PID-Regelung einer Pumpe

[PLC_Freak]

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Hallo,

ich möchte eine Pumpe so regeln, dass sie einen konstanten Füllstand in einem Behälter hält.
Zur Erklärung:
Ich habe einen 30m³ Behälterin den pemanent Grundwasser fließt. Dieser Behälter besteht aus 2 Kammern. Nun wird mit einer zweiten Pumpe (P2) das Wasser aus der zweiten Kammer so abgepummpt, dass ein stetiger Füllstand in der zweiten Kammer von 25% gehalten wird bzw. werden soll. Der Füllstand in der zweiten Kammer wird über eine Drucksonde gemessen und in Prozent angezeigt.
Die ganze Geschichte wird über eine Simens ET200S geregelt und über WinCC flex visualisiert.
Die zweite Pumpe (P2) wird über einen analogen Ausgang sowie einem Siemens Micromaster Frequenzumrichter angesteuert.
Wie kann ich die PID Werte so abändern, dass die 25% ziemlich konstant gehalten werden?
Momentan ist dies fast der Fall (siehe Trendkurve im Anhang). Wir hatten das schon mal so fein, dass der Trend ein gerader Strich war.
Ich hoffe man versteht was ich meine.

Danke!

 

[ducati]

Naja, ne Regleroptimierung aus der Ferne ist so gut wie nicht möglich.

Aus dem Bauch würde ich sagen, erstmal den D-Anteil deaktivieren. Die Kurve sieht so aus, als wenn die Regelung etwas schwingt, von daher P-Anteil verringern...

Wenn Du keine regelungstechnische Erfahrung hast, einfach etwas rumprobieren...

vielleicht hilft auch das: https://de.wikipedia.org/wiki/Faustformelverfahren_(Automatisierungstechnik)

also Sprunganntwort aufnehmen, Parameter nach CHR oder Ziegler-Nichols berechnen und einstellen...

Gruß.

PS: D-Anteil scheint ja schon deaktiv zu sein (Button ist grau) ...

PPS: so schlimm sieht die Kurve nicht aus, also aus der Ferne würd ich's ja schon fast als optimal bezeichnen, wenn man andere Anlagen so sieht...

 

[AUDSUPERUSER]

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Wie schon ducati sagt, der P-Anteil ist sehr hoch, den zuerst mal runternehmen.

Aber so schlecht ist die Kurve doch gar nicht. Evtl würde es helfen, den Istwert, der angezeigt wird zu sampeln.
Die Menschheit will beschissen werden

 

[KingHelmer]

Aber so schlecht ist die Kurve doch gar nicht. Evtl würde es helfen, den Istwert, der angezeigt wird zu sampeln.
Die Menschheit will beschissen werden

Ein wahres Wort.
Ich weiss nicht, wie oft ich schon "bescheißen" musste, um ein Ergebnis schönER aussehen zu lassen.
Das erspart viel Ärger um nichts und alle sind danach meistens glücklich.

 

[PLC_Freak]

Vielen Dank für die vielen schnellen Antworten. Werde mich gleich mal ran setzen und ein wenig mit dem P-Anteil "spielen". Ich gebe Bescheid, wenn sich etwas ändert.

 

[weißnix_]

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...Senf dazugeb

Die Rampen des FU (und bei analogen Eingängen: Filterzeiten) können so eine Regelung etwas stören.
Darüber hinaus halte ich einen (kleinen) D Anteil durchaus für hilfreich gegen Regelschwingungen. Den I-Anteil wurde ich klein halten.

 

[weißnix_]

Die parallele Darstellung des Sollwertkanals für den FU könnte helfen.

 

[PLC_Freak]

Die parallele Darstellung des Sollwertkanals für den FU könnte helfen.

Hallo weißnix_, wie meinst du das?

Habe es jetzt zwar "geschafft" die Kurve bzw. den Füllstand zu Glätten, aber dadurch das der FU das relativ intensiv regelt, habe ich Druckspitzen am nachgeschalteten Filter (siehe Bild).

 

[bike]

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Du wirst wohl nie deine 25% auf Null regeln können.
Zu Beginn hattest du doch eine sehr ansehliche Kurve.
So wie du schreibst pumpt dein FU nach der "Optimierung" und das geht auf die Lebensdauer des Motors und des FU.
Wenn der Druck auch eine Rolle spielen soll, wird das mit der Regelung etwas sehr komplex.
Ich würde mir die Parameter des FU anschauen, ob an den Rampen und Totzeiten etwas optimiert werden kann.


bike

 

[weißnix_]

Im Augenblick habe ich nur das Ergebnis Deiner Regelung auf dem Schirm: Eine leicht wellige Kurve des Füllstands.
Die Regelung wirkt als Stellwert aber auf die Drehzahl der Pumpe (so ich Dich korrekt verstanden habe).

Da ich nicht der große Rechner und Regelungstechniker bin, schaue ich mir dann immer parallel den eigentlichen Stellwert an.
Große Regelausschläge hier deuten dann auf Totzeiten des Stellglieds hin. Hier wären dann Rampen/Verrundungen (evtl. Analogfilter) am FU meine ersten Verdächtigen.
Die zuletzt angehängte Kurve sagt mir zum Beispiel garnix, da keine Legende da ist. Ich sehe ein augeprägtes Trapez. Wenn das die Drehzahl der Pumpe ist, dann pendelt die Regelung zwischen den Grenzwerten, d.h. die Druckspitzen sind eigentlich ein Indiz für starke Regelschwingungen.
Das zweite Trapez mit den Zacken an der Vorderflanke ist dann wohl der Druck. Würde ich so erwarten, wenn die Pumpe auf Maximum geht.

Meine Devise bei "Handoptimierung" ist: Weniger ist mehr. Erstmal I+D Anteil abschalten. Mit dem P-Anteil klein anfangen und auf kleine Regelausschläge der Drehzahl optimieren. Die Drehzahl der Pumpe sollte dann der Zuflussmenge in etwa proportional folgen. Steile Flanken mit Überschwingen werden dann mit kleinen D-Anteilen wegoptimiert und bleibende Regelabweichungen mit I-Anteilen.

Ist allerdings der Zufluss schwallweise und in der Spitze größer als der mögliche Abfluss, dann wirst Du einen konstanten Füllstand nicht erreichen. In diesem Fall wäre Deine gezeigte Füllstandskurve schon als optimal zu bezeichnen.

 

[weißnix_]

Noch mal zum Verständnis:

Was willst Du eigentlich erreichen?
Konstanten Füllstand in der zweiten Abteilung des Speichers? Dann darf der Zulauf nie größer werden als der Ablauf. Dann sollte sich der Füllstand auch recht genau einhalten lassen.


Konstanten Druck vor dem Sandfilter?
Dann ist doch der Füllstand zweitrangig bis scheißegal.

 

[ducati]

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Du wirst wohl nie deine 25% auf Null regeln können.
Zu Beginn hattest du doch eine sehr ansehliche Kurve.
So wie du schreibst pumpt dein FU nach der "Optimierung" und das geht auf die Lebensdauer des Motors und des FU.
Wenn der Druck auch eine Rolle spielen soll, wird das mit der Regelung etwas sehr komplex.
Ich würde mir die Parameter des FU anschauen, ob an den Rampen und Totzeiten etwas optimiert werden kann.

Das kann alles Mögliche sein... Die Kurven sagen mir garnix, da stehen nicht mal die Messgrößen dran...

Ich hatte mal ne Volumenstromregelung, da war die dominierende Zeitkonstante der Durchflussensor. Regelung, FU, Strecke alles war schnell. Nur der Durchflusssensor hatte nen komisches rampenförmiges Zeitverhalten .

Also ne Ferndiagnose würd ich mir hier nicht zutrauen. Dazu fehlen viele Detailinfos.

Eine Regelung kann man immer auf verschiedene "Ziele" hin optimieren. Z.B. optimal bei Sollwertänderungen oder optimal bei Störgrößenänderungen sind schon mal zwei unterschiedliche Ziele. Sieht mal auch daran, dass CHR dafür unterschiedliche Reglerentwurfsverfahren entwickelt haben. In der Praxis kommen natürlich auch noch alle möglichen Kriterien dazu, wie hier in dem Fall die unerwünschten Druckspitzen. Also wenn der TE die Druckspitzen nicht will, so musst er eben mit der etwas schlechteren Regelgüte für den Füllstand leben. Das Leben besteht immer aus Kompromissen bzw. Zielkonflikten

Gruß.

 

[weißnix_]

Das Leben besteht immer aus Kompromissen bzw. Zielkonflikten

Gruß.

Es ist nur die Frage, ob Geschenkpapier oder Nebelkerze erforderlich sind, diesen "Zielkonflikt" zu verkaufen

 

[weißnix_]

Ist der Sandfilter ausreichend bemessen?
Wann wurde der das letzte mal Rückgespült?

Ein Ausdehnungsgefäß vor dem Filter kann die Druckspitzen abfangen.

Mir scheint sich Dein Problem in diese Richtung zu bewegen.
Immer im Auge behalten: Der mögliche Abfluss muss mindestens dem maximalen Zufluss entsprechen.
Warum?
Versuch mal den Füllstand eines Behälters ohne Abfluss (worst case) zu regeln (Gedankenexperiment reicht).
Das nennt man Regelstrecke ohne Ausgleich --> nicht regelbar!

 

[Onkel Dagobert]

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..Versuch mal den Füllstand eines Behälters ohne Abfluss (worst case) zu regeln (Gedankenexperiment reicht).
Das nennt man Regelstrecke ohne Ausgleich --> nicht regelbar!

Wieso nicht regelbar? Stichwort "Spülkasten". Das ist im Prinzip eine einfache P-Regelung. Ich würde auch erst einmal mit einem P-Regler versuchen, es stabil hin zu bekommen. Dann kann man noch ein bisschen mit dem I-Anteil spielen. Der "worst case" wäre hier der Zustand, wenn die Pumpe so weit heruntergeregelt werden müsste dass der Volumenstrom abreißt. Dann muss man halt die Regelung abschalten (also den Regler, nicht nur die Pumpe!). Also z.Bsp. einen Zweipunktregler als Freigabe für den PID-Regler vorsehen?

 

[PLC_Freak]

Im Augenblick habe ich nur das Ergebnis Deiner Regelung auf dem Schirm: Eine leicht wellige Kurve des Füllstands.
Die Regelung wirkt als Stellwert aber auf die Drehzahl der Pumpe (so ich Dich korrekt verstanden habe).

Da ich nicht der große Rechner und Regelungstechniker bin, schaue ich mir dann immer parallel den eigentlichen Stellwert an.
Große Regelausschläge hier deuten dann auf Totzeiten des Stellglieds hin. Hier wären dann Rampen/Verrundungen (evtl. Analogfilter) am FU meine ersten Verdächtigen.
Die zuletzt angehängte Kurve sagt mir zum Beispiel garnix, da keine Legende da ist. Ich sehe ein augeprägtes Trapez. Wenn das die Drehzahl der Pumpe ist, dann pendelt die Regelung zwischen den Grenzwerten, d.h. die Druckspitzen sind eigentlich ein Indiz für starke Regelschwingungen.
Das zweite Trapez mit den Zacken an der Vorderflanke ist dann wohl der Druck. Würde ich so erwarten, wenn die Pumpe auf Maximum geht.

Meine Devise bei "Handoptimierung" ist: Weniger ist mehr. Erstmal I+D Anteil abschalten. Mit dem P-Anteil klein anfangen und auf kleine Regelausschläge der Drehzahl optimieren. Die Drehzahl der Pumpe sollte dann der Zuflussmenge in etwa proportional folgen. Steile Flanken mit Überschwingen werden dann mit kleinen D-Anteilen wegoptimiert und bleibende Regelabweichungen mit I-Anteilen.

Ist allerdings der Zufluss schwallweise und in der Spitze größer als der mögliche Abfluss, dann wirst Du einen konstanten Füllstand nicht erreichen. In diesem Fall wäre Deine gezeigte Füllstandskurve schon als optimal zu bezeichnen.

Das hört sich ziemlich schlüssig an.
Zur Erklärung der letzten Kurve:
Hier werden lediglich der Ein- (grün) und Ausgangs- (rot) und der Differentdruckwert (blau) (in bar) eines nach der Pumpe befindlichen Kiesfilters dargestellt.

PS: Die Füllstandskurve ist momentan ideal auf 25% (+/- 0,2%) (siehe Bild)

 

[weißnix_]

PS: Die Füllstandskurve ist momentan ideal auf 25% (+/- 0,2%) (siehe Bild)

[ ] Projekt (schnell) zu den Akten legen
oder
[ ] Filter kontrollieren
undoder
[ ] Regelbereich der Pumpe (Stellwert) prüfen
undoder
[ ] Zulaufmenge checken

Ich tendiere grundsätzlich zur ersten Option

edit: wenn nicht die erste Option dann optional
[ ] Im Forum berichten