Schnelle Regelung und Signalverarbeitung SPS Auswahl

[A_Student]

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Guten Tag lieber Technikfreunde.

Gibt es mittlerweile schnelle SPS's von Siemens für eine schnelle Regelung. Signalverarbeitung sollte bei kleiner gleich 1MS liegen?
Kann man so eine schnelle Regelung auch mit einer CPU 317 PN/DP und einer sehr schneller Analogkarte realisieren?

 

[rostiger Nagel]

Mit der Soft SPS von Siemens sind sehr schnelle Zykluszeiten realisierbar, wenn du da die Mindestpause
auf "0" stellst bewegt sich die Zykluszeit in Microsekunden. Als Analogkarten benötigst du dann HS.

 

[DerSchlangen]

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Hallo
Ich denke dieses Siemens Dokument beantwortet deine Fragen am besten.
Gruss Marcel


https://support.industry.siemens.co...eaction_times_function_manual_de-DE_de-DE.pdf

Gesendet von meinem SM-G935F mit Tapatalk

 

[Blockmove]

Guten Tag lieber Technikfreunde.

Gibt es mittlerweile schnelle SPS's von Siemens für eine schnelle Regelung. Signalverarbeitung sollte bei kleiner gleich 1MS liegen?
Kann man so eine schnelle Regelung auch mit einer CPU 317 PN/DP und einer sehr schneller Analogkarte realisieren?

Bei einer 317PN/DP muß man schon genauer schauen, als bei den Soft-SPSen.
Zykluszeit ist das eine, aber der Jitter das andere.
Hier sehe ich eher das Problem mit <1ms bei ner 300er.

Gruß
Blockmove

 

[A_Student]

Danke für die Hilfreichen Antworten. Kurze Frage nach welchen Kritierien wähle ich die CPU aus? Habe das Grundsätlich immer so gelöst, dass ich mir mit dem PID-Control Tool die Sprungantwort ausgeben habe, daraus die Regelstrecke ermittelt und anhand der Summe der Zeitkonstante mit der folgenden Faustformel Abtastzeit = 0.1 * summe der Zeitkonstanten, die Abtastzeit bestimmt habe und meine CPU nach dieser Abtastzeit gerichtet habe.

Heißt das jetzt ich muss auf die Abtastzeit also auch auf das Jitter achten?

 

[Thomas_v2.1]

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Meine Abschätzung: Wenn du nur eine Regelstrecke hast deren Sprungantwort du mit dem PID-Control Tool sinnvoll erfassen kannst, dann ist jede Siemens Simatic CPU und Standard-Analogkarte dafür ausreichend schnell. Denn der minimale Erfassungszyklus des Tools sind 200ms, was auch noch Schwankungen unterliegt.

 

[Blockmove]

Bei Zeiten < 1ms muss man die gesamte Strecke betrachten.
Nicht jeder Sensor kann 1kHz, dazu kommen Wandlungszeiten der Analogein- und ausgänge und auch Buszeiten.
Dabei kann Jitter entstehen.

Gruß
Blockmove

 

[A_Student]

Das ist bei mir nämlich so, ich möchte einen schnellen Analogregler durch den Digitalenregler FB41 von Siemens austauschen. Die Regelung mit der Analogkiste sieht wie folgt aus. . Bei dem ganzen system handelt es sich um eine Positionsregelung. Ein Kolben wird geregelt. Als Steller dient ein Proportionalventil.

Mit dem Digitalregler sieht das ganze natürlich deutlich schlimmer aus. . Die Überschwingung und die Regelabweichung sind zu groß, der Regler regelt zu langsam. Das ganze muss deutlich schneller reagieren. Momentan ist mein A/D Umwandler zu langsam. Zykluszeit von der CPU wurde bereits auf 1ms eingestellst.

Die CPU ist eine 317-2 PN/DP, die müsste eigentlich schnell genug sein. Wir bewegen uns ja nicht im µs Bereich. Will das ganze noch mal mit einer Highspeed Karte ausprobieren. Mit einer 6ES7331-7HF01-0AB0. Haben noch eine in der Werkstatt liegen.

Die Sprungantwort der Regelstrecke sieht so aus. . Laut meiner Annäherung handelt es sich hierbei um eine strecke 8ter Ordnung, die schwer regelbar ist.

 

[Wincctia]

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Hallo Student,

hier wären mehr randinfos Notwendig,
wie wird der Istwert für den alten Regler erfasst und wie für den neuen welche Karte mit welchen Einstellungen. Wie und wo rufst du den Regler auf gibt es weitere Interrupts ? Mit höherer Klasse.
Wie werden die Daten ausgeben ? Welche Karte Wird hier das Selbe Probventil angesteuert?
Ich glaube nicht das du auf einer 317 einen Interrupt mit 1 ms laufen lassen kannst.

Ps was ich schon mal gebaut habe ich weis nicht was deine 317 noch so alles treibt, ich habe das jetzt auf einer 1500er et200sp CPU Programmiert. Mit den besten ea Karten die es gibt der Sollwert kommt per idevice von der Übergergeordneten 1518 die hat bei uns 120ms.

Mit freundlichen Grüßen tia

 

[Blockmove]

Interessant ist da schon allein das Verhalten des Propventils.
Da gibt es die unterschiedlichsten Charakteristiken (Überdeckung, Linearität, ...).
Wenn es sich nicht um eine Serienmaschine handelt, würde ich hier eine fertige Lösung nehmen.

 

[A_Student]

Ich pack mal eine grobe Skizze rein. Der Versuchsaufbau sieht folgender maßen aus.

Ich beschreib mal zunächst die Ausgangssituation spricht im Bild, der obere Aufbau (analog). Der Istwert kommt von einem Magnetostriktiver Sensor, wird direkt auf den Regler geschaltet. Der Sollwert kommt von der S7 400 Station. Die Station hat eine 414-3 DP CPU, die Analogeausgangskarte hat folgende Bestellnummer 432-1HF00-0AB0. Der Regler steuert direkt das Propventil. Ist ein 4/3 Wegeventil, direkt gesteuert. Kann gerne auch mehr Informationen dazu geben bei Bedarf.

Nun zur Zielsituation. Will den Analogregler durch einen Digitalregler austauschen. Dazu habe ich eine S7 300 Station autarkt aufgebaut. Diese Station dient nur der Regelung, sonst kommt da nichts rein. Die CPU ist wie gesagt eine 317-PN/DP CPU. der Istwert kommt vom gleichen Sensor wie in der Ausgangssituation, direkt in die Analogeeingangskarte. Die Analogeeingangskarte hat folgende Bestellnummer 331-7KF02-0AB0 Hat laut Datenblatt eine Grundwandlungszeit von ca. 20-100ms je nach Einstellung. Der Sollwert kommt wie in der Ausgangssituation von meiner S7400 Station. Der Sollwert wird ebenfalls auf die Analogeeingangskarte der S7300 Station geschaltet. Also fassen wir zusammen Sollwert und Istwert kommen extern auf die Analogeeingangskarte. Stellwert wird auf ein Wago Modul per Profibus geschaltet, bzw. wird das Propventil von einer Wago Modul Karte gesteuert. 750-632 die ist extra für Propventile gedacht. Diese Karte ist per Profibus DP (Profibus DP Mastersystem) mit der S7 300 Station gekoppelt. Die Länge des Kabels beträgt keine 30cm.

Wie gesagt aktuell reagiert das System viel zu langsam, deshalb wollte ich vorerst meine Analogeeingangskarte durch eine deutlich schnellere ausstauschen. So einer Highspeed Karte die eine Grundwandlungszeit von 52 µs hat.
Ich hoffe mal das die Kommunikation zwischen der Wago Karte und der S7 Station schnell genug ist bzw der Profibus mir keine Probleme macht und die Latenzzeit der Wago Karte mir auch keine Probleme macht. Ich gehe nämlich stark davon aus, dass die Analogeeingangskarte an die starke Verzögerung Schuld ist.

Der Regler wird im OB35 aufgerufen. Eine Zykluszeit von 1 MS wurde in der Hardwarekonfiguration eingestellt.

Ein Paar Bilder zum Programm selber.

 

[Wincctia]

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Hallo Student,

da hätte ich noch Ein Paar Fragen hast du die nicht verwendeten in der Hardware deaktiviert? Hast du die Rauschunterdrückung auch komplett deaktiviert in der Hardwarekonfiguration?

Wie übergibst du denn wert an die Wagobaugruppe? Im Bild sieht Mann nur das du ein Merwort beschreibst.
Hier wäre mal die Ditherfrequenz und normale Pwm Frequenz anschauen diese Werte wenn nicht sauber passen sind Propventile echt fast unbehärschbar.
Was ich noch prüfen würde du descalierst den Wert für die Wago per Fc106 der Skaliert den Wert auf 0 bis 27648 bist du dir sicher das die wago Karte den Wert richtig versrbeitet ? Auf die Schnelle habe ich gar nix gefunden
Was evtl noch ein Versuch wäre ich habe bei uns mal einen Startoffset eingeführt hier wird ein Offset ausgemessen wo sich die Achse gerade bewegt so kannst du deine Strecke evtl etwas verbessern.
ausserdem weißt du ob evtl dein Ventil eine Linearekennline hat wahrscheinlich nicht evtl wäre hier noch ein Ansatzpunkt diese Kennlinie zu linearesieren.

Noch ne frage welche Fehler Ob’s hast du geladen bzw hast du evtl. Sporadisch Einträge in den Diagnose Puffer? Ich muss sagen das ich mir fast nicht vorstellen kann das auch eine 317 1 ms im Ob Interrupt Schaft.

ich würd sagen hier gibt es noch viel zu Probieren welchen analogen Regler hattest du? Gibt es hier evtl noch Datenblätter bzw Parameter?


edit hier mal noch was von Siemens zwar mit 1500 aber hier wird auch auf linearesierung eingegangenhttps://cache.industry.siemens.com/...41575_MC_PreServo_and_MC_PostServo_v10_de.pdf
Mit freundlichen Grüßen Tia

 

[A_Student]

Hallo lieber Wincctia, sry das ich mich so spät zurück melde. Danke für deine Mühe.

Ne in der Hardwarekonfiguration habe ich bis auf den OB35 und die Übertragunggeschwindigkeit des Profibus nichts umgeändert. Traue mich noch nicht so richtig ran bzw kenne ich mich nicht so gut aus. Den OB35 habe ich runtergestellt auf 1ms und die Übertragungsgeschwindigkeit des Bus auf 12Mbit/s eingestellt.

Den Wert für den die Wago Karte geben ich über einen Wagobaustein weiter.
Skaliert wird das ganze im OB35 mit dem Unscale Baustein.

Mit dem Wagobaustein kann ich den Dither ein und ausschalten. Mir den Strom ausgeben lassen und und und. Echt praktisch.

Folgende Bausteine werden geladen.

Wie gesagt die CPU ist nur für die Regelung zuständig. Sonst wird sie für nichts betrieben.

Momentan haben ich leider nur ein Datenblatt auf tschechisch zu Verfügung bzw habe ich im Netz nur das Datenblatt auf tschechisch gefunden. http://www.ulbrich.sk/data/hc/hc9130.pdf ab Seite 12. Typ EL2-24DA. Datenblatt kann ich dir morgen gerne auch auf deutsch zukommen lassen. Habe nämlich ein Datenblatt in deutsch. Ist momentan leider nicht bei mir. Das Propventil kommt auch aus Tschechien. Ist ein PRL1. Datenblatt kann ich dir morgen auch zukommen lassen. Habe wirklich keine lust mehr die Analogregler jedes mal einzustellen. Ist ziemlich aufwendig, da erhoffe ich mir von der digitalen Version deutlich weniger Aufwand.

Wie gesagt ich setzte meine ganze Hoffnung in die Analogeeingangskarte. Wollte am kommenden Samstag das ganze mal mit der neuen high speed Karte ausprobieren.

Danke für deinen Hinweis. Im schlimmsten Fall muss ich auf eine 1500 greifen.

 

[Blockmove]

Ehrlich gesagt wär es mir den ganzen Aufwand nicht wert.
Nimm doch gleich ne Bosch Rexroth HNC100 oder noch einfacher ein IAC-Ventil

Wenn es in S7 sein muss, dann gibt es für eine 317T ein Template für eine Hydraulikachse:
https://support.industry.siemens.com/cs/document/27731588/technologie-cpus%3A-technology-template-hydraulikkennlinie-?dti=0&lc=de-WW

Das Interessante daran ist die Kompensationskennlinie und somit die Anpassung an das Ventil.
Damit sollte die Regelqualität deutlich besser sein.

Gruß
Blockmove

 

[Wincctia]

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Hallo Student,

alles kein Problem,

wenn du du in der Hardwareconfig deine Analogkarte Doppelt anklickst dann kommt ein neues Fenster wo du Kanäle Freigeben oder halt auch Sperren wie gesagt am besten nur verwerndete Kanäle aktivieren weil so die Wandlungszeit auf ein Minimum Reduziert werden. Genauso gibt es ein wie die Rauschunterdrückung solltest du auf keine Stellst ( geht auch in den Parameter in der Hardwareconfig).

Wenn du noch die Deutsche Anleitung zum Einstellen des Regler hättest wäre schön Super.
Wie gesagt oben du könntest versuchen die Ventilkennlinie zu Linearesieren und so evtl. Die Ordnung der Regelung reduzieren und so besser regelbar machen. Stichwort hier wäre Polygonenenzug. Und wie oben auch gesagt ein kleiner Offset das „die Achse gleich in Fahrt“ kommt ist oft Vorteilhaft.


Wenn du du wieder weiter bist melde dich bitte wieder!

Mit freundlichen Grüßen Tia

 

[Blockmove]

Wie gesagt oben du könntest versuchen die Ventilkennlinie zu Linearesieren und so evtl. Die Ordnung der Regelung reduzieren und so besser regelbar machen. Stichwort hier wäre Polygonenenzug. Und wie oben auch gesagt ein kleiner Offset das „die Achse gleich in Fahrt“ kommt ist oft Vorteilhaft.

Der Offset ist mit Vorsicht zu geniesen. Bei Hydraulikachsen arbeitet man meist mit 2 Parametersätzen.
Einen zum Verfahren und einen für die Stillstandsregelung.
Einfache Ventile haben meist eine große Überdeckung, also einen Bereich um die 0-Lage an dem das Ventil gesperrt ist.
Nach der Überdeckung kann es durchaus sein, dass der Anstieg nicht linear erfolgt, sondern hier eine andere Schiebergeometrie verwendet wird.
Daher würde ich erstmal die Kennlinie aufnehmen.
Mit an die Kennlinie angepassten Parametern, ist es wahrscheinlich, dass du die 1ms Takt gar nicht mehr brauchst.

Gruß
Blockmove

 

[Wincctia]

Hallo Blockmove,

danke für den Einwand,
aber kurtz Offtopig wo habt ihr eine Stillstandsregelung ? In welcher Hydraulischen Anwendung?


Mit freundlichen grüßen Tia

 

[illi]

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Die Regelung ist sehr ähnlich zu der von hydraulischen Materialprüfständen.

Dort ist ebenfalls eine Wegregelung implementiert. Die Wegmessung erfolgt durch im Hydraulikzylinder eingebaute LVDTs, während der Zylinder mittels Servoventil (http://www.moog.de/produkte/regelventile/servo-proportionalventile/ohne-elektronik/760.html) angesteuert wird. Diese Servoventile haben schon von sich aus eine recht lineare Strom-Durchfluss-Charakteristik, da bereits intern ein Regelkreis realisiert ist.

Hiermit ist es mit nur einem PID-Parametersatz möglich Bewegungen zu fahren und zu positionieren. PID-Regelkreis läuft dabei mit 1-5 kHz. Die Servoventile können auch relativ schnell sein, z. B. ist es möglich damit eine Sinusschwingung mit 0,05mm Amplitude und 400 Hz zufahren.

Allerdings ist das Ganze ein geschlossenes System, so dass ich keine Auskunft über die Algorithmen geben kann.

Gruß Illi

 

[A_Student]

Hallo

@Blockmove & Wincctia
Die Kompensationkennlinie übernimmt wenn ich mich nicht täusche mein Wago Modul 750-632. Die Kennlinie müsste durch das Wago-Modul linearisiert werden. Ich habe mich in das Projekt festgebießen und will das auch mit der SPS hinkriegen. Am Samstag wollte ich das ganze noch mal an der Presse testen, mal schauen was dabei rauskommt. Werde eure Ratschläge berücksichtigen. Habe auch an einen strukturerweiterten Regler (SPI- und SPID-Regler) gedacht. Da kommt noch einiges auf mich zu.

Habe die Datenblätter für den Analogregler und für das Prop.ventil angehängt. Falls Interesse besteht kann ich auch gerne den Wago-Baustein hochladen ist eine zip Datei.

 

[Wincctia]

Hallo Student,

danke für das Datenblatt auf Seite 2 ist die Ventilkennline die ich gemeint kommt halt jetzt noch darauf an was du für ein Ventil hast diese habe ich halt gemeint weil bei dir halt 1% Prozent Ansteuerung nicht 1 % Prozent Durchfluss sein muss evtl hast du auch noch Leckagen oder Verschleiß im System Außerdem siehst du das Teilweise ewig gar nichts passiert das habe ich gemeint das du mit einen Offset ausgleichen solltest so das deine Achse gleich in Fahrt kommt .
Das deine Wago Karte die Kennline lineariesiert glaube ich fast nicht. Oder hast du da eine Spezifische kennline irgendwo einstellen können? Ich glaube eher das deine Wago Karte nur eine Stromregelung hat um Temperaturschwankungen an der Spüle und damit Temperaturschwankungen Ausgleicht.


mit freundlichen Grüßen tia