung 13 über das Luftzufuhrventil 31 der ersten Membrankammer 26a zugeführt. Dementsprechend wird der Stab 19 zusammen mit der Abwärtsbewegung der Membran 25 nach unten bewegt, und der Luftzufuhrventilkörper 17, d. h. das Hauptven­ til 11, wird geöffnet. Dementsprechend wird das unter Druck stehende Fluid SUP von der Zufuhröffnung 13 der Ablassöffnung 14 zugeführt.

Nach Verlassen des Zeitpunktes t0 wird der Ablassdruck P allmählich erhöht, und, wie in Fig. 6A dargestellt ist, das Druckfeststellsignal B des Drucksensors 35 wird proportional zu dem Ablassdruck P allmählich erhöht und das Differenzsignal C allmählich erniedrigt, so dass das Tastverhältnis des PWM- Signals D (vgl. Fig. 6B) des PWM-Schaltkreises 67 allmählich abgesenkt wird. In der Nähe des Zeitpunktes t1 nimmt, wenn der Wert des Differenzsignales C kleiner wird als ein festgelegter Wert, das Tastverhältnis des PWM-Signals D, das das Ausgabe­ signal des PWM-Schaltkreises 67 ist, den Minimalwert an.

Zu dem Zeitpunkt t2, an dem das Absolutwertsignal |C| kleiner wird als das Niveau des Referenzsignales ΔE, wird der Vergleicher 73 umgekehrt und das Outputsignal F wird von dem niedrigen Niveau zu dem hohen Niveau umgekehrt (vgl. Fig. 6C). Dementsprechend wird der gemeinsame Kontakt 68a des Multiple­ xers 68 auf den festen Kontakt 68c der Seite des PFM-Schalt­ kreises 70 umgeschaltet, und der integrale Steuerschaltkreis 69 wird zurückgesetzt, um das Integrationssignal G auf einen Nullwert zu setzten, und die dem Differenzsignal C ent­ sprechende Integralaktion beginnt von dem Nullwert. Zu dem Zeitpunkt t2 wird die PWM-Steuerung auf die PFM-Steuerung umgeschaltet. Die Polarität des Integrationssignales G, die das Ausgabesignal des Integralsteuerschaltkreises 69 ist, wird auf eine negative Polarität umgestellt.

Wenn das Integrationssignal G den negativen Schwellenwert -Th erreicht, wird das PFM-Signal J (vgl. Fig. 6B), das ein ON-Signal mit konstanter Pulsweite ist, von dem PFM-Schalt­ kreis 70 ausgegeben, und dieses Signal wird als Antriebssignal K dem Luftzufuhrventil 31 zugeführt, wobei die ON-Periode des ON-Signales bspw. eine Periode entsprechend dem minimalen Tastverhältnis des PWM-Signales D ist.

Zu dem Zeitpunkt t3 wird der Wert des Druckfeststellsignales B etwa gleich dem festgelegten Wert Q. Zu diesem Zeitpunkt t3 wird das Luftzufuhrventil 31 durch das PFM-Signal J an­ getrieben, das über eine Periode Tf betätigt wird, die länger ist als die feste Periode Tp des PWM-Signales D, und daher ermöglicht der Ablassdruck P, d. h. das Druckfeststellsignal B, eine sogenannte sanfte Landung relativ zu dem festgelegten Druckwert Q, und die Erzeugung eines Überschwingens oder Hinausschießens kann minimiert oder im wesentlichen eliminiert werden.

Wenn das PFM-Signal J zu dem Zeitpunkt t3 ausgegeben wird, wird der Integralsteuerschaltkreis 69 durch das PFM-Signal J zurückgesetzt und die Integraloperation beginnt erneut von dem Nullwert.

Wird der Ablassdruck P aus irgendwelchen Gründen in eine ansteigende Richtung geändert, nachdem der Integralsteuer­ schaltkreis 69 zu dem Zeitpunkt t4 zurückgesetzt wurde, nimmt die Neigung des Integralsignales G eine positive Neigung an, und wenn das Integralsignal G den Schwellenwert Th an dem Zeitpunkt t5 überschreitet, wird das Schaltsignal H (vgl. Fig. 6E) von dem niedrigen Niveau auf das hohe Niveau umgewandelt. Dementsprechend wird der Multiplexer 72 mit der Seite des Auslassventiles 32 verbunden, und das als gepunktete Linie dargestellte PFM-Signal J wird der Seite des Auslassventiles 32 zugeführt.

Hierbei wird das Auslassventil 32 nur während einer Periode geöffnet, in der das PFM-Signal J erzeugt wird und die Pilotkammer (die erste Membrankammer) 26A wird über die Ablassöffnung 21 mit der Atmosphäre in Verbindung gebracht. Bei einer durch diese Aktion bewirkten Aufwärtsbewegung des Stabes 19 wird der Auslassventilkörper 23, während einer Periode, die der Periode entspricht, in der das PFM-Signal J erzeugt wird, freigegeben und daher der Ablassdruck P der Ablassöffnung erniedrigt. Zu dem Zeitpunkt t6 wird das Luftzufuhrventil 31 erneut geöffnet.

Auf diese Weise werden, auch wenn der Zeitpunkt t3, für den das Druckfeststellsignal B, d. h. der Ablassdruck P, den festgelegten Druckwert Q erreicht, das Luftzufuhrventil 31 und das Auslassventil 32 durch das PFM-Signal J mit der Periode (Frequenz) Tf (vgl. Fig. 6), die länger ist als die Periode Tp der PWM-Steuerung, und entsprechend dem Integrationssignal (Integralwert) G des Differenzsignales (Druckdifferenz) C gesteuert. Dementsprechend ist es möglich, den Ablassdruck P des pneumatischen Reglers 10 auf einem stabilen Druckwert mit geringstem Pulsieren zu halten.

Wenn die Periode, zu der eine externe Pneumatikvorrichtung, die mit der Ablassöffnung 14 verbunden ist, bei konstantem oder festem Ablassdruck P betrieben wird, lang ist, kann in dem PFM-Steuerbereich (Periode) die Öffnungsfregenz (Betriebs­ frequenz) des Luftzufuhrventiles 31 und des Auslassventiles 32, die Magnetventile sind, erniedrigt werden und daher im Vergleich mit einer herkömmlichen Steuerung, die ausschließ­ lich von der PWM-Steuerung abhängt, ein Vorteil durch Reduzierung des Verbrauches an unter Druck stehendem Fluid SUP zur Steuerung der Pilotkammer 26A erreicht werden. Selbstver­ ständlich kann, wie in Fig. 2 gezeigt ist, die Druckschalter­ outputfunktion als Druckschalter verwendet werden. Ist bspw. der Ablassdruck P aufgrund fehlenden Zufuhrdruckes abnormal, d. h. dass der Ablassdruck P nicht den festgelegten Druckwert Q erreicht oder dass der Ablassdruck P nicht erhöht werden kann, so wird dieser abnormale Zustand des Ablassdruckes P von außen festgestellt. Wird der Ablassdruck P auf der LED-Anzeige 43 angezeigt, ist es außerdem nicht notwendig, einen Druck­ messer außerhalb anzubringen und die entsprechenden Ver­ rohrungen und Verdrahtungen sind nicht notwendig.

Auch in einem Zustand, in dem kein unter Druck stehendes Fluid SUP aufgebracht wird, kann außerdem bspw. über die Schlüssel­ eingabevorrichtung 44 und die LED-Anzeige 43 der festgelegte Druck als digitaler Wert eingestellt und angezeigt werden.

Es ist auch möglich, den festgelegten Druck über eine Fernsteuerung unter Verwendung der analogen Input-Funktion 48 oder der digitalen Input-Funktion 49 in mehrfachen Stufen zu steuern.

Es erübrigt sich, darauf hinzuweisen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt ist, sondern dass ein abweichender Aufbau ohne Verlassen des Rahmens der vorliegenden Erfindung möglich ist.

GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT

Wie oben beschrieben wurde, kann gemäß der vorliegenden Erfindung der Vorteil erreicht werden, dass bei einem relativ zu dem festgelegten Druckwert kleinen Ablassdruckwert des pneumatischen Reglers (wobei die Differenz zwischen dem festgelegten Druckwert und dem Ablassdruckwert groß ist) das Magnetventil durch das Pulweitenmodulationssignal betätigt wird und daher die Geschwindigkeit der Eingabe- und Ausgabere­ aktion (response) (die Veränderungscharakteristiken des Ablassdruckwertes relativ zu dem festgelegten Druckwert) gehalten werden kann, während bei einem nahe dem festgelegten Druckwert liegenden Ablassdruckwert das Magnetventil durch das Pulsfrequenzmodulationssignal angetrieben wird und daher die Überschwing- oder Hinausschießmenge verringert und die Fluktuation des Ablassdruckwertes, der den festgelegten Druckwert erreicht hat, d. h. eine sogenannte Welligkeit, verringert werden kann.

Kurz gesagt, wird bei dem pneumatischen Regler der vorliegen­ den Erfindung der Vorteil erreicht, dass der Druck und die Durchflussrate des von dem Hauptventil abgelassenen Fluides genau geregelt werden können.

Claims (4)

1. Pneumatischer Regler, der einen von einem Hauptventil abgelassenen Ablassdruckwert auf einen festgelegten Druckwert regelt, indem ein Pilotdruck in Reaktion auf ein von einem Magnetventil zugeführtes bzw. von diesem abge­ führtes Gas erhöht oder erniedrigt wird, wobei:
der Ablassdruckwert festgestellt und eine Druckdifferenz zwischen dem Ablass­ druckwert und dem festgelegten Druckwert einem Pulsweitenmodulationsschalt­ kreis, einem Integralsteuerschaltkreis und einem Absolutwertschaltkreis zuge­ führt wird;
ein Output des Integralsteuerschaltkreises einem Pulsfrequenzmo­ dulationsschaltkreis zugeführt wird;
ein Output des Absolutwertschaltkreises einem Input eines Vergleichers zuge­ führt wird;
ein Referenzsignal dem anderen Input des Vergleichers als ein gegebener Wert zugeführt wird;
der Integralsteuerschaltkreis durch einen Output des Vergleichers oder einen Output des Pulsfrequenzmodulationsschaltkreises zurückgesetzt wird, und mit dem Zurücksetzen der Output des Pulsfrequenzmodulationsschaltkreises oder ein Output des Pulsweitenmodulationsschaltkreises über eine Schalteinrichtung (68), die durch den Output des Vergleichers umschaltbar ist, dem Magnetventil zugeführt wird;
in dem Fall, dass die Druckdifferenz größer ist als der gegebene Wert, ein Schalten derart durchgeführt wird, dass der Pulsweitenmodulationsschaltkreis mit dem Magnetventil verbunden ist, wobei das Magnetventil durch das Pulswei­ tenmodulationssignal angetrieben wird;
in dem Fall, dass die Druckdifferenz kleiner ist als der gegebene Wert, auf der Basis des Outputs des Vergleichers der Integralsteuerschaltkreis zurückgesetzt wird und eine Integralaktion begonnen und ein Schalten der Schalteinrichtung derart durchgeführt wird, dass der Frequenzmodulationsschaltkreis mit dem Magnetventil verbunden ist, und dass dann, wenn der Integralwert einen festge­ legten Schwellenwert erreicht, ein Pulsfrequenzmodulationssignal mit einer fes­ ten Pulsweite von dem Pulsfrequenzmodulationsschaltkreis ausgegeben und das Magnetventil angetrieben wird und der Integralsteuerschaltkreis zurückge­ setzt wird, um erneut eine Integralaktion zu starten.

2. Pneumatischer Regler nach Anspruch 1, wobei der gegebene Wert variabel ist.

3. Pneumatischer Regler nach Anspruch 1, wobei der gegebene Wert auf einige Prozent des festgelegten Druckwertes eingestellt wird.

4. Pneumatischer Regler nach Anspruch 1, wobei beim Erzeugen des Pulsweiten­ modulationssignals oder des Pulsfrequenzmodulationssignals dieses Signal auf der Basis eines Proportional- und Differentialsteuersignals der Druckdifferenz zwischen dem Ablassdruckwert und dem festgelegten Druckwert erzeugt wird.