TIA Regelstrecke ohne kontinuierlichen Ist-Wert

[Rothe90]

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Schönen guten Morgen zusammen,

Ich programmiere zur Zeit an einem Projekt zur automatischen Förderung von Hartmetallpulver aus einem Container in eine Siebanlage hinein.
Gefördert wird mit einer Vibrationsförderrinne.
Mein Problem ist folgendes:

Der Ist-Wert kommt nicht kontinuierlich am Regler an.
Die Aufnahme des Ist-Wertes geschieht über eine Waage. Sie gibt das Gewicht des Speise-Containers an eine S1200 Compact CPU weiter.
Problematisch ist dabei das mir der reine Gewichtswert nichts bringt. Ich brauche eine Differenz als Ist-Wert. Zum Beispiel kg/h.
Deshalb schreibe ich mir einen Ist-Wert in ein Merkerwort, warte eine beliebige Dauer (momentan 20s) und schreibe dann einen zweiten Wert in ein weiteres Merkerwort.
Danach wird Wert 2 von Wert 1 subtrahiert. Somit erhalte ich einen Wert mit der Einheit kg/20s.
Nur ändert sich dieser Wert ja auch nur alle 20s. Mein Regler kommt damit natürlich nicht klar. Er stellt nach, aber es ändert sich nichts am Ist-Wert. Also stellt er weiter nach usw.
Bis sich der Ist-Wert plötzlich in einem großen Schritt verändert. Dann geht das ganze Spiel von vorne los.

Die Abtastdauer des Gewichtswertes kann ich aber auch nicht beliebig verkleinern. Schon bei 20 Sekunden kann es vorkommen dass ich nach der Subtraktion nahe an 0 kg Differenz heran komme.
Das Verhalten ist den physischen Eigenschaften des Pulvers geschuldet. Es ist sehr schwer und verteilt sich nicht immer gleich im Auslass Trichter.

Zur Zeit komme ich auf keine Idee das ganze in den Griff zu bekommen. Außer die Regelung so träge zu trimmen, dass die 20 Sekunden nicht mehr so ins Gewicht fallen.
Ob und wie gut das funktioniert sei dahin gestellt. Habt Ihr vielleicht Einfälle oder Erfahrungsberichte wie sowas gelöst werden könnte?

Ich hoffe man kann nachvollziehen was ich hiermit meine... Falls nicht bitte ich um Entschuldigung und werde es noch einmal in anderer Form versuchen.

Beste Grüße,
Martin

 

[Credofire]

Wieso kommst du nur alle 20 Sekunden an den Wert. Ist denn der Unterschied pro Sekunde zu gering? Oder zu ungenau? Wie ist es bei 5 Sekunden?
Ansonsten musst du halt den Regler auch nur alle x Sekunden triggern, je nachdem wie deine Werte reinkommen.

 

[Thomas_v2.1]

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Vielleicht kannst du aus dem aktuellen Wert und dem letzten Wert eine Vorhersage über den zu erwartenden nächsten Messwert treffen, und daraus ein kontinuierliches Istwertsignal für deinen Regler bilden.
Im einfachsten Fall errechnest du die Steigung zwischen den letzten beiden Messwerten, und änderst den zuletzt gemessenen Wert um diese Rate kontinuierlich bis der nächste reale Messwert eintrifft. Vielleicht hast du noch andere Zustände (Istdrehzahlen von Förderantrieben) die dir vorliegen, um dein Modell von der Strecke zu korrigieren, damit deine Schätzung möglichst gut mit dem realen Ergebnis übereinstimmt.

 

[Onkel Dagobert]

Du kannst natürlich nicht schneller und nicht genauer regeln, als dass die Regelgröße erfasst wird.

Folgende Punkte wären interessant:

• Welche Masse befindet sich maximal im Container?
• Wie groß ist der Messbereich der Wage
• Wie genau wird der Messwert erfasst und übertragen?
• Wie groß ist der Sollwert des Masseflusses (Relation zu Gesamtmasse?)
• Kann die Messung verbessert werden?

Auch wenn die ganze Sache immer noch äußerst ungünstig bleibt, würde ich zunächst folgendes probieren.

• Messwertaktualisierung verkürzen.
• Messwert oder Messwertdifferenz dämpfen, so dass der Regler entsprechend weniger stark auf Istwertsprünge reagiert.
• Regler nicht schneller machen, als die Regelstrecke
• Berechnungen möglichst mit LReal (Differenzbildung, Dämpfung, Regler)

 

[Eraser]

Falls keine anderen Vorhersagen über zukünftige Werte getroffen werden können und das Intervall nicht auf <20s verringert werden kann, würde ich einfach den Regler auf das 20s-Intervall anpassen, sodass dieser auch nur alle >20s aufgerufen wird.
Für den Neuanlauf kann man einen fixen Startwert vorgeben, der ungefähr in der Nähe bzw. darunter oder darüber liegt, je nachdem was kritischer ist (mehr oder weniger Durchsatz).

 

[Heinileini]

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Ich programmiere zur Zeit an einem Projekt zur automatischen Förderung von Hartmetallpulver aus einem Container in eine Siebanlage hinein. . .

Ich lese daraus, dass Du die FörderMenge/ZeitEinheit regeln bzw. konstant halten willst. Womit kannst Du sie dosieren? Stellglied ist was?
Die GewichtsÄnderung des Containers ist wahrscheinlich recht klein bezogen auf das GesamtGewicht des Containers und die Waage, die für das GesamtGewicht ausgelegt sein muss, kann wahrscheinlich im interessierenden Bereich der GewichtsÄnderung gar nicht hoch genug auflösen?
Ich fürchte, Deine Voraussetzungen sind denkbar ungeeignet. Wie könnte man beherrschbarer dosieren? Z.B. mit einem "SchaufelRädchen", das hoffentlich eine reproduzierbare Menge pro Umdrehung fördert? Oder eine Waage, die nur die geförderte Menge wiegt, statt immer unnötigen Ballast mitzuwiegen?

 

[Rothe90]

Ich arbeite mal die von dir angesprochenen Punkte ab:
- Maximalgewicht inklusive Container beläuft sich auf 1200 kg
- der Messbereich beträgt 1500kg
- Der Messwert wird von einer U-förmigen Palettenwaage (4 Wägezellen) erfasst. Über einen Wägetransmitter (MP26 von Minebea Intec) wird das Eingangssignal in 0-10V gewandelt.
- Die Waage erfasst 100g Schritte
- Der Sollwert beträgt zwischen 100 und 250 kg/h
- Die Messung könnte lediglich durch eine andere Waage mit noch höherer Auflösung verbessert werden. Zumindest fällt mir sonst nichts anderes ein.

 

[Larry Laffer]

Das Ganze kommt mir bekannt vor - das hatte ich in der Vergangenheit auch schonmal.
In deinem Fall hättest du bei einer Fördermenge von 100 kg/h einen Austrag von 27,7 g/s - da wird es für deine Waage schwer. Du kannst also nicht im herkömmlichen Sinn regeln sondern eher zielgerichtet steuern.
Was bestimmt denn deinen Austrag ? Wahrscheinlich die Rüttelrinne (der Vibrationsförderer) ? In dem Fall kannst du eigentlich nur einen Basis-Austragswert vorgeben (aufgrund von ermittelten Werten) und den z.B. im 20s-Raster nach oben oder unten korrigieren (auch wieder nach Erfahrungswerten).

Bei deiner Wiegerei : wie ist den das Verhältnis von Wiegegut (Netto) zu Drum-herum (Behälter etc - Tara ) ?

Gruß
Larry

 

[Rothe90]

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Ich lese daraus, dass Du die FörderMenge/ZeitEinheit regeln bzw. konstant halten willst.

Ganz genau das war mein Plan. Zumindest hatte ich gehofft es so in den Griff zu bekommen. Die Förderung wird mit einer Vibrationsförderrinne realisiert. Das heißt das ich das Gewicht auf der Rinne nicht korrekt wiegen kann. Das ganze vibriert ja die ganze Zeit. Mein Ausgangssignal ist folgendes: 0-20 mA auf einen Thyristorsteller.
Der Wägetransmitter übermittelt 100g Schritte. Deshalb hatte ich gehofft die Auflösung reicht um ein akzeptables Ergebnis zu erreichen.

 

[Rothe90]

Was bestimmt denn deinen Austrag ? Wahrscheinlich die Rüttelrinne (der Vibrationsförderer) ? In dem Fall kannst du eigentlich nur einen Basis-Austragswert vorgeben (aufgrund von ermittelten Werten) und den z.B. im 20s-Raster nach oben oder unten korrigieren (auch wieder nach Erfahrungswerten).

Bei deiner Wiegerei : wie ist den das Verhältnis von Wiegegut (Netto) zu Drum-herum (Behälter etc - Tara ) ?

Das Verhältnis von Behälter zu Produkt ist etwa 5/95. Sprich 5% macht der Behälter aus. Ich habe dafür jetzt eine Tonne als Gesamtgewicht angenommen.

Der Austrag wird von der Sorte des Pulvers bestimmt. Je nach dem welches Produkt gerade gefahren wird variieren die Bestandteile und deren Mischungsverhältnis.
Damit geht eine gravierende Änderung der Fließ Eigenschaften einher.

Ich hole mal weit aus (sorry ^^)...
Problem der Firmenleitung ist das die Thyristorsteller seit jeher von Hand eingestellt werden (Poti). Das heißt aber auch das jeder Mitarbeiter für sich entscheidet welchen Wert er für richtig erachtet.
Unterstellung war damals: "Unsere Jungs stellen teilweise absichtlich weniger ein als möglich wäre damit sie nicht so schnell wieder danach schauen müssen."
Auf der anderen Seite gibt es Pulversorten die so schlecht fließen, bzw. sich in der Rinne verkeilen, dass der Fluss zum erliegen kommt. Die Rinne vibriert zwar noch auf z.B. 70%, es fließt aber kein Pulver mehr. Dann muss der Regler kurz voll aufgedreht werden damit sich diese "Verstopfung" löst. Manche Mitarbeiter stellen den Regler deshalb direkt etwas höher ein und belassen es dabei.
Die Variante fährt uns aber Verluste beim Sieben ein. Das Sieb schafft die erhöhte Menge dann nicht, weshalb ein nicht unerheblicher Teil unseres Produktes ins Überkorn gerät.
Beide Möglichkeiten sollen künftig mit einer Automatik umgangen werden. Deshalb muss ich jetzt sehen wie ich die alte Technik so modifiziert bekomme um das zu schaffen.

Die Variante mit Erfahrungswerten klingt erstmal gut. Mein Problem dabei ist das unser Pulver nicht immer gleich fließt. Es kann durchaus sein das ich bei 100% gleichen Einstellungen in z.B. 8 von 10 Versuchen leicht verschiedene Durchflüsse bekomme. Je nach dem wie sich die Partikel in der Rinne verteilen und verkeilen. Zur Info: Wir reden von Partikelgrößen von 60 - 100 mikrometer.
Sicherlich könnte ich diesen Versuch auch 20 mal durchführen und den Mittelwert bilden. Das würde gehen.

 

[Larry Laffer]

1. ist dann die Rüttelrinne überhaupt der richtige Ansatz ? Wäre dann nicht ggf. ein Förderband besser geeignet ?

2. wenn sich das Material verkeilt - könnte man das nicht über weitere mechanische Ergänzungen (z.B. gegenlaufende Rakel) korrigieren ...?

Gruß
Larry

 

[Rothe90]

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Deine Ideen sind gut, Problem dabei ist die Bereitschaft des Unternehmens alle alten Anlagen so grundlegend umzubauen.
Wir haben sicher 50 von diesen Siebanlagen. Der Wunsch war eine möglichst kostengünstige Variante bei der das vorhandene Material/ Funktionsprinzip erhalten werden kann.
Bezüglich der Rakel:
Alles was sich mechanisch in dem Pulver bewegt unterliegt einem mordsmäßigen Verschleiß. Ich mache euch mal ein paar Bilder von der Anlage und wie ein hoch legierter Stahl nach längerem Kontakt mit dem Pulver aussieht. Wegen dem Verschleiß kommen auch Förderschnecken nicht in Frage. Die Variante Förderband klingt hingegen gut. Das kollidiert lediglich mit dem Investitionswillen des Unternehmens

 

[Thruser]

Hallo,

vielleicht kann Dir ja schon ein Schieberegister für die Meßwerte helfen.

Du nimst ein Schieberegister mit 19 Stellen. Dann misst Du jede Sekunde. Davon ziehst Du den ältesten Wert im Schieberegister ab und hast wieder Deine Gewichtsänderung pro 20s. Dann schiebst Du alle Meßwerte im Register eine Position weiter und den letzten Wert in die freigewordene Position.

So hast Du auf jeden Fall schon einmal eine schnellere Aktualisierung der Meßwerte.

Wenn man jetzt noch die Differenz der aktuellen und der letzten Gewichtsänderung bildet (-> Änderungsgeschwindigkeit) könnte man weitere Zwischenwerte extrapolieren.

Gruß

 

[Larry Laffer]

Problem dabei ist die Bereitschaft des Unternehmens alle alten Anlagen so grundlegend umzubauen.

An der Stelle bist du dann gefragt ...
Heutzutage wollen alle Unternehmen immer ihre Prozesse verbessern ... aber nichts dafür tun und auch nichts dafür bezahlen wollen. Das funktioniert normalerweise nicht. Nur mit einer Software-Anpassung allein machst du in den allerseltensten Fällen einen Prozess besser. Naja und hier ist dann halt die Frage : alles so lassen wie es ist und sich auch nicht weiterentwickeln ... oder überlegen, wie es besser werden kann. Besser werden kostet IMMER "ein bißchen" Geld.
Das Schlimme hier ist, dass du eben keinen Return-of-Invest oder Cashback im eigentlichen Sinne hast - NUR einen stabileren Prozess ... Die Frage ist, was das wert ist (oder sein könnte) ...

Gruß
Larry

 

[Heinileini]

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Das Verhältnis von Behälter zu Produkt ist etwa 5/95. Sprich 5% macht der Behälter aus.
Damit geht eine gravierende Änderung der Fließ Eigenschaften einher.

Auf der anderen Seite gibt es Pulversorten die so schlecht fließen, bzw. sich in der Rinne verkeilen, dass der Fluss zum erliegen kommt.

Die Variante mit Erfahrungswerten klingt erstmal gut. Mein Problem dabei ist das unser Pulver nicht immer gleich fließt.

1. Das Verhältnis Tara zu Netto ist doch schnuppe. Der leere Behälter ist nicht das Problem.
Die Waage muss so stabil sein, dass sie Brutto wiegen kann, aber Dich interessiert nur, wie wenige g von der Tonne in z.B. 20s entnommen wurde.
Die Menge scheint aber so gering zu sein, dass der Jitter des Messwertes (z.B. durch die Digitalisierung) viel zu gross ist, um auf aussagekräftige Ergebnisse zu spekulieren.

2. Selbst, wenn Du "genau" messen könntest, wie viel entnommen wurde, kannst Du offenbar nicht davon ausgehen, dass genau diese Menge n Sekunden später im Sieb ankommt.

3. Verschiedene Erfahrungswerte bei unterschiedlichen Pülverchen: (manuelle) Vorwahl des Materials, Griff in die Tabelle mit Erfahrungswerten.
Aber: das nützt Dir nichts, wenn das Pulver nicht "ordnungsgemäss" fliessen mag. Wie willst Du das denn automatisch erfassen - so ganz ohne BiedienungsKraft?

 

[Onkel Dagobert]

Ich habe da noch einen Gedanken, kann aber nicht beurteilen, ob er in diesem Fall umsetzbar ist.

Vor vielen Jahren habe ich einmal etwas Ähnliches programmiert, damals PID-Regelung mit einem AG95U. Und zwar handelte es sich um eine Brecheranlage in einem Kieswerk. Es wurde über eine Rüttelrinne Kies aus einem Silo auf ein Förderband gefördert. Dieses Förderband versorgte einen hochtourigen Brecher mit Material. Anschließend wurde ausgesiebt, und der grobe Rest wurde direkt wieder in den Umlauf eingeschleust. So viel zur Vorgeschichte.

Die Regelgröße war hier nicht der Massefluss, sondern der Motorstrom bzw. die Motorleistung des Brecher-Motors (179A Nennstrom). Achtung, jetzt kommt's ;-) . Könnte man eventuell die Stromaufnahme des Siebes als Regelgröße verwenden? Mit zunehmender Masse auf dem Sieb müsste sich doch der Motorstrom deutlich erhöhen? Den Motorstrom zu messen, wäre ein geringer Aufwand.

 

[winnman]

Wie voll wird die Rüttelrinne? Kann man da vielleicht mit einem Sensor auf die Menge des Produkts darin schließen?

 

[Heinileini]

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Mit zunehmender Masse auf dem Sieb müsste sich doch der Motorstrom deutlich erhöhen? Den Motorstrom zu messen, wäre ein geringer Aufwand.

Keine schlechte Idee, vorausgesetzt der MotorStrom ändert sich tatsächlich deutlich.

1. Wie leer wird denn das Sieb und
2. wie wird das Sieb denn leer, wenn die Kleinigkeiten unten durch sind und nur noch die Grobheiten drauf liegen?
Wie, wann und nach welchen Kriterien wird die Abschiebung der Reste veranlasst? In Pausen zwischen den Siebvorgängen oder gibt's etwas "kontinuierliches"?
Normalerweise arbeiten sich die Kleinigkeiten nach unten durch und drücken die Grobheiten nach oben, wenn der Kram ordentlich (mit vertikaler Komponente) gerüttelt wird.
Könnte man oben die Reste "abschöpfen", während unten weiter gesiebt wird?