Vakuumregelumg mit SPS

[Dennis_Baumann]

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Hallo!

Ich schreibe gerade meine Bachelorarbeit und bin im Zuge dessen auf der Suche nach einer Möglichkeit ein Vakuum zu regeln. Hierbei bin ich auf die Möglichkeit gestoßen, mit einer SPS eine digitale Regelung zu realisieren. Die Anordnung soll folgendermaßen aussehen:
Eine große Vakuumpumpe evakuiert einen zentralen Vakuumbehälter. An diesem hängen verschiedenste Versorgungsstränge. Einige dieser Stränge haben ein Propventil dazwischengeschalten,ansnchließend kommt jeweils ein weiterer kleiner Behälter und draufhin ein Druckaufnehmer sowie der "verbraucher". Die Idee ist es, den Druck in diesen kleinerern Behältern zu regeln. Hierzu soll der Druckaufnehmer an die SPS angeschlossen werden (Ist-Größe). Die Sollgröße soll durch Eingabe an der SPS bereitgestellt werden. Die Stellgröße soll von der SPS an einen Stellungsregler auf dem Propventil weitergegeben werden. Wir benutzen im Betrieb Simatic S7 300 u. 400.
Ist soetwas mit der vorhandenen Anlage prinzipiell möglich? Wie wird so eine Regelung programmiert? Exisitieren dafür vorgefertigte SPS-Programme? Wie dynamisch ist so eine SPS-Regelung? Einige der Stränge werden beispielsweise getaktet betrieben (Taktzeit etwa 150ms). Ich habe Bedenken, dass eine SPS den Druck in dieser kurzen Zeitspanne einregeln kann. Alternative wären halt Kompaktregler, was die Sache aber denke ich deutlich vertezern würde, SPS ist halt "sowieso da"

Ich hoffe ihr könnt mir helfen, ich bedanke mich auf jeden Fall schonmal im Vorraus.

Gruß
Dennis

 

[Fanta-Er]

um deine frage etwas zu vereinfachen:
du willst mit einem prob. eine kammer/behälter auf einem konstanten wert halten?
für den aktuellen wert hast du doch einen zusätzlichen druckaufnehmer, oder??

grundsätzlich: ja..selbst schon öfters gemacht.

jeh nach volumen und druck ist dein langsamstes glied nicht die cpu sondern dein motor bzw deine vakuumpumpe (leistung). schau dir mal ein evakuier/zeit diagram von so einer pumpe an. jeh kleiner der druck umso langsamer wird sie.

was für eine vakuumpumpe hast du???
welcher druck????
welches volumen????
welchen durchsatz hat dein prob.???
wie hoch ist die abnahmemenge???

mann kann dieses mit einfachen schleifen lösen.
max druck (atmos.)=10V
ziel druck = ca0V

ist genauso eine regelung wie mit druck. nur das du einen absolutdruckaufnehmer (meist) hast und nicht hoch regelst sondern gegen null.

 

[Paule]

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Ist soetwas mit der vorhandenen Anlage prinzipiell möglich? Wie wird so eine Regelung programmiert? Exisitieren dafür vorgefertigte SPS-Programme?

Ja das geht ohne Probleme.
Du sagst, Du hast eine große Vakuumpumpe, die wird wohl nicht für eine Drehzahlregelung ausgelegt sein. Sonst könntest Du damit auch noch Energie einsparen.
Für die Regelung der Probventile nimmst Du am besten den Siemens PID Reglerbaustein FB41
Achtung:
Kann es in Deiner Anlage dann vorkommen dass alle Stränge geschlossen sind wenn der Sollwert erreicht wird?
Das kann nämlich nicht jede Pumpe vertragen.

 

[Markus]

Ja das geht ohne Probleme.

hmm ich sehe das nicht so problemlos...

ich gehe mal davon aus das er das vakuum extrem genau regeln will, weil die nageschalteten propventile ja auch von irgendwas geregelt werden. und ich gehe davon aus dass diese regelungen ein problem mit schwankungen in der versorgung haben, bzw. das ganze sich aufschwingt.

bin jetzt nicht so der regelungsprofi, und von vakuumrgelung verstehe ich nichts - ich lasse mich also gerne eines besseren belehren!

aber in einer sache bin ich mir sicher:
du hast nicht die erforderlichen infos wie zb die von "fanta-er" angefragten daten ber pumpe, volumen, leitungen, mengen um hier einfach so leichtfertig in den raum zu schmeissen "das geht ohne probleme"!


150ms?
da ist der reglertakt bzw. die zykluszeit der sps ggf. nicht mal das problem, aber bei der perepherie muss man da schon aufpassen. achte auf jeden fall auf die wandlungszeit der analogeingänge für die sensorik, bzw. auf die geschwindigkeit (filterzeit) der sensorik selbst.
die aktorik , sprich die pumpe muss das natürlich auch abkönnnen, aber davon verstehe ich nichts...

 

[Paule]

bin jetzt nicht so der regelungsprofi, und von vakuumrgelung verstehe ich nichts - ich lasse mich also gerne eines besseren belehren!

aber in einer sache bin ich mir sicher:
du hast nicht die erforderlichen infos wie zb die von "fanta-er" angefragten daten ber pumpe, volumen, leitungen, mengen um hier einfach so leichtfertig in den raum zu schmeissen "das geht ohne probleme"!

Sorry Markus,
da muss ich Dir widersprechen!
1. Ich kenne mich mit Zentralvakuumanlage aus, da ich schon einige gemacht habe.
2. Die Anlage existiert ja bereits

Ist soetwas mit der vorhandenen Anlage prinzipiell möglich?

Also wird ja wohl die Vakuumpumpe sowie das nötige Puffervolumen vorhanden sein.
Das heißt er möchte einen genauen Sollwert durch Reduzierung der Unterdrucksaugleistung erreichen. Und das ist mit einem Regelventil machbar.
Wie schon erwähnt kann dadurch zwar der gewünschte Sollwert erreicht werden, aber die Vakuumpumpe wird immer noch mit 50Hz betrieben.
Energieeffizienter wäre auf jeden Fall eine Drehzahlregelung, was aber nicht mit jeder Vakuumpumpe realisierbar ist.

 

[Markus]

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ich sehe auch kein problem darin so etwas zu regeln, aber ich sehe ein problem darin das er dass so ohne weiteres innerhalb von 150ms einregelt! ausserdem hat noch keiner gesagt wie genau er regeln muss...

 

[Paule]

ich sehe auch kein problem darin so etwas zu regeln, aber ich sehe ein problem darin das er dass so ohne weiteres innerhalb von 150ms einregelt! ausserdem hat noch keiner gesagt wie genau er regeln muss...

OK, da gebe ich Dir vollkommen Recht, 150ms ist eine Herausforderung!
Wenn es das Regelventil in dieser Geschwindigkeit nicht schafft den geforderten Unterdruck wieder herzustellen, dann gibt es natürlich Probleme.
Das A und O einer Zentralvakuumanlage ist auf jeden Fall das Puffervolumen!

 

[Dennis_Baumann]

Morgen!

Erstmal vielen Dank für die zahlreichen Antworten! Ich habe mich vielleicht ein wenig unklar ausgedrückt. Die Anlage sieht so aus, dass eine große Pumpe (z.B.: Schraubenverdichter) einen zentralen Tank mit sagen wir etwa 50l oder weniger evakuiert. Dieser Tank soll weniger puffern als eher die Wechselwirkungen zwischen den einzelnen abgehenden Strängen mindern. Von diesem zentralen Behälter aus sollen jetzt einzelne Stränge zu verschiedenen Verbrauchern führen. Einige davon haben einen sowieso relativ konstanten Volumenstrom und können wohl mit einem einfachen Handventil einmal eingestellt und danach vergessen werden. Für zwei dieser Verbraucher ist aber die Einhaltung eines bestimmten Druckes unerlässlich. Die Anordnung sieht so aus, dass vom zentralen Behälter aus mit einem (bzw. eher zwei zwecks Belüftung bei zu hohem Vakuum) Propventilen ein weiterer, großer Vakuumtank mit etwa 100l, versorgt wird. Dieser versorgt über Magnetventile getaktet den Verbraucher. Die Druckregelung soll eigentlich nur dafür sorgen, dass der Druck in diesem großen Behälter konstant gehalten wird. Wenn die Magnetventile öffnen, wird das Vakuum im Behälter ja unweigerlich abfallen.

Ich habe mich gestern noch bei unseren SPSlern informiert und diese meinten, dass eine Zykluszeit von etwa 10-15ms für einen Regelzyklus realistisch wären. Ich denke, wenn man annimmt dass der Volumenstrom durch das Ventil durch den Puffer sowieso "pulsationsärmer" wird und in einem Takt etwa 10 bis 15 mal "geregelt" wird könnte dies doch funktionieren?

@Fanta-Er: die Pumpe läuft ständig mit voller Leistung und evakuiert den zentralen Behälter. die Pumpe selbst wird wohl entweder ein Schraubenverdichter oder ein bis zwei Wasserringpumpen werden. Der Druck in dem zentralen Behälter ist relativ unbedeutend, er muss nur niedrig genug sein um schnell genug entsprechende Volumenströme bereitzustellen. Die beiden ventile steuern quasi die Strömung von dem nachgeschalteten Behälter in den zentralen behälter sowie die Strömung von Athmosphärenluft in den nachgeschalteten Behälter. So kann der nachgeschaltete Behälter evakuiert und belüftet werden und so ein bestimmtes Vakuum eigestellt werden. Druckaufnhemer hängt einer am zentralen Behälter (reine Sicherheitsfunktion, Abschaltung bei Zusammenbrechen des Vakuums) sowie einer vor dem nachgeschalteten behälter zur Aufnahme des Ist-werts. Die Ventile selbst sind Schrägsitzventile mit DN25. Der Zentralbehälter hat einen druck von etwa 10mbar, der nachgeschaltete behälter soll etwa 200mbar halten. Der Volumenstrom beträgt etwa 40 m^3/h

@Paule: Nein, die Pumpe ist nicht drehzahlgeregelt sondern läuft konstant mit voller Leistung. Es kann auch vorkommen, dass die Pumpe leerläuft (alle Leitungen zu). In welchem Zusammenhang waren deine Zentralvakuumversorgungen? Wie waren diese aufgebaut?

@markus: Der aktor ist im Grunde nicht die Pumpe, sondern die Ventile. Diese sind pneumatisch gesteuert, also sollten recht dynamisch sein.
Die Sensorik sollte mit den Zeiten auch mitkommen.