Durchflussregelung einer Pumpe mit S7-200

[hubert]

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Hallo SPS Freunde.

Habe folgendes Problem. Soll eine Durchflussregelung einer Pumpe mit S7-200 erstellen. Bin aber in der Regelungstechnik noch großer Anfänger.
Die Pumpe wird über eine FU gesteuert.
Kenndaten der Pumpe: bei 17Hz 5m³/h und bei 50Hz 20m³/h. Soll nun mit einer Regelung den Durchfluss so ändern das die Pumpe 8m³ pro Stunden fördert. Dabei soll aber die Regelung nicht stark überschwingen. Was für eine Regelung währe hier Richtig um den Solldurchfluss schnell zu erreichen und zu halten ohne das die Förderleistung der Pumpe beim hochregeln der Drehzahl stark über den Sollwert hinausschießt. Wäre für jede Hilfe von euch sehr Dankbar.

 

[Zottel]

Wenn du einfach nur 8 cbm/h einstellen sollst, könntest du ja die Drehzahl fest vorgeben. Überschwingen gibt's keins, da die anlaufende Pumpe erst die träge Flüssigkeit beschleunigen muß.
Für eine Regelung müßtest du noch einen Meßwertaufnehmer haben, der dir den tatsächlichen Durchfluß meldet.
Was soll die Regelung hauptsächlich ausregeln, Sollwertänderungen oder Störungen der Strecke (bei gleicher Drehzahl andere Fördermenge)?
Wenn das Nicht-Überschwingen tatsächlich ein wesentliches Kriterium ist, ist der geignete Regler ein "langsamer" PI-Regler.

 

[hubert]

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Hallo Zottel.

Danke mal für die Antwort. Hinter der Pumpe befindet sich eine Durchflussmesser die den Istdurchfluss der Pumpe anzeigt mit dem geregelt werden Soll. Die Regelung soll hauptsäclichh auf Anderung des Sollwertes reagieren. Den die Pumpe stellt die Wasservorsorgung von mehreren Auswaschanlagen zur Verfügung. Es sind momentan 11 Auswaschanlage die 0,95m³ Wasser pro Stunden benötigen. Die Auswaschanlage werden je nach Benötigung zu oder abgeschalten. Den Betrieb der jeweiligen Auswaschanlage bekomme ich über Potmeldung in meiner SPS mit. Nun Soll ich wie schon beschrieben auf die jeweilige Sollwertänderung schnell reagieren ohne das der Regler start schwankt. Bin für jede Antwort sehr dankbar. Bitte auch wenn es möglich ist eine kleine Erklärung abgeben wie ich das in der SPS realisieren soll.

 

[edi]

Hallo Hubert ,

warum willst du das unbedingt über SPS machen. Moderne Umrichter
haben komplette PI PID Regler intus.
Im einfachsten Fall über Potentiometer den Sollwert am Umrichter vorgeben( entsprechend der Pumpenkennlinie) und wie bereits von Zottel erwähnt einen geeigneten Durchflussmesser als Rückmeldung auf einen
weiteren Eingang des Umrichters . Die voroptimierten PI oder PID Regler
des Umrichters machen den Rest. Natürlich kannst du die Parameter
auch ändern.
Sieh dir mal die 6000 er und 8000er Reihe von Danfoss an.

Gruß

edi

 

[Zottel]

Die S7-200 hat auch einen Assistenten, der dir einen PID-Regler erstellt. Kann dir aber nicht auswendig sagen, wie es geht und habe keine Erfahrung mit dem erzeugten Code.

Wenn alle Anlagen gleichviel brauchen, zählst du erstmal, wieviele an sind. Ich nehme einfach an E0.0 ist die 1., E1.2 die letzte Anlage. MB0 die Zahl der Anlagen:

LD SM0.0 // immer ein
MOVB 0,MB0 //keine Anlage
LD E0.0 // ein wenn Anlage 1 ein
+B 1,MB0 //eine Anlage mehr
LD E0.1 // ein wenn Anlage 2 ein
+B 1,MB0 //eine Anlage mehr
...
LD E1.2 // ein wenn Anlage 11 ein
+B 1,MB0 //eine Anlage mehr

MB0 hat jetzt die Zahl der Anlagen. Möglicherweise brauchst du gar keinen Regler, sondern könntest den Sollwert der Pumpe auf vorher ermittelte Werte setzen, je nachdem wieviele es sind:

LDB= 0,MB0
MOV 0, MW2
LDB= 1,MB0
MOV 1000, MW2 //Die Werte hier sind willkürlich gewählt. Man müßte sie ermitteln.
LDB= 2,MB0
MOV 2100, MW2
LDB= 3,MB0
MOV 3300, MW2
...
LDB= 11,MB0
MOV 13400, MW2

MOV MW2,AAW0 //Ausgabe an Pumpe

Benötigst du aber einen Regler, so nimmst du den Sollwert für eine Anlage mit der Zahl der Anlagen (in MB0) mal und gibst es als Sollwert auf den PID-Regler. Die Parameter des PID-Reglers mußt du passend wählen, z.B. durch Probieren oder google nach Ziegler-Nichols.

 

[hubert]

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Hallo Zottel.

Danke schon mal für die schnelle Antwort. Habe mir nun die Regelungserklärung von Ziegler-Nichols angeschaut. Habe mir vor allem das verhalten des I Regler angeschaut und mit dem PI Regler der S7-200 ausprobiert. Dabei ist mit aufgefallen, wenn ich als Integrationszeit 2 Minuten eingebe und ohne P Regler arbeite so wird der Sollwert nach diesen 2 Minuten bei nichtverändern des Istwertes über den Regelausgang erreicht. Habe danach auch versuche mit PI Regler gefahren um das zusammenspiel dieser beiden Regler zu begreifen. Aber wie soll ich nun die Sollwertvorgabe für den FU geben, wenn ich nähe am Sollwert bin, dann wird ja der Regelausgang kleiner und dementsprechen die Sollwertvorgabe für die Pumpe. Das würde ja bedeute desto näher ich an den Sollwert komme desto weniger Fördert die Pumpe und wenn nun Sollwert gleich Istwert ist dann würde ja die Pumpe garnichtmehr fördern. Wie kann ich das nun machen das die Sollwertvorgabe für den FU der Pumpe bei erreichen des Sollwrtes nicht auf 0 geht und die Pumpe somit nichts fördert. Wäre für jede Hilfe in dieser Richtung dankbar. Eine frage habe ich noch wäre die ganze Regelung nur mit einem reinem I Regler auch machbar oder bracht man umbedingt den P Regler mitdabei.

 

[Zottel]

Hallo Zottel.
Danke schon mal für die schnelle Antwort. Habe mir nun die Regelungserklärung von Ziegler-Nichols angeschaut. Habe mir vor allem das verhalten des I Regler angeschaut und mit dem PI Regler der S7-200 ausprobiert.

War mir gar nicht klar, daß man den Regler als reinen I-Regler betreiben kann. Bei den meisten Reglern geht das nicht...

Dabei ist mit aufgefallen, wenn ich als Integrationszeit 2 Minuten eingebe und ohne P Regler arbeite so wird der Sollwert nach diesen 2 Minuten bei nichtverändern des Istwertes über den Regelausgang erreicht.

Ja, wenn der Istwer 0 ist. Der I-Regler integriert die Abweichung (summiert sie über die Zeit auf). Wenn du den Istwert anschließt, so nimmt die Abweichung stetig ab. Dadurch wird die Änderung immer kleiner. Der Ausgang nähert sich asymptotisch dem Endwert ohne ihn je zu erreichen.

Habe danach auch versuche mit PI Regler gefahren um das zusammenspiel dieser beiden Regler zu begreifen. Aber wie soll ich nun die Sollwertvorgabe für den FU geben, wenn ich nähe am Sollwert bin, dann wird ja der Regelausgang kleiner und dementsprechen die Sollwertvorgabe für die Pumpe.
Das würde ja bedeute desto näher ich an den Sollwert komme desto weniger Fördert die Pumpe und wenn nun Sollwert gleich Istwert ist dann würde ja die Pumpe garnichtmehr fördern.

Wenn du einen reinen P-Regler hast, so ist der Ausgangswert (Stellgröße) gleich Regelabweichung mal Verstärkung. Beim P-Regler hast du daher IMMER eine Regelabweichung. Der I-Regler hingegen "speichert" den Ausgangswert. Wenn keine Abweichung mehr da ist, ändert sich der Ausgang nicht mehr, sondern hält den Wert. Das Zusammenspiel beider Regler funktioniert so: Wenn du einen NEUEN Sollwert anlegst, tritt zunächst eine Regelabweichung auf. Der P-Regler verändert augenblicklich die Stellgröße, so daß die Abweichung um die Verstärkung kleiner wird, als sie es ohne Regler wäre. Die verbleibende kleine Abweichung führt nun dazu, daß die gespeicherte Summe des I-Reglers solange verändert wird, wie eine Abweichung besteht. Dadurch wird die Abweichung schließlich 0.

...
Eine frage habe ich noch wäre die ganze Regelung nur mit einem reinem I Regler auch machbar oder bracht man umbedingt den P Regler mitdabei.

Man braucht den P-Regler nicht unbedingt;allerdings dauert es dann eben sehr lange, bis sich der richtige Wert einstellt.

 

[hubert]

Hallo Zottel.

Habe nun die Regelung an einem FU ausprobiert und dabei ist mit folgendes aufgefallen. Steuer ich den FU nur über die Stellwertausgabe des I Regler an, so erhöht sich der Stellwert für den FU ständig und bleibt auch beim erreichen des Sollwertes stehen und der FU läuft auch dann ständig mit dieser vorgabe bis sich die Sollwertvorgabe ändert da noch eine Abwaschanlage eingeschalten wird. Steuer ich aber den FU über die Stellwertausgabe des PI Regler so springt der Stellwertausgang ständig auf und ab under der Regler braucht ewig bis der eingestellte Sollwert erreicht wird da sich auch die Motodrehzal ständig ändert und damit auch die Fördermenge der Pumpe ständig schwankt. Wie soll ich das nun mach damit der der Sollwert schnell erreicht wird. Bin für jede Hilfe dankbar. Habe folgene Einstellungen an den Reglern.

Nur I Regler:
Abtastzeit: 1.0 Sekunden
Integrationszeit: 0.5 Minuten
Vertsärkungdfaktor: 1.0
Der Sollwert wird bei diesem Regler schneller erreicht als beim PI Regler

PI Regler gemeinsam:
Abtastzeit: 1.0 Sekunden
Integrationszeit: 0.3 Minuten
Vertsärkungsfakto: 0.8
Es dauert ewig bis der Sollwert erreicht wird der Regelausgang springt ständig auf und ab.

 

[Zottel]

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Habe nun die Regelung an einem FU ausprobiert und dabei ist mit folgendes aufgefallen. Steuer ich den FU nur über die Stellwertausgabe des I Regler an, so erhöht sich der Stellwert für den FU ständig und bleibt auch beim erreichen des Sollwertes stehen und der FU läuft auch dann ständig mit dieser vorgabe bis sich die Sollwertvorgabe ändert da noch eine Abwaschanlage eingeschalten wird. Steuer ich aber den FU über die Stellwertausgabe des PI Regler so springt der Stellwertausgang ständig auf und ab

Das ständige auf und ab ist eine Schwingung. Sie entsteht dadurch, daß die Regelstrecke selbst verzögert auf die veränderte Stellgröße reagiert, ähnlich einem I-Regler. Das Zustandekommen der Schwingung läßt sich so erklären: Der Regler an sich ist gegengekoppelt, daß heißt, ein zu großer Istwert verringert die Stellgröße und wirkt damit seiner Ursache entgegen. Für eine gewisse Frequenz beträgt jedoch die Laufzeit von der Änderung der Stellgröße bis zur Auswirkung auf den Istwert genau eine halbe Periode. Bei dieser Frequenz ist dann die Phase der Änderung um 180 Grad gedreht und aus der Gegenkopplung wird für diese Frequenz eine Mitkopplung. Das System schwingt! Im Du mußt die Gesamtverstärkung des geschlossenen Systems bei der besagten Frequenz so verringern, daß sie unter 1 sinkt. Dadurch nimmt die Amplitude bei jeder Halbschwingung ab.
Im Allgemeinen läßt sich das durch Verringern der Verstärkung des P-Reglers erreichen.
Man kann das auch alles ausrechnen, wenn man die Eigenschaften der Regelstrecke kennt. Da sie aber in der Praxis schwer zu bestimmen sind und auch die Rechnung nicht einfach ist, kann man Verfahren wie Ziegler-Nichols einsetzen, um geeignete Parameter zu bestimmen.

PI Regler gemeinsam:
Abtastzeit: 1.0 Sekunden
Integrationszeit: 0.3 Minuten
Vertsärkungsfakto: 0.8
Es dauert ewig bis der Sollwert erreicht wird der Regelausgang springt ständig auf und ab.

Leider nützen die Zahlen gar nichts, wenn die Eigenschaften der Strecke unbekannt sind. Du kannst die Verstärkung mal verringern (solange halbieren, bis es stabil wird).
Vorher ermittelst du an dem Schwingenden System die Schwingungsdauer (z.B. mit der Stopuhr). Nach Ziegler Nichols sollst du dann die Integrationszeit auf die Schwingungsdauer multpliziert mit einem Faktor einstellen und die Verstärkung auf die, wo es gerade noch schwingt, multpliziert mit einem anderen Faktor.

 

[hubert]

Hallo Zottel

Melde mich erst jetzt wieder, da ich momentan mit einem anderem Projekt stark im Streß war. Nun aber zu meinem Problem noch, das noch immer anliegt.

Habe folgenden Text nicht Verstanden.

Vorher ermittelst du an dem Schwingenden System die Schwingungsdauer (z.B. mit der Stopuhr).

Ist die Schwinungdauer die Zeit die der Regler benötigt bis der Istwert gleich Sollwert ist?

Nach Ziegler Nichols sollst du dann die Integrationszeit auf die Schwingungsdauer multpliziert mit einem Faktor einstellen und die Verstärkung auf die, wo es gerade noch schwingt, multpliziert mit einem anderen Faktor

Wenn die Schwingunszeit die Zeit ist bis der Sollwert gleich Istwert ist, dann soll ich die Integrationszeit mals die gestoppte Zeit nehmen ab was soll ich nun mit dem Ergebniss tun? Aber mit Welchem Faktor einstellen?
Mit welchem Faktor soll ich nun die Verstärkungsfaktor nehmen?

Kannst du mir das noch mal erklären ich verstehe dies leider nicht.

 

[Anonymous]

Hallo!

Jeder FU hat einen mA Eingang, warum gibst du dann nicht einfach mit der S7-200 die mA aus zum FU!
z.B.:
Wenn keine Anlage in betrie ist z.B.: 4 mA (Pumpe steht)
Und dann für jede weitere Anlage +1,45 mA, das heist
wenn nur eine Anlage in Betrieb ist: 5,45 mA, bei zwei Anlagen dann 6,90 mA.
Wenn alle Anlagen in betrieb sind gibst du 20 mA vor.

So ersparst du dir, den Regler zu optimieren und du hast immer den korrekten Durchfluss.

 

[MRT]

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Hallo!

Ich bin jetzt registriert, war vorher der mess und regler!

Zu den mA-Angaben von mir, die sind nicht korrekt, ich hab mich leider verechnet!
Es ist einfacher wenn du 0 - 20 mA ausgibst, voraus gesetzt der FU kann das.

mfg MRT

 

[Zottel]

Hallo Zottel

Habe folgenden Text nicht Verstanden.

Vorher ermittelst du an dem Schwingenden System die Schwingungsdauer (z.B. mit der Stopuhr).

Ist die Schwinungdauer die Zeit die der Regler benötigt bis der Istwert gleich Sollwert ist?

Nein. Eine Schwingungsdauer kannst du nur messen, wenn dein Regelkreis wirklich schwingt. Dabei pendelt die Regelgröße ständig und regelmäßig um einen Mittelwert. Die Schwingungsdauer ist die Zeit von einem Maximum zum nächsten oder von einem "Nulldurchgang" zum anderen. So, wie bei einer Schaukel. "Nulldurchgang" bedeutet hier, den Zeitpunkt, wo Sollwert=Istwert ist, denn zu diesem Zeitpunkt ist der durch die Schwingung überlagerte Anteil 0. Die Messung von Nulldurchgang zu Nulldurchgang ist präziser.

Kannst du mir das noch mal erklären ich verstehe dies leider nicht.

Nimm mal an, dein Sollwert ist 15 m³/h.
Dein System schwingt und dein Istwert macht folgendes:
4 Sekunden: 17m³/h
5 Sekunden: 16.9977m³/h
37 Sekunden: 15m³/h
38 Sekunden: 14.952 m³/h
70 Sekunden: 13m³/h
103 Sekunden: 15m³/h
136 Sekunden: 17m³/h
169 Sekunden: 15m³/h

In diesem Beispiel sind Nulldurchgänge bei 37, 103 und 169 Sekunden. Diejenigen bei 37 und 169 werden in fallender Richtung durchlaufen. Die Schwingungsdauer ist 169-37=132 Sekunden. Die Werte bei 4 und 5 bzw 37 und 38 Sekunden zeigen, daß die Änderung in der Nähe des Nulldurchgangs größer sind als in der Nähe eines Maximums.
Die Schwingungshöhe ist hier 2. Von dem Mittelwert 15 schlägt die Schwingung um 2 nach oben (17) und 2 nach unten (13) aus.

Hoffe, so hilft es dir weiter.