Temperaturregelung, PID, Zwei- bzw. Dreipunkt ?

Onkel Dagobert

Onkel Dagobert

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Hallo,

ich habe mal wieder mit Haustechnik zu tun. Geregelt werden sollen die Raumtemperaturen dreier Verkaufsräume eines Baumarktes über jeweils zweistufige Umluftgeräte. Meine Stellglieder sind also Ventilatoren die nur drei Zustände annehmen können (Aus/Stufe 1/Stufe 2). Mein erster Gedanke ist natürlich jeweils ein PI-Regler dessen Ausgangssignal ich über Schwellwerte in diese drei Zustände wandle. Da die Ventilatoren ohnehin zwischen den Stufen umschalten werden, frage ich mich jetzt, ob eine PID-Regelung überhaupt Sinn macht oder ob es Schwellwertschalter genau so gut tun würden.

Alle drei Umluftgeräte werden über einen gemeinsamen, witterungsgeführten Heizkreis versorgt. Den Sollwert der Vorlauftemperatur könnte ich auch von den Raumtemperaturreglern abhängig machen. Eventuell die Vorlauftemperatur nach dem Raumregler führen, der die momentan höchste Anforderung bringt? Vielleicht ließe sich dadurch das Schaltspiel minimieren?

Hat jemand eine Idee, wie das optimal läuft?



Gruß, Onkel
 
Hi Onkel,
der Ansatz mit PI ist nicht übel. Grundgedanke hierbei ist ja, daß Du über den Ventilenti die "Leistung des Wärmetauschers beeinflußt.
- Kein Ventilator -> kleine oder näherungsweise überhauptkeine Leistung
- Stufe 1 -> angenommene 50% Leistung
- Stufe 2 -> angenommene 100%

Ich würde an Deiner Stelle einen PWM Baustein nehmen (gibts den standartmäßig? im zweifelsfall selbst schreiben), der z.B. aus 60% Stellgrad einen Zyklus 20% Stufe 1 80% Stufe 2 macht, das ganze dann mit schön langen Zeiten...

Gruß

Ralf
 
Das mit dem PWM-Baustein sehe ich ein bischen skeptisch. Sind die Ventilatoren in den Räumen zu hören ? Dann "nervt" eine Umschaltung im einige-Minuten-Rhythmus möglicherweise.Bei viel längeren Zeiten bringt PWM nix mehr, wenn die Schwankungen der Störgröße Wärmezufuhr in ähnlicher Größenordnung liegen. Etwa bei Abschattung der Sonnenstrahlung durch vorüberziehende Wolken.
Ich würde versuchen, den Ausgang des PI-Reglers über feste Schwellen mit Hysterese in die Schaltstufen umzusetzen.
 
Danke für eure Meinungen,

ich denke, es wird bei PI-Reglern mit Hystereseschaltern bleiben. Die Idee mit dem PWM-Signal ist zwar auch ganz gut, eignet sich aber wohl weniger zum Schalten von Ventilatoren. Entweder die Dinger schalten dann zu häufig, regeln aber gut, oder sie schalten in größeren Zyklen und regeln dafür schlechter.

Gruß, Onkel
 
Onkel Dagobert schrieb:
Alle drei Umluftgeräte werden über einen gemeinsamen, witterungsgeführten Heizkreis versorgt. Den Sollwert der Vorlauftemperatur könnte ich auch von den Raumtemperaturreglern abhängig machen. Eventuell die Vorlauftemperatur nach dem Raumregler führen, der die momentan höchste Anforderung bringt?....
Zum Vergrößern anklicken....

So ein Außenfühler ist IMHO ein regelungstechnischer Schwachsinn. Man will ja die Innentemp gregelt haben. Wenn alle Innentemperaturen gemessen werden würde ich den weglassen.

smoe
 
Hallo smoe,

ja, das war meine zweite Überlegung. Ich habe ja nun die Stufen der Ventilatoren zur Temperaturregelung der drei Räume als Vorgabe. Wenn ich jetzt die Vorlauftemperatur des Heizkreises ebenfalls nach den Raumtemperaturen führe und außerdem die Stufen der Ventilatoren schalte, wird's dann nicht zwangsläufig instabil? Ist es in dem Fall nicht besser, die Vorlauftemperatur witterungsgeführt (stabil) zu realisieren?


Gruß, Onkel


PS:
Wenn der Planer noch ein µ mehr gespart hätte, hätt's eben so gut ein Bi-Metall getan :lol: .
 
Brauchst nicht gleich beleidigt sein Ralf, wenn jemand seine Meinung äussert der kein Regelungsguru ist. Das berücksichtigen der "Störgröße" Aussentemp ist ja schön und gut wenn man die anderen Störgrößen auch betrachtet. (Wärmeverlust bei den Eingangstüren wechselt je nach Besucherfrequenz, Sonneneinstrahlung bei diesen Glasbauten, Windgeschwindigkeit, Besucheranzahl im Gebäude).

Darum meine (laienhafte) Überlegung. Die Störgrößen kann man nicht alle berücksichtigen. Die Differenz zwischen Soll und Istwert der Innentemp ist bekannt und somit auch der Wärmebedarf.
Ich lasse mich aber gerne zu diesem Thema belehren wenns jemand besser versteht.

smoe
 
Die Differenz von Aussen- und Innentemperatur bewirkt eine Angleichung der Innentemperatur über extrem lange Zeitkonstanten. Natürlich spiegelt sie sich auch in der Änderung der Innentemperatur wieder, aber wenn die Anstiegsgeschwindigkeit in der Größe 0,5/Grad Stunde liegt und die Auflösung der Temperaturmessung bei einem Zehntel Grad, dann "merkt" der Regler das sehr spät.

Die Differenz zwischen Soll und Istwert der Innentemp ist bekannt und somit auch der Wärmebedarf.
Ich lasse mich aber gerne zu diesem Thema belehren wenns jemand besser versteht.
Zum Vergrößern anklicken....
Dieser Wärmebedarf ist die Wärmemenge, die man in den ideal isolierten Raum einbringen müsste, um die Temperatur von Ist auf Soll zu bringen.
Schon um die Isttemp. zu halten, ist es nötig, die Verluste ständig auszugleichen. Diese Verluste sind direkt der Differenz innen/außen proportional.
[/quote]
 
Das einzig mir sinnvolle ist, die Vorlauftemperatur über den Aussenfühler zu führen.
Wenn ich z.B. 20Grad haben möchte kann ich den Vorlauf nicht auch nur auf 20 Grad erwärmen, dann bekomme ich nie Raumtemperatur. Der sollte dann schon höher sein.
Je niederiger die Aussentemperatur umso höher sollte die Vorlauftemperatur sein.
Ist auch eine frage des Energiesparens.
 
PI mit Schaltschwellen und Korrektur der Vorlauftemperatur

Hi Onkel,

Ich würde in Deinem Fall für die Raumtemperatur PI-Regler mit Schaltschwellen nutzen und gleichzeitig mit dem höchsten Ausgabewert die witterungsgeführte Vorlauftemperatur korrigieren.

Nehmen wir mal an, im Idealfall sollen die Lüfter dauernd auf Stufe 1 laufen (um die Ohren zu schonen). Die RTR geben dann um die 50% aus.
Dann sollte die Vorlauftemperatur sich so einstellen, daß die Raumtemperaturen passen.
Und dieses unabhängig von der Außentemperatur, deshalb ist die witterungsgeführte Regelung unabdingbar.

Jetzt kommt für einen der Räume eine Störgröße, z.B Tür steht längere Zeit auf --> der RTR erhöht seine Stellgröße.
Diese Stellgrößenerhöhung schaltet nun nicht notwendigerweise in die Stufe 2, sondern erhöht erstmal die Vorlauftemperatur.
Falls das nicht reicht, schaltet er irgendwann in Stufe 2. bei gleichzeit weiter erhöhtem Vorlauf.
Steigt die Temperatur an, geht das ganze rückwärts.
So wird der Raum möglichst schnell aufgeheizt, ohne daß zu lange auf Stufe 2 gefahren werden muß.

Werden die Räume, z.B. durch Sonneneinstrahlung aufgeheizt, wird zunächst der VL reduziert, und dies, obwohl er nach reiner Außentemperaturführung eigentlich höher sein müsste. (Spart 'ne Menge Energie :wink: )

Für meine FBH zu hause hab ich mir was ähnliches aufgebaut und funzt prima:

Von allen Räumen wird der, mit der größten benötigten Heizleistung ermittelt, weiterhin hab ich mir einen Stellgrößen-'Sollwert' von 50% festgelegt.
Mit diesem wird der max.Raum-Stellwert verglichen, die Differenz korrigiert die Vorlauftemperatur.
Ich weiß nicht, wie weit Du an die Vorlaufregelung dran kommst, bei mir läuft die Korrektur dadurch ab, daß der 'Raum-Sollwert' der Heizkurve verändert wird.

Durch die ganze Aktion wird die VL möglichst niedrig gehalten und die Räume optimal temperiert.

Bei Deiner Anwendung wird wohl das Haupt-Augenmerk auf möglichst wenigen Schaltspielen der Ventilatoren liegen, aber das sollte durch 'Spielen' mit den Parametern in den Griff zu bekommen sein.

Gruß Jörg
 
Hallo Jörg,

DANKE, so langsam kommt Licht ins Dunkel :wink: .

Also, auf jeden Fall berechne ich erst einmal über eine außentemperaturgeführte Heizkennlinie einen Sollwert für die Vorlauftemperatur. Dann nehme ich den größten Stellgrad der Raumtemperaturregler und versuche diesen über eine Korrektur der Vorlauftemperatur auf 50% zu halten. Diese Korrektur müsste sehr träge arbeiten, damit nicht das ganze System instabil wird, eventuell über einen weiteren PI-Regler mit großer Nachstellzeit. Ich regle dann, so zu sagen, den größten Stellgrad meiner Raumtemperaturregler. Der Umlüfter dieses "Führungs-Raumes" sollte dann einigermaßen stabil in Stufe 1 laufen. Die Lüfter der anderen Räume dürften bei dieser Betrachtung nie in Stufe 2 schalten. Und bei sibirischer Kälte liege ich dann auch auf der sicheren Seite. Sollwertsprünge (reduzierter/nichtreduzierter Betrieb) werde ich zusätzlich über eine e-Funktion dämpfen.


Die Schwellwerte mit Hysterese habe ich gleichmäßig über dem Stellgrad verteilt:

Stufe 1 EIN: _|¯25% AUS: ¯|_0%

Stufe 2 EIN: _|¯75% AUS: ¯|_50%


@Oliver
Danke, ist schon klar. Auch bei einer raumtemperaturgeführten Vorlaufregelung muss man natürlich eine geeignete Heizkennlinie verwenden.


Gruß, Onkel
 
Hi Onkel,

noch ein paar kleine Anmerkungen:

- einen FESTEN führungsraum gibt es nicht, das ganze ist dynamisch, der Raum, der MOMENTAN gerade die höchste Heizleistung hat, ist der 'Führungsraum' dementsprechend können die anderen gar nicht auf stufe 2 laufen, wenn dieser nur auf 1 läuft

- bei mir läuft die Korrektur der VL ausschließlich über ein P-Glied. Ist hier völlig ausreichend, da sich die Raumtemperaturen (und damit die Stellgrößen) nicht so sprunghaft verändern.

- Die Hysterese für Stufe 1 hab ich nicht ganz verstanden :?:
Stufe 1 sollte doch laufen, sobald überhaupt von dem Raum Energie angefordert wird, also ab 1%, oder hab ich da was übersehen ???
Die Stufe 2 schaltet dann (mit der hysterese) ab einem bestimmten Prozentsatz zu.

- GANZ WICHTIG :!:
Damit das Ganze stabil läuft, müssen die 3 Umlüfter vorher vernünftig hydraulisch abgeglichen sein, soll heißen: bei der Außentemperatur angepasster VL (ohne Stellgrößenaufschaltung) müssen alle 3 Räume auf Stufe 1 gleichmäßig ihre Solltemperatur erreichen (und halten).
Dazu am besten einen Tag mit möglichst wenigen Störeinflüssen auswählen.
Überheizt bei dieser aktion z.B. ein Raum, ist an dessen Heizregister der Wasserdurchlauf zu drosseln, damit er primär weniger Energie abbekommt. Das sollte aber normalerweise aufgabe des Heizungsbauers sein, aber ob der das auch macht :roll:
Gleichzeitig kannst Du damit auch prüfen, ob Deine Heizkurve hinhaut.
Diese Abgleicherei ist etwas Zeitintensiv, habe für meine 13 Räume (bis ICH zufrieden war :wink: ) eine ganze Heizperiode gebraucht :oops:


Gruß Jörg
 
Hallo Jörg,

für die Stufe 1 brauche ich doch auch eine Hysterese. Deshalb schaltet Stufe 1 erst nach Erreichen der 25% ein. Das müsste schon passen.

Gruß, Onkel
 
das heißt aber auch, das beim Hochheizen bis zu 25% erst mal gar nicht geheizt wird.

ok, klar, eine gewisse Hysterese braucht man, damit er nahe 0 nicht ständig Ein- und Ausschaltet, habs eingesehen :oops:

Der tatsächliche Wert wird dann beim Einstellen ermittelt.

Gruß Jörg
 
Zwischenbericht

Hallo,

ich denke, ich bin Euch noch einen kleinen Bericht schuldig. Ich hatte damals die Regelung nach oben beschriebenen Konzept umgesetzt. Bei der Inbetriebnahme war witterungsbedingt kein "richtiger" Heizbetrieb möglich, so daß die Anlage nur auf ihre grundlegenden Funktionen getestet werden konnte. Zu Beginn der Heizperiode hatte die Heizungsfirma nach tel. Absprache die Heizkennlinie ein wenig angehoben. Ansonsten gab es aber keinerlei Probleme.

Aus organisatorischen Gründen erfolgte erst heute die Übergabe und die Einweisung des Personals. Ich stand also heute ca. zwei Stunden vor der Anlage. Die Umluftgeräte zweier Räume liefen in dieser Zeit in Stufe 2, die Lüfter des dritten Raumes liefen in Stufe 1. Es erfolgten keine Schaltwechsel! Die Stellsignale der Reglerausgänge waren sehr stabil, haben sich kaum verändert. Es funktioniert genau so, wie ich es mir vorgestellt hatte, eigentlich sogar noch sehr viel besser.

Besten Dank nochmal für die wertvolle Hilfe! :wink:


Gruss, Onkel
 
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