Druck/Temperatur Regelung

[Davlan]

Zuviel Werbung?
-> Hier kostenlos registrieren

Guten Tag,

ich weiss nicht ob ich hier richtig bin, aber ich beschreibe erstmal mein Problem. Ich bin gerade dabei meine Bachelorarbeit zu verfassen, wobei ich eine Prüfmaschine mit aufgeheizten Stempel und Matrize besitze die mittels pneumatischem Zylinder zusammengefahren werden sollen.
Zur Steuerung habe ich leider wenig bis keine Kenntnisse und muss jetzt eine möglichst einfache Lösung finden. Von meinem Betreuer wurde mir vorgeschlagen alles per Labview zu Programmieren, was ich auch probieren kann aber vorher noch Alternativen oder ggf. einfachere Wege kennen lernen möchte.

-Ich muss die beiden Fügewerkzeuge auf ca 160-200 Grad Celsius erhitzen und die Temperatur halten. Die Temperatur soll variabel einstellbar sein. Jede Platte muss einzeln gesteuert werden, da unterschiedlich Dick.
-Der pneumatische Zylinder soll mittels Druck gesteuert werden. Hierzu wird entweder eine Kraftmessdose oder vergleichbares zur Druckermittlung eingesetzt. Befindet sich der Druck unter 0,1 N/mm² sprich einem bar, soll der Zylinder weiter zufahren, überschreitet der diesen Wert soll er bei 0,1 N/mm² für eine Zeit X verweilen und danach wieder auseinander fahren.

Ich hoffe es wurde halbwegs verständlich beschrieben was mein Problem bzw. Aufgabe ist und mir kann jemand dabei helfen.
In der Uni gibt es eine Person die mir ggf. bei der Labview Lösung helfen könnte.
Was ich mir vorstellen kann wäre eine Lösung mit Siemens LOGO!8 ? Ich hatte eben diese Lösung gefunden und frage mich nun welche der beiden einfacherer ist bzw. ob es noch etwas einfacheres gibt.

Beste Grüße
Tobias

 

[weißnix_]

Ein pneumatischer Zylinder wird immer über den Druck gesteuert. Du willst eine feste Kraft auf die Fügestelle ausüben? Alles was Du brauchst, ist für diese Kraft der passend ausgerechnete Druck (F=p*a) auf der Vorlaufseite. Das wird dann über einen mechanischen Druckregler konstant gehalten und von Seiten der Steuerung reduziert sich der Aufwand auf ein einfaches 5/2-Wege-Ventil, welches binär angesteuert wird.

Mit diesem Ansatz würde ich sagen: Die Logo!8 ist 100% geeignet.

PS: Der mechanische Druckregler lässt den Zylinder als "Luftfeder" wirken. Der fährt dann genau nur soweit aus, bis der Gegendruck dem Vordruck entspricht.

 

[Davlan]

Zuviel Werbung?
-> Hier kostenlos registrieren

Ein pneumatischer Zylinder wird immer über den Druck gesteuert. Du willst eine feste Kraft auf die Fügestelle ausüben? Alles was Du brauchst, ist für diese Kraft der passend ausgerechnete Druck (F=p*a) auf der Vorlaufseite. Das wird dann über einen mechanischen Druckregler konstant gehalten und von Seiten der Steuerung reduziert sich der Aufwand auf ein einfaches 5/2-Wege-Ventil, welches binär angesteuert wird.

Ja so etwas wäre auch eine Lösung, allerdings würde es keine gesteuerte Presszeit geben oder gäbe es da auch eine Lösung? Es geht darum das ich Stahl mit Faserverbundstoffen verbinden möchte und in den Versuchen die Anpresszeiten und Temperaturen variiert werden, beim Anpressdruck müsste ich das noch abklären ob er immer konstant bleibt oder auch erhöht wird.

PS: Der mechanische Druckregler lässt den Zylinder als "Luftfeder" wirken. Der fährt dann genau nur soweit aus, bis der Gegendruck dem Vordruck entspricht.

Klingt schonmal recht "einfach" und eigentlich auch Praktisch.

Mit diesem Ansatz würde ich sagen: Die Logo!8 ist 100% geeignet.

Wie einfach wäre die Temperatur Regelung damit zu bewältigen ? Ich möchte im Prinzip mehrere Messpunkte haben (2-8 Stück) die dann messen und solange aufheizen bis Temperatur X erreicht wurde ausgeschaltet werden, sobald die Temperatur wieder fällt wieder eingeschaltet wird, sprich einfach die Temperatur hält.

 

[weißnix_]

Die Logo hat eingebaute PID-Regler. Damit wäre die Temperaturregelung erstmal weniger problematisch.

Wenn der Druck variabel sein soll, dann gibt es auch elektronische Druckregler. Das wäre 1:1 dasgleiche Prinzip - zusätzlich mit steuerbarem Solldruck.

Zur gesteuerten Presszeit: Du hast erstmal einen Zylinder mit einem normalen Ventil (5/2-Wege) zur Ansteuerung. Sofern die Presszeit jetzt nicht im Zehntelsekundenbereich liegt, könntest Du mittels Zylinderpositionsschalter als Überfahrkontakt (kurz vor der vorderen Endstellung) eine Zeit starten. Wie gesagt: Die Presskraft an sich würde ich jetzt nicht einfließen lassen, weil das erledigt der Druck.

 

[weißnix_]

Wie einfach wäre die Temperatur Regelung damit zu bewältigen ? Ich möchte im Prinzip mehrere Messpunkte haben (2-8 Stück) die dann messen und solange aufheizen bis Temperatur X erreicht wurde ausgeschaltet werden, sobald die Temperatur wieder fällt wieder eingeschaltet wird, sprich einfach die Temperatur hält.

Mehrere Sensoren wäre durch Reihenschaltung möglich. 2-Punktregelung ("An, und bei Temp x aus") könnte wohl mit Deinen Genauigkeitsansprüchen kollidieren. "Einfach die Temperatur halten" kann mitunter komplizierter als gedacht werden. Daher der Hinweis auf die in der Logo integrierten Regelbausteine.

 

[Davlan]

Zuviel Werbung?
-> Hier kostenlos registrieren

Die Presszeit soll ca. 20 Sekunden bis max. 300 Sekunden sein, da alles weitere nicht In-Line tauglich wäre.

Verstehe ich das richtig das ich z.B. sowas https://www.festo.com/net/SupportPortal/Files/12073/PSI_239_1_de.pdf nehme zum Solldruck einstellen? Allerdings müsste der Zylinder die vollen 6 bar aus der Leitung bekommen nur eben nicht mit 6 bar sondern 1 bar die Matrize und Stempel zusammendrücken. Würde das damit auch machbar sein?

Mehrere Sensoren wäre durch Reihenschaltung möglich. 2-Punktregelung ("An, und bei Temp x aus") könnte wohl mit Deinen Genauigkeitsansprüchen kollidieren. "Einfach die Temperatur halten" kann mitunter komplizierter als gedacht werden. Daher der Hinweis auf die in der Logo integrierten Regelbausteine.

Was meinst du mit den Regelbausteinen?

Entschuldige meine Unwissenheit

 

[weißnix_]

Was meinst du mit den Regelbausteinen?

Entschuldige meine Unwissenheit

Ich hatte angenommen, Deiner Frage nach der Eignung der LOGO wäre eine Lektüre des Handbuch's vorausgegangen. Also RTFM.
Für welchen Bachelor machst Du das eigentlich?

Regelbausteine: Die LOGO hat mehrere integrierte PI bzw. PID-Regler, die Dir die Temperaturregelung stark vereinfachen.
Zum Timing: Bei den von Dir angesprochenen Zeiten würde ich tatsächlich mit dem Positionsschalter kurz vor vorderer Endlage den Timer starten.
Wichtig bei der Anwendung: Die Zylinderposition "Fügegut unter Druck" darf nicht erst an der vorderen Endlage des Zylinders erreicht werden, sondern schon mit etwas Reserve vorher.

 

[Davlan]

Für welchen Bachelor machst Du das eigentlich?

Bachelor of Science, Fachrichtung Wirtschaftsingenieurwesen mit Maschinenbau

In der Themenausschreibung steht auch nichts zur Steuerung aber mein Betreuer kam damit mitten drin um die Ecke, eigentlich ging es nur um die Konstruktion. Da ich es aber nicht ändern kann muss ich mich damit jetzt auseinander setzen ....
Und nein ich habe heute kurz bevor ich diesen Beitrag geschrieben habe erst den LOGO entdeckt, und nur kurz dazu informationen gesammelt und fand ihn recht interessant, wusste nur nicht in wieweit er für meine Anwendung reicht.

Wichtig bei der Anwendung: Die Zylinderposition "Fügegut unter Druck" darf nicht erst an der vorderen Endlage des Zylinders erreicht werden, sondern schon mit etwas Reserve vorher.

Der Zylinder wird nie komplett ausgefahren, damit immer Wegreserven vorhanden sind.

 

[weißnix_]

Zuviel Werbung?
-> Hier kostenlos registrieren

Ach ja, genausowas, wie das von Dir verlinkte Festo-Teil hab ich gemeint.
Damit wären dann so Sachen machbar wie etwas erhöhter Druck am Anfang des Fügens, um die innere Reibung im Zylinder zu kompensieren. Dieser Druckreglerbaustein wird dann vor das notwendige 5/2 Ventil geschaltet bzw. in die Vorlaufleitung des Zylinders.

Die ausreichende thermische Entkopplung des Zylinders könnte noch so eine Sache sein, aber da fällt Dir sicher was ein

 

[Davlan]

Zur Temperaturregelung, im Prinzip erfüllt dieses Bauteil doch meine Anforderungen oder nicht? http://www.omega.de/prodinfo/temperatur-prozessregler-schaltgeraete.html
Damit sollte ich doch einfach mein Heizelement anschließen genauso wie den Sensor, Sollwert eingeben und dann pendelt sich die Temperatur auf das Niveau ein.
Falls ich was vergessen habe einfach sagen, ich merke nun das Problem der Universität im Vergleich zu einer FH, wobei ich eine FH nicht genau kenne aber man ja sagt das sie Praxis bezogener sind. Theoretisch habe ich all die Sachen schon gehört und auch Klausuren darüber geschrieben, uns wurde allerdings nie gesagt wozu dieses und jenes in der Realität genutzt wird.....

Zum Zylinder, ich habe eine Pressfläche von 150 mm x 200 mm= 30000 mm² da ich hier einen Anpressdruck von 1 bar, sprich 0,1 N/mm² habe bräuchte ich eine Kraft von 3000 N.
Setze ich das mit der Formel für den Zylinder gleich, pi x 62,5 mm = 12271,8463 mm² somit ergibt 3000 N/ 12271,8463 mm² = 0,2445 N/mm² sprich, 2,445 bar.
Dieser Wert würde an dem elektronischen/ mechanischen Druckregler für den Vorlauf eingestellt werden, und mit der richtigen Verkabelung stellt sich der Zylinder als Luftfeder mit einem Anpressdruck von 1 bar ein. Mittels Positionierungsschalter https://www.festo.com/cat/de_de/xDKI.asp wird der Druck über eine eingestellte Zeit x gehalten?

Falls die Temperaturregelung so Funktionieren würde, könnte ich die ganze Programmierung umgehen, wäre trotzdem felxibel was die Temperatur Einstellung angeht sowie für den Druck.

Für die thermische Entkoppelung habe ich an thermisch isolierende Stoffe, müssen noch herausgesucht werden, gedacht die jeweils unter den Stempel und Matrize gelegt werden.

Wird es nötig sein das ich einen Schrank um die Maschine baue? Ich könnte mir vorstellen, dass die Umgebungsluftströme, bzw Luftzüge von vorbeigehenden Personen die Temperaturverteilung stark beeinflusst? Oder aber sich die Umgebungsluft soweit aufheizt das andere Bauteile, wie der Zylinder darunter leiden könnte.

 

[weißnix_]

Das hört sich soweit schlüssig an.
Gehäuse/ Schutzverkleidung macht sich immer gut. Natürlich kannst Du den Temperaturregler auch auslagern.
Viel Spass bei der Realisierung

 

[Davlan]

Zuviel Werbung?
-> Hier kostenlos registrieren

Das hört sich soweit schlüssig an.
Gehäuse/ Schutzverkleidung macht sich immer gut. Natürlich kannst Du den Temperaturregler auch auslagern.
Viel Spass bei der Realisierung

Also sollte es mittels dem von mir verlinkten Regler möglich sein die Temperatur nach meinen Anforderungen zu regeln? Würde mir einiges an Arbeit ersparen.
Die Schutzverkleidung ist erstmal nebensächlich und wird hinterher bestellt, wenn alles soweit läuft, aber stimmt schon das es einfach vollständiger so aussieht.

Ich würde mich jetzt auf insgesamt 6 Heizpatronen beschränken, die beiden äußeren sollen jeweils getrennt von der inneren Patrone geregelt werden, um einen möglichst homogenen Verlauf der Temperatur zu haben. Da ich neu auf dem Gebiet bin wäre es nett wenn du mir sagen könntest wieviele Patronen ich an je so einer Station anschließen kann.

 

[weißnix_]

An diese Rgeler schließt man keine Heizpatrone direkt an, sondern ein der Heizleistung/Heizspannung entsprechendes Leistungsschaltglied.
Somit hast Du eine Antwort, die keine ist
Als Leistungsschaltglied für solche Anwendungen haben sich SSR's bewährt. Aus dem Bauch heraus ist die Heizleistung recht überschaubar.
Regelzonen kannst Du selbstverfreilich machen, jedoch ist die Frage der Temperaturtoleranz insoweit interessant, weil über entsprechende Werkstoffe/ Geometrie sich auch eine ausreichend homogene Wärmeverteilung erreichen lässt. In einer Aluplatte mit 150x200mm ist bei entsprechender Stärke die Wärmeverteilung schon an sich relativ gleichmäßig. Mit mehreren Heizpatronen wird das nicht schlechter. So gleichmäßig musst Du die Wärme dann erstmal in Dein Fügegut reinbringen (Wärmeübergang).

 

[Davlan]

Also anstatt von mehreren getrennten Messungen wird ggf. eine einheitliche reichen, wenn die Matrize Dick genug ist?

Also wird der Temperaturfühler an den Temperturregler angeschlossen, von diesem geht die Steuerspannung in z.b. http://www.pohltechnik.com/SSR-Rela...er-Solid-State-Relais-max-25A-AC-DC::603.html und an diesen werden dann die Patronen angeschlossen?

Werde wahrscheinlich folgende Patronen nutzen: http://www.heizpatronen.info/deu/shop_product.php?r=16544#!prettyPhoto
Die Matrize ist 150 x 200 x 30 mm vorläufig.

 

[weißnix_]

Zuviel Werbung?
-> Hier kostenlos registrieren

Also anstatt von mehreren getrennten Messungen wird ggf. eine einheitliche reichen, wenn die Matrize Dick genug ist?

Das versuche ich zu sagen. In den Ingenieurwissenschaften geht es IMHO um den bestmöglichen Kompromiss und nicht um das theoretische Optimum. Die Frage ist also: Wie genau muss die Temperaturverteilung an der Heizplatte sein? Wie kommt die Wärme durch die zu fügenden Materialien an die Fügestelle? Ist Millionstelgradgenauigkeit erforderlich oder reden wir über realistische 2...3K über der Heizplatte und 5...25K an der Fügestelle?

 

[Davlan]

zweiteres ist der Fall, natürlich dürfen kleine Abweichungen entstehen, sie sollten natürlich so gering wie möglich sein, denke bis 5 Grad unterschied ist alles in Ordnung.
Und ja die Matrize ist aus Aluminium, unten liegt die Stahl/CFK Kombi drin, bzw wird eingelegt sobald die Temperaturverteilung gleichmäßig ist. Dann soll der Versuch starten, sprich Zylinder fährt zu.

 

[weißnix_]

Ich denke, ich hab jetzt die wichtigsten Info's zusammen, um die Maschine zu bauen .

Ne, im ernst: was fehlt denn jetzt noch für Deinen Konstruktionsentwurf?

 

[Davlan]

Zuviel Werbung?
-> Hier kostenlos registrieren

Ich denke, ich hab jetzt die wichtigsten Info's zusammen, um die Maschine zu bauen .

Ne, im ernst: was fehlt denn jetzt noch für Deinen Konstruktionsentwurf?

Im Grunde gar nichts, die Fertigungszeichnungen habe ich heute fertig gestellt, müssen nochmal durchgeguckt werden aber sollte soweit alles okay sein.
Wenn mein Betreuer zu der von dir erarbeiteten Lösung grünes Licht gibt dann werde ich die Sachen alle in Auftrag geben und hoffen das alles so klappt, bzw halt auch nochmal drüber gucken lassen falls ich noch was übersehen habe.
Zu den Temperaturreglern, da würden ja pro Matrize einer reichen eigentlich. Bei der Zylindersteuerung muss ich nochmal mit jemanden aus der Uni sprechen was ich noch alles brauche...

könntest du mir ein SSR zeigen was für jeweils 3 Heizpatronen a 350 Watt und 230 Volt reicht verlinken?

 

[weißnix_]

Das von Dir verlinkte SSR ist schon gar nicht so schlecht. Alternative Bauform: http://de.rs-online.com/web/p/halbleiterrelais/3617780/
Hat einen integrierten Kühlörper.
Worauf solltest Du achten?
-Nullspannungsschaltend - reduziert Verlustleistung im SSR und Radiostörungen
-flinker Kurzschlussschutz - SSR's sind bei Kurzschlüssen hyperempfindlich
-die richtige Steuerspannung (24VDC)
-bei Deinem SSR die geeignete Montage auf der Grundplatte. Kühlung ist auf jeden Fall erforderlich.

Deine Heizleistung finde ich schon beachtlich : 1000W auf jeder Seite sind heftig. Da wird Feintuning am Regler unumgänglich werden. Aber das ist nur Bauchgefühl von mir.

 

[Davlan]

Das von Dir verlinkte SSR ist schon gar nicht so schlecht. Alternative Bauform: http://de.rs-online.com/web/p/halbleiterrelais/3617780/
Hat einen integrierten Kühlörper.
Worauf solltest Du achten?
-Nullspannungsschaltend - reduziert Verlustleistung im SSR und Radiostörungen
-flinker Kurzschlussschutz - SSR's sind bei Kurzschlüssen hyperempfindlich
-die richtige Steuerspannung (24VDC)
-bei Deinem SSR die geeignete Montage auf der Grundplatte. Kühlung ist auf jeden Fall erforderlich.

Deine Heizleistung finde ich schon beachtlich : 1000W auf jeder Seite sind heftig. Da wird Feintuning am Regler unumgänglich werden. Aber das ist nur Bauchgefühl von mir.

Erstmal vielen Danke für deine Mühen, das du mir als Unwissenden trotzdem hilfst.
ggf. werden auch schwächere Heizpatronen verwendet, muss ich nochmal abklären.
Also brauche ich noch einen kleinen Sicherungskasten, um bei einem Kurzschluss etc. Schäden an den Bauteilen zu vermeiden.
Dass SSR könnte natürlich auf einer Grundplatte (Stahl) montiert werden und zusätzlich mit Kühlkörpern bestückt werden, wäre kein Problem.

Die beiden Punkte mit Nullspannungsschaltend und Steuerspannung sind mir ungeläufig, eine kurze Erläuterung wäre hilfreich, werde mich morgen in der Uni damit auch noch beschäftigen.
Da das von dir verlinke SSR bereits Kühlkörper besitzt werde ich eher dieses verwenden. Bezüglich der Verkabelung muss ich auch noch schauen ob ich weitere Komponenten brauche, bzw wie was angeschlossen wird.
Die Aufheizung kann theoretisch auch langsam erfolgen, solange die Temperatur gehalten wird, wenn dies den Aufbau vereinfacht wäre das kein Problem. In der weiteren Forschung bzw falls diese Methode des Fügens eingesetzt wird, werden die Matrizen vermutlich durch Induktion erwärmt, da so eine raschere Aufheizung möglich ist und somit kürzere Taktzeiten. Dies soll aber nicht mein Problem und Aufgabe sein.