2x PWM PID Regler im "Wechsel", bei Summen Stellgrad <=1

[the_muck]

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Hallo,
bei einem Durchlaufofen haben wir 2x PID Regler mit je 9kW (Heizung am Ein und Auslauf). Einbau Prozessregler im "Digitalen" PWM Betrieb. Wir wollen die Prozessregler ersetzen weil es keinen 1:1 Ersatz mehr gibt. Dazu ist die Idee aufgekommen Lastspitzen zu "begrenzen",
wenn die Regler in Summe eine gemeinsame Zeit T nicht überschreiten. Also die Summe der Stellgröße beider Regler <=1 ist, müsste das ja gehen.

Bedeutet das wir das Netz nicht mit 18kW sondern mit 9kW belasten würden, und unser Eigenverbrauchsfenster (durch PV) größer wird. Jetzt schalten die Regler sehr willkürlich.

Das ganze funktioniert ja wenn die Summe der Stellgrößen <=1.0 ist. Mein Problem ist im Kopf gerade das aufteilen des Timings.

Nehmen wir an ich nehme ein gemeinsames PWM Fenster. Sind wir über 1.0 in Summe, dann kann ich beide Zeiten Parallel Starten. Wenn ich unter 1.0 bin dann "hänge" ich t2 an t1. Dann habe ich für einen Zyklus eine Verschiebung aber das spielt IMHO ja keine große rolle bei einem trägen Ofen.

Anderer weg, ich lege t1 an den Anfang der PWM und t2 berechne ich so das sie am Ende der PWM liegt dann habe ich eine Überschneidung in der Mitte und in Summe weniger Überschneidungen als in der ersten Variante.

Die Regler arbeiten aktuell bei Einlauf ~40%, Auslauf 30%. Habe ich da irgendwo einen Denkfehler?

Bevorzugen würde ich die letzte Variante. Bei T=10s würde t1 0- 4s lang laufen und t2 7-10s.

Grüße
Malte

 

[Richard P.]

... Bevorzugen würde ich die letzte Variante. Bei T=10s würde t1 0- 4s lang laufen und t2 7-10s...

Du berücksichtigst bei deinen Überlegungen aber schon, dass der Energieverbrauch über eine 1/4h-Zyklus berechnet wird?

 

[the_muck]

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Es geht ja um PV Überschuß Nutzung bei einer Eigenverbrauchs Anlage... Dort haben wir unterschiedliche Preise für Im und Export. Export gibt weniger als Import.

Um so mehr wir im Fenster der PV Erzeugung bleiben um so günstiger kommt uns IMHO die Energie. Aber vielleicht bin ich da auch auf dem Holzweg.

 

[Botimperator]

Wenn du's steuerungstechnisch ganz faul machen willst, nimmst du einfach nen Thyristor mit entsprechender Lastspitzenoptimierung.
Bei Advanced Energy hieß das (glaube ich) "dasm"-Betrieb.
Dann steuerst du die Thyros nur noch analog oder per Datenverbindung an & die Geräte stimmen unter sich ab wer wann welche Halbwelle durchschaltet.
Die meisten besseren Thyros besitzen so eine Funktion in irgendeiner Form.

Für primitivere Hardware haben wir in den SPSen modifizierte Rundfeuerautomaten, die jeweils den Stellgrad der beteiligten PID Regler mitschreiben und daraus in gewissen Zeitblöcken die Puls/Pause für die jeweiligen Schaltausgänge berechnen & diese aufeinander abstimmen.

Was hast du denn genau an Hardware zur Verfügung?
Auch ne richtige SPS oder nur Hardware-Regler?

 

[the_muck]

modifizierte Rundfeuerautomaten

Hast du da mehr Infos zu (Links)?

die suche bringt mich zu einem anderen Beitrag von dir

Beitrag im Thema 'Kaskadensteuerung Heizstäbe'

9 Februar 2024

Habt ihr eine bessere Lösung ?
Ich vermute das der PID hier immer gestört wird weil ich ihm ja unterschiedliche Leistungen unterjuble ?!

Das würde tatsächlich Probleme geben, da du beim Umschalten der "Stufen" auch gleichzeitig durch die veränderte Leistung das Verhalten deiner Regelstrecke änderst.
Es wäre aber möglich für jede Leistungsstufe ein eigenes Parameter-set zu verwenden & entsprechend umzuschalten.

Ich habe gelesen, das das SSR, wenn es mal hops geht, durchschlagen kann !

Die können permanent durchschalten wenn sie Hops gehen.
Das passiert aber praktisch nicht...

• Botimperator

https://www.midesco.de/pdf/pb_fcu_500_d.pdf

Für Prozesse, die einen Regelbereich größer1:10 erfordern und/oder die für die Temperaturgleichmäßigkeit eine starke Umwälzungder Ofenatmosphäre erfordern, z. B. Wärmebehandlungsöfen mit niedriger und mittlererTemperatur in der Metallindustrie.Bei der Taktsteuerung EIN/AUS erfolgt dieRegelung der Leistungszufuhr zum Prozess über ein variables Verhältnis von Betriebs und Pausenzeit. Durch diese Art der Steuerung ist der Austrittsimpuls des Brennersimmer voll wirksam und führt zu maximaler Konvektion im Ofenraum, selbst bei abgeregelter Beheizung.

das ist doch PWM oder ?

Auch ne richtige SPS oder nur Hardware-Regler?

Aktuell sind Hardwareregler Verbaut, an die Leistungselektronik will ich nicht ran. SPS kann auch verbaut werden, da muss ich aber schauen wieviel platz der Umbau braucht. Haben aber auch noch eine Kinco HMI-SPS im Spieleschrank.

 

[Blockmove]

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@the_muck

Oft haben die Hardwareregler zusätzlich einen Analogausgang.
Den könntest du dann einfach mit ner SPS abgreifen.
Damit würde sich dein Umbau einfach gestalten.

 

[Richard P.]

Phasenan- oder abschnitt ist wegen der Oberschwingungen bei höheren Leistungen vom EVU nicht so gerne gesehen. Desterhalber verwendet man ja PWM mit Nullspannungsschalter.

Malte, nimm deine Variante 2, mehr geht ohnehin nicht. Bei einer Vielzahl von PWM-Ventil-Ansteuerungen auf der 24VDC-Ebene hatte ich mal den PWM-Zyklus entsprechen der Anzahl der PWM-Steuerungen verschoben, um Einschaltspitzen zu vermeiden. Aber bei nur zwei PWM-Signalen ist es wohl die beste Wahl, das zweite Signal auf das Ende der PWM-Priode zu verlagern.

 

[Stadtranduser]

Was ist denn PWM mit Nullspannungsschaltern? IMO doch wohl Wellenpaketsteuerung oder?

 

[the_muck]

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Nulldurchgangs-Solid-State-Relais

Halbleiterrelais (Solid State Relays, SSR) sind ein Ersatz für elektromagnetische Schalter wie Relais. Sie wurden eingeführt, um die Nachteile von Allzweck-Kontaktrelais (elektromagnetische Relais) zu mildern. SSRs sind sowohl für Gleichstrom- als auch für Wechselstromsysteme erhältlich...

www.omchsmps.com

Wellenpakete kann man ja auch auf den Sinus prügeln . Wobei ich da nicht definitions sicher bin ob damit immer Vollwellen gemeint sind.

 

[Stadtranduser]

Ein normales SSR mit Nullspannungsschaltung schaltet Halbwellen sofern nicht die Ansteuerzeit länger ist.. Bei z.B. Motoren, Transformatoren o.ä. muss man bei händischer Wellenpaketsteuerung auf Gleichrichteffekte achten.

 

[the_muck]

Den könntest du dann einfach mit ner SPS abgreifen.
Damit würde sich dein Umbau einfach gestalten.

Wie meinst du das?

 

[Blockmove]

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Wie meinst du das?

Du gehst mit dem Analogausgang des Reglers auf nen Analogeingang der SPS. Somit brauchst du nur deine PWM in der SPS programmieren. Die Regler können bleiben. Wenn deine Software läuft hängst du die Halbleiterschütze von den Reglerausgängen auf deine SPS-Ausgänge um. Kannst du vielleicht sogar umschaltbar machen.

 

[the_muck]

Ach so... das Problem ist ja gerade das die Hardware Prozessregler eine alte Sonderlösung sind. Die wollen wir austauschen weil einer manchmal etwas Startproblem hat. Er kommt meist nach 2-5min aber da wollen wir halt vorsorgen. Für die gängigen neuen Regler, ebenso für die SPS, müssen wir dann etwas mehr um verdrahten.

Aktuell ist die Idee einfach das Kinco 4" zu nehmen. Mit Kinco habe ich so ein PID PWM schon mal umgesetzt. Und entweder mit 2x PT100 -> 0to10V Wandler, oder Temp. Modul.

Die Kinco Software ist nicht so klasse und der Wizzard PWM PID sieht etwas wild aus, aber wenn man ein Fuß drin hat ist es ok. Wir könnten Rezepte integrieren und noch den "Siemens Logo" Teil von der Anlage mit in die SPS stopfen, dann haben wir noch Detailliertere Alarme.

Aber ich merke das der Weg über das verlegen der PWM Zeiten wohl der beste Ansatz ist, darum ging es ja

 

[Blockmove]

Klar, die Lösung macht auf jeden Fall Sinn. Auch oder besonders in der Jahreszeit wenn sowieso nicht mehr soviel von der PV kommt.

 

[Botimperator]

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das ist doch PWM oder ?

Ja bzw. Jein...
Prinzipiell handelt es sich bei Rundfeueratomaten (oder Rundum-Taktsteuerung, das wird je nach Hersteller teils unterschiedlich bezeichnet) schon um eine Pulsweitenmodulation, wobei der Hintergrund wieso man das macht ein etwas anderer ist.
Brenner sind nicht gut darin schnell zu starten oder zu stoppen.
Je nach Typ hast du Mindest Brenn-/Pausenzeiten von 10-30 Sekunden.
Hast du jetzt eine Aufheizzone mit 10 Brennern zu je 30kW kannst du das Ausgangssignal des Reglers nicht einfach auf die Mindest-Zeiten der Brenner hochskalieren.
Das würde im Teillastbetrieb bedeuten, dass bei kleinem Stellgrad (wenn grade kein Material in der Aufheizzone steht oder dieses bereits warm ist) lange zeit keine Leistung einbringst & dann plötzlich einen Brenner-Puls mit vollen 300kW fährst.
Da dreht dir jeder PID-Regler am Rad, was die Regelstrecke im Teillastbetrieb effektiv nicht regelbar macht.
Zudem dient das Brenner-Abgas bei manchen Ofentypen zur Konvektion innerhalb des Ofens, weshalb ein kontinuierlicher Abgasstrom erforderlich ist.

Die physischen Rundfeueratomaten, wie z.B. die von dir verlinkte FCU500, stammen eigentlich noch aus der Vor-SPS Zeit.
Diese Geräte nehmen den Stellgrad des Reglers als schnelles Pulssignal oder Analogwert entgegen und verteilen ihn auf die einzelnen Brenner der Heizzone.
Bei einem Stellgrad von z.B. 10% würde dann immer ein Brenner laufen und auch in regelmäßigen Zyklen durchgewechselt werden, damit der Verschleiß auf alle Brenner gleichmäßig verteilt wird.
Zypischerweise wandern die angesteuerten Brenner dann immer im Kreis, daher der Name.
Es handelt sich damit also eher um ein Generieren bzw. Hochskalieren des PWM-Signals vom Regler, sowie eine Leistungsverteilung auf die Aktoren.

Malte, nimm deine Variante 2, mehr geht ohnehin nicht. Bei einer Vielzahl von PWM-Ventil-Ansteuerungen auf der 24VDC-Ebene hatte ich mal den PWM-Zyklus entsprechen der Anzahl der PWM-Steuerungen verschoben, um Einschaltspitzen zu vermeiden. Aber bei nur zwei PWM-Signalen ist es wohl die beste Wahl, das zweite Signal auf das Ende der PWM-Priode zu verlagern.

Prinzipiell würde ich das genau so machen.
Bei zwei Heizzonen ist das ja praktischer weise noch recht übersichtlich.
Du kannst ja den Stellgrad des Reglers auf eine Periodendauer von beispielsweise 10s umlegen (oder was deine Leistungs-Hardware eben zulässt) und, wie von @Richard P. vorgeschlagen, jeweils die Reihenfolge von Puls/Pause zueinander tauschen.
Während der laufenden Periode erfast du den Mittelwert des Regler-Stellgrads & benutzt diesen als Sollwert für die nächste Periode.

 

[Richard P.]

.. wie von @Richard P. vorgeschlagen, jeweils die Reihenfolge von Puls/Pause zueinander tauschen...

Dieser Vorschlag kam eingangs from himself.