Step 7 Schwingungspaketsteuerung

Hi,
das Thema beschäftigt mich schon seit längerer Zeit, es gibt im Grunde keine (bezahlbaren) Module z.B. von Normsignal auf Schwingungspaketsteuerung für Wechselstrom Asynchronmotoren für Heizungspumpen. Nun ist das ja eigentlich Haustechnik . Ist es aber zumindest temporär für mich nicht, ich habe jetzt mal ein wenig überschlagen, und eigentlich sollte das trotzdem mit einer 3er S7 gut machbar sein.
Bisher war ich immer auf Mikrocontroller, aber ich muß ja nicht innerhalb der Halbwelle reagieren sondern innerhalb mehrerer kompletter Nulldurchgänge. Das schafft unglaubliche Mengen an Zeit. Und 10ms zwischen zwei Durchgängen sind für eine 3er Vipa auch mit ein wenig Programm ein Kinderspiel.
Folgender Grundgedanke:
Eingangsseitig den Nulldurchgang erfassen, und einen Zähler damit füttern der meine Paketsteuerung zu erschlagen hat. Ausgangsseitig sorgt ein Halbleiterrelais mit Nulldurchgangssteuerung für eine saubere Synchronisation mit der Netzhalbwelle.
Was mir jetzt an für mich bekannten Unbekannten auflauert sind zunächst die E/A Module und deren Verzögerungen. Das zweite, schlimmere, ist der Strategieansatz der Steuerung selbst.
Also eine komplette Schwingung (2Halbwellen) aus und eine ein im Wechsel sind theoretisch 50 Prozent Leistung, eine einzelne Halbwelle ein und die nächste aus im Wechsel funktionieren wahrscheinlich eher nicht, da kriegt man ja keinen Wechselstrom zustande. Also immer geradzahlige Habwellenzahlen. 9 Schwingungen (18 Halbwellen) ein, eine aus sind 90 Prozent, das umgekehrte Verhältnis 10. Die Frage ist jetzt, wieweit kann man das treiben das die Heizungspumpe überhaupt und noch geräuscharm läuft?
Ich weiß das Hersteller von Solarreglern sowas machen, nur leider ist mir noch kein solcher Regler über den Weg gelaufen. Dann wäre es ein leichtes das Verfahren zu reengineeren und ein Programm draus zu machen.
Und wenn ich das so überlege, wahrscheinlich muß man nichtmal den Nulldurchgang erfassen, die Zeiten der Netzfrequenz sind ja bekannt und wenn man zeitlich definiert aber unsynchronisiert den Ausgang steuert.... Stichwort Zeitalarm.
Vielleicht hat jemand sowas schonmal versucht und Erfahrungen, ich denke ich werde in den nächsten Tagen mal auf dieser Basis was stricken, die Relais sind ja schon länger drin.

Gruß
Mario

Mit was schaltest du die "Leistung"? nimm fertige SSR, vergiss den Nullpunkt

Mach einfach so was ähnliches wie PWM, fertig.

Das kann auch eine LOGO ohne Probleme.

Nicht mit Atomraketen auf Mücken schießen.

winnman schrieb:

Mit was schaltest du die "Leistung"? nimm fertige SSR, vergiss den Nullpunkt

Zum Vergrößern anklicken....

Den Nullpunkt braucht man gar nicht mal vergessen. Es gibt SSR die im Nullpunkt schalten. Für Heizungssteuerung haben wir sowas in Verwendung

Hi,
auch ich bin manchmal etwas vorschnell mit Antworten, Jungs, solche Relais sind schon drin . Und ich möchte keine Diskussion üner Sinn und Unsinn dieser Lösung sondern sachdienliche Hinweise, sorry nochmal, sollnicht arrogant klingen .

Gruß
Mario

1. Nicht nur Hersteller von Solaranlagen arbeiten so.
Beckhoff hat die KL2791 im Programm

2. Habe ich das über 10 Jahre so gemacht in meiner Solaranlage

Zu 2.
Nullspannungsschaltendes SSR ist klar
PWM-Periode hatte ich nach etwas experimentieren so bei ~120ms festgelegt.
Und dann einfach das Tastverhältnis hochfahren. Nachteilig ist dabei der Gleichanteil bei ungeradzahliger Halbwellenzahl. Lässt sich umgehen durch feste Periodenschritte im 20ms-Raster (hatte ich aus Faulheit drauf verzichtet).
Die Pumpe gibt so ordentlich pulsende Geräusche ab - etwas lauter gefühlt bei ungeradzahligen Halbwellen.
Dieselbe Pumpe hab ich seit nunmehr 12 Jahren im Einsatz, entgegen anfänglichen Unkenrufen. Steuerung war ein Microcontroller mit I2C-Bus zu den EA-Modulen.

zu1.
Ich hab jetzt seit 3/4 Jhr oben genannte KL2791 im Einsatz. Das Verfahren ist nicht näher erläutert, aber akustisch tippe ich auf Paketsteuerung. Dabei viel ausgefeilter.
Ich habe kein rel. lautes "Klackern" der Pumpe mehr, sondern ein deutlich leideres Klickern.
Daraus schließe ich, das keine Gleichanteile vorhanden sind und mit variablen Paketmustern gearbeitet wird.
Funktioniert aus Automatisierersicht genial einfach: Analogwert 0...32767.

Die reale Drehzahldynamik der 2791 ist besser als bei meiner asynchronen PWM-Variante. Der vermutlich vorhandene Anfahrkick bei kleinen Sollwerten ist akustisch nur zu erahnen. Ich kann jetzt problemlos von 12...100% in deutlich weicheren Schritten fahren (13% ist mein unteres Limit, bis ca 10 % hab ich mal mit den Temperatursensoren realen Fluidtransport sicher festgestellt). Bei meiner Simpelvariante hat man die Stufigkeit der Drehzahl gut hören können, ebenso wie den Anfahrkick (Ich hab beim Start immer für 0.5s 100% gegeben und dann runtergeregelt auf Sollwert).
Zur Akustik bei der Simpelvariante: Wer hat die Pumpe schon im Wohnzimmer. Außerdem lief sie nie Nachts. Letzteres ist bei mir jetzt anders wegen einer Rückkühloption, die ich jetzt neu mit programmiert habe, um die auch für das Solarfluid wenig förderlichen Stillstandsphasen im Hochsommer zu vermeiden. Diese Strategie geht auch auf: Bis jetzt hatt ich in diesem Sommer keinen Stillstand.

Edit: Ich hatte schon im Spätfrühling Stillstände. Die waren aber durch einen suboptimale statischen Anfahrpunkt von Speicher+x verursacht (Hohe Speicherladung+Bewölkung mit plötzlichem Aufklaren um 12 = heftiger Stillstand). Seit ich den D-Anteil des ohnehin programmierten Reglers auch für die Festlegung des Pumpenstarts mitverwende und den Rückkühlpunkt auf 210° als Summe der Temperaturen Speicherunten, -mitte und -oben festgelegt habe ist alles easy.

Hi,
und danke weißnix, ja, so ähnliche Erfahrungen hatte ich auch schon gemacht als ich noch eine 200 drin hatte, dort hatte ich mir einfach 100 Zyklen hergenonnen und diese halt als 0 bis 100 Prozent definiert. Ich denke mal das waren dann schon 500ms pro PWM Zyklus, die Erfahrungswerte sind schon dieselben wie die Deinen.
Seither werkelt bei mir ein recht bekloppter FU, bekloppt deswegen weil der ausgangsseitig nur mit zwei Leitern betrieben wird und das deshalb nicht merken darf. Das ganze spielt ebenfalls genial, es gibt nur zwei nachteile. Erstens die Baugröße, ein Relais ist deutlich kleiner. Zweitens die Geräuschentwicklung, die Modulation überträgt sich derartig über die Rohre das man diese Lösung im EFH definitiv nicht betreieben kann (keine Erfahrung von mir) bei mir bleibt der Lärm im Keller. Ein Versuch mit Sinusfilter wäre da mal interessant.
Den Pumpenkick mache ich auch beim Start um das Losbrechmoment sicher zu überwinden. Ja, die Klemme ist ein guter Hinweis, in diese scheint ja schon recht viel von diesen Sachen implementiert zu haben. Klingt jedenfalls gut, die schaue ich mir mal an. Wenn ich die über einen DP Koppler an die 300 kriege wäre das ne Sache, das ganze soll dann in eine Holzheizung.
Mich interessiert vor allem ob man mit Deinem erwähnten Raster und der 300 das ganze auch so gut hinkriegt, der Gedanke ist eben auch ein variables Muster je nach Anforderung, bei mir werde ich an der Hardware nichts mehr ändern wenn ich nicht muß.
Stagnationen hatte ich in den nmittlerweile 5 Betriebsjahren lediglich zwei, eine durch einen Softwarefehler die zweite durch einen Energieausfall, ansonsten ist im Keller ein großer Heizkörper verbaut der dann zwar auf knapp 90 Grad aufgeheizt wird, aber die Anlage sicher im Zaum hält.

Gruß
Mario

Ich habe aufgrund der neuen Steuerung ein komplexeres Regelschema implementiert. Ab 60° Speicheroben wird die Speicher-Dach-Differenztemperatur soweit erhöht, das die Flachkollektoren ihre Verluste erhöhen. In Kombination mit dem nächtlichen Rückkühlen klappte das in diesem Sommer hervorragend. Mein Speicher konnte die Umlauftemperatur sicher auf max. 98° bei einer maximalen Speichertemp. von 95° halten.
Vorher hatte ich ein Rückkühlen über den FB-Kreis im Bad in den Morgenstunden versucht und bin grandios gescheitert. Erstens wurde es unmöglich warm im Bad und außerdem war die Wärmeabnahme bescheiden. Über Dach bekomme ich vor allem Nachts deutlich mehr weg.

Beckhoff hat m.w. auch DP-Koppler, sodass ich für diese Klemme an der 300er keine Schwierigkeiten auf Dich zukommen sehe.

Die FU-Variante hab ich auch früher schon erwogen gehabt, jedoch dürfte die Ansteuerung einer Wechselstrompumpe über einen Fu suboptimal sein und im FU für mehr Verluste sorgen als die Drehzahlsteuerung einspart.

Übrigens bin ich der Meinung, das eine Solarpumpe keine 100 Schritte für eine Drehzahlsteuerung braucht. 5 reale Schritte sind völlig ausreichend.

Hi,
@weißnix, das mit den Verlusten kann ich so nicht bestätigen, lediglich unter 16 Hz ist es Essig mit dem Anlauf. Die Regelung ist halt sehr feinstufig im verbleibenden Bereich und oberhalb 50Hz steigert sich nicht einmal mehr der Durchfluß, diese Pumpen sind mit Ihrem Antrieb scheinbar absolut optimal bemessen. Ich will damit sagen das ich nicht weiß ob eine Erhöhung der Spannung bei steigender Frequenz oberhalb der 50 Hz noch etwas bringen würde, der FU ist aber nunmal nur ein 230V, da geht dann nix mehr. Ob der Motor allerdings einen 400V FU überleben würde ist eher akademischer Natur, daher uninteressant.
Ja, die Stufigkeit bringt schon viel, die sagen wir mal stufenlose Regelung, geht aber nochmal einen ganzen Hieb besser. Ein namhafter Hersteller stellt sein PWM in 33 Stufen, wie gesagt es wäre mal interessant dazu ein paar Oszillogramme zu haben, dann wüßte man was die machen. Irgendwann klappt das mal noch. Zu der von Dir genannten Klemme geht das ein wenig aus dem Text hervor das die Jungs mit variablen Mustern arbeiten, naheliegend ist das schon. Und ich bin ein wenig am knobeln wie die anderen das mit den 33 Stufen rechnen. Auf irgendwas muß diese Zahl ja begründet sein.
Jedenfalls denke ich aus praktischer Erfahrung mit meiner Anlage das 5 Stufen zuwenig oder besser halt grenzwertig aber 33 Stufenn voll ok sind.
Ich bin mir nur noch nicht so ganz im klaren wie ich das in Step 7 umsetze. Ich habe so ein wenig im Hinterkopf die Echtzeituhr zyklisch auszulesen und damit die PWM zu basteln. Im Grunde muß ich ja nur rechtzeitig einschalten das das Relais reagieren kann und das ich kompletten Schwingungen alle erwische, also so ausschalte das die Halbwellenzahl der Einschaltzeit immer geradzahlig bleibt.
Das sollte fast ohne Synchronisation möglich sein.
Im übrigen trägt die Klemme ja nur 0,9A den eigentlich ständig "anlaufenden" Motor steckt die demnach strommäßig gut weg?

Gruß
Mario

Die Klemme arbeitet problemlos. Ich habe eine 60 oder 80?W-Solarpumpe von Viessmann dran. Denk an die quadr. Kennlinie einer Pumpe, da sollte der ständige Anlauf ohnehin lastarm sein. Außerdem kommt der Rotor nicht zum stehen - im gegensatz zu meiner alten freilaufenden Variante. Da tanzte der Durchflussanzeiger im PWM-Takt.

Außerdem gibt Beckhoff 100 oder 200W Nennlast an (je nach Datenblatt, welches Du findest). Die werden die Spezifika der Betriebsart doch berücksichtigt haben?!

Was versuchst Du zu regeln? Ich arbeite auf die Differenztemperatur Speicher-Dach. Da der Ertrag sehr Wetterabhängig ist, habe ich die Regelparameter eher in Richtung hohe Einstrahlung getrimmt, um nicht wegen zu langsamer Regelung über 100° Dach zu kommen (Zwangsabschaltung bei 105°Dach). Die Regelgüte ist durch die neue Klemme nur marginal besser geworden - das hat die Kosten nicht rechtfertigt.
Al Verfahren hab ich PID gewählt mit relativ schwachem I-Anteil.

Hi,
das ist bei mir alles ein wenig komplizierter gelöst, die Gegebenheiten sind so das bei mir zwar 15 qm Röhren vorhanden sind auf die Fläche nach Faustformel ist das aber mindestens nur die erforderliche Hälfte. Danach richtete sich auch die Hydraulik. Es gibt einen Primärkreis der glykolgefüllt bis in den frostfreien Bereich des Hauses reicht, dort sitzt ein Wärmetauscher auf das Heizungswasser.
Der Glykolkreis ist völlig ungeregelt, der schaltet nur ein oder aus. Der Sekundärkreis ist geregelt, hier ist der Austritt Wärmetauscher der Istwert und die hydraulisch zugeschaltene Komponente sorgt für den Sollwert. Ich will das mal nicht weiter auseinanderpflücken, es gibt jedenfalls Zustände in denen eine stufige Regelung kontraproduktiv werden kann, aus den Stegreif heraus ist das mindestens Pufferladen.
Wie schon geschrieben, ich denke ich muß mir das erforderliche Pulsbild mal aufmalen oder besser die möglichen Pulsbilder und daraus was stricken. Parallel dazu schaue ich mir mal die Klemme an. An einem Wago Koppler kriegt man die nicht zum spielen, alternativ gibt es sowas auch bei Wago? Ich schaue auch selbst nach, die Stichworte habe ich ja jetzt schon .
Achja, nochwas, ich weiß nicht wie die Kurve einer Wechselstrommaschine ausynchron mit Kondensator aussieht, eine normale Drehstrommaschine nimmt jedenfalls bei Drehzahl unterhalb des Kippmomentes gewaltige Ströme auf - das ist ja in unserer Betriebsart der Fall. Wenn auch nur zeitlich begrenzt durch die Pulserei. Deswegen sind die Relais bei mir auch stark überdimensioniert. Das ist auch im Falle der Klemme denkbar, so das die Jungs damit diesem Fall Rechnung tragen und verraten uns das bloß nicht . Ist auch ok so.

Gruß
Mario

Beckhoff-Klemme an Wago Koppler könnte gehen: http://www.oscat.de/community/index.php?topic=1491.0
und diverse andere Fred's.