TIA Druckregelung von bis zu 12 Kompressoren

Hallo zusammen,

mir fehlt zu meinem Projekt noch die passende Idee und ich hoffe Ihr könnt mir da weiter helfen.
Ich muss 12 Kompressoren (160KW-250KW (25m³/min-35m³/min), die 3 Zustände kennen Aus / Leerlauf / Lastlauf in eine Regelung zusammenfassen. Also so gesehen eine übergeordnete Steuerung programmieren. Ich weiß das es da fertige Steuerungen gibt, aber dies ist keine Option. Momentan laufen die Kompressoren nur mit eingestellten Schaltpunkten an der Kompressor Steuerung und sind durch den langen weg zum Verbraucher sehr schwer einstellbar. Da bis zu 1 bar Druckluftunterschied bis zum Verbraucher herrscht.

Dies hatte ich mit einem PI-Regler vor. Allerdings weiß ich nicht wie ich die Zuordnung zu den jeweiligen Kompressoren machen soll. Ich kann an mehren Stelle im Druckluftnetz den Druck ablesen, bzw. den Druck in die SPS führen. Ich hatte da dann an 3 Druckmessungen gedacht. Einmal die Druckmessung am Verbraucher und jeweils an den 2 Druckspeichern in den Kompressor räumen. Und zusätzlich kann ich den Druck der direkt an den Kompressoren herrscht, also nochmals 12 Druckwerte verwenden.
Jetzt stellt sich schon für mich die Frage, macht man daraus dann eine Mehrgrößen Regelung oder doch lieber einen Mittelwert und eine Kaskadenschaltung? Und wie realisiert man das dann am besten. Was wäre dabei die bessere Variante. Es sollen auch Kompressoren hinterher abgewählt werden können, die sollten dann für die Regelung gesperrt werden. Und als Option sollten die Betriebsstunden beachtet werden. Ist aber kein muss.

Ich danke euch schon mal im voraus für eure mühe.

Ich hatte soetwas für meine Bachelor Arbeit gemacht. 6 110KW Kompressoren + 1 75KW Kompressor die ein 10bar/7bar Werksnetz gespeist haben.
Die Problemstellung war genau die gleiche wie bei dir. Grundlastwechsel zwischen den Kompressoren, Stabilisierung des Druckbandes, abwählbare Kompressoren (für Wartung oder automatisch bei Störung) etc. pp.

Wenn du eine Möglichkeit hast, zeichne die Druckverläufe zum jetzigen Zeitpunkt auf (am besten mit den Schaltpunkten der Kompressoren) damit kannst du dir einen Überblick verschaffen wie das gesamte Netz auf die Schaltstufen (Anzahl der Kompressoren im Lastlauf) und auf Lastspitzen reagiert.
Eine "klassische" Regelung kannst du eigentlich vergessen. Beim Abbilden eines großen Druckluftnetzes als Regelstrecke wirst du sehr schnell an deine Grenzen Stoßen (stark schwankende Störgrößen, Totzeiten im Netz und beim Anlauf der Kompressoren ohne Ende etc. pp)

Was sehr gut funktioniert ist eine Fuzzyregelung. Dafür musst du den Verlauf der Druckkurve erfassen und den aktuellen Druckwert. Mit einer Zuordnungstabelle kannst du dann die Anzahl der Kompressoren variieren.
z.B. Druckwert an der unteren Sollwertgrenze + stark abfallende Druckkurve => Kompressoranzahl um 3 erhöhen
Druckwert im Sollbereich + leicht steigende Druckkurve => Kompressoranzahl um 1 verringern

Wenn ihr Anlagen habt die plötzlich große Mengen an Luft verbrauchen (Strahlanlagen z.B.) lohnt es sich evtl. diese Datentechnisch mit deiner Steuerung zu koppeln wenn eure Speicher große Einbrüche nicht kompensieren können. So können diese Anlagen bei dir Druckluft anfordern, und du wirfst die Kompressoren an bevor überhaupt zu einem Druckeinbruch im Netz kommt (Störgrößenaufschaltung).

Richtig umgesetzt ist eine Verbundregelung von mehreren Kompressoren über eine zentrale Logik ein echtes Plus für ein größeres Druckluftnetz. Ich konnte mit meiner Steuerung die Schwankungen im Druckband von fast 2 bar auf 0,5 bar reduzieren. Kurzzeitige Druckeinbrüche durch Lastspitzen (teilweise Abfälle um 4 bar oder mehr) gibt es nicht mehr dank der Störgrößenaufschaltung. Und da nur unsere Strahlanlagen die vollen 10bar benötigen, kann ich den Druck auf 7 bar absenken wenn nicht gestrahlt wird, das spart ordentlich Strom.

Jo.
Da kann man nicht viel hinzufügen. Eine reine Regelung ist schon aus dem Grunde schwierig, da Du durch die Ein/Ausschaltvorgänge der 12 Pumpen viele Unstetigkeiten im statischen Verlauf vorhanden sind. Die Nichtlinearitäten und unverhersehbaren Dinge (ist das schon timevariant?) hast MasterOhh ja schon erwähnt.
Das ganze ist sicherlich mehr eine Steuerung als eine Regelung (wann und warum schalte ich welche und wie viele Kompressoren ein.) Genau auf diese vielen Sonderfälle kommt es an.
Fuzzy wäre dafür sicherlich gut gedacht, ist aber auch nicht jedermans Sache bzw. nicht unbedingt selbsterklärend

Gruß.

Danke schon mal für dein Antwort.

Ich habe die Möglichkeit mir die Druckkurve anzeigen zu lassen. Dies auch über einen großen Zeitraum. Allerdings nicht die aktuell dazu passenden Schaltpunkte. Wie auch bei dir gibt es bei mir Druckschwankungen bis zu 2,5 bar und manchmal auch mehr. Dies liegt aber bei kurzzeitigen sehr hohen verbräuchen. Den Verbraucher den ich vorhin als einzelne Anlage beschrieben habe bestehen im Grundsatz aus vielen kleinen Anlagen, somit ist eine Druckanfrage an die Kompressorsteuerung sehr schwierig zu gestalten. Aber der Hinweis ist gut.

Was mich interessiert ist wie du die Ansteuerung an die Kompressoren weiter geleitet hast. Ich hatte diesen Gedanken: Wenn eine Druckanforderung kommt, dann würde ich den Leerlauf und Lastlauf gleichzeitig schalten, sodass der Kompressor hoch läuft und dann sofort auf Lastlauf schaltet. wenn die Anforderung fehlt, würde ich dann den Leerlauf noch ca. 5 Minuten- nachlaufen lassen um eventuelle Volumenspitzen schnell abfangen zu können. Dies würde zwar dem Stromverbrauch nicht zu gute kommen, aber der Regelung alle mal. Ist dies ein guter Ansatz? Und Gerade die 250 KW Kompressoren sollten nicht häufiger als 4 mal die Stunde komplett herunter gefahren werden. Wie es mit dem Eigentlich Ventil für den Lastlauf an sich aussieht. Weiß ich gar nicht.
Wie sieht es mit der Schalthäufigkeit der Kompressoren bei dieser Fuzzyreglung aus?

wie wird die DL weiter geleitet?
Gibt es größer Speicher im System?
Hast du die Möglichkeit auch an verschiedenen Punkten im System den Druck zu messen?

Wenn großer Speicher und Messung relativ Systemnah (nicht am Speicher sondern ca. 30% vom Speicher entfernt) dann über den dortigen Druck mit entsprechender Hysterese arbeiten.

Wenn nur direkt bei den Kompressoren -> wird eine Herausvorderung! Regelung möglichst langsam, Trägheit (Speicherkapazität) des Systems nutzen.

Alles was die Kompressoren an Druckluft produzieren wird direkt zum Verbraucher geleitet. Es gibt da kein zusätzliches Regelventil um ein Druckband zu schaffen. Speicher gibt es so gut wie keine.
Wäre eine Messung am Verbraucher nicht sogar besser?
Ich habe die Möglichkeit die Druckluft an verschiedenen Punkten zu messen. Einige kann ich auch neu setzen lassen.
Mit so schnellen und vor allem kompetenten Beiträge hätte ich garnicht gerechnet. Vielen Dank.

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Also was mir in deinem System fehlt, ist eine Drehzahlgeregelte Maschine, die dann als Grundlastmaschine läuft. Hiermit würdest du dann einige Spitzen abfangen und auch über den Lastzustand das zu und abschalten der anderen Kompressoren in zusammenhang mit Druck-Trend, Druckband, Zeit, ... Steuern.

Ja das stimmt. Aber ich kann das System dahingehend leider nicht ändern.

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Also was mir in deinem System fehlt, ist eine Drehzahlgeregelte Maschine

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Ja genau. oder mehrere Drehzahlgeregelt.

Die sollten dann schon immer im Lastlauf sein, aber dann auf z.b. 60% last. dann ist mann noch schneller mit auffangen.druckschwankungen.

bram

Das Problem mit Drehzahlgeregelten Maschinen ist immer, dass sie wirklich die ganze Zeit im Grundlastbetrieb laufen lassen müssen. Das beißt sich dann etwas mit dem Grundlastwechsel. Wobei sie aber auch nicht so schnell verschleißen.

Wenn garkeine Speicher im Netz sind, wird es schwer ein schmales Druckband zu fahren (falls das gewünscht ist), es sei denn ihr habt einen relativ konstanten Luftverbrauch.
Wie sieht denn die aktuelle Staffelung aus? Wieviele Kompressoren laufen als Grund- Mittel und Spitzenlastkompressoren?

Wenn du den Druck an mehreren Punkten messen kannst, gelingt es dir evtl. den Einfluß von Laststößen auf das Netz zu analysieren. Dann kannst du die verbrauchernahen Druckwerte als voreilende Störgröße nutzen um die Anlaufzeiten der Kompressoren zu kompensieren.

Musst du die Verzögerte Ausetzregelung für die Kompressoren selber schalten? (Standby-Leerlauf-Lastlauf)
Unsere Kompressoren haben einen digitalen Eingang als Fernsteuersignal. Damit kann ich die Kompressoren in den Lastlauf schalten. Den Rest machen sie alleine (Anlauf bis auf Schaltdruck, Ventil zuschalten, Leerlauf nach Wegnahme des Lastsignals, Standby nach Ende der Nachlaufzeit).
Der Leerlauf ist bei uns konstant auf 2 Minuten festgelegt. Das hat sich für unsere Anlage als guter Kompromiss zwischen Anlaufhäufigkeit des Antriebs und Energieverbrauch herausgestellt. Das kann bei euch natürlich ganz anders aussehen.

Am Ende muss du eine Balance aus Druckstabilität, Schalthäufigkeit der Kompressoren und dem Energieverbrauch finden. Jede Optimierung eines Faktors hat Auswirkungen auf die anderen Beiden. Mich hat es, nachdem meine Verbundsteuerung lief, nochmal ein halbes Jahr Fine-Tuning gekostet einen guten Mittelweg zu finden.

Außerdem solltest du damit rechnen, dass dir die Physik hin und wieder mal einen Stinkefinger zeigt. Druckluftnetze können richtige Ar$chlöcher sein und sich gerne mal komplett anders verhalten als man es erwartet....

Ich bin gerade bei einer IBN von mehreren geregelten Kompressoren Mischung aus BOGE und AtlasCopco.
Ein Anlage mit 7 * 315 kW Atlas Copco läuft bereits seit Jahren. Entscheidend sind folgende Kritieren:

- Grundlastwechsel - ja

- Errechnen der realen Volumia-Werte mittels fiktivem Netzvolumen (bei uns 50 Kubimeter). Man darf nicht den Druck selber regeln wollen, sondern man muss errechnen wie viel
zusätzliche Volumen man ins System geben muss um den Druck wieder auf den Sollwert zu bringen.
Das machen wir mit Totbandregelung für das schnelle Reagieren bei großer Abweichung und innerhalb des Totband mittels selbst gebauter Fuzzy-Regelung. Dadurch hat man nicht
ständig diese leichten Schwebungen sondern einen ruhigen Lauf. Regelgüte bei uns +/- 0,05 BAR.

- Live-Übernahme (Abgabe der Kompressoren) d.h. läuft ein Kompressore bereits der noch nicht in der Steuerung ist (also geinselt - wie ich es nenne) dann wird er mit der aktuellen
Drehzahl in die Steuerung übernommen und danach an die bereits laufenden Kompressoren angeglichen. usw. Umgekehrt genau so.

- Es gibt bei uns drei Regelungsvarianten. NORMAL - AUSFALLOPTIMIERT - ÖKONOMISCH ..... da sich die Kennlinie der Kompressoren in Abhängigkeit des Druckes (gilt nur für geregelte K.)
ändert, sind dazu einige Berechnungen nötig.

- Alles in allem fallen für das Regeln von FU-Kompressoren, also mit variabler Drehzahl schon einige Mannwochen an Programmierarbeit an, bis das alles sicher geht.

- Wenn Versorgungssicherheit gefordert ist, sollte eine Abwurfschaltung der Kompressoren von der externen Regelung vorgesehen werden, sonst ist bei einem Logikfehler der komplette
Netzdruckausfall die Folge ... bei uns wären das mal eben 2-3 Millionen € Schaden, der da anfallen würde.

​Ok. Erstmal vielen Dank für den vielen Input. Das muss ich erst mal verarbeiten und verstehen.

Ich muss sagen an manchen Stellen bin ich sogar überfordert und weiß nicht wirklich etwas damit anzufangen.

Es sind 3 Grundlastmaschinen mit 250 KW, 3 Mittelast Maschinen 200 KW, 5 Spitzenlast Maschinen mit 160 KW. Das System soll erweiterbar auf 12 Kompressoren sein. Momentan sind es aber nur 11 Kompressoren. Bei Maximaler benötigter Luftmenge laufen alle Kompressoren.
Um die Strecken ca. zu bennen. 1. Komprr. zum Verbraucher 800 m (125 er), 2 Komprr. zum Verbraucher 300 m (250er). Und die Druckluftleitung aus dem 1. wird dann an die Hauptleitung des 2. Komprr. angeschlossen.

Lohnt es sich da wirklich eine Druckmessung anzusetzen um voreilend reagieren zu können? Weiß leider auch nicht wie der Zeitliche Verlauf ist. Das hängt ja auch von dem gewählten Durchmesser der Leitung ab.

Wie berechnet man den den aktuell geforderten Soll Volumen? Ich würde so gesehen den Kompressoren den tatsächlichen Fördermengen im Programm zuordnen. Als Beispiel für die 250 KW Maschine 35 m³/min. und für die anderen dann die dementsprechend kleineren Werte.
Wie errechnet man den dann das aktuell geforderte Volumen?
Was man hineinbringt sollte ja einfach sein. Der Kompressor der läuft, der bringt auch sein Volumen ins Netz. Weiß an diesem Punkt gerade nicht weiter. Hat jemand dazu eventuell ein Programmbeispiel?
Wenn man dies dann berechnen kann und feststellt man liegt jetzt zwischen einem Volumen der nicht eindeutig zugeordnet werden kann kommt dann die Fuzzy Reglung zum tragen indem man dann Regeln für diese Sonderfälle erstellt um in so einem Fall dann trotz allem einen Kompressor bei zum Beispiel einem Volumen von 28 m³/min einzuschalten.
Habe eigentlich gedacht man kann das mit einem normalen PI-Regler regeln, aber das schlage ich mir mal besser aus dem Kopf. Momentan bin ich wirklich baff, was den Umfang angeht. Hätte ich so nicht erwartet.

bei deiner Leitungslänge sind das ja schon fast separat getrennte Regelzellen, die man nicht vernünftig im Block regeln kann.
Bei uns stehen die Kompressoren alle je mit einen Meter Abstand nebeneinander. In deinem Fall hast du extreme Totzeiten
und die räumlich voreinander getrennten Kompressoren wirken dann die eine entfernte vorhandene Störgröße.
Davon eine vernünftige Modellbildung zu machen ist nicht ganz einfach.

So wie ich es verstanden habe, sind wohl alle Kompressoren starr ... also AUS / LEERLAUF mit Restvolumen / LASTLAUF?

Da könnten man die räumlich zusammenstehenden Kompressoren zusammenfassen jeweils den nächsten Kompressor
zuschalten der die jeweils geringste Laufzeit hat (umgekehrt wird immer der K. zuerst abgeschaltet, der die größte Laufzeit hat)

Den Grundlastwechsel wird einfach durch Zuschalten eines - noch im AUS/LEERLAUF - vorhandenen Kompressors erzwungen,
denn in der Folge steigt der Druck und der Maximlaufende wird dann abgeschaltet.

Das in deinem Fall nicht die Finessen möglich sind, die man mit komplett regelbaren Kompressoren hat, ist klar.
Bei uns war der Aufwand auch extrem (700 Stunden) weil bei exakter Regelung im Optimum der Kompressoren pro Jahr
locker 10 bis 20 TEUR Energiekosten eingespart werden können.