DE19535354A1 - Verfahren zum Vergrößern des stabilen Steuerungsbereichs des pneumatischen Systems eines Gaschromatographen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern des pneumatischen Systems, das einem Gaschromatogra­ phen zugeordnet ist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Charakterisieren der physikalischen Parameter des pneumatischen Systems und zum Verwenden dieser Informationen in Echtzeit, um die Steuerungsparameter zu mo­ difizieren, wodurch der Bereich des stabilen Betriebs eines pneumatischen Steuerungssystems mit geschlossener Rückkopp­ lungsschleife vergrößert wird.

In der analytischen Chemie wurden die Techniken der Flüssig­ chromatographie (LC = Liquid Chromatography) und der Gas­ chromatographie (GC) wichtige Werkzeuge beim Identifizieren von Bestandteilen chemischer Proben. Das Grundprinzip, das allen chromatographischen Techniken zugrunde liegt, ist die Trennung einer chemischen Probenmischung in einzelne Be­ standteile, indem die Mischung in einem Trägerfluid durch ein poröses, retentives Medium transportiert wird. Das Trä­ gerfluid wird als die mobile Phase bezeichnet, während das retentive Medium als die feste Phase bezeichnet wird. Der Hauptunterschied zwischen der Flüssig- und der Gaschromato­ graphie besteht darin, daß die mobile Phase entweder eine Flüssigkeit oder ein Gas ist.

In einer GC-Vorrichtung wird typischerweise ein inertes Trä­ gergas durch eine temperaturgesteuerte Säule geleitet, wel­ che eine feste Phase in der Form eines porösen, sorptiven Mediums enthält. Die Gaschromatographie-Säulen weisen be­ kannterweise eine hohle Kapillarröhre auf, welche einen In­ nendurchmesser in dem Bereich von wenigen hundert Mikrome­ tern aufweist, der mit der festen Phase beschichtet ist. Ei­ ne Probe der interessierenden Mischung wird durch einen Ein­ laß in den Trägergasstrom injiziert und durch die Säule ge­ leitet. Während die interessierende Mischung durch die Säule geleitet wird, trennt sie sich in ihre verschiedenen Be­ standteile. Die Trennung geschieht hauptsächlich aufgrund von Unterschieden des Partialdrucks jedes Probenbestandteils in der festen Phase im Gegensatz zu der beweglichen Phase. Diese Unterschiede sind eine Funktion der Temperatur in der Säule. Ein Detektor, der an dem Auslaßende der Säule posi­ tioniert ist, erfaßt jeden der getrennten Bestandteile, die in dem Trägerfluid enthalten sind, während sie die Säule verlassen.

Einlaßdruck- und Fluß-Einstellungspunkte für eine chromato­ graphische Analyse, welche elektronisch durch eine pneumati­ sche Steuerung mit geschlossener Regelungsschleife gesteuert wird, bieten eine erhöhte Genauigkeit und Einfachheit bei der Verwendung, da ein großer dynamischer Bereich der Ver­ wendung hinsichtlich von Druck/Fluß-Kombinationen existiert. Dieser große dynamische Bereich der Anwendungen hat eine we­ sentliche Auswirkung auf die natürliche Antwort des pneuma­ tischen Systems bezüglich Veränderungen in dem Antrieb des elektronischen Ventils, das von der elektronischen Steuerung verwendet wird, um Einlaß-Drücke oder -Flüsse zu verändern. Die pneumatische Antwort (Druck oder Fluß) auf eine Verän­ derung im Ventilantrieb kann als eine Übertragungsfunktion betrachtet werden. Diese Antwort ist eine Funktion der Fre­ quenz und wird als "Frequenzantwort" desselben bezeichnet. Zusätzlich zu Druck und Fluß haben andere Variablen in dem Einlaß ebenfalls bedeutsame Auswirkungen auf die Frequenz­ antwort des Einlaß-Pneumatiksystems, welche hinsichtlich Gewinn und Bandbreite beschrieben wird. Diese Variablen umfassen einen Tankdruck (welcher hauptsächlich den Gewinn beeinflußt), den Gastyp (welcher Gewinn und Bandbreite be­ einflußt), den Einlagetyp und die Packung (welche Gewinn und Bandbreite beeinflussen), die Anwesenheit und der Typ der chemischen Fangstelle in der Aufspaltungsleitung (beeinflußt Gewinn und Bandbreite) und der "Flußgewinn" des Proportio­ nalventils (welches hauptsächlich den Gewinn beeinflußt).

Dieser große dynamische Bereich und viele unabhängige Vari­ ablen stellen ein Problem für den Entwickler dar, der für die Druck- und Flußsteuerungen des Einlasses Proportional- Integral-Differential-Kompensationsschleifen (PID-Kompensa­ tionsschleifen) entwickelt. Wenn die PID-Koeffizienten hin­ sichtlich der Stabilität für die schlechtesten Bedingungen optimiert werden, ist das Verhalten für Kunden langsam, wel­ che den Einlaß nicht unter diesen schlechtesten Bedingungen verwenden. Das Abstimmen der PID-Schleifen, um den Einlaß für die "typischen Fälle" zu steuern, kann in einem in­ stabilen Betrieb für Analysen resultieren, die an den Rän­ dern des "Benutzerraums" durchgeführt werden, oder bei denen die Gastypen, die Einlagetypen, die chemischen Fangstellen usw., die von dem Kunden gewählt werden, in den schlechte­ sten Bedingungen hinsichtlich der Stabilität resultieren. Sowie die Einlaßkonfiguration durch den Benutzer verändert wird, kann die Drucksteuerung des Einlasses anfangen zu schwingen.

Für jedes pneumatische System gilt, daß, wenn der Fluß er­ höht wird, der "Gewinn" des Einlasses ansteigt, und daß, während der Druck des Einlasses erhöht wird, die "Bandbrei­ te" des Einlasses ansteigt. Diese beiden Ausdrücke beein­ flussen bedeutsam die Steuerungskoeffizienten für die elek­ tronische Steuerungsschleife des pneumatischen Einlaßsy­ stems. Wenn der Gewinn der PID-Steuerung beispielsweise zu groß ist, können die Einlaßflüsse aufgrund eines zu hohen Gesamtgewinns bei hohen Einlaßflüssen (d. h. hohen "Gewinn"- Bedingungen) schwingen. Dementsprechend könnte die Druck­ steuerungsschleife aufgrund einer zu großen Phasenverschie­ bung in dem System schwingen, wenn die PID-Kompensation für den Fall eines hohen Drucks korrekt "abgestimmt" ist, und der Druckeinstellungspunkt in einen niederen Druck (d. h. "Bandbreite" -Bedingungen) verändert wird.

Fig. 1 zeigt ein Funktions-Blockdiagramm der pneumatischen Systemlösung, die von Fisons vorgeschlagen wurde. Der Einlaß weist lediglich eine elektronische Steuerungsschleife, ent­ weder Druck oder Fluß, und einen mechanischen Druckregler über eine von zwei Begrenzungsvorrichtungen (R1, R2) zum Steuern des Aufspaltungsentlüftungsflusses auf. Jede Kompo­ nente verkleinert nicht nur den für den Benutzer verfügbaren Raum, sondern fügt eine Variable zu der Übertragungsfunktion hinzu, was die Stabilität der einzelnen elektronischen Steuerungsschleife beeinflussen kann.

Eine andere Technik zum elektronischen Steuern ist in Fig. 2 gezeigt, in der ein Funktions-Blockdiagramm des Shimadzu 17A gezeigt ist, welcher ein Gaschromatograph mit einem Aufspal­ tungs-/Aufspaltungslos-Einlaß ist und von Shimadzu herge­ stellt wird. Eine Massenflußsteuerung ist an dem Eingang mit dem Einlaß verbunden, wobei ein Gegendruckregler an dem Aus­ gang des Einlasses angeschlossen ist. Ein Puffer und eine gepackte Röhrenvorrichtung sind in diesem System enthalten. Obwohl die Steuerungsschleifen programmierbar sind, redu­ ziert das Hinzufügen des Puffers und der gepackten Röh­ renvorrichtung die Bandbreite und erhöht dadurch die An­ sprechzeit des Einlasses auf Einstellungspunktänderungen oder auf eine Störungssperre (wie z. B. den Druck-"Puls", der während der Verdampfung des injizierten Lösungsmittels auf­ tritt).

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, um den stabilen Bereich der Steuerung des pneumatischen Systems, das einem Gaschromatographen zugeordnet ist, zu vergrößern.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 7 gelöst.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, das pneumatische System eines Gaschromatographen als eine Über­ tragungsfunktion zu charakterisieren, bei der alle Variablen hinsichtlich entweder des Drucks oder des Flusses beschrie­ ben sind.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß diese Übertragungsfunktion zum Ändern der elektronischen Steuerung des pneumatischen Systems verwendet wird, um die Stabilität des Systems und die Ansprechzeit auf Einstellungspunktver­ änderungen in einem breiten Bereich von Benutzer-Druck- und -Fluß-Einstellungspunkten zu verbessern.

Ein pneumatisches System, das elektronische Ventile und Sen­ soren enthält, kann als eine "schwarze Kiste" oder als sog. "Black Box" betrachtet werden, bei der die Eingabe eine Spannung, die dem elektronischen Ventil zugeführt wird, und die Ausgabe die Ausgabe des elektronischen Druck- oder Fluß­ sensors ist. Das Verhältnis der Ausgabe zu der Eingabe die­ ser "Black Box" wird allgemein als die Übertragungsfunktion derselben bezeichnet. Übertragungsfunktionen der meisten physikalischen Systeme sind frequenzabhängig (d. h. das Ver­ hältnis der Ausgabe zu der Eingabe verändert sich als Funk­ tion der Eingabefrequenz). Die Frequenzantwort des pneumati­ schen Systems, das verwendet wird, um einen Gaschromatogra­ phen zu steuern, kann bestimmt werden, indem ein direktes Meßverfahren mit einer geschlossenen Regelungsschleife ver­ wendet wird. Die Frequenzantwort kann verwendet werden, um die Systemstabilität eines linearen, zeitinvarianten Systems zu bestimmen, wenn ein Eingangssignal angelegt wird. Eine Sinuswelle mit gewobbelter Frequenz wird an den Eingang ei­ ner Steuerung mit geschlossener Regelungsschleife angelegt. Sowohl die Spannung, die dem elektronischen Ventil (d. h. dem Eingang der pneumatischen "Black Box") zugeführt wird, als auch die Ausgabe des Druck- oder Flußsensors (d. h. des Aus­ gangs der pneumatischen "Black Box") werden gemessen. Indem das Ausgabesignal durch das Eingabesignal geteilt wird, kann die Frequenzantwort, die als eine Übertragungsfunktion be­ schrieben ist, berechnet werden. Sowohl die Betrags- als auch die Phasen-Informationen können für die Frequenzantwort erzeugt werden.

Die Frequenzantwort wird für einen Bereich von Benutzer­ wählbaren Druck- und Fluß-Einstellungen und eine Serie von Hardware-Betriebsparametern bestimmt. Die Betrags- und Pha­ sen-Diagramme werden für jede Kombination bestimmt. Diese Diagramme beschreiben, wenn sie kombiniert werden, die Ge­ samtfrequenzantwort der pneumatischen "Black Box". Die Ge­ samtfrequenzantwort kann in einer Tabelle von Frequenz-Kar­ dinalpunkten als Funktion der Hardware-Betriebsparameter, des Flusses und des Drucks verwendet werden. Da der Gewinn und die Phase der Frequenzantwort von den Fluß- und Druck­ einstellungspunkten abhängt, wurden diese Parameter als Ein­ gabe für die Übertragungsfunktion gewählt. Eine Kompensati­ onstabelle, in der jede Variable als Funktion des Flusses und Drucks beschrieben ist, wird verwendet, um die Steuerung des Systems zu verändern, um den Betriebsbereich zu erhöhen.

Die PID-Steuerung wählt einen Gewinnkorrektur-Multiplikator aus der Kompensationstabelle aus, um denselben auf die Ge­ samtausgabe der Steuerungsausdrücke anzuwenden. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Frequenzantwort hinsichtlich des Flusses beschrieben, da der Gewinn des Systems am meisten von dieser Variable abhängt. Die resultierenden Steuerungs­ fehlerberechnungen werden dann mit dem Gewinnkorrektur-Mul­ tiplikator multipliziert, welcher verwendet wird, um die Auswirkung des Fußeinstellungspunktes auf das pneumatische System anzupassen. Wenn der Fluß beispielsweise auf einen niedrigen Wert eingestellt wird (wo der Gewinn des pneuma­ tischen Systems sehr niedrig ist), wird die PID-Steuerung einen großen Multiplikatorterm erzeugen, derart, daß die Steuerungsausgabe für die Systeme mit niedrigerem Gewinn größer ist (dies hält den Gesamtgewinn der Steuerungs­ schleife stabil).

Sowohl die Druck- als auch die Flußsteuerung für das pneuma­ tische System verwenden während jeder PID-Berechnung das obige Verfahren zur Charakterisierung. Zusätzlich korrigiert die Drucksteuerung ebenfalls die PID-Koeffizienten, um Ver­ änderungen in der Bandbreite zu berücksichtigen, während der Druckeinstellungspunkt variiert wird. Das dynamische Ein­ stellen der PID-Koeffizienten als Funktion der Druck- und Flußeinstellungspunkte liefert optimale PID-Koeffizienten über einem breiten Bereich von Benutzereinstellungspunkten. D.h., daß der Benutzer gemäß seiner Übertragungsfunktion das pneumatische System optimaler steuern kann, indem er die ge­ wünschten Druck- und Flußwerte spezifiziert.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beigefügten Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Funktions-Blockdiagramm eines pneumatischen Sy­ stems gemäß dem Stand der Technik.

Fig. 2 ein Funktions-Blockdiagramm eines Teils eines Gas­ chromatographen gemäß dem Stand der Technik.

Fig. 3A und 3B Funktions-Blockdiagramme für ein pneumatisches Sys­ tem, das verwendet wird, um den Einlaß eines Gas­ chromatographen zu lenken.

Fig. 3A den Aufspaltungs-Betriebsmodus des pneumatischen Systems.

Fig. 3B den Aufspaltungslos-Injektionsbetrieb des pneumati­ schen Systems.

Fig. 4 das direkte Verfahren mit geschlossener Regelungs­ schleife, wie es für die pneumatischen Systeme, die in den Fig. 3A und 3B gezeigt sind, verwendet wird.

Fig. 5 ein Blockdiagramm eines pneumatischen Aufspal­ tungs-/Aufspaltungslos-Systems eines Gaschromato­ graphen, welcher die Charakteristika des pneumati­ schen Systems verwendet, um eine stabilere pneuma­ tische Steuerung in einem ausgedehnten Bereich von Benutzereinstellungspunkten zu schaffen.

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel eines Blockdiagramms für die Steuerung 26, die in Fig. 5 gezeigt ist.

Fig. 7 ein Verfahrens-Flußdiagramm, das durch die Steue­ rung, die in Fig. 5 gezeigt ist, implementiert ist.

Die Fig. 3A und 3B zeigen ein Funktions-Blockdiagramm für ein pneumatisches System, das verwendet wird, um einen Gas­ chromatographen zu lenken. Fig. 3A zeigt den Aufspaltungs- Betriebsmodus des pneumatischen Systems 10, wobei ein erstes Proportionalventil 12 als eine Massenflußsteuerung für den gesamten Einlaßfluß, der durch einen Flußsensor 14 gemessen wird, wirkt. Ein zweites Proportionalventil 16 verhält sich als ein Gegendruckregler, indem es den Einlaßdruck steuert, der durch einen Drucksensor 18 gemessen wird. Ein "Black Box"-Regler 20 steuert den Septum-Reinigungsfluß. Dies ist die Aufspaltungs-Konfiguration, die mit dem Aufspal­ tungs-/Aufspaltungslos-Einlaß verwendet wird.

Fig. 3B zeigt den Aufspaltungslos-Injektionsbetrieb des pneumatischen Systems 10, wobei das erste Proportionalventil 12 den Druck steuert, der durch den Drucksensor 18 gemessen wird. Ein Ventil 22 ist ein An/Aus-Ventil, welches ausge­ schaltet ist, derart, daß kein Fluß aus der Aufspaltungsent­ lüftung auftritt. Das zweite Proportionalventil 16 wird bei einem nominalen Wert eingeschaltet, derart, daß kein Gegen­ druck auf das Ventil 22 existiert. Der Flußsensor 14 mißt den Gesamtfluß, er steuert jedoch nicht das erste Proporti­ onalventil 12. In dieser Konfiguration ist der Gesamtfluß in den Einlaß hinein der Säulen-Fluß und der Septum-Reinigungs­ fluß.

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das verwendet wird, um die Frequenzantwort des pneumatischen Systems 10, das in den Fig. 3A und 3B gezeigt ist, zu charakterisieren. Das pneuma­ tische System 10 wird bei verschiedenen Punkten getestet, indem das direkte Verfahren mit geschlossener Regelungs­ schleife mit einem dynamischen Signalanalysator verwendet wird, um eine Frequenzantwort des Systems bei offener Re­ gelungsschleife abzuleiten. Das direkte Verfahren mit ge­ schlossener Regelungsschleife wird verwendet, um eine Fre­ quenzantwort eines zeitinvarianten, linearen Systems zu be­ schreiben, und um die Systemstabilität für ein beliebiges Eingangssignal vorherzusagen.

Ein dynamischer Signalanalysator legt eine Sinuswelle mit gewobbelter Frequenz an den Eingang einer Steuerung mit ge­ schlossener Regelungsschleife. Ein Steuerungssystemanalysa­ tor überwacht sowohl die Spannung, die an das elektronische Ventil (der Eingang des pneumatischen Systems) angelegt wird, als auch die Ausgabe des Druck- oder Flußsensors (der Ausgang des pneumatischen Systems). Indem das Ausgangssignal durch das Eingangssignal geteilt wird, kann die Frequenzant­ wort, die als eine Übertragungsfunktion beschrieben ist, für das pneumatische System berechnet werden. Sowohl die Be­ trags- als auch Phaseninformationen werden für die Frequenz­ antwort erzeugt.

Die Frequenzantwort wird für den Bereich von Benutzer-wähl­ baren Druck- und Flußeinstellungen und eine Serie von Hard­ ware-Betriebsparametern bewertet, wie z. B. mit oder ohne chemische Fangstelle, drei Arten von Einlaßeinlagen, eine saubere gegenüber einer verschmutzen chemischen Fangstelle, die Säulenlänge, der Säulendurchmesser und der Gastyp. Die Betrags- und Phasendiagramme werden für jede Kombination bestimmt. Die Diagramme beschreiben die Gesamtfrequenzant­ wort des pneumatischen Systems, wenn sie kombiniert werden.

Die Gesamtfrequenzantwort kann in einer Tabelle von Fre­ quenz-Kardinalpunkten als Funktion des Gastyps, des Ein­ lagentyps, der Säulenlänge und des Säulendurchmessers, des Flusses und des Drucks verwendet werden. Da der Gewinn und die Amplitude der Frequenzantwort von den Fluß- und Druck­ einstellungen abhängt, werden diese Parameter als wählbare Eingaben für die nichtlineare Charakterisierung verwendet. Eine Kompensationstabelle, in der jede Variable als Funktion von Fluß oder Druck beschrieben wird, wird verwendet, um das System zu steuern.

Die PID-Steuerung verwendet die Kompensationstabelle, um auf einen Gewinnkorrektur-Multiplikator zuzugreifen, der auf die Gesamtausgabe der Steuerungsausdrücke angewendet wird. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der Eingabezeiger in diese Tabelle als ein Flußwert beschrieben, da der Gewinn des Sy­ stems am meisten von dieser Variable abhängt. Die resultie­ renden Steuerungsfehlerberechnungen werden dann mit dem Gewinn-Korrekturmultiplikator multipliziert, welcher verwen­ det wird, um den Gewinn der Steuerung einzustellen, um den Schleifengewinn des pneumatischen Systems von dem Fluß-Ein­ stellungspunkt des Gaschromatographen unabhängig zu machen. Wenn der Fluß beispielsweise auf einen niederen Wert einge­ stellt wird (wo der Gewinn des pneumatischen Systems sehr niedrig ist), wird das Zugreifen auf die Tabelle einen großen Multiplikatorausdruck erzeugen, derart, daß die Steuerungsausgabe für die Systeme mit kleinerem Gewinn größer ist (dies hält den Gesamtgewinn der Steuerungsschlei­ fe stabil).

Für jede Steuerungsschleife (z. B. Druck oder Fluß) werden vier Werte für die PID-Steuerungsschleifen spezifiziert. Die ersten drei Ausdrücke sind der Proportional-, der Integral- und der Differentialkoeffizient, während der letzte ein nichtlinearer Koeffizient ist. Dieser letzte Ausdruck wird verwendet, um entweder auf eine Gewinntabelle zuzugreifen oder derselbe geht direkt in eine Berechnung ein, um eine PID-Änderung zu bestimmen.

Die Drucksteuerungs-PID-Ausdrücke werden sowohl für Gewinn­ als auch für Bandbreite-Auswirkungen verändert, während die Flußsteuerungs-PID-Ausdrücke nur für Gewinnauswirkungen ver­ ändert werden. Ein nichtlinearer Gewinnkompensationsausdruck wird verwendet, um auf die Gewinntabelle zuzugreifen. Dieser Ausdruck verringert den Gewinn der P-, I- und D-Ausdrücke für sowohl die Druck- als auch die Fluß-PID-Steuerung, während der Gesamteinlaßfluß ansteigt. Ein linearer Band­ breite-Kompensationsausdruck wird verwendet, um entweder den I-Ausdruck zu erhöhen, während der D-Ausdruck verringert wird, oder um den I-Ausdruck zu verringern, während der D-Ausdruck erhöht wird. Somit wird die Richtung, in der die "Nullen" der Übertragungsfunktion von der PID-Steuerung ver­ schoben werden, durch den Einlaßdruck-Einstellungspunkt be­ stimmt. Der P-Term bleibt unberührt.

Zusammengefaßt verwenden sowohl die Druck- als auch die Flußsteuerung für das pneumatische System das obige Verfah­ ren zur "Gewinn"-Kompensation während jeder PID-Berechnung. Zusätzlich korrigiert die Drucksteuerung ferner die PID- Steuerung-Ausdrücke, um die Bandbreiteveränderung zu berück­ sichtigen, während der Druck-Einstellungspunkt verändert wird. Alternativ kann zur Kompensation eine Übertragungs­ funktion statt des Zugreifens auf eine Tabelle verwendet werden.

Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm eines pneumatischen Aufspal­ tungs-/Aufspaltungslos-Systems für einen Gaschromatographen, den HP 6890, der von der Hewlett-Packard Company hergestellt wird, welcher die Frequenzantwort-Charakteristika des pneu­ matischen Systems 10 verwendet, um eine stabilere pneumati­ sche Steuerung über einen ausgedehnten Bereich von Benutzer­ einstellungspunkten zu schaffen. Das erste Proportionalven­ til 12, das als eine Druckquelle wirkt, ist mit einem Fluß­ sensor 14 verbunden. Das pneumatische System 10 ist zwischen den Flußsensor 14 und das zweite Proportionalventil 16 ge­ schaltet, welches als der Gegendruckregler dient. Das pneu­ matische System 10 ist ferner mit dem Drucksensor 18 verbun­ den. Ein Analog-Digital-Wandler (ADW) 24 im Multiplexbetrieb ist sowohl mit dem Fluß- als auch dem Drucksensor 14 bzw. 16 verbunden. Eine Steuerung 26 ist zwischen den ADW 24 und Ventiltreiber 28 geschaltet. Die Ventiltreiber 28 sind mit dem ersten und zweiten Proportionalventil 12 bzw. 16 ver­ bunden.

Der ADW 24 empfängt analoge Signale von dem Flußsensor 14 und von dem Drucksensor 18. Der ADW 24 wandelt die analoge Signale in digitale Signale um, welche von der Steuerung 26 - empfangen werden. Die Steuerung 26 moduliert die physischen Parameter des pneumatischen Systems durch Ventilsignale. Die Ventilsignale werden von den Ventiltreibern 26 empfangen, welche das erste und zweite Proportionalventil 12 bzw. 16 steuern.

Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Blockdiagramms für die Steuerungseinrichtung 26, die in Fig. 5 gezeigt ist. Eine Drucksteuerung 24 ist mit einer Einrichtung zum Ein­ stellen des Fluß-Gewinn-Faktors 30 und mit einer Einrichtung zum Einstellen des Druck-Bandbreite-Faktors 32 verbunden. Eine Flußsteuerung 36 ist mit der Einrichtung zum Einstellen des Fluß-Gewinn-Faktors 30 und mit der Einrichtung zum Ein­ stellen des Druck-Bandbreite-Faktors 32 verbunden.

Die Drucksteuerung 34, welche ein erstes Ventiltreibersignal zum Steuern des ersten Proportionalventils erzeugt, weist einen zugeordneten Fluß-Gewinn-Einstellungsfaktor und einen Druck-Bandbreite-Einstellungsfaktor auf. Die Flußsteuerung 36, welche ein zweites Ventiltreibersignal zum Steuern des zweiten Proportionalventils erzeugt, weist einen Fluß-Ge­ winn-Einstellungsfaktor und einen Druck-Bandbreite-Einstel­ lungsfaktor auf. Die Drucksteuerung 34 stellt die Druck­ steuerungs-Kompensationsausdrücke gemäß dem Fluß-Gewinn-Ein­ stellungsfaktor und dem Druck-Bandbreite-Einstellungsfaktor ein. Die Flußsteuerung 36 stellt die Flußsteuerungs-Kompen­ sationsausdrücke gemäß dem Fluß-Gewinn-Einstellungsfaktor und dem Druck-Bandbreite-Einstellungsfaktor ein.

Die Einrichtung zum Einstellen des Fluß-Gewinn-Faktors 30 kann eine Gewinn-Direktzugriffstabelle, in der der Gewinn bei verschiedenen Druckeinstellungspunkten beschrieben ist, oder eine Funktion sein, in der der Gewinn bezüglich des Flusses beschrieben ist. Die Einrichtung zum Einstellen des Druck-Bandbreite-Faktors 32 kann eine Bandbreite-Direktzu­ griffstabelle, in der die Bandbreite bei verschiedenen Fluß-Einstellungspunkten beschrieben ist, oder eine Funktion sein, in der die Bandbreite hinsichtlich des Drucks be­ schrieben ist.

Fig. 7 stellt ein Verfahrens-Flußdiagramm dar, das durch die Steuerung, die in Fig. 5 gezeigt ist, implementiert ist. In einem Schritt 100 empfangen sowohl die Drucksteuerung 34 als auch die Flußsteuerung 36 den Fluß-Gewinn-Einstellungsfaktor gemäß dem ausgewählten Fluß-Einstellungspunkt. In einem Schritt 110A stellt die Drucksteuerung 34 die Drucksteue­ rungs-Kompensationsausdrücke gemäß dem Fluß-Gewinn-Einstel­ lungsfaktor ein. In einem Schritt 110B stellt die Flußsteue­ rung 36 die Flußsteuerungs-Kompensationsausdrücke gemäß dem Fluß-Gewinn-Einstellungsfaktor ein. In einem Schritt 120 empfangen sowohl die Drucksteuerung 34 als auch die Fluß­ steuerung 36 den Druck-Bandbreite-Einstellungsfaktor gemäß dem ausgewählten Druck-Einstellungspunkt. In einem Schritt 130A stellt die Drucksteuerung ferner die Drucksteuerungs- Kompensationsausdrücke gemäß dem Druck-Bandbreite-Einstel­ lungsfaktor ein. In einem Schritt 130B stellt die Flußsteue­ rung ferner die Flußsteuerungs-Kompensationsausdrücke gemäß dem Druck-Bandbreite-Einstellungsfaktor ein. In einem Schritt 140A erzeugt die Drucksteuerung das erste Ventil­ treibersignal aus den abschließenden Drucksteuerungs-Kom­ pensationsausdrücken, dem tatsächlichen Druck und dem ge­ wünschten Druck. In einem Schritt 140B erzeugt die Fluß­ steuerung das zweite Ventiltreibersignal aus den Fluß­ steuerungs-Kompensationsausdrücken, dem tatsächlichen Fluß und dem gewünschten Fluß.

Claims (8)

1. Verfahren zum dynamischen Variieren einer Steuerung, um die Frequenzantwort zu variieren, die ein pneumatisches System mit geschlossener Regelungsschleife charakteri­ siert, welches einem Chromatographen zugeordnet ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Charakterisieren des pneumatischen Systems mit ge­ schlossener Regelungsschleife bezüglich Druck und Fluß; und
dynamisches Variieren der Steuerung, um das Verhalten des pneumatischen Systems mit geschlossener Regelungs­ schleife bei geschlossener Regelungsschleife bei einem ausgewählten Druck-Einstellungspunkt und einem ausge­ wählten Fluß-Einstellungspunkt im wesentlichen zu op­ timieren.

2. Verfahren zum dynamischen Variieren einer Steuerung, um die Frequenzantwort zu variieren, die ein pneumatisches System mit geschlossener Regelungsschleife charakteri­ siert, welches einem Chromatographen zugeordnet ist, gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt des Charakterisie­ rens des pneumatischen Systems folgende Schritte auf­ weist:
Anlegen eines Testsignals an das pneumatische System;
Überwachen eines Ausgangssignals;
Bestimmen einer Übertragungsfunktion, welche das pneu­ matische System mit geschlossener Regelungsschleife charakterisiert, indem das Ausgangssignal durch das Testsignal geteilt wird; und
Beschreiben der Übertragungsfunktion hinsichtlich von Druck und Fluß.

3. Verfahren zum dynamischen Variieren einer Steuerung, um die Frequenzantwort zu variieren, die ein pneumatisches System mit geschlossener Regelungsschleife charakteri­ siert, welches einem Chromatographen zugeordnet ist, gemäß Anspruch 2, bei dem der Schritt des Bestimmens einer Übertragungsfunktion ferner folgende Schritte aufweist:
Charakterisieren des pneumatischen Systems (110A, 110B) bezüglich von Hardware-Parametern des pneumatischen Sy­ stems mit geschlossener Regelungsschleife; und
Charakterisieren des Chromatographen (110A, 110B) be­ züglich von Benutzer-definierten Parametern.

4. Verfahren zum dynamischen Variieren einer Steuerung, um die Frequenzantwort zu variieren, die ein pneumatisches System mit geschlossener Regelungsschleife charakteri­ siert, welches einem Chromatographen zugeordnet ist, gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem der Schritt des Be­ schreibens der Übertragungsfunktion ferner den Schritt des Erzeugens einer Direktzugriffstabelle (120) auf­ weist, die von einer Serie von Druck- und Fluß-Einstel­ lungspunktpaaren abhängig ist, während das Verhalten bei geschlossener Regelungsschleife bei jedem Paar der Serien von Druck- und Fluß-Einstellungspunktpaaren im wesentlichen optimiert wird.

5. Verfahren zum dynamischen Variieren einer Steuerung, um die Frequenzantwort zu variieren, die ein pneumatisches System mit geschlossener Regelungsschleife charakteri­ siert, welches einem Chromatographen zugeordnet ist, gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem der Schritt des Be­ schreibens der Übertragungsfunktion ferner den Schritt des Erzeugens einer Funktion (120) aufweist, die das Verhalten bei geschlossener Regelungsschleife bei dem ausgewählten Druck-Einstellungspunkt und dem ausgewähl­ ten Fluß-Einstellungspunkt im wesentlichen optimiert.

6. Verfahren zum dynamischen Variieren einer Steuerung, um die Frequenzantwort zu variieren, die ein pneumatisches System mit geschlossener Regelungsschleife charakteri­ siert, welches einem Chromatographen zugeordnet ist, gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Schritt des dynamischen Variierens der Steuerung ferner folgende Schritte aufweist:
Erzeugen eines Gewinn-Kompensationsausdrucks (120) be­ züglich des ausgewählten Fluß-Einstellungspunkts;
Einstellen einer Drucksteuerung und einer Flußsteuerung (130A, 130B) gemäß dem Gewinn-Kompensationsausdruck;
Erzeugen eines Bandbreite-Kompensationsausdrucks (120) bezüglich des ausgewählten Druck-Einstellungspunkts;
Einstellen der Drucksteuerung und der Flußsteuerung (130A, 130B) gemäß dem Bandbreite-Kompensationsaus­ druck; und
Erzeugen eines ersten und zweiten Ventiltreibersignals (140A, 140B), um im wesentlichen eine Bandbreite bei geschlossener Regelungsschleife über einem breiten Be­ reich von Druck- und Flußeinstellungspunkten beizube­ halten.

7. Pneumatisches System mit geschlossener Regelungsschlei­ fe, das eine dynamisch variierbare Frequenzantwort auf­ weist, mit folgenden Merkmalen:
einem ersten Proportionalventil (12);
einem Flußsensor (14), der mit dem ersten Proportio­ nalventil (12) verbunden ist;
einem pneumatischen System (10), das mit dem Flußsensor (14) verbunden ist;
einem Drucksensor (18), der mit dem pneumatischen Sy­ stem (10) verbunden ist;
einem zweiten Proportionalventil (16), das mit dem pneumatischen System verbunden ist;
einem Analog-Digital-Wandler (24), der mit dem Flußsen­ sor und mit dem Drucksensor verbunden ist;
einer Steuerungseinrichtung (26) zum automatischen Va­ riieren der Frequenzantwort des pneumatischen Systems mit geschlossener Regelungsschleife gemäß einem ausge­ wählten Fluß-Einstellungspunkt und gemäß einem ausge­ wählten Druck-Einstellungspunkt, welche mit dem Ana­ log-Digital-Wandler verbunden ist und ein erstes und ein zweites Ventiltreibersignal erzeugt; und
einer Ventiltreibereinrichtung (28) zum Steuern des er­ sten und des zweiten Proportionalventils, die zwischen das erste und zweite Proportionalventil und die Steue­ rungseinrichtung geschaltet ist, welche die Treiber­ signale für das erste und das zweite Ventil empfängt und das erste und zweite Proportionalventil demgemäß einstellt.

8. Pneumatisches System mit geschlossener Regelungsschlei­ fe, welches eine dynamisch variierbare Frequenzantwort aufweist, gemäß Anspruch 7, bei dem die Steuerungsein­ richtung (26) ferner folgende Merkmale aufweist:
eine Drucksteuerung (34), die einen Drucksteuerungs- Kompensationsausdruck aufweist und das erste Ventil­ treibersignal erzeugt;
eine Flußsteuerung (36), die einen Flußsteuerungs-Kom­ pensationsausdruck aufweist und das zweite Ventiltrei­ bersignal erzeugt;
eine Gewinn-Kompensationseinrichtung (30), die mit der Drucksteuerung (34) und der Flußsteuerung (36) verbun­ den ist, zum Einstellen des Drucksteuerungs-Kompensa­ tionsausdrucks und des Flußsteuerungs-Kompensationsaus­ drucks gemäß dem ausgewählten Fluß-Einstellungspunkt; und
eine Bandbreite-Kompensationseinrichtung (32), die mit der Drucksteuerung (34) und der Flußsteuerung (36) ver­ bunden ist, um den Drucksteuerungs-Kompensationsaus­ druck und den Flußsteuerungs-Kompensationsausdruck ge­ mäß dem ausgewählten Druck-Einstellungspunkt einzustel­ len.