TIA Füllstandsregelung Schüttgut

[TomDrom]

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Hallo zusammen,
ich habe folgende Aufgabe:
Es soll eine Füllstandsregelung programmiert werden. Dabei wird der Füllstand eines Schachts mit 5 kapazitiven Sensoren gemessen.
Der Füllstand bzw. das Schüttgut soll über einen Förderschnecke in den Schacht gebracht werden. Die Schnecke kann mit einer Drehzahl 0-1500 U/min belegt werden. Umso schneller die Schnecke, umso mehr Schüttgut gelangt in den Schacht.
Die optimale Füllhöhe liegt zwischen Sensor 2 und 3.
Was ist hier die technisch beste Lösung? Ist das einfach eine Zweipunktregelung mit entsprechender Hysterese? Oder kann hier auch ein PID-Regler benutzt werden, obwohl der Istwert nicht stetig ist? Ich will eigentlich erreichen, das die Regelung eine Drehzahl findet, in der die Füllhöhe fast nicht mehr zwischen Sensor 2 und 3 hin- und her springt, sondern konstant bleibt. Zumindest so, das die Füllhöhe sehr langsam zwischen 2 und 3 pendelt.

Danke und Grüße

 

[winnman]

Dann mach doch noch einen 3. Sensor rein (oder noch besser einen Analogen zB. Radarsensor, Silopilot. . .)

beim 3. Sensor (also in der Mitte zwischen 2 und 3): Pegel darunter langsam Drehzahl erhöhen, Pegel darüber langsam Drehzahl verringern.
Sensor 2 oder 3 anschlägt, dann schnellere Rampe, wenn Zeit X verstreicht und S2 oder 3 immer noch nicht reagiert dann ganz schnelle Rampe.

 

[Stadtranduser]

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Zumindest so, das die Füllhöhe sehr langsam zwischen 2 und 3 pendelt.

Sollte machbar sein mit I Verhalten.
S2 & S3 = drehzahl senken
S2 & !S3 = drehzahl konstant
!S2 & !S3 = drehzahl erhöhen

Abschaltbedingungen und Max Drehzahl müssen natürlich noch ausgedacht werden.

Anzunehmen ist ja eine parallele Entnahme, sodass diese dann auch integrativ eingehen kann.

 

[TomDrom]

Danke schon mal für die Antworten.
Dann kann ich mich mal ans Werk machen. Oder kennt zufällig jemand einen fertigen TIA-Baustein mit dem man so was realisieren könnte? (ich muss das Rad nicht unbedingt neu erfinden)

 

[Onkel Dagobert]

Um den Füllstand zu regeln, genügt ja eigentlich schon einer der Sensoren. Ist der Sensor belegt, verringert man den Stellgrad über eine Rampe, ist er frei, erhöht man ihn. Der Füllstand wird dann ständig mehr oder weniger um diesen Sensor herum schwanken, was man im Idealfall kaum bemerken wird. Die restlichen Sensoren können als Überlauf- und Leerlaufschutz dienen. Die Funktion, die du hierfür benötigst, könnte man auch als "Motor-Poti" bezeichnen, was man so ziemlich mit jedem FU über digitale Eingänge realisieren könnte. Unsereiner behält die Rampe natürlich vorzugsweise in der SPS unter Kontrolle.

Ok, hab's zu spät gelesen, winnman hatte in #2 ähnliches vorgeschlagen.

 

[TomDrom]

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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.

 

[Heinileini]

Dann mach doch noch einen 3. Sensor rein (oder noch besser einen Analogen zB. Radarsensor, Silopilot. . .)

Einen 3. Sensor? Zu spät! Denn 5 sind doch schon drin:

Es soll eine Füllstandsregelung programmiert werden. Dabei wird der Füllstand eines Schachts mit 5 (in Worten: fünf) kapazitiven Sensoren gemessen.

Oder zählen kapazitive Sensoren nicht?

• Den Istwert kann ich durch die 5 Sensoren nur stufenweise abbilden: 0%, 20%, 40%, 60%, 80% und 100%

Wer damit Probleme hat, sollte sich von der DigitalTechnik trennen
oder
mit kleineren Stufen (ggfs jedoch mehr davon?) Vorlieb nehmen
oder
versuchen, sich mit den Stufen bzw. der "Stufigkeit" abzufinden.

• D-Anteil wird deaktiviert

Der D-Anteil ist theoretisch durchaus nützlich, es sei denn, die "Stufigkeit" ist so happig, dass der D-Anteil mehr stört als nützt.

• P-Anteil festlegen und einen leichten I-Anteil, sonst wird Regeldifferenz nicht ausgeregelt

Auch damit (dem nicht-Ausregeln einer RegelDifferenz) kann man u.U. sehr gut leben. Man darf gerne im Hinterkopf bewahren, dass z.B. das Einführen einer SchaltHysterese ebenfalls einem Ausregeln einer RegelDifferenz entgegenwirkt.

• Regelung schwankt nun zwischen einem Punkt z.B. 60% bzw. geht als etwas darunter und darüber

Ja und? Von dem "etwas darunter und darüber" lebt eine Regelung.

• mit dem Sollwert kann ich etwas spielen z.B. 60% oder 45%. Dadurch unterschiedliche große Regeldifferenzen, bzw. dann unterschiedlich stark wirkender I-Anteil

Auch das ist gar nicht sooo ungewöhnlich. Viele Regelungen verlassen sich darauf, dass nur "in einer Richtung" (z.B. Heizen) aktiv eingegriffen wird, während das Beeinflussen in der umgekehrten Richtung (z.B. Abkühlung) durch "Abwarten und TeeTrinken" erledigt wird.

• Durch eine Vorsteuerung kann das Verhalten optimiert werden

Durch eine Vorsteuerung entfernt man sich aber von einer "Regelung". Eine Regelung reagiert auf eine Änderung der RegelDifferenz.
Eine Vorsteuerung versucht vorausschauend zu handeln, wenn eine Reaktion auf eine RegelDifferenz zu spät käme.
Das Problem hierbei ist jedoch, dass "Prognosen schwierig sind, besonders, wenn sie die Zukunft betreffen"! Man muss über viel Erfahrung verfügen und ziemlich sicher sein können, dass falsch vorausgesagte Entwicklungen sich weniger störend auswirken, als Einflüsse, die nicht voraussehbar sind.
Nicht immer ist es sooo wichtig, einen Sollwert 100% genau einzuhalten. Oft ist es wichtiger, die Regelung mit weniger heftigen Reaktionen bei geringfügigen Abweichungen auszustatten. Z.B., wenn man dadurch Energie sparen kann.

 

[Onkel Dagobert]

... einen leichten I-Anteil, sonst wird Regeldifferenz nicht ausgeregelt ...

Vergebliche Liebesmüh! Wie willst du denn auf den Punkt regeln, wenn du die Regelgröße nicht kennst?

 

[Stadtranduser]

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Der I bewirkt dann bei gleichbleibender Entnahme das beständige pendeln zwischen zwei Sensoren.

 

[Onkel Dagobert]

Der I bewirkt dann bei gleichbleibender Entnahme das beständige pendeln zwischen zwei Sensoren.

Genau, so wie eine Zweipunktregelung, nur noch ungenauer.
Manchmal ist weniger mehr, TomDrom. Generell kann man sagen, man kann nicht genauer regeln, als man mißt. Wie auch? Aber das merkst spätestens, wenn du es umzusetzen versuchst.

 

[Case52]

Oder eine andere Mühsame Variante ist die Hys anhand von einer Zeit zu steuern. Du weißt ja ca. wie schnell durch die Abnahme Ini3 abfällt auf INI 2. Also gibst du zeitliche Schaltstufen vor... 20 Sek. auf 20% zum Beispiel, bei nicht erreichen erhöhst du wiederum mit 20Sek die 40%......

Oder ein Radar Sensor verwenden und es Analog über ein Regler laufen lassen.

Aber zeitgemäß sind solche festen Drehzahlprozente auch nicht mehr. Dir brennen ja die Schütze ab zumindest im mittleren Bereich zwischen 40 und 80 % bei diesen Schaltschwellen

 

[Heinileini]

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Ich würde das per Polygon regeln 2mal nen 0% Wert bei INI 2 und INI3 mit 2mal 100%

Dazwischen pendelt dann deine Regelung mit 20, 40, 60 und 80%. Das musst du dann eben noch dem Polygon nachfügend machen. Ist aber mit einem Vergleich auf welchen Wert er gerade steht kein Problem.

Habe Deine Absicht nicht wirklich verstanden, vermute aber, dass dabei eine Vorsteuerung herauskommen könnte, die der TE ohnehin schon realisieren/nachstricken möchte.

Oder eine andere Mühsame Variante ist die Hys anhand von einer Zeit zu steuern.

Was bedeutet eigentlich "Hys"? Abkürzung von "Hysterese" oder fantasievolle Schreibweise von "Highs" oder ... ?

Du weißt ja ca. wie schnell durch die Abnahme Ini3 abfällt auf INI 2. Also gibst du zeitliche Schaltstufen vor... 20 Sek. auf 20% zum Beispiel, bei nicht erreichen erhöhst du wiederum mit 20Sek die 40%......

"Du weisst ja ...": das klingt auch nach dem Einführen einer Vorsteuerung aufgrund eines vorhandenen Wissens, das die Möglichkeiten eines Reglers übersteigt.

Oder ein Radar Sensor verwenden und es Analog über ein Regler laufen lassen.

Mit "analog" meinst Du anscheinend auch nichts anderes, als "digital mit ganz feinen, aber ganz vielen Stufen"?
Viele kleine Stufen lassen mich hoffen, dass ein D-Anteil des Reglers sinnvoll nutzbar werden könnte.

Aber zeitgemäß sind solche festen Drehzahlprozente auch nicht mehr. Dir brennen ja die Schütze ab zumindest im mittleren Bereich zwischen 40 und 80 % bei diesen Schaltschwellen

Sind die Schütze denn noch "zeitgemäss"?

 

[Case52]

Habe Deine Absicht nicht wirklich verstanden, vermute aber, dass dabei eine Vorsteuerung herauskommen könnte, die der TE ohnehin schon realisieren/nachstricken möchte.

Durchaus als Vorstufe

Was bedeutet eigentlich "Hys"? Abkürzung von "Hysterese" oder fantasievolle Schreibweise von "Highs" oder ... ?

Gängige Abkürzung für Hysterese

"Du weisst ja ...": das klingt auch nach dem Einführen einer Vorsteuerung aufgrund eines vorhandenen Wissens, das die Möglichkeiten eines Reglers übersteigt.

Wieso übersteigt es die Möglichkeit. Denke eher das die Regelung dadurch sehr flüssig wird

Mit "analog" meinst Du anscheinend auch nichts anderes, als "digital mit ganz feinen, aber ganz vielen Stufen"?
Viele kleine Stufen lassen mich hoffen, dass ein D-Anteil des Reglers sinnvoll nutzbar werden könnte.

Wieso stellst du immer die Frage nach dem D Anteil? Das ist in erster Linie zum Starten uninteressant. P und I müssen zuerst aufeinander eingestimmt werden bevor man an nen D Anteil überhaupt denken kann. D kommt immer zum Schluss. Erst mal ist es Wichtig die Förderschnecke regelbar zu bekommen was die Drehzahl angeht. Abhängig welches Getriebe da noch dran hängt (Übersetzungsverhältnis!)

Sind die Schütze denn noch "zeitgemäss"?

Natürlich, in manchen Bereichen sogar nach wie vor Pflicht

Mit "analog" meinst Du anscheinend auch nichts anderes, als "digital mit ganz feinen, aber ganz vielen Stufen"?
Viele kleine Stufen lassen mich hoffen, dass ein D-Anteil des Reglers sinnvoll nutzbar werden könnte.

Ähm, Grundlagen Wissen. Analog ist Analog (0-10V, 0 (4-20mA),0-5V.
Digital entweder 0 oder 1
Was ist besser für ein in Schrittbereichen unterlagertes Messsignal. Die Antwort ergibt sich von selbst.
Digital kann bei solchen Schwankungen niemals effektiv eine Lösung auf dauer sein. Wie willst du die verschiedenen Entnahmegeschwindigkeiten oder Befüllungen den sauber regeln, wenn du nur zwei Schwellwerte zur Verfügung hast. Der I Anteil müsste sich ja jedes Mal verändern.
Zumal eigentlich dann nur der 3 Sensor der ist welcher schalten wird. Er liegt ja im Min / Max Bereich.

Meine Empfehlung ganz klar, Radarsonde verbauen mit Analogwert (Aufs Schüttgut achten, nicht jeder Radar Sensor ist für alles geeignet). Diesen sauber skalieren und ab damit auf einen ganz normalen Regler. PI völlig ausreichend. Dann hast du Ruhe und es ist sauber gelöst

 

[Heinileini]

Wieso übersteigt es die Möglichkeit. Denke eher das die Regelung dadurch sehr flüssig wird

Ein Regler reagiert immer auf Gegebenheiten/Veränderungen. In die Zukunft blicken und etwas voraussehen kann ein Regler ein ganz klein wenig ausschliesslich mit seinem D-Anteil. Vorsteuerung ist eine ganz andere Welt als Reglung. Beide lassen sich natürlich trotzdem kombinieren.

Wieso stellst du immer die Frage nach dem D Anteil? Das ist in erster Linie zum Starten uninteressant. P und I müssen zuerst aufeinander eingestimmt werden bevor man an nen D Anteil überhaupt denken kann. D kommt immer zum Schluss. Erst mal ist es Wichtig die Förderschnecke regelbar zu bekommen was die Drehzahl angeht. Abhängig welches Getriebe da noch dran hängt (Übersetzungsverhältnis!)

Genau das sehe ich (immer noch) ganz anders:
1. P-Anteil ermitteln
2. D-Anteil ermitteln und gleichzeitig noch den P-Anteil höherkitzeln, um Einschwingen zu verbessern und Überschwingen zu minimieren
3. I-Anteil ermitteln, um zu guter Letzt verbleibende, längere Zeit bestehende Abweichungen zu minimieren.

Ähm, Grundlagen Wissen. Analog ist Analog (0-10V, 0 (4-20mA),0-5V.
Digital entweder 0 oder 1
Was ist besser für ein in Schrittbereichen unterlagertes Messsignal. Die Antwort ergibt sich von selbst.
Digital kann bei solchen Schwankungen niemals effektiv eine Lösung auf dauer sein. Wie willst du die verschiedenen Entnahmegeschwindigkeiten oder Befüllungen den sauber regeln, wenn du nur zwei Schwellwerte zur Verfügung hast. Der I Anteil müsste sich ja jedes Mal verändern.
Zumal eigentlich dann nur der 3 Sensor der ist welcher schalten wird. Er liegt ja im Min / Max Bereich.

Irgendwie haben wir beide ganz unterschiedliche Betrachtungsweisen.
Analog heisst für mich
- entweder in "realer" AnalogTechnik (also nicht digital) oder
- oder mit den Mitteln der DigitalTechnik "nachgebildete AnalogTechnik" mit feinen Abstufungen der darstellbaren analogen Werte.
Das ist für mich durchaus DigitalTechnik. Den Begriff "digital" beschränke ich nicht auf Werte, die sich mit 1 Bit darstellen lassen.

 

[Case52]

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@Heinileini
Also ich habe schon ziemlich viele Tanklager hinter mir. Ob Feststoff oder Liquid. Plane und Programmiere ja überwiegend genau so etwas.
Mich schockt eher gerade das für dich Analogwertsignal "Digital" sind und umgekehrt. Aber du scheinst dir deiner Sache sehr überzeugt zu sein.
Einen Regler nur über Initiatoren zu steuern die entweder eine 1 oder eine 0 liefern als Schaltzustand und das alles dann mit P Anteil. Naja was soll ich sagen, wird sehr schwer werden dies so zu realisieren das es vernünftig läuft.
Aber ich sage in solchen Momenten immer "Ja, machen". Das sind die Aufträge dann von morgen.

Ohne hier dein Wissen in Frage zu stellen. Aber das macht man vll. im HLK Bereich so. Aber ich denke für eine Bunkerbestückung ist das der falsche Ansatz.

Ich lese mal im Hintergrund weiter mit.

 

[Onkel Dagobert]

... Aber das macht man vll. im HLK Bereich so...

Dort schon garnicht. Das würde kein Heizregister überleben.

... oder mit den Mitteln der DigitalTechnik "nachgebildete AnalogTechnik" mit feinen Abstufungen der darstellbaren analogen Werte.

"Quasi-analog" haben wir das früher genannt.

.. Viele kleine Stufen lassen mich hoffen, dass ein D-Anteil des Reglers sinnvoll nutzbar werden könnte...

Die Hoffnung stirbt zuletzt.

 

[Heinileini]

@Case52: Ich muss mich wohl sehr missverständlich ausgedrückt haben.

Mich schockt eher gerade das für dich Analogwertsignal "Digital" sind und umgekehrt. Aber du scheinst dir deiner Sache sehr überzeugt zu sein.
Einen Regler nur über Initiatoren zu steuern die entweder eine 1 oder eine 0 liefern als Schaltzustand und das alles dann mit P Anteil.

Wenn die DigitalTechnik benutzt wird, um AnalogTechnik zu "simulieren", dann merkt man sehr schnell, dass sich nicht alles wie AnalogTechnik verhält.
Die Stufigkeit ("Granularität") der AnalogSignale sorgt dafür, dass insbesondere der D-Anteil unerwartete(?) Eigenschaften annimmt, die man bei einer sehr feinen Abstufung oder erst recht in "realer" AnalogTechnik kaum bis nicht bemerkt.
Dass sich die DigitalTechnik nicht einzig auf 1-Bit Signale beschränkt bzw. beschränken muss, sondern auch aus Werten bestehen kann, die sich aus mehreren Bits zusammensetzen, ist eigentlich keine so ganz neue BetrachtungsWeise. TaschenRechner würde ich z.B. unter DigitalTechnik einsortieren, ohne deswegen GewissensBisse zu bekommen.
Deshalb bin ich durchaus überrascht, dass Dein Entsetzen darüber so krass ausfällt.
Einen Regler nur über Initiatoren zu steuern, die entweder eine 1 oder eine 0 liefern, dürfte in der Tat eher die Ausnahme sein. Aber bedenke: mit 5 Initiatoren (siehe Beitrag #1) lassen sich bereits bis zu 32 Stufen realisieren.

Aber ich sage in solchen Momenten immer "Ja, machen". Das sind die Aufträge dann von morgen.

Damit's nicht langweilig wird, mal zwischendurch 'was Neues probieren.

 

[Onkel Dagobert]

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Ich sag' dazu nichts mehr Ich habe manchmal den Eindruck wir sind hier bei "Genial Daneben".

Richtigstellung:
Meine Äußerung bezog sich auf einen Beitrag eines Members namens "Urmasllves", der vorhin noch zwischen dem Beitrag von Heinileini und dem meinen stand. Seit wann verschwinden denn Beiträge von Membern, die sich in Luft auflösen? Das verfälscht den ganze Verlauf!

 

[Onkel Dagobert]

Hier der vollständige Text des Zitats: „Alles Geniale ist einfach, und alles Einfache ist genial. Kleine Leute verstecken ihre Bedeutungslosigkeit gerne hinter komplexen Dingen.“ —- Von einen Moderator editiert —-

Du bestätigst meinen Eindruck.

 

[Mrtain]