TIA Füllstandsregelung Schüttgut

[Onkel Dagobert]

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Hallo zusammen,
vielen Dank für alle Vorschläge.

Ich habe mittlerweile auch nochmal etwas weiter überlegt und habe mir eure Vorschläge mehr oder weniger zusammen genommen und dann folgendes programmiert:

• Einsatz des PID-Bausteins LConSMC_PID von Siemens, diesen kannte ich schon von der Converting Toolbox her
• Sollwert von 0-100%
• Den Istwert kann ich durch die 5 Sensoren nur stufenweise abbilden: 0%, 20%, 40%, 60%, 80% und 100%
• D-Anteil wird deaktiviert
• P-Anteil festlegen und einen leichten I-Anteil, sonst wird Regeldifferenz nicht ausgeregelt
• Sollwert dann z.B. auf 50%.
• Regelung schwankt nun zwischen einem Punkt z.B. 60% bzw. geht als etwas darunter und darüber
• mit dem Sollwert kann ich etwas spielen z.B. 60% oder 45%. Dadurch unterschiedliche große Regeldifferenzen, bzw. dann unterschiedlich stark wirkender I-Anteil
• Durch eine Vorsteuerung kann das Verhalten optimiert werden

Ich gehe jetzt mit dieser Lösung ins Rennen, mal schauen, wie es sich in der Praxis verhält.

Gerne nochmal Kommentare dazu abgeben, was ihr davon haltet.

Ok TomDrom,

für dich mache ich mir noch einmal die Mühe. Und für die anderen, um zu zeigen, wie genial einfach es tatsächlich sein kann .

Ich gebe erst einmal meinen Senf zu einigen deiner Punkte.

"Einsatz des PID-Bausteins LConSMC_PID von Siemens, diesen kannte ich schon von der Converting Toolbox her"
Das ist Ehrgeiz an der falschen Stelle, bzw. völlig überzogen.

"Sollwert von 0-100%"
Den Sollwert kannst du nur in Stufen vorgeben, die du auch erfassen kannst.

"Den Istwert kann ich durch die 5 Sensoren nur stufenweise abbilden: 0%, 20%, 40%, 60%, 80% und 100%"
Das passt. Dennoch kannst du bestenfalls und EINFACH nur auf einen der fünf Sensoren regeln.

"D-Anteil wird deaktiviert"
Dem würde ich zustimmen, wenn ein PID-Regler Sinn machen würde. Dazu wäre eine analoge Messung vonnöten, die man heute in der Regel bei so etwas auch hat.

"P-Anteil festlegen und einen leichten I-Anteil, sonst wird Regeldifferenz nicht ausgeregelt"
Die Regeldifferenz wird ohnehin nicht ausgeregelt, bevor ein benachbarter Sensor erreicht wird.

"Sollwert dann z.B. auf 50%."
"Regelung schwankt nun zwischen einem Punkt z.B. 60% bzw. geht als etwas darunter und darüber"
Der Füllstand schwankt bei einem Sollwert von 50% nun zwischen 40% und 60%. Ein I-Anteil würde dazu beitragen, dass dieses Schwanken noch verstärkt wird. Ein starkes Überschwingen ist dadurch vorprogrammiert.

"mit dem Sollwert kann ich etwas spielen z.B. 60% oder 45%. Dadurch unterschiedliche große Regeldifferenzen, bzw. dann unterschiedlich stark wirkender I-Anteil"
"Durch eine Vorsteuerung kann das Verhalten optimiert werden"
Diese beiden Punkte kann ich nicht nachvollziehen.

Du wirst dich damit abfinden müssen, dass du diese Füllstandsregelung nicht auf den Punkt hinbekommen kannst. Durch deine PID-Regelung schwankst du zwischen zwei Sensoren hin und her und verursachst auch noch ein Überschwingen. Wenn es so sein muss, dann bitte als reiner P-Regler.

Die Ein/Aus-Lösung von Urmas mit zwei Sensoren wäre zweifelsohne gerechtfertigt, wenn man die Förderschnecke nur Ein- oder Ausschalten könnte. Du hast aber ein analoges(?) Stellsignal (für die Erdbeerschäler unter euch: ein quasianaloges), mit dem du die Förderschnecke zwischen 0 und 1500 Umdrehungen steuern kannst. Wenn du dich irgendwann damit abgefunden hast, dass du nicht auf den Punkt regeln kannst, dann lass doch den Füllstand um EINEN Punkt herum schwanken. Hierfür gibt es nun wieder verschiedene Möglichkeiten, welche alle sehr einfach gehalten sind, (lieber Urmasllves).

Das hier wäre wohl das einfachste Prinzip:



Falls es jemandem nicht auffällt, man würde hierfür nicht einmal eine LOGO benötigen. Ok das Füllstand-Relais, welches ständig schaltet, könnte man durch zwei SSR ersetzen. Man wird aber wahrscheinlich eher die Rampe in der SPS bilden und ein quasianaloges Stellsignal verwenden.

TomDrom, dein Pegel schwankt dann nur noch um einen Sensor herum. Ich hoffe, das kommt ist jetzt etwas verständlicher rüber. In der Regel drücke ich mich unter Fachleuten möglichst kurz und präzise aus.

@Mrtain
Findest du das lustig ?

 

[Onkel Dagobert]

... Aber bedenke: mit 5 Initiatoren (siehe Beitrag #1) lassen sich bereits bis zu 32 Stufen realisieren...

Das übertrifft mein Vorstellungsvermögen. Heinileini, möchtest du dich uns anvertrauen?

Ach soo, du meinst 2^5 = 32 ? Das ist natürlich wahr. Und daraus ergeben sich jetzt 32 Pegel?

 

[Heinileini]

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Das übertrifft mein Vorstellungsvermögen. Heinileini, möchtest du dich uns anvertrauen?

Tja, Dagobert. Mit 5 Bit lassen sich max. 32 verschiedene Positionen bzw. Stufen kodieren. Das ist für den BeispielFall dieses Thread schon recht hoch gegriffen, aber bei entsprechender Sorgfalt in der Ausführung durchaus denkbar.
Weniger hoch gegriffen wäre es, bei diesem Beispiel 6 verschiedene PositionsBereiche zu unterscheiden. So, wie bei Deinem Beispiel aus #22 vier PositionsBereiche, kodiert in 2 Bit.
Reicht dieser Nachschlag, Deinem VorstellungsVermögen auf die Sprünge zu helfen oder soll ich mich noch ausführlicher anvertrauen?

 

[Onkel Dagobert]

Komm bitte auf den Punkt, mein Wecker klingelt um 5:30h.

 

[Onkel Dagobert]

Nur für's Protokoll,

zwischen #17 und #18 befand sich vorhin noch ein Beitrag von Member "Urmasllves" mit schlauen Zitaten. Dieser Member hat sich irgendwie in Luft aufgelöst. Seit wann verschwinden denn Beiträge von solchen Poeten? Das verfälscht den ganzen Verlauf!

 

[mega_ohm]

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Auch nur für's Protokoll:
Ich habe mal einige wenige Jahre in einer Getreidewirtschaft gearbeitet.
Auf die Idee, die Fördergeschwindigkeit der zuführenden Silo- Schnecke (bei uns waren es Kettenförderer ) zu ändern, ist niemand gekommen, weil der "Abwurf" des zu fördernden Getreides in das Silo sich geändert hätte. Das Schüttgut hätte in dem einen Extremfall (sehr niedrige Fördergeschwindigkeit ) einen Berg an der einen Silowand- Seite, im anderen Extremfall (sehr hohe Fördergeschwindigkeit ) einen Berg an der anderen Silowand- Seite bewirkt,

 

[Onkel Dagobert]

Das wäre natürlich ein Argument für die Ein/Aus-Version. Wirklich schade dass der Urvater dieser Version nicht mehr unter uns weilt.

 

[mega_ohm]

Ich wollte die Lösungsvorschläge für die Erfassung des Füllstands eines Silos nicht "schlecht" schreiben - da waren sehr viele gute Ideen dabei.

Ich glaube aber (aus Erfahrung ) nicht, dass man die Zuführung in das Silo mittels Drehzahlregelung energieeffizient lösen kann.
Entweder (wenn zu wenig Drehzahl ) rieselt das Schüttgut undefiniert in das Silo oder (wenn zu viel Drehzahl ) kann nicht das gesamte Schüttgut
in das Silo abgeworfen werden.

Wir hatten ein Vor- Silo, in das konnte in der Stunde 2kg oder eben auch max. 200to eingelagert werden.
Wenn das Vor-Silo zu 75% gefüllt war - wurde mit Klappenendschaltern an den Silo- Wänden realisiert - (oder entsprechender Auftragsmenge ) -, lief das Becherwerk https://de.wikipedia.org/wiki/Becherwerk an, förderte in die 11. Etage. Dort wurde der TKF https://de.wikipedia.org/wiki/Trogkettenförderer eingeschaltet, die Motorklappen über dem jeweiligen Silo waren gestellt.
--> Für Kleinaufträge musste der Maschinist in der Schaltwarte eine Taste betätigen, dann lief das gleich noch über eine Waage.
Und ... das war keine Anlage von 2025 oder 2000 oder 1970 ... es war eine Anlage von 1932 mit Siemens-Schuckert- Motoren.

Bei Schüttgut in ein Silo ist der Ideal- Zustand, wenn sich ein Kegel in der Mitte des Silo- Durchmessers aufbaut, Das kann man gut berechnen, anhand der zugeführten Menge "voraus schauen".

 

[Stadtranduser]

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Schnecke und Becherwerk resp. Kettenförderer sind sogar 3 Paar Schuhe.

Wenn Du jetzt noch ins Feld geworfen hättest, dass die optimale Förderstrategie auch noch vom Schüttgut abhängt, dann dürften wir alle wichtigen Variablen haben.

 

[mega_ohm]

Schnecke und Becherwerk resp. Kettenförderer sind sogar 3 Paar Schuhe.

Wenn Du jetzt noch ins Feld geworfen hättest, dass die optimale Förderstrategie auch noch vom Schüttgut abhängt, dann dürften wir alle wichtigen Variablen haben.

Ja, die optimale Förderstrategie --> das wäre auch noch ein Faktor.
Ich glaube, da hätten wir schon wenigstens 12und39 Variablen.

Schnecke und Becherwerk resp. Kettenförderer sind sogar 3 Paar Schuhe.

Nein, es sind nur 2 Paar.
Schnecke (speziell in diesem Fall fördert die Schnecke horizontal ) oder Kettenförderer fördern horizontal.
Becherwerke oder Elevatoren fördern vertikal.

Ich werde dieses Thema weiter verfolgen, ohne eine Idee für die Programmierung zu haben.
Ich wollte nur mal aus der Praxis plaudern

 

[DeltaMikeAir]

Seit wann verschwinden denn Beiträge von Membern, die sich in Luft auflösen?

Wenn Sie als Spammer eingestuft werden und ihr Account samt sämtlicher Beiträge entfernt wird.

 

[TomDrom]

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Hallo zusammen,
danke an die rege Diskussion, ich kann leider nicht auf alles eingehen.

Vielleicht nochmal ein paar Infos damit hier keine falschen Schlussfolgerungen entstehen:
- es handelt sich um kein Silo
- Schacht ist ca. 70cm hoch, nach oben hin wird er etwas breiter, wo das Material von der Schnecke reinrieselt
- der Auslass unten ist 10mm schmal
- Schüttgut ist pulverförmig
- Sensoren sind von unten nach oben angeordnet, Abstand ca. 5-10cm
- Schüttgut wird kontinuierlich vom nachfolgenden Prozess entnommen, abhängig von der Geschwindigkeit

Das mit der einfachen Zweipunktregelung habe ich mir schon auch überlegt. Hätte ich hier ein Stellglied Ein/Aus gehabt, hätte ich mich sicher auch gleich dafür entschieden. Nur der Stellwert von 0..1500 U/min hat mich überhaupt in die Versuchung gebracht, eine umfangreichere Lösung sich zu überlegen.
Den Siemens Baustein habe ich auch nur genommen, weil die Formel für die einzelnen Regelanteile dort sehr gut nachvollziehbar ist und ich somit den Regler verstehe und ihn dann letztlich sinnvoll auf die Drehzahl als Stellwert einstellen kann.

Die Vorsteuerung habe ich deshalb ins Spiel gebracht, weil ich diese an die Entnahmegeschwindigkeit koppeln möchte. Die Entnahme wird proportional zur Geschw. sein. Also umso höher die Entnahmegeschwindigkeit umso schneller muss auch die Schnecke fördern. Diese Vorsteuerung wird aber sicher nicht so genau sein, dass ich dann nichts mehr regeln muss.

Aber ja, das der Füllstand schwingen wird, ist mir klar. Ich habe ja nur dig. Sensoren. Damit kann ich gut leben, ich möchte nur eben nicht, das er stark pendelt.

Ich höre hier nun heraus, das eine einfachere Lösung die wahrscheinlich sinnvollere ist. Interessieren tun mich aber beide Ansätze.

Im Prinzip heißt die Frage in meinem Fall: Zweipunktregelung vs. PI-Regler

Da ich die PI-Regler Geschichte schon fertig habe, versuche ich noch die einfache Lösung parallel dazu zu programmieren.
(Das mit der stufenweise Änderungen des Drehzahlwertes über eine Zeit (Beitrag kam von Case52) find ich noch eine gute Idee)

Bei der Inbetriebnahme werde ich dann beide Lösungen testen.

Grüße

 

[Onkel Dagobert]

... Im Prinzip heißt die Frage in meinem Fall: Zweipunktregelung vs. PI-Regler ...

 

[Cassandra]

Bei der Inbetriebnahme werde ich dann beide Lösungen testen.

Prima, das mache ich auch immer so.
Für gewöhnlich wird für die Inbetriebnahmen immer zu viel Zeit eingeplant.
Dann macht es einen schlechten Eindruck, wenn man zu früh eine gut funktionierende Lösung hat…

 

[Mrtain]

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@Mrtain
Findest du das lustig ?

Unterhaltsam wäre das richtige Wort dafür

 

[mega_ohm]

- Schacht ist ca. 70cm hoch, nach oben hin wird er etwas breiter, wo das Material von der Schnecke reinrieselt
- der Auslass unten ist 10mm schmal
- Schüttgut ist pulverförmig
- Sensoren sind von unten nach oben angeordnet, Abstand ca. 5-10cm
- Schüttgut wird kontinuierlich vom nachfolgenden Prozess entnommen, abhängig von der Geschwindigkeit

Was bedeutet "- Schüttgut ist pulverförmig" ?
Kann es sich verdichten und nicht mehr "rieselfähig" sein ?
Diesen Effekt hat man z.B. bei Mehl, Zement etc.

Schüttgut wird kontinuierlich vom nachfolgenden Prozess entnommen, abhängig von der Geschwindigkeit

Wenn das Schüttgut kontinuierlich entnommen wird ... verstehe ich die Drehzahl- Regelung der zuführenden Förderschnecke noch viel weniger.
Einerseits (das Schüttgut ist mir unbekannt, und deshalb auch das Verhalten ) verdichtet eine zu langsam drehende Förderschnecke das zu transportierende Material. Je nach Eigenschaft des Materials kann die Förderschnecke dadurch "versacken".
Eine zu schnell drehende Förderschnecke kann bewirken, das ein Teil des Förderguts nicht "abgeworfen" wird.

Aus Energieeffizienz- Gründen:
Ein langsam drehender Antrieb benötigt immer mehr Energie als ein abgeschalteter Antrieb.
Natürlich muss man den 8 ... 12- fachen Einschaltstrom berücksichtigen.

Ich kenne Deine Anlage nicht ...
... wenn sich aber im "Minuten- Bereich" die Förderschnecke einschalten müsste (mit max. Drehzahl ), dann ...

 

[Onkel Dagobert]

... Da ich die PI-Regler Geschichte schon fertig habe ...

Da fällt mir gerade ein, du kannst ja mit deiner PI-Regler Geschichte auch auf nur einen einzigen Pegelschalter "regeln". Du schaltest den Istwert für den Regler mit dem Pegelschalter zwischen zwei Werten um, z.Bsp. zwischen 0 und 100. Den fiktiven Sollwert legst du genau in die Mitte, also in dem Fall auf 50. Als PI-Regler sollte dann eine Rampe ausgegeben werden. Wird der Pegelschalter frei ist der Sollwert unterschritten --> I-Anteil steigt linear an. Schaltet der Pegelschalter Ein ist der Sollwert überschritten --> I-Anteil fällt linear ab. Genau wie in meiner Version, falls du verstehst was ich meine.

Aber wahrscheinlich feierst du schon längst eine erfolgreiche Inbetriebnahme .

 

[TomDrom]

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Da fällt mir gerade ein, du kannst ja mit deiner PI-Regler Geschichte auch auf nur einen einzigen Pegelschalter "regeln". Du schaltest den Istwert für den Regler mit dem Pegelschalter zwischen zwei Werten um, z.Bsp. zwischen 0 und 100. Den fiktiven Sollwert legst du genau in die Mitte, also in dem Fall auf 50. Als PI-Regler sollte dann eine Rampe ausgegeben werden. Wird der Pegelschalter frei ist der Sollwert unterschritten --> I-Anteil steigt linear an. Schaltet der Pegelschalter Ein ist der Sollwert überschritten --> I-Anteil fällt linear ab. Genau wie in meiner Version, falls du verstehst was ich meine.

Aber wahrscheinlich feierst du schon längst eine erfolgreiche Inbetriebnahme .

Ich habe das Ganze in der Simulation mal getestet, die Istwerte konnte ich ja leicht nachstellen, da es nur 5 Stufen sind.
Ja, es verhält sich so, wie du es sagst. Deswegen habe ich den I-Anteil auch reingemacht und es wurde hier in der Runde auch schon vorgeschlagen. Die Frage ist wirklich, bei welcher Version das Über- bzw. Unterschwingen der Regelung größer ist. Ich vermute fast, das beide Lösungen funktionieren bzw. ähnlich brauchbar sind.
Die Integrierzeit richtig einzustellen, ist dann die Aufgabe. Nicht zu groß, sonst dauert es nachdem der Sensor anspricht zu lange, bis es wieder in die andere Richtung geht. Aber auch nicht zu klein, sonst schwingt er zu schnell hin und her und wird unruhig.

Nein, die IBN ist erst im Sommer bzw. Spätsommer. Von dem her wird das Ergebnis noch dauern. Ich kann aber wieder berichten...

 

[TomDrom]

Was bedeutet "- Schüttgut ist pulverförmig" ?
Kann es sich verdichten und nicht mehr "rieselfähig" sein ?
Diesen Effekt hat man z.B. bei Mehl, Zement etc.


Wenn das Schüttgut kontinuierlich entnommen wird ... verstehe ich die Drehzahl- Regelung der zuführenden Förderschnecke noch viel weniger.
Einerseits (das Schüttgut ist mir unbekannt, und deshalb auch das Verhalten ) verdichtet eine zu langsam drehende Förderschnecke das zu transportierende Material. Je nach Eigenschaft des Materials kann die Förderschnecke dadurch "versacken".
Eine zu schnell drehende Förderschnecke kann bewirken, das ein Teil des Förderguts nicht "abgeworfen" wird.

Aus Energieeffizienz- Gründen:
Ein langsam drehender Antrieb benötigt immer mehr Energie als ein abgeschalteter Antrieb.
Natürlich muss man den 8 ... 12- fachen Einschaltstrom berücksichtigen.

Ich kenne Deine Anlage nicht ...
... wenn sich aber im "Minuten- Bereich" die Förderschnecke einschalten müsste (mit max. Drehzahl ), dann ...

Das Thema ist, das die Entnahme des Schüttguts zwar kontinuierlich ist, aber die Geschwindigkeit der Entnahme zw. 0-50m/min eingestellt werden kann. Dann würde mit einer festen Drehzahl, die Schnecke irgendwann nicht mehr hinterher kommen bzw. wenn man dann gleich vom Maximum also 1500U/min ausgeht, die Schnecke zu schnell fördern.
Die Schnecke dann ständig ein- und ausschalten sollte vermieden werden.

 

[Onkel Dagobert]

... Die Frage ist wirklich, bei welcher Version das Über- bzw. Unterschwingen der Regelung größer ist. Ich vermute fast, das beide Lösungen funktionieren bzw. ähnlich brauchbar sind...

Ich habe das auch mal simuliert und ich habe diese Idee auch gleich in meiner Bibliothek verankert. Funktioniert ertaunlich gut, ist aber, wie du schon sagst, nicht ganz einfach zu parametrieren. Man muss bedenken, dass die Rampe im Blindflug ansteigt bzw. abfällt, bis an den Pegelschaltern ein neuer Istwert erkannt wird. Von daher ist es von Vorteil, wenn das hin- und herbendeln nicht zu lange dauert. Daher ist die Version mit nur einen Pegelschalter günstiger und genauer so wie so.

Ich habe zusätzlich mit dem unteren Schalter den Regler auf einen vorgebbaren Wert initialisiert, falls der Behälter mal leer sein sollte. Sonst dauert es ewig mit der Befüllung. Der oberen Schalter dient als Überfüllsicherung, ist ja klar. Dann könnte man vielleicht noch die Flanken des Sollwert-Schalters überwachen, um auf einen Defekt reagieren zu können.