Steuerung/Regelung einer Absaugungs-, Wärmerückgewinnungs- und Zuluftanlage.

Johannsknle

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Hallo erstmal, ich stehe momentan vor der Aufgabe, eine SPS Steuerung für eine Abluft, Wärmerückgewinnungs und Zuluftanlage für eine Fabrikhalle zu programmieren.
Kleine Beschreibung des momentanen Standes der Anlage/Steuerung:
Es sind 2 Gebläse verbaut, für die Abluft 1x 44kW und die Zuluft 1x 22kW beide Frequenzgesteuert. Der Abluftmotor wird von Schaltschrank 1 angesteuert und läuft mit 2 Drehzahlen. 50% = 10000m³/h und 100% = 20000m³/h. Es werden 2 Brennschneidtische Abgesaugt, deshalb die 2 Stufen. Hier bleibt alles so wie es ist.
Der Zuluftmotor wird in Schaltschrank 2 gesteuert und hat momentan auch 2 Stufen über Poti einstellbar, 50 und 100% = 8000 und 16000m³/h. Ist die Abluft auf 50% ist die Zuluft auch auf 50%, logisch.
Bei der Zuluft ist eine Wärmerückgewinnung drin, die Wärme aus der Abluft in die Zuluft gibt, diese ist über ein Wärmetauscherrad das auch Drehzahl Regelbar ist realisiert.
Die Steuerung des Wärmetauschers ist ein RAM 410.111 Stetigregler verbaut, der die Temperatur der Zuluft mit einer eingestellten Solltemperatur vergleicht.

Folgende Eingänge Stehen mir zur Verfügung:
Innen-, Außen,- Abluft- und Zulufttemperatur
Absaugung aktiv Stufe 1 (50%)
Absaugung aktiv Stufe 2 (100%)
Zuluft aktiv
Wärmerückgewinnung aktiv
Volumenstrom Zuluft (Analog)

Ausgänge:
Solldrehzahl Motor Zuluft
Solldrehzahl Wärmetauscher

Nun zu meiner Frage:
Wir haben die Entscheidung getroffen diese Anlage über eine Beckhoff SPS zu Steuern/Regeln. Die SPS hat HMI um Prozesswerte anzuzeigen und Einzustellen.

Wie kann man eine Regelung beider Drehzahlen realisieren, Zuluft und Wärmetauscher sodass sofern von Außentemperatur möglich eine angenehme Zulufttemperatur hereinkommt und möglichst immer mindestens gleich viel Zuluftvolumen herein kommt wie Abluftvolumen heraus geht.
Ich bin selbst in der Regelungstechnik nicht wirklich erfahren, frage deshalb hier um Rat.
Oder habt ihr andere Ideen wie man das lösen könnte? Freue mich auf Antworten.
 
Oscat hat ne HLK Bibliothek, Beckhoff imo auch. Da dürften schon grundlegend geeignete Module drinsein.
 
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Wenn die Abluft nur 2 Stufen hat, dann wird für die Zulauft wahrscheinlich auch nur in Frage kommen die auf 2 Stufen zu steuern. -> 1. Problem erledigt.
WRG und angenehme Temperatur: gibt es ausser der WRG noch eine Heizung? Ansonsten kommt etwas zeitverzögert immer das rein (Minus Verlusten) was bei der Abluft rausgeht, Hier könnte man ev. über einen FU die Zulufttemperatur beeinflussen (langsamer -> geringere Zulufttemperatur.

Wenn Druckdifferenzen bestehen zwischen den stufen, dann kann man ev. auch über fix eingestellte Dosselklappaen nachdenken, ev. für die Zuluft einen FU und eine Druckdifferenzmessung gegen Aussen.
 
möglichst immer mindestens gleich viel Zuluftvolumen herein kommt wie Abluftvolumen heraus geht.
Schwierig. Dann dürfte die Abluft nicht wärmer als die Zuluft sein.
Das wären unrealistische 100% WRG. Feuchte mal unbetrachtet.

Zumindest dafür würd ich mal nen Lüftungsfachmann eine Volumenstrom/Zustandsberechnung machen lassen, damit Du Eckwerte hast.
 
Also eigentlich musst in der SPS garnix regeln. Die WRG regelt sich über den Hardwareregler ja selbst. Der Rest ist Mechanik...
Überleg halt nur, wann Du die Ventilatoren in der ersten (Nacht, Pause) bzw. zweiten (Schicht) Stufe laufen lässt...

Oder soll das bestehende alles raus?
 
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Ich gehe davon aus, dass tatsächlich nur ein Rotationswärmetauscher verbaut ist. Eventuell noch Zuluft- und Abluftfilter.

Luftmengen- oder Druckregelung:
Da die Abluft nur in Stufen geschaltet werden kann, kannst du die Zuluft auch nur in Stufen Schalten. Für eine Regelung der Luftbilanz oder des Hallendrucks hast du nicht genug Messwerte. Die Messung des Volumenstroms in der Zuluft reicht hierfür alleine nicht aus. Den Volumenstrom in der Zuluft kannst du bestenfalls als Funktionsüberwachung auswerten. Es gibt sicherlich auch Filter in Zu- und Abluft? Hier hast du keine Sensoren zur Überwachung? Filterverschmutzungen kannst du mit dem derzeitigem Aufbau nicht kompensieren. Ok, in der Zuluft wäre es durch eine Volumenstromregelung möglich. Nur nützt das nicht viel, wenn dies nicht auch in der Abluft geregelt werden könnte.

Temperaturregelung:
Über die Drehzahl des Rotationswärmetauschers kannst die Energierückgewinnung aus der Abluft steuern. Das heißt, du kannst je nach Bedarf und je nach Temperaturniveau "Wärme" oder "Kälte" aus der Abluft in die Zuluft übertragen. Hierfür musst du erstens ermitteln, wann es notwendig ist, die Zuluft zu heizen oder zu kühlen. Und du musst zweitens ermitteln, ob Heizen öder Kühlen mit der Abluft möglich ist. Zwischen diesen Zuständen sollte jeweils eine Totzone liegen.

Ersteres erreicht man durch einen Vergleich von Außenlufttemperatur mit dem Sollwert der Zulufttemperatur. Ist es draußen kälter als es in der Zuluft werden soll, muss geheizt werden. Ist es draußen wärmer als es in der Zuluft werden soll, muss gekühlt werden. Zwischen beiden ist, wie schon erwähnt, eine neutrale Zone notwendig. Mit dem Vergleichsergebnis muss der Wirksinn des Zulufttemperaturregler umgeschaltet werden.

Mit dem zweiten Vergleich wird ermittelt, ob die Ablufttemperatur in einem Bereich liegt, der zum Heizen oder zum Kühlen verwendet werden kann. Man muss hier also die Aussenlufttemperatur mit der Ablufttemperatur vergleichen. Auch hier empfiehlt sich eine neutrale Zone. Durch diese beiden Vergleiche gewinnt man also vier Flags, aus denen man nun zwei Freigaben für den Zulufttemperaturregler bildet. Zeigen beide Vergleichsergebnisse auf Heizen, gibt man den positiven Regelsinn frei. Zeigen beide Vergleichsergebnisse auf Kühlen, gibt man den negativen Regelsinn frei. Zeigen beide Vergleiche nicht in die selbe Richtung, gibt man den Regler garnicht frei. Mit dem Stellsignal des Reglers steuert man sowohl im negativen als auch im positiven Regelsinn den Rotationswärmetauscher an.
 
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