TIA Regelung mit PID-Regler aufbauen

[Stefan_h]

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Hallo zusammen,

ich bin relativ neu im Programmierwesen unterwegs und brauche einen Denkanstoß.
Es geht um Regelung per PID-Regler, diese habe ich nicht eingesetzt. Daher folgende Begebenheiten:

Steuerung:
SPS: S7 1212C DC/DC/RLY
AI: SM1234

Komponenten:
Kreiselpumpe 3kW, wird über 4-20mA angesteuert, Kennlinie liegt mir jetzt gerade nicht vor, im händischen Betrieb können aber alle Punkte problemlos angefahren werden
Regelventil, wird über 4-20mA angesteuert
Volumenstromsensor 0-8m³/h, 4-20mA (misst Gesamtvolumenstrom)
2 Volumenstromsensor 0-500l/h, 4-20mA (messen jeweils Volumenstrom pro Strang)
3 Drucksensoren 0-10bar, 4-20mA, einer misst Druck im Gesamtvolumenstrom vor Aufteilung der Ströme, jeweils einer misst Druck am Ende des Stranges (vor dem Auslaufen des Mediums)


Vorhaben:
1.
Mittels der Kreiselpumpe wird medium in 2 Stränge definierten Durchmessers gepumpt, dadurch ergibt sich in diesen eine Strömungsgeschwindigkeit. Diese soll auf einen bestimmten Setpoint gebracht und gehalten werden.

2.
Es soll durch diese definierten Durchmesser ein Volumenstrom oder ein Druckabfall eingestellt werden. Für jeden gibt es je einen Setpoint. Diese Setpoint werden entweder Volumenstrom ODER Druckabfall aktiviert, nicht beide zusammen.

Mein Gedanke:
Die Pumpe hat eine Kennlinie, erstelle ich einen PID-Regler für die Strömungsgeschwindigkeit, werden nach meinem Gedankengang die anderen beiden Kriterien nicht erreicht werden können.
Liege ich da falsch? Hat jemand einen Ansatz oder online-Literatur (Link)?

Vielen Dank für eure Hilfe

 

[LargoD]

Ein Bild sagt mehr als tausend Worte.
Bitte skizzere doch mal die Anordnung von Rohrleitungen, Pumpe, Regelventil und von den diversen Sensoren.
Gruß
Erich

 

[Frohnius]

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hi,
wenn ich das richtig verstehe ändern sich je nach auswahl ob regelung nach druck oder nach volumenstrom nur geweils eingang und sollwert ...
und der ausgang steuert 0-100% in beiden fällen die pumpe ..
somit müsstest du doch nur den einen oder den anderen messwert + sollwert auf den regler geben.

ich würde 2 pid regler verwenden und den jeweiligen aktivieren ... die regelparameter könnten unterschiedlich sein ..
z.b. könnte es nötig sein, dass der regler bei druckänderung schneller reagieren muss als bei volumenstromänderung.

die pumpenkennline halte ich für nicht so wichtig, wenn die pumpe richtig dimensioniert ist .. den rest pendelt der regler schon aus

ich habe noch etwas literatur gefunden .. denn so ganz verstehe ich deine aufgabenstellung noch nicht ..

https://www.samsongroup.com/document/l102de.pdf

 

[Stefan_h]

Die Skizze hatte ich schon, hatte aber vergessen diese anzuhängen, danke für den TIP

 

[Stefan_h]

Danke für deine schnelle Antwort.
Das "Problem ist aus meiner Sicht, das die Pumpe die Strömungsgeschwindigkeit in den "Rohren" M1 und M2 erzeugt. Erst im Zusammenspiel mit dem Regelventil wird entweder der Durchfluss (in der Skizze rosa und grün) oder der "TMP" je nach Auswahl wonach geregelt werden soll erzeugt. Die Pumpe ist also für die Strömungsgeschwindigkeit UND TMP bzw. Durchfluss zuständig, das Regelventil "nur für den Durchfluss und den TMP.

 

[Onkel Dagobert]

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Was muss man sich unter den Kästchen 1 und 2 links im Bild vorstellen? Vielleicht wäre es auch hilfreich, den Sinn der ganzen Anlage zu erläutern.

 

[Stefan_h]

Es handelt sich um poröse Keramik Rohre, man könnte Membran dazu sagen

 

[Onkel Dagobert]

Ich verstehe nicht, was das werden soll, sorry. Ich hoffe, den anderen geht es genau so. Du müsstest schon sehr viel weiter ausholen mit deinen Erklärungen. Die Programmierung ist erst einmal sekundär. Das Problem ist das Verstehen der Anlage.

 

[Stefan_h]

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Ok. Die Anlage ist zum prüfen von Membranen. 1 oder 2 Membranen werden mit Wasser durch die Pumpe beaufschlagt. Dazu muss dieses mit einer gewählten Geschwindigkeit konstant durch strömen.
Es wird durch das Regelventil ein Gegendruck aufgebaut, der TMP, dieser soll wählbar sein oder der Volumenstrom, der durch die Membranen strömt. Dabei gilt: der TMP beeinflusst den Volumenstrom. Je mehr Volumenstrom man haben möchte, desto höher muss der TMP sein, je niedriger der TMP sein soll, desto geringer fällt der Volumenstrom aus.

 

[JSEngineering]

Hallo,

also das schwarze Rohr ist Wasser, was "seitlich" an der Membran abfließt und die farbigen Rohre führen das Wasser, das durch die Membran fließt?

Also stellt das schwarze Rohr quasi einen Bypass her, über den Du den Druck auf die Membrane regulierst?

Bin kein Regelungstechniker, aber ich würde sagen, Du hast nach Deinem Post #9 eine Druckregelung für das Regelventil.
Und parallel hast Du eine Regelung, die die Pumpe nach Deinem TMP bzw. Durchfluß regelt.

Ich habe das TMP noch nicht ganz verstanden:
Du sollst die Anlage so einstellen, daß ein gewisser Druckunterschied zwischen P0 und P1 (bzw. P2) liegt.
Oder
Du sollst die Anlage so einstellen, daß ein gewisser Durchfluß F1 (bzw. F2) erreicht wird.

Habe ich das so richtig verstanden?

 

[Stefan_h]

Ich würde sagen du hättest meinen Anwendungsfall verstanden!

 

[JSEngineering]

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Gut, damit haben es die anderen hoffentlich auch verstanden

Wo genau liegt jetzt Dein Problem? Formulier bitte nochmal Deine genaue Frage

 

[Stefan_h]

Zum Regeln kann ich die Pumpe und das Regelventil nutzen. Wie mache ich das über einen/zwei PID-Regler einer Seits die Geschwindigkeit sicher zu regeln und andererseits den TMP bzw. den Durchfluss?

 

[Onkel Dagobert]

Ich denke auch dass es jetzt schon etwas verständlicher für uns ist.

Du hast also zwei Prüflinge(?), welche u.a. parallel mit jeweils einem definierten Durchfluss durchströmt werden sollen. Warum zwei? Wie kannst du gewährleisten, dass der Durchfluss bei beiden gleich ist? Hierfür würdest du ein weiteres Stellglied benötigen. Oder ist einer der beiden Prüflinge kein Prüfling, sondern ein Referenzmuster?

 

[Stefan_h]

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Es sind mal 2, mal eine, je nach Test. Es kommt eher auf Langezeitverhalten/Abnutzung an.
Natürlich ist so nicht absolut sicher gestellt, dass beide Prüflinge exakt gleich belastet werden.

 

[JSEngineering]

Ich sollte mal was Ähnliches machen:
Ventilatoren sollen im Maschinenraum einen Druck aufbauen, gleichzeitig soll eine Entlüftung auf Temperatur regeln.

Der Klimatechniker und Regelungsexperte meines Vertrauens meinte, einfach zwei Regelkreise aufbauen, die Regeln sich gegenseitig aus. Das hätten sie schon öfter so aufgebaut.

Ich mußte es am Ende nicht umsetzen, daher hab ich keine eigene Erfahrung damit.

Aber ich denke, hier ist ein analoges Problem.
Ich würd's erstmal so probieren.

Gruß
Jens

 

[Onkel Dagobert]

So wie ich das jetzt sehe, regelst du den Gegendruck (Regelgröße) P3 mit dem Ventil (Stellglied) V3 auf einen konstanten Wert. Das wäre der eine Regler.

Dann willst du mit der Pumpe als Stellglied wahlweise Fall A oder Fall B regeln:

• A - den Durchfluss bzw. die Strömungsgeschwindigkeit. Definiere mal eindeutig, woraus sich die Regelgröße (Istwert) ergibt. Die Messgrößen hast du ja in der Grafik bezeichnet. Vielleicht kannst du uns das mal eindeutig aufschreiben.
• B - einen Differenzdruck. Auch hier musst du wissen, welcher Differenzdruck geregelt werden soll. Aufschreiben?

Für die Fälle A und B würde ich getrennte Regler vorsehen, von denen jeweils nur einer aktiv ist.

Die Regelgrößen der Fälle A und B musst du auch definieren, d.h. du musst wissen, was genau geregelt werden soll. Messwerte hast du ja an jeder Stelle. Hierbei musst du natürlich auch berücksichtigen ob Prüfling 1 oder 2 oder beide berücksichtigt werden müssen. Ggf. Mittelwerte bilden?

P0 und F0 befinden sich zwischen Pumpe und Verzweigung? Das sollte man auch so darstellen, wenn man verstanden werden möchte.

 

[Heinileini]

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Dazu muss dieses mit einer gewählten Geschwindigkeit konstant durch strömen.
Es wird durch das Regelventil ein Gegendruck aufgebaut, der TMP, dieser soll wählbar sein oder der Volumenstrom, der durch die Membranen strömt. Dabei gilt: der TMP beeinflusst den Volumenstrom. Je mehr Volumenstrom man haben möchte, desto höher muss der TMP sein, je niedriger der TMP sein soll, desto geringer fällt der Volumenstrom aus.

Ist es denn nicht so, dass der VolumenStrom proportional zur Geschwindigkeit ist und zur DruckDifferenz? Zumindest bei laminarer Strömung?
Der TMP, was auch immer das sein soll, scheint nach Deiner Beschreibung ebenfalls proportional zum VolumenStrom zu sein. Vermutlich ein Mass für die Durchlässigkeit der Membran.
Ich verstehe noch nicht, warum "ent oder weder" geregelt werden muss.
Oder meinst Du, dass Du entweder an Membran 1 regeln sollst, unabhängig davon, was sich an Membran 2 tut oder an Membran 2 regeln sollst, unabhängig davon, was sich an Membran 1 tut?
Dafür sollte es doch genügen, die Sensoren (Druck und VolumenStrom) hinter den Membranen umzuschalten?
Worin besteht die Möglichkeit/Notwendigkeit, zwei Regler aktiv werden zu lassen? Ich sehe nur ein Stellglied, nämlich das "GegenDruckVentil".

 

[Stefan_h]

Danke Dagobert für deinen Beitrag.

Dazu müssten wir etwas tiefer in die Membrantechnik einsteigen.
Der TMP (TransMembranDruck) ist eine Angabe darüber, mit welchem Druck ich das Medium durch die Membran drücke, also sozusagen durch die Wand der Membrane. Je höher dieser Druck, desto mehr
Medium kommt "gesäubert" durch die Membran. !bei größerem TMP mehr gesäubertes Medium.
Das gesäuberte Medium nennt sich Permeat, das was schmutzig in die Membran einströmt Feed, was schmutzig ausströmt Retentat. Der ganze Klimbim wir im Kreis gefahren. Ich benötige, je nach Versuch, eine "konstante" Überströmgeschwindigkeit (im Bild die orangen Pfeile) von z.B. 2,5m/s. Diese will ich geregelt haben.
Dann muss ich, je nach Versuch festlegen, ob ich bei einem festen TMP oder einer gewünschten Menge Permeat fahren möchte.
Verschmutzt die Membran, steigt der TMP bei gewünschter Menge Permeat (Durchfluss F1/F2)
Verschmutzt die Membran, sinkt die Menge Permeat bei gewünschtem TMP.

Ich möchte also sagen:

Set_Point_Flow: Anlage, erzeuge mir 3000l Permeat pro Stunde, der TMP ist mir egal -> die Anlage muss dann Pumpe und Regelventil so regeln, dass "immer" 3000l Permeat herauskommen, bis die Membran das Physikalisch nicht mehr schafft. Die Überströmgeschwindigkeit muss aber gleich bleiben.

Set_Point_TMP: Anlage, erzeuge mir irgend eine Menge Permeat, aber halte den TMP konstant bei z.B. 17bar. Die Überströmgeschwindigkeit muss aber gleich bleiben.

 

[Thruser]

Hallo,

kannst Du nicht eine Verdrängerpumpe nehmen, da wäre es etwas einfacher mit dem Volumenstrom.

Es sollte aber einfach mit zwei Reglern möglich sein. Der eine Regler muß nur etwas langsamer eingestellt sein als der andere, sonst kommt das System zu schnell in Schwingung. Ein Regler regelt die Pumpe und damit den Volumenstrom. Der zweite Regler regelt den Druck bzw. den Volumenstrom des Permeat über das Stellventil. Eigenlich sind das zwei Regler, die je nach Anwendungsfall aktiviert werden. Es geht auch mit einem, dann mußt Du aber die Reglerparameter umschalten.

Erstmal würde ich den Pumpenregler schnell (kleines Ti) machen und den zweiten Regler langsam (greßes Ti). So hat der Pumpenregler ausreichend Gelegenheit auf die durch Druckänderung resultierenden Volumenstromänderung der Pumpe, bedingt durch Änderungen am Stellventil, zu reagieren.

Findet eigentlich auch noch zusätzlich ein Druckverlust zwischen Feed und Retenat statt? Sonst wäre ja P0 und P3 aus Deiner ersten Skizze gleich. Wenn nach Deiner ersten Skizze geht, müßte P1 und P2 auch 0 bar sein.

Gruß