Erfahrung mit 2 Regelung in Reihe? Druckregelung + Volumenstromregelung

Dragonfire

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Hallo Zusammen,

ich habe folgendes Szenario beim Kunden:

In einer Leitung befindet sich ein druckgeregelte Pumpe und ein volumengeregeltes Regelventil. Das ganze gleich 3 mal für 3 Linien die dann miteinander vermischt werden.
Eingesetzt wird der SFC41 Regler von den S7-Standardbausteinen.

Meine Sorge ist, ob sich so eine Regelstrecke überhaupt gut einstellen lassen kann, da ja Druck und Volumenstrom voneinander abhängig sind.
(Volumenstrom steigt, Regelventil fährt zu -> Druck steigt, Pumpe läuft langsamer und umgekehrt)

Vielleicht hat ja einer von euch schon positive Erfahrung mit so einer Regelstrecke gemacht und kann mir seine Vorgehensweise schildern.

Leider habe ich für die Einstellung der Regler mit realen Bedingungen einen Batch von ca. 8h. Danach wird ein neuer Ansatz in unbestimmter Zeit erfolgen. Da sich das Projekt in Nigeria befindet, wäre es beim 1. mal :) am besten.

Die Druckregelung wird benötigt, weil die Pumpe aus einem 30m hohen Tank saugen und natürlich die Förderleistung der Pumpe sehr stark schwankt. Es soll dabei helfen, das die Regelventile einen genauere Volumenstrom einstellen können.

Falls jemand positive oder negative Erfahrungen gemacht hat, oder jemand mir eine Hilfe geben kann, wäre ich dankbar.

Viele Grüße
 
Hallo Dragonfire,
eines verstehe ich nicht, warum läuft die Pumpe bei steigenden Druck langsamer? Normalerweise funktioniert die Regelung der Pumpe mit dem Ventil und einen Druckaufnehmer nach dem Ventil schon in Abhängigkeit von der Menge. Bei einer Regelpumpe geht diese bei erreichen vom Druck in der Menge zurück bzw in Nullhub. (Radial-Axialkolbenpumpe) Bei steigenden Solldruck wird die Menge begrenzt und umgekehrt.



Hallo Zusammen,


Meine Sorge ist, ob sich so eine Regelstrecke überhaupt gut einstellen lassen kann, da ja Druck und Volumenstrom voneinander abhängig sind.
(Volumenstrom steigt, Regelventil fährt zu -> Druck steigt, Pumpe läuft langsamer und umgekehrt)
 
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Nach meiner Meinung hätte das Ganze nur dann eine Chance zu funktionieren, wenn die Förderpumpe im Umlauf arbeitet und das Regel-Ventil niemals die volle Förderleistung der Pumpe abnehmen kann.
Allerdings, wenn du mit mehreren Ventilen in einen neuen Kreis einspeist, dann bestimmt der in dem Kreis schon vorhandene Druck, wieviel du durchsteuern kannst.
Ich hatte so einen Fall mal bei einem Kunden, der 2 Flüssigkeiten auf die Weise vermischen wollte. Das Mischungs-Verhältnis wurde dabei auch durch den Gegendruck der 2. Komponente und nicht nur durch die Öffnung des Misch-Ventils bestimmt. Wenn es dir da auf ein bestimmtest Mischungs-Verhältnis ankommt hat das wenig mit Regeln, sondern mehr mit Steuern zu tun ...

Falls ich mit meiner Auffassung der Aufgabe total daneben liegen sollte, dann wäre vielleicht eine Skizze des Systems auch nicht schlecht für Weiteres ...

Gruß
LL
 
Die Druckregelung wird benötigt, weil die Pumpe aus einem 30m hohen Tank saugen und natürlich die Förderleistung der Pumpe sehr stark schwankt. Es soll dabei helfen, das die Regelventile einen genauere Volumenstrom einstellen können.
Viele Grüße

Gleich vorweg, Erfahrung mit einem solchen Aufbau habe ich nicht, das hält mich aber nicht von einem Lösungsvorschlag ab.:)

Die Volumenstromregelung muss rel. schnell eingestellt werden, so schnell wie es geht ohne zu schwingen. Die Druckregelung sollte dagegen eher träge sein. Da es nach Deiner Beschreibung sowieso nur auf die Fördermenge ankommt, sollte das kein Problem sein.

Bei der Inbetriebnahme stellst Du erst den Volumenstromregler ein, die Pumpe läßt du dazu mit einem festen Drehzahlsollwert drehen. Erst wenn diese Regelung sauber funktioniert, stellst Du die Druckregelung ein. Bei einer Regelabweichung von 5 bis 10% sollte diese dann nicht mehr allzuviel tun.

Für beide Regelungen sinnvolle Sollwerte einzustellen ist dann der nächste und meiner Meinung nach schwierigste Schritt. Da könnte ein Blick in die Kennlinie oder Rücksprache mit dem Pumpenhersteller weiterhelfen.

Bis dann
Slartibartfass
 
Hallo Dragonfire,

..Meine Sorge ist, ob sich so eine Regelstrecke überhaupt gut einstellen lassen kann, da ja Druck und Volumenstrom voneinander abhängig sind.
(Volumenstrom steigt, Regelventil fährt zu -> Druck steigt, Pumpe läuft langsamer und umgekehrt)...
Wenn sich die Druckregelung schneller regeln lässt als die Volumenstromregelung, sollte es kein Problem sein. Im Normalfall sollte man davon ausgehen können.

..Die Druckregelung wird benötigt, weil die Pumpe aus einem 30m hohen Tank saugen..
Zum besseren Verständnis: Wo befinden sich die Pumpe und wo das Ventil, "oben" oder "unten"? Bei 30m Wasser(?)säule hast du einen Vor(?)druck von ca. 3bar. Der Betriebsdruck muss in jedem Fall höher liegen, ist wohl klar.

Vorsehen würde ich in jedem Fall eine Sollwertführung entlang einer Rampe oder besser nach einer e-Funktion. Besonders beim Anfahren der Anlage könnte das sehr von Vorteil sein.


Gruß, Onkel
 
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Die entscheidende Frage ist doch von Drachenfeuer noch nicht richtig beschrieben. Wie sieht es zwischen Pumpe und Regelventil aus?

Ist dort ein Überdruckventil, eine Art Windkessel oder nur ein starres Stück Rohr.

Zusätzlich ist LLs Frage relevant, ob es dahinter zum Rückstau kommen kann.

Dann sehen wir weiter. :cool:
 
..Die Volumenstromregelung muss rel. schnell eingestellt werden, so schnell wie es geht ohne zu schwingen. Die Druckregelung sollte dagegen eher träge sein..

Oh, das ist ein krasser Widerspruch zu meiner Meinung. Wird das System dann nicht zwangsläufig schwingen? Nach meinem Verständnis wird dann keiner der beiden Regler stabil arbeiten.


Gruß, Onkel


Nachtrag:
Der Druck wird doch direkt hinter der Pumpe, bzw. zwischen Pumpe und Regelventil gemessen???
Eine Skizze wäre wirklich nicht schlecht.
 
Zuletzt bearbeitet:
Hallo Zusammen,

danke für eure schnellen Antworten.

@Ludewig
Die entscheidende Frage ist doch von Drachenfeuer noch nicht richtig beschrieben. Wie sieht es zwischen Pumpe und Regelventil aus?

Ist dort ein Überdruckventil, eine Art Windkessel oder nur ein starres Stück Rohr.

Zusätzlich ist LLs Frage relevant, ob es dahinter zum Rückstau kommen kann.


Zwischen Pumpe und Regelventil ist leider nur ein starres Rohr. Ein erhöhter Druck am Ausgang kann natürlich vorkommen. Ich werde Morgen ein Fließbild anhängen und wir können über wahrscheinliche verfahrenstechnische Schwachstellen diskutieren.

@Onkel Dagobert
Zum besseren Verständnis: Wo befinden sich die Pumpe und wo das Ventil, "oben" oder "unten"? Bei 30m Wasser(?)säule hast du einen Vor(?)druck von ca. 3bar. Der Betriebsdruck muss in jedem Fall höher liegen, ist wohl klar.

Vorsehen würde ich in jedem Fall eine Sollwertführung entlang einer Rampe oder besser nach einer e-Funktion. Besonders beim Anfahren der Anlage könnte das sehr von Vorteil sein.


Die Pumpe ist unten auf ähnlicher höhe wie das Regelventil das dahinter sitzt. Der Betriebsdruck ist wie du schon erkannt hast irgendwo zwischen 4-5 bar. Zusätzlich erschwert noch, das die ganze Schoße in einen anderen Tank von unten befüllt wird -> Gegendruck steigt mit Befüllung des Tankes. Zur Zeit ist noch nicht eingeplant, das die Füllhöhe der beiden Tanks der Regelung bekannt sind.

@Slartibartfass
Die Volumenstromregelung muss rel. schnell eingestellt werden, so schnell wie es geht ohne zu schwingen. Die Druckregelung sollte dagegen eher träge sein. Da es nach Deiner Beschreibung sowieso nur auf die Fördermenge ankommt, sollte das kein Problem sein.

Dieser Vorschlag kam auch vom Kunden. Ich stelle es mir nur unheimlich schwierig vor über den ganzen Prozess funktionierende Reglerparameter zu finden.
Ansonsten ist dein Vorschlag zur Zeit auch die wahrscheinlichste da der Volumenstrom für den Kunden sehr wichtig ist. Mein Wunsch wäre es die Pumpen zu steuern (am besten abhängig von Füllhöhe des Tanks) und das Regelventil alleine für den Volumenstrom als Regelung zu nutzen.

@Larry Laffer
Nach meiner Meinung hätte das Ganze nur dann eine Chance zu funktionieren, wenn die Förderpumpe im Umlauf arbeitet und das Regel-Ventil niemals die volle Förderleistung der Pumpe abnehmen kann.

Ist leider nicht so. Morgen kann ich ein Fließschema anhängen.

Nochmal Danke für eure Hilfe.

p.s. wie fügt man ein Zitat ein... schäm :)
 
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Oh, das ist ein krasser Widerspruch zu meiner Meinung. Wird das System dann nicht zwangsläufig schwingen? Nach meinem Verständnis wird dann keiner der beiden Regler stabil arbeiten.


Gruß, Onkel


Nachtrag:
Der Druck wird doch direkt hinter der Pumpe, bzw. zwischen Pumpe und Regelventil gemessen???
Eine Skizze wäre wirklich nicht schlecht.

Hallo Onkel,

genau da wird er gemessen. Und genau das mit dem Schwingen macht mir die Kopfschmerzen.
 
Ich kenn das ganze von Extruderanlagen

Da hält der Extruder über Drehzahlregelung einen vorgegeben Drucksollwert

Danach sitzt entweder ein Regelventil, eine Schmelzepumpe oder ein Bolzenregelsystem ....

Das ganze muss so sein da der Extruder einen bestimmten Vordruck halten soll um zwecks Reibungswärme und Viskosität. Das nachgeschaltete Regelelement regelt den Ausstoß der Anlage..


Habe mal so eine Anlage modernisiert ... ließ sich relativ gut einregeln ...

FB58 verwendet zwecks Schreiberfunktion
 
Oh, das ist ein krasser Widerspruch zu meiner Meinung. Wird das System dann nicht zwangsläufig schwingen? Nach meinem Verständnis wird dann keiner der beiden Regler stabil arbeiten.

Weshalb sollte das System schwingen?
Angenommen, der Durchfluss ist weit oberhalb des Sollwertes, dann schließt das Regelventil relativ schnell. Der Druck hinter der Pumpe steigt und auch die Pumpe wird langsamer. Irgendwann ist die Regelabweichung an der Durchflussregelung nahe Null, der Druck nach der Pumpe aber immer noch größer als der Sollwert. Die Pumpe wird stetig langsamer und das Regelventil öffnet wieder langsam, da der Durchfluß sinkt. Hat auch die Druckregelung ihren Sollwert erreicht, ist das System im Gleichgewicht und wird nur noch durch die fallende Wassersäule im Vorratsbecken gestört.

Da es dem Kunden in erster Linie darum geht den Durchfluß zu regeln, denke ich ist es am günstigsten primär auf diesen zu achten. Die Herstellung eines günstigen Vordrucks ist nur Mittel zum Zweck.

bis dann
Slartibartfass
 
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Weshalb sollte das System schwingen?
Angenommen, der Durchfluss ist weit oberhalb des Sollwertes, dann schließt das Regelventil relativ schnell. Der Druck hinter der Pumpe steigt und auch die Pumpe wird langsamer. Irgendwann ist die Regelabweichung an der Durchflussregelung nahe Null, der Druck nach der Pumpe aber immer noch größer als der Sollwert. Die Pumpe wird stetig langsamer und das Regelventil öffnet wieder langsam, da der Durchfluß sinkt. Hat auch die Druckregelung ihren Sollwert erreicht, ist das System im Gleichgewicht und wird nur noch durch die fallende Wassersäule im Vorratsbecken gestört.

Da es dem Kunden in erster Linie darum geht den Durchfluß zu regeln, denke ich ist es am günstigsten primär auf diesen zu achten. Die Herstellung eines günstigen Vordrucks ist nur Mittel zum Zweck.

bis dann
Slartibartfass

Ich denke eher primäres Ziel ist es den Vordruck der Pumpe so genau wie möglich einzuregeln und wenn diese Regelung stabil ist sollte die Volumenstromregelung ein leichtes sein.
 
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Ich kenns nur von Extruderanlagen.. wenn der Vordruck nicht stimmt geht die Volumenstromregelung total in die Knie

Bei Extruderanlagen kann ich das noch nachvollziehen. Aber bei mir sind es eher es eher wässerig und die Pumpe erzeugt größer Druckunterschiede. Ich habe schon 3 bar Druckunterschied im Vordruck zwischen vollen und leerem Behälter
 
wie hoch soll denn der vordruck sein?

zb 8 bar sollte doch kein problem sein?


wie groß die Volumenmenge?


oder war das schon erwähnt hab ich was überlesen?
 
Der Vordruck wird zwischen 0,5 und 3 bar liegen, Betriebsdruck zwischen 4 und 5 und der Volumenstrom wird im Bereich 40hl/h und 250hl/h.
Je nach Linie.
 
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Der Vordruck wird zwischen 0,5 und 3 bar liegen, Betriebsdruck zwischen 4 und 5 und der Volumenstrom wird im Bereich 40hl/h und 250hl/h.
Je nach Linie.


Der Vordruckbereich sollte kein problem darstellen. Nur um aus 0.5 Bar Vordruck 5 Bar Betriebsdruck 250hl/h rauszuholen muss du die Pumpe ganz schön weit aufreißen.

Denke das Problem könnte beim einschalten entstehen... bis sich das ganze einschwingt .....würde zuerst die Pumpe einschalten die den Betriebsdruck aufbaut und dann zeitverzögert die Volumenstromregelung wobei ich den Sollwert beim Anfahren langsam hochrampen würde.
Selbiges Hochrampen würde ich bei Sollwertsprüngen verwenden.
 
Hallo Slartibartfass,

..Die Herstellung eines günstigen Vordrucks ist nur Mittel zum Zweck...
Nein, es ist Voraussetzung!

Nehmen wir mal an, der Volumenstrom (sekundär) wird schneller geregelt als der Druck (primär). Der Stellgrad des Regelventils verringert sich (angenommen) infolge einer Regelabweichung. Da die Druckregelung träger reagiert, steigt zunächst der Druck. Die Druckregelung "hinkt" hinterher. Da der Druck dann erst einmal steigt, verringert sich der Durchfluss nicht, bzw. zu gering (Strömungsgeschwindigkeit steigt). Das Ventil schliesst somit weiter! Irgendwann wird der Durchfluss für einen Moment erreicht und sogleich unterschritten, der Druck ist jedoch noch zu groß und wird weiter herunter geregelt, wodurch sich der Durchfluss weiterhin verringert. Demzufolge öffnet das Ventil wieder. Zu diesem Zeitpunkt ist der Druck noch im Fallen.

Reagiert jedoch die Druckregelung schneller, steht dem Volumenstromregler (primär!) ein relativ konstanter Vordruck zur Verfügung, wodurch der Durchfluss "ganz gut" durch den Stellgrad des Ventils geregelt werden kann.

Besser kann ich's nicht erklären.


Gruß, Onkel
 
Druckregelung + Volumenstromregelung

Hallo Dragonfire,
handelt es sich um Dein Produkt um ein flüssiges Lebensmittel und kann es sein dass Du unabhängig von Deiner Regelung 1 m/s Fördergeschwindigkeit nicht überschreiten darfst?
 
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