Sehr träge Temperaturregelung

[Onkel Dagobert]

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Hallo Leute,

ich hoffe mal wieder auf einen Rat von euch.

Die Temperatur eines Beckens mit ca. 1500m³ wasserähnlicher Flüssigkeit soll auf einer konstanten Temperatur gehalten werden (dT=0,1°C oder besser). Aufgeheitzt wird das Medium durch eine Warmwasser-Heizschleife direkt im Becken. Stellglied ist eine Umwälzpumpe (Ein/Aus). Die Temperatur messe ich mit sehr hoher Genauigkeit von 15bit im Messbereich von 0..60°C. Der Aufheizvorgang von 10°C auf 44°C läuft im Moment und dauert ca. 3 Wochen! Danach soll die Temperatur für immer und ewig gehalten werden. Nun hatte ich an einen PID-Regler (CONT_C) mit nachgeschaltetem PWM-Glied (selfmade) gedacht. Im Prinzip sollte das machbar sein, allerdings quälen mich folgende Probleme:

1. Welche Nachstellzeit wird notwendig sein? Es übertrifft mein Vorstellungsvermögen. Diesbezügliche Beobachtungen werden sehr zeitaufwändig sein.

2. Arbeitet der CONT_C überhaupt mit solch hohen Zeiten oder kann es zu Problemen bei der Berechnung kommen?

3. Welche Abtastzeit wähle ich?

4. Oder sollte ich es besser verwerfen und einen Zweipunktregler einsetzen? Mit einem Zweipunktregler wäre es natürlich sehr viel einfacher zu realisieren. Ich wollte jedoch die Hysterese eines Zweipunktreglers vermeiden. Vielleicht falscher Ehrgeiz?

Was meint ihr dazu?


Gruß, Onkel

 

[crash]

hallo
also bei einer temperaturerhöhung von 34°C (10°->44°) in ca. 3 Wochen macht das pro Stunde einen Temperaturanstieg von noch nicht einmal 0.07°C.
(Anstiegsverlangsamung nicht berücksichtigt)
Das geht doch ohne PID-Regler.
Wie genau ist deine Messung? 0.1° oder 0.01°
wie groß ist der Meßfehler?

 

[Ralle]

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Ich glaube auch bald, daß man sich da mit einem PID-Regler selbst abschießt.
Der Regelt dann im 2 Tagesrythmus um 0,1 Grad, solche Zeitkonstanten
kann doch keiner bestimmen. Ich denke auch, ein Zweipunktregler tuts.
Natürlich kann man es nebenbei versuchen, also Temperatur und Ausgang mitloggen um eine Kurve aufzunehmen, wie sich das Wasser beim Abkühlen und Erwärmen um die gewünschte Solltemperatur herum genau verhält.

 

[Onkel Dagobert]

Hallo crash,

bei 15bit und einem Messbereich von 0..60°C beträgt die Auflösung rund 0,0022°C. Zudem habe ich den Messwert sehr stark gedämpft (Zeitkonstante 10 Minuten), kann ja nicht schaden, bei einem solchen trägen System. Den Messwert direkt am Eingang habe ich noch garnicht beobachtet. Messfehler bedingt durch Toleranzen etc. sind mir erst einmal egal (und werden es vermutlich auch bleiben ). An der Stelle wo gemessen wird, misst mit Sicherheit auch niemand nach. Es kommt auch garnicht so sehr auf den Absolutwert an, sondern mehr auf einen möglichst konstanten Wert.

Die Bedingungen für eine Zweipunktregelung sind eigentlich sehr gut. Meinst du das?


Gruß, Onkel

 

[crash]

Zweipunktregelung ist völlig ausreichend bei der Trägheit und bei 15 Bit-Auflösung des AI.

 

[Onkel Dagobert]

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Hallo Ralle,

Ich glaube auch bald, daß man sich da mit einem PID-Regler selbst abschießt.

Das bestärkt meine Bedenken. Denke, ich werde wohl wieder Abrüsten. Bei den sehr guten Bedingungen die ich habe kann ich die Hysterese vielleicht sehr klein halten (<<0,1°C). Wahrscheinlich wird es so werden.

Danke euch erst mal.


Gruß, Onkel

 

[Antonio]

Also bei solchen Verzugzeiten denke ich ist der 2-Punkt regler keine gute Lösung. Man speisst 2 Tage lang Energie ein um die gewünschte Solltemperatur zu erreichen, schaltet dann ab.
Was Passiert dann mit der Energie die noch im System Steck? Wie reagiert mann auf die Störgrössen?
Also ich Schätze das ein reiner PI-Regler dann doch eher geeignet wäre.

 

[Onkel Dagobert]

Hallo Antonio,

wieso zwei Tage? Man schaltet zwischen Schwellwerten. Gut, das könnte u.U. zwei Tage dauern.

..Was Passiert dann mit der Energie die noch im System Steck?

Nun, ich denke, diese Energie ist für die Zeitkonstante verantwortlich, die das ganze etwas erschwert.

..Wie reagiert mann auf die Störgrössen?..

Störgrößen sind bekannt. Zum einen ist es die Wärmeabgabe an die Umwelt, dann die unregelmäßige Zugabe und Entnahme des Mediums und die Umwälzung des Inhalts durch Rührwerke. Alle Störgrößen werden nicht erfasst und müssen vom Regler ausgeregelt werden, egal ob Zweipunkt- oder PI-Regler.

..Also ich Schätze das ein reiner PI-Regler dann doch eher geeignet wäre.

Ja, das war auch mein erster Gedanke, und das ist sicherlich auch die deluxe-Lösung. Ich hatte es auch schon im Programm umgesetzt. Jedoch wird eine Regleroptimierung sehr schwierig und vor allem sehr zeitaufwendig werden. Ich würde es liebend gerne versuchen, jedoch sind unsere Recourcen dank Fucking-WinCC-Flexible längst verbraucht. Fernwartung ist vorgesehen, muss jedoch noch umgesetzt werden.

An dieser Stelle wieder mal ein besonderer Dank an Siemens!


Gruß, Onkel

 

[kpeter]

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Hallöchen

Mal auf was ganz anderes zeig

wieviel temperaturmessungen hast du denn in deinen system

ich kann mir nicht vorstellen das die temperatur in einen 1500 m³ becken gleich ist. Da wird es sicher Temperatur unterschiede geben und dann ist die frage wo soll eine genauigkeit von 0,1 ° erzeugt werden.

Es wird doch erfahrungswerde geben wielange es dueert das die masse um 0,1 ° grad absinkt bzw wie lange es dauert sie zu erhitzen.

Ich würde die temperatur differenz nehmen die soll-ist und die berechnete energiemenge ins system einspeisen und warten was passiert steigt die energie auf errechneten wert steigt sie nicht noch mal 10 % mehr reinpulvern usw usw

 

[Unregistrierter gast]

Es wird doch erfahrungswerde geben wielange es dueert das die masse um 0,1 ° grad absinkt bzw wie lange es dauert sie zu erhitzen.

Nette Idee, funktioniert aber nur, wenn die Störgrößen immer gleich sind.
Z.B. die Außentemperatur wird doch einen entscheidenden Einfluss haben...

 

[Unregistrierter gast]

2. Arbeitet der CONT_C überhaupt mit solch hohen Zeiten oder kann es zu Problemen bei der Berechnung kommen?

3. Welche Abtastzeit wähle ich?

Gruß, Onkel

In einer Anlage mit sehr hohen Einstellzeiten (mehrere Stunden, allerdings keine Wochen...) Habe ich die Regler im Minutentakt aufgerufen, um zu verhindern, dass interne Anteile der Reglers überlaufen.

Faustregel ist wohl, Abtastzeit = 1/10 der Einstellzeit.

 

[kiestumpe]

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2 Pkt Regler

Hallo Leute,

ich hoffe mal wieder auf einen Rat von euch.

Die Temperatur eines Beckens mit ca. 1500m³ wasserähnlicher Flüssigkeit soll auf einer konstanten Temperatur gehalten werden (dT=0,1°C oder besser). Aufgeheitzt wird das Medium durch eine Warmwasser-Heizschleife direkt im Becken. Stellglied ist eine Umwälzpumpe (Ein/Aus). Die Temperatur messe ich mit sehr hoher Genauigkeit von 15bit im Messbereich von 0..60°C. Der Aufheizvorgang von 10°C auf 44°C läuft im Moment und dauert ca. 3 Wochen! Danach soll die Temperatur für immer und ewig gehalten werden. Nun hatte ich an einen PID-Regler (CONT_C) mit nachgeschaltetem PWM-Glied (selfmade) gedacht. Im Prinzip sollte das machbar sein, allerdings quälen mich folgende Probleme:

Was meint ihr dazu?


Gruß, Onkel

Hallo Onkel Dagobert,

ich denke hier spricht alles für einen 2-Punkt Regler. Würde in auf +/- 0,05 Grad einstellen.
Die Masse deine Heizelements ist doch eher klein zum Gesamtbecken, oder? (wegen Überschwingens)
Und nicht vergessen - immer gut uuuuuuuumrühren ;-)

hth

 

[Ralle]

Kistumpe hat Recht, wenn die Heizelemente nicht stundenlang nachglühen (machen wir immer mit Whisky ), dann schwingt das ja nicht Welten über.
1500 m³ (100x10x1,5) is'n schicker Swimmingpool . Aber was ist dann die wasserähnlicher Flüssigkeit, Bier?

 

[kiestumpe]

Kistumpe hat Recht, wenn die Heizelemente nicht stundenlang nachglühen (machen wir immer mit Whisky ), dann schwingt das ja nicht Welten über.
1500 m³ (100x10x1,5) is'n schicker Swimmingpool . Aber was ist dann die wasserähnlicher Flüssigkeit, Bier?

...schau doch mal auf den Namen - vielleicht ist's ja was sehr wertvolles.
So'n Pool hät ich auch gern zu Haus

 

[Onkel Dagobert]

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Hallo,

danke an alle für die zahlreichen Hnweise. Der Publikumsjoker hat sich schon mal gelohnt, den fifty-fifty hebe ich mir noch etwas auf. Ich tendiere zu der Zweipunktregelung, behalte den PID-Regler aber dennoch im Programm. Vielleicht habe ich ja später, oder bei Folgeprojekten mal Gelegenheit zum Testen.

...1500 m³ (100x10x1,5) is'n schicker Swimmingpool . Aber was ist dann die wasserähnlicher Flüssigkeit, Bier?

Das Becken ist rund, 20m im Durchmesser und 5m hoch. Die Dinger schiessen zur Zeit aus der Erde wie Pilze nach einem warmen Sommerregen. In dieser Brühe würde man nur äußerst unfreiwillig baden. Nach Bier schmeckt es vermutlich auch nicht, hab's aber noch nicht versucht.

...vielleicht ist's ja was sehr wertvolles...

Allerdings, das ist es! Man könnte es zumindest so sehen.


Gruß, Onkel

 

[Ralle]

@Onkel Dagobert

Du badest in Sch...??? Ich dachte imme in Gold .

 

[gravieren]

Hi

Sorry Jungs.

Habt ihr schon Erfahrungen damit ?

Ich hatte die Aufgabe einen Kühlbehälter,
der nur ca. 6 x 1,2 x2,8 m an Abmessung hatte mit
einer besseren Genauigkeit als +- 0,4°C zu halten.

Je nach Bearbeitung, wird unterschiedlich Energie zugeführt.


Alte Regelung war ein 2-Punkt-Regler ! ! !
Trotz einstellung einer Hysteresse von 0,1 °C war es nicht möglich,
bessere Ergebnisse als +-2,5 °C zu erreichen ! ! !


(Kühlungsbedarf wird mit Kaltwassersatz erreicht)

Problem: Einstellung 20°C, Hysteresse 0,1°C.
Temperatur steigt, ab 20.1°C Kaltwassersatz mit 100% Kühlleistung (Mit wieviel sonst, bei einen 2-Punkt-Regler) .
Wasser erhitzt weiter (Kühlwirkung noch nicht messbar) bei 22.5°C bleibt die Temperatur stehen. Abkühlen, Kaltwassersatz 100%. Temperatur sinkt auf 20.1°C Kaltwassersatz 100% . Wasser 20,0°C Kaltwassersatz aus. Temperatur sinkt weiter ! Die Nachlaufende Kühlenergie kühlt das
Wasser auf bis zu 18°C ab.
Dauer ca. 45 minuten.



Ergo --> Regelung ist NUR durch PIDT1 (PIT1) möglich .
Es wird eine Genauigkeit von etwa (+- 0,1 °C in der Praxis erreicht, natürlich Relative Temperatur)


Auflösung der Isttemperatur MUSS 0,01°C sein (Logisch eigentlich).

 

[gravieren]

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Nachtrag: Ansteuerung erfolgt mit PWM (Ohne NICHT lösbar)

Software Standard PID-Control (Simatic Step 7).

 

[Onkel Dagobert]

Hallo Ralle,

man kann aus Sch.. tatsächlich Gold machen. Leider ist es nicht meine Geldmaschine. Und in Wirklichkeit bin ich auch nicht so reich wie ihr alle denkt. Naja, jedenfalls darf es niemend wissen .


Gruß, Onkel

 

[Onkel Dagobert]

Hallo Karl,

...Ergo --> Regelung ist NUR durch PIDT1 (PIT1) möglich...

Interessante Sache. Die Verhältnisse sind mit meiner Anlage jedoch überhaupt nicht vergleichbar. Ich habe so gut wie keine Wärmespeicher, die das Medium nach Abschalten der Heizung weiter erhitzen.


Gruß, Onkel