Step 7 Durchflussmessung, aber wie?

[MuhQ]

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Hallo, liebe Community.

Ich habe folgendes Problem. Ich soll für ein Projekt an meiner Schule eine Steuerung für ein Wasserwerk mit S7 erstellen.
Vorgegeben sind 3 Pumpen (Fördermenge je 60m³/h), 2 Filter (max. 1000m³ Durchlass), 2 Magnetventile (zur Ansteuerung der Filter), ein Behälter (1000m³ Fassungsvermögen) und 4 Durchflussmesser (Vor jedem Filter, vor dem Behälter und hunter dem Behälter).
Die maximale Abgabemenge beträgt zeitweise 300m³/h. Die 180m³/h Fördermenge reicht in Verbindung mit dem 1000m³ Behälter aus, um eine dauerhafte Versorgung zu gewährleisten.

Die Filtersteuerung wollte ich realisieren, indem ich Impuls-Durchflusssensoren verwende und die Impulse zähle. Ich dachte hierbei an 1 Impuls / 0,5 L.
(Max. Anabemenge = 300 m³/h = 300000 L/h = 5000 L/min = 83,3 L/sec -> 166,6 Impulse/sec) Frage ist, welche CPU muss ich nehmen, um die Anzahl der eingehenden Signale verarbeiten zu können?

Für die Pumpensteuerung wollte ich die Durchflussmenge an der Abgabeseite des Behälters messen und je nach Menge die Punpen zuschalten
P1 = Behälter nicht voll & Abgabemenge <= 60m³/h
p1 & P2 = Behälter nicht voll & Abgabemenge <= 120m³/h
P1 & P2 & P3 = Behälter nicht voll & [ Abgabemenge <= 180m³/h oder >= 180m³/h]
Die Frage, die ich nun habe ist, wie realisiere ich die Durchflussmessung?
Ich habe da schon den ganzen Tag recht viel zu gelesen und entweder kann ich A) die Anzahl der Impulse pro Zeit nehmen oder B) die Zeit zwischen den Impulsen rechnen.

A) Anzahl Impulse * 0,0005m³ / 1s * 3600s = X m³/h Bsp.: 166,6 * 0,0005m³ / 1s * 3600s = 300m³/h
B) 0,0005m³ * 3600s / [Zeit zwischen Impuls] = X m³/h Bsp: 0,0005m³ * 3600s / 6ms = 300m³/h

Welche der beiden Varianten ist die genauere? Und vorallem: Wie setze ich diese Überlegungen in S7 um? Ich habe schon einige Lösungen gefunden (AWL), aber ich kann sie nicht umsetzen, weil wir in der Schule bislang nur in FUP gearbeitet haben

Habt ihr da zufällig eine einsteigerfreundliche Lösung für mich? (Gerne etwas ausfürlicher erklärt )

 

[Thomas_v2.1]

Für 166 Impulse pro Sekunde brauchst du einen schnelle Zählerkarte bei einer S7, mit den "normalen" Eingängen lässt sich das nicht erfassen.
Wenn du nicht die Menge sondern vorrangig den Durchfluss erfassen willst, wäre es sinnvoller einen Durchflussmesser einzusetzen der direkt einen Analogwert z.B. als 4..20 mA Signal herausgibt.

Welchem Zweck sollen denn die anderen Durchflussmesser dienen? Hast du eine analoge Höhenstandsmessung oder nur Schaltkontakte?

Skizziere doch mal ein Anlagenschema.

Soll das Ganze später in irgendeiner Weise als Modell gebaut werden, oder wie soll es umgesetzt werden?

 

[MuhQ]

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Hey Thomas! Zunächst einmal vielen Dank, für die schnelle Antwort

Das Projekt soll nicht in einem Modell oder irgendwie anders umgesetzt werden. Es geht lediglich um die SPS-Steuerung und die Dokumentation von 20~30 Seiten Text.
Ich wollte es so gestalten, dass ich einleitend erkläre, was eine SPS ist, was eine SPS kann und wozu eine SPS eingesetzt wird. Dann geht es weiter mit der benötigten Hardware (Eingabe, Ausgabe, CPU, etc.). Anschließend wird die Software, sprich die in der steuerung verwendeten Logikbausteine, erklärt.

Bei der Hardware gibt es keine weiteren Vorgaben, außer die, die im Schema stehen. Alles andere ist frei wählbar. Finde ich ziemlich gut, weil ich dann die verschiedenen Variationen und deren Problematik erklähren kann (Irgendwie muss ich ja genug Papier schwarz kriegen ).

Ich habe auch eine Tabelle mit festen Wasserabgaben zu fester Tageszeit. Die habe ich gegengerechnet und festgelegt, zu welcher Tageszeit, wieviele Pumpen laufen müssen. Das Programm habe ich auch schon geschrieben, aber diese Lösung finde ich unpraktikabel, weil sie zu statisch ist.

Deswegen die Überlegung, die Steuerung der Pumpen über Min, Max und den Durchfluss (Aktueller Verbrauch) zu realisieren.
- Min erreicht -> alle 3 Pumpen bis Max erreicht, oder für eine bestimmte Durchflussmenge
- Je nach Abgabemenge werden die Pumpen geschatet
- Filterwechsel nach festen 1000m³ (zählen) oder per Durchflussvergleich (Der setzt sich ja nach und nach zu) oder villeicht sogar beides

Hier ist das Schema des Aufbaues:

 

[HappyVienna]

Für diese Aufgabenstellung wozu mehrere Durchflussmesser?

Ein Füllstandsmesser ist das deutlich Bessere zur Regelung des Systems!
Vegawell 72 mit einer Vegabox 01 zB
Die Filter scheinen ja extrem großzügig bemessen zu sein. Zwei parallele Filter sind hier für den Filtertausch vorgesehen, oder?
Ein Durchflussmesser macht für mich maximal an der Abgabestelle einen Sinn um die abgegebene Menge zu ermitteln.

z.B.:
Füllstand 95% alle Pumpen aus.
Füllstand sinkt auf 90% Pumpe 1 ein.
Füllstand sinkt weiter auf 80% Pumpe 2 ein.
Usw.

Die Filter würde ich mit Differenzdruckmessung ausführen. Ab Differenzdruckmessung > x, Filtertausch und anderen Filter verwenden.

 

[MuhQ]

Das Schema wurde so vorgegeben. Warum es genau so aussieht, weiß ich nicht. Die parallel liegenden Filter sind für den Tausch vorgesehen, ja. Villeicht wollte mein Dozent mir einfach die Möglichkeit einräumen, mehrere Lösungen zu erarbeiten.
Wie messe ich denn einen Differenzdruck?

 

[HappyVienna]

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In diesem Fall reicht der Druck am Eingang auch, da es ab dann Drucklos in den Behälter läuft. Das alles liefert Dir der Filterhersteller oder er sagt Dir wo Du das bekommst, gibt es in Schalterausführung oder mit Manometer zum optischen kontrollieren oder als 4 bis 20mA Ausgang.

Du hast übrigens einen Schaltungsfehler, Du benötigst noch 2 Ventile nach den Filtern, sonst wirst Du ganz schön nass beim Tauschen.

Ohne Füllstandsmessung wird es nicht funktionieren, da eine Durchflussmessung zu ungenau ist auf Dauer.

6AV6647-0AB11-3AX0 preiswertes Touchpanel
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6ES7392-1BM01-0AA0 Frontstecker 2 Stück
6ES7390-1AF30-0AA0 Profilschiene da gibt es aber auch kürzere.
6ES7953-8LG20-0AA0 MMC Karte 128kB wahrscheinlich reicht auch die 64kB

Ein paar % Rabatt auf die Listenpreise solltest auf jeden Fall bekommen.

 

[HappyVienna]

Ich habe mir das angesehen und kann sagen, dass Konzept ist wirtschaftlich nicht vertretbar! Es ist eine mittelkleine Anlage und hier sind alle Komponenten alleine von der Steuerung verhältnismäßig sehr teuer. Das dicke Ende kommt aber erst ganz am Schluss!

Zunächst mal habe ich keine Pumpen gefunden die der Planung entsprechen, denn diese müssten, da sie einen einzigen Wasserverteiler speisen zumindest ein Rückschlagventil haben. Entweder fördern alle drei Pumpen immer gleichzeitig oder es drückt das Wasser bei den anderen Pumpen wieder raus. Also extra Rückschlagventile vor dem Verteiler einbauen oder elektrisch geschaltete Wegeventile. Auch die anderen Ventile, so sie elektrisch gesteuert werden sollen sind enorm teuer und die Ansteuerung ist nicht direkt aus der SPS heraus zu machen. Die Filter enorm teuer, wozu?

Wenn man 4 Einzelpumpen mit Einzelsträngen und je einen deutlich kleineren Filter einsetzt spart man mindestens 40 % an Geld an der Steuerung, da auch noch die großen Ventile vor und nach dem Filter wegfallen würden. Du kannst Dir ja mal die Nennweite ausrechen, wenn du 50l/sec mit 1 (sehr gut) 2 (geht so) 3 (schon fraglich) m/sec durch einen Durchmesser schicken willst. Man benötigt maximal einen Durchflussmesser beim Wasseraustritt. Dazu einen Füllstandsmesser und einen Min- und Maxschalter, wenn der Füllstand nicht OK ist. Doppelte Kontrolle gegen Überlauf und Trockenlauf, wobei der Trockenlauf auch noch von der Temperaturmessung im Pumpenmotor abgefangen wird und die Pumpe abschaltet, das ist dann schon dreifach abgesichert. Dazu eine Druckkontrolle vor den Filtern um diesen zum tauschen anzuzeigen, kostet in Schalterausführung weniger als 40 € in 4-20 mA Ausführung deutlich unter 100€ pro Stück, kann man aber doppelt ausführen. In dieser Ausführung benötigt man maximal noch ein Boden Luft-Thermostat um Frostgefahr anzuzeigen. Wenn man die Filter senkrecht einbaut läuft das Wasser wieder zurück zu den Pumpen, wenn diese ausgeschaltet sind. Die Pumpen sollten so weit unter Wasser sein, dass sie keiner Frostgefahr ausgesetzt sind. Die dürfen ja auch 3 bis 15m unter Wasser sitzen, da ist allgemein keine Frostgefahr mehr, zumindest in den meisten Gebieten dieser Erde. Der Tank (Behälter) dürfte ziemlich weit oben sitzen laut deinem Schema, da ja keine Transferpumpe eingezeichnet ist und dies sozusagen als Druckanschluss nur über die Höhe funktioniert. Der wird in den meisten Gebieten also beheizt werden müssen, entweder in einem beheizten Raum oder eben durch andere Heizung wie Heizkabel etc.

Sowohl die Softstarts (unbedingt erforderlich wegen der Lebensdauer der Pumpen) als auch die Pumpen sind deutlich billiger, Ventile die man in diesem Konzept höchstens an der Abgabestelle benötigen würde, wären sehr preiswert weil noch bei 2,5“ und leicht elektrisch anzusteuern weil bei Schaltleistung nur 24VA und im Haltestrom 16VA erreicht werden, das kann mit der SPS leicht direkt gemacht werden über einen Relaisausgang, wird aber nicht mehr benötigt.

Das Ventil an der Abgabestelle und der Durchflussmesser dürften ganz schön teuer in der Steuerung werden und das mit Abstand teuerste dürfte der Tank mit Einbau sein. Aber die gesamte Steuerung samt Pumpen ist sicher unter 40.000 € zu machen, möglicherweise unter 30.000 € aber der Behälter / Tank / In Wirklichkeit kann es nur eine Zisterne werden und man muss eine weitere noch nicht beinhaltete Transferpumpe einsetzen, Zisterne kannst nur vor Ort bauen lassen, denn ein Transport scheint mir unmöglich. Wir reden hier von einem Schwimmbecken mit 50m Länge 2m Tiefe und 10m Breite und das mindestens 1 bis 2m unter der Erde wegen Frostgefahr. Da wird die Steuerung im Preis ziemlich unwesentlich von den Kosten, oder? Da baut man im Normalfall lieber noch ein paar Pumpen und ein Notstromaggregat ein und löst das ganz anders! Es ist eben nur ein Schulmodell, das sich einer, der nicht darüber nachgedacht hat, aus dem Finger gesogen hat, in einer unglücklichen Nacht! Auch die Überdimensionierung der Filter lässt darauf schließen, denn die sind ja nicht ohne oder?

Du kannst das gerne deinem Aufgabensteller zeigen und wenn er Interesse hat, kann er mit mir in Kontakt treten, ich sende Dir meine Email und meine Telefonnummer, wird er aber nicht, wette darauf!

 

[devrim]

es geht um eine schriftliche Projektaufgabe. Da soll ja nichts gebaut werden.

 

[HappyVienna]

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Und kann man keine Projektaufgaben geben die mehr der Wirklichkeit entsprechen?

Erinnert mich irgendwie an die Projektaufgaben wo ein Professor eine eigene Micro Controller Sprache erfunden hat an der UNI Wien um 300 € für ein Entwicklungsset mit Board und allem drum und dran zu sparen, dass er vermutlich als UNI für 50 bis 150 € bekommen hätte. Einmal reine Theorie OHNE Testmöglichkeit oder wirklich erfahren wie gut Du programmiert hast, NUR der Professor beurteilt Deine Aufgabe, OHNE Beweis!!!

NEIN, so ein Schwachsinn sollte nicht mal annähernd als Beispiel in Schulen, Unis etc. verbreitet werden. Es ist technisch ein Schwachsinn und wirtschaftlich ebenso Schrott. Warum sollte man das den Lernenden als Aufgabe stellen??? Will man sie verdummen??? So ein Beispiel merkt man sich und glaubt es ist in der Praxis anzuwenden! Lehrender NICHTGENÜGEND 5 oder 6 je nach Land setzen und abtreten, Beruf verfehlt!!!

 

[HappyVienna]

Ich bin zwar in der Projektplanung, in unserer Firma aber im Wesentlichen für Elektrik, Schaltschränke usw. zuständig, zusätzlich Einkauf, Verkauf, ja wir sind nur ca. 50 Personen und ich kann vermutlich auch ein paar Zeilen in Step 7 dazuprogrammieren, aber wenn mir ein Planer, und ja wir haben viel Wassertechnik, solch einen Schwachsinn vorlegen würde, hat er am nächsten Tag vermutlich einen neuen Arbeitgeber, in Österreich heißt der Verein AMS.