druckabhängige und volumenstromabhängige Kompressorsteuerung herleiten

Gaupele

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Hallo, ich mache im Zuge meines Versorgungstechnikstudium nun ein Praktikum bei einer Produktionsfirma.

Mein Thema: Optimierung Druckluftnetz

Nun bin ich schon seit zwei Wochen die Leistungsdaten und Laufzeitdaten der vier Kompressoren (2x15KW und 2x45KW) mittels einer Software am aufzeichnen und bin grad dabei ein
Druckluftbedarfsprofil zu erstellen.

Alle vier Kompressoren sind nicht drehzahlgesteuert, und momentan hängen die kleinen Kompressoren an einer eigenen Steuerung und die beiden großen auch an einer Steuerung.
Dies hängt damit zusammen das die Druckluftanlage bis vor ca. 2Jahren zwei verschiedene Druckstufen hatte. Einmal 10bar und einmal 7bar.

Da aber vor ca. 2 Jahren eine komplett neue Fertigungshalle und neue Maschinen angeschafft worden sind die auch mit 7 bar Steuerluft auskommen, sind beide Systeme nun
provisorisch miteinander verbunden und alle auf 7bar eingestellt. Um genau zu sein schalten die Kompressoren aktuell bei 6,5 bar zu und bei 6,8 bar ab.

Tag und Nachtbetrieb haben dabei die kleinen Kompressoren, und wenn morgens die Produktion startet, dann werden die beiden großen manuell zugeschaltet wobei einer dann immer

Vorrang gegenüber dem anderen hat und der zweite dann automatisch zuschaltet wenn der eine die Menge nicht alleine schafft.
Wenn aber nun soviel Abnahme ist das beide es nicht schaffen dann kann es sein das der eine kleine nach einer gewissen Zeit auch angeht und dann auf einmal nach 10Sekunden
wieder in den Leerlaufbetrieb geht weil in der Zwischenzeit die 6,8 bar erreicht sind und dann bleibt der kleine aber 10Min im Leerlaufbetrieb.
D.h. es kommt vor das ein kleiner dann 10Minuten mit ca. 3800 bis 4000 Watt läuft und gerade mal 10 Sekunden produziert. :-(
Dieses gilt es abzustellen.


Eine Aufgabe von mir ist somit eine Herleitung einer Kompressorsteuerung. Jedoch ist es nicht die Pflicht das ich das in SPS umsetze.
Ich habe mich jedoch nun seit ein paar Tagen intensiv mit diesem Thema beschäftigt und würde das gerne umsetzen.


Meiner Meinung nach wäre es vernünftig in Zukunft je einen großen Kompressor und einen kleinen Kompressor drehzahlgeregelt anzusteuern. Hier in der Firma werden generell
Danfoss-Frequenzumrichter verwendet.


45KW Kompressor A (350m³/h)
45KW Kompressor B (350m³/h)
15KW Kompressor C (90m³/h)
15KW Kompressor D (90m³/h)



Wäre es möglich das ein Frequenzumrichter so von der SPS angesteuert wird das er einen Tag Kompressor A regelt und am nächsten Tag Kompressor B?? Da jeweils die 45KW
Kompressoren ähnlich viele Arbeitsstunden haben sollten und auch die 15KW Kompressoren beide jeweils ähnlich viele Stunden haben sollten.



Weitere Überlegung:
Wenn ich das ganze nur über den Druck im Netz steuere, dann ist ja die Gefahr das z.b. der Druck durch einschalten einer Produktionsmaschine innerhalb von weniger Sekunden auf

6,3 oder 6,4 fällt. Dann würden auf einmal die Anforderung an alle Kompressoren kommen das sie laufen müssen.
Wäre das ein guter Ansatz?


Wäre es sinnvoll die Steuerung sowohl druckabhängig als auch volumenstromabhängig zu steuern??
D.h. wenn der Volumenstrom eine einen bestimmten Wert X annimmt, dann soll z.b. ein bestimmter Kompressor laufen, bei Wert Y ein anderer oder zwei etc.
Und gleichzeitig sollte da dann auch der Druck andauernd überprüft werden um mindestens 6,5 und maximal 6,8 bar Druck auf dem System zu haben. Ich denke diese Variante wäre
besser, oder was denkt ihr?


Ich habe mir auch überlegt wie ich die Kompressoren ansteuern könnte und mir ist da eine Schleifenabfragung in den Sinn gekommen. Bei 4 Kompressoren hab ich ja 16verschiedene
Schaltmöglichkeiten.

Kein Kompressor:
0000 0KW

Ein Kompressor:
0001 90m³/h
0010 90m³/h
0100 350m³/h
1000 350m³/h


2 Kompressor:
0011 180m³/h
0101 440m³/h
1001 440m³/h
0110 440m³/h
1010 440m³/h
1100 700m³/h

3 Kompressor:
0111 530m³/h
1011 530m³/h
1101 790m³/h
1110 790m³/h

4 Kompressor:
1111 880m³/h

Nun könnte die Abfragung lauten:
wenn <=90m³/h, dann 1 kleiner mit FU
wenn <=180m³/h, dann 1 kleiner mit FU und ein kleiner ungeregelt
wenn <=350m³/h, dann 1 großer mit FU
wenn <=440m³/h, dann 1 großer mit FU und 1 kleiner ungeregelt
wenn <=530m³/h, dann 1 großer mit FU, 1 kleiner ungeregelt und 1 kleiner mit FU
wenn <=700,m³/h dann 1 großer mit FU und 1 großer ungeregelt
wenn <=790m³/h, dann 1 großer mit FU, 1 großer ungeregelt und 1 kleiner mit FU
sonst alle Kompressoren


Und das natürlich dann verknüpfen mit einer Druckmessung.


Aber wie bringe ich dieses Problem jetzt in die SPS-Steuerung? Welche würdet ihr mir empfehlen? Hab mir das Programm CoDeSys mal runtergeladen aber blicke da noch nicht so wirklich
durch :-(!
Vllt kann mir ja von euch einer helfen. Wäre echt nett.

glg Matthias
 
Zuletzt bearbeitet:
hallo

also ich bin betriebselektriker, und hab auch nur ganz selten was mit dem druckluftnetz bzw. steuerung der kompressoren zu tun.

meiner meinung sind deine ansätze ja schon nicht schlecht. die max. effektivität lässt sich in deinem fall sowieso nur mit einer "stufenschaltung" realisieren. wobei einzelne stufen (die kompressoren mit FU) eher was mit einer regelung zu tun haben.

von der volumenstrommessung halt ich weniger viel, da die kompressoren selber ja auch nur druckgesteuert arbeiten. du müsstest also druckschwankungen im netz (zb. beim einschalten einer anlage die viel luft benötigt) steuerungstechnisch kompensieren und dann zeitlich die richtigen stufen schalten.

interessant dazu wäre auch, wie viel luft in m³/h die einzelnen anlagen im normalbetrieb benötigen und ob du einschaltschwankungen vielleicht doch nur mit einem kleinen kompressor ausgleichen kannst. gut das sind antworten die du selber noch zum ausarbeiten hast.

Wäre es möglich das ein Frequenzumrichter so von der SPS angesteuert wird das er einen Tag Kompressor A regelt und am nächsten Tag Kompressor B??
ja

Da jeweils die 45KW
Kompressoren ähnlich viele Arbeitsstunden haben sollten und auch die 15KW Kompressoren beide jeweils ähnlich viele Stunden haben sollten.
das kommt drauf an wie dein tägliches lastprofil ausschaut.

Aber wie bringe ich dieses Problem jetzt in die SPS-Steuerung? Welche würdet ihr mir empfehlen?
zum empfehlen ist sicher siemens, da hier gut dokumentiert ist und ausserdem es viele leute gibt die hier ahnung haben... kannst natürlich auch andere steuerungen verwenden oder eine softSPS... diese entscheidung bleibt dir überlassen.

die frage ist nur, wie lang hast du für dein projekt zeit... zahlt es sich überhaupt aus, sich hier wegen dieser einen sache in die thematik der speicherprogrammierbaren steuerungen einzuarbeiten (man lernt das nicht von heute auf morgen!, wobei dir hier sicher erfahrene leute zur seite stehen werden, programmieren musst du es denncoh selbst).

grüsse
 
ja

das kommt drauf an wie dein tägliches lastprofil ausschaut.

Ich meinte nicht damit das alle Kompressoren die gleiche Laufleistung haben sollten, sondern jeweils die zwei 15KW KOmpressoren sollte ähnliche Betriebsstunden haben und die zwei 45KW Kompressoren!

Ich danke dir erstmal für dein Feedback.
lg Matthias
 
ja ja ich hab dich schon richtig verstanden.
gruppe A = 45kw + 15 kw läuft am montag
gruppe B = der 2. 45kw + der 2. 15 kw kompressor läuft am dienstag
gruppe A = läuft am mittwoch
gruppe B = läuft am donnerstag
...usw.

...wie willst du wissen ob die verbraucherlast jeden tag die selbe ist?
aber das is ja auch nicht wirklich ein problem, wenn du dir für jeden kompressor einen betriebstundenzähler programmierst. dann kannst du zu einem gewissen stichtag (der tag an dem die leute von der kompressorfirma kommen und die wartung an den kompressoren durchführen) die betriebstunden angleichen, indem du so programmierst, dass die gruppen halt dann nicht nur einen tag laufen sondern gleich 2 oder mehrere tage, damit sie wieder aufs selbe kontingent kommen. im prinzip is es eh wurst welchen kompressor von den kleinen oder von den grossen in deine tagesgruppe bestimmst, denn es hängen alle parallel zur lastseite.

oder du machst es noch einfacher, indem du immer den kompressor von den klienen sowie den von den grossen der die wenigeren betriebsstunden hat in deine tagesgruppe "selektierst". dann hätltst du das niveau immer halbwegs gleich.

grüsse
 
Zuletzt bearbeitet:
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von der volumenstrommessung halt ich weniger viel, da die kompressoren selber ja auch nur druckgesteuert arbeiten. du müsstest also druckschwankungen im netz (zb. beim einschalten einer anlage die viel luft benötigt) steuerungstechnisch kompensieren und dann zeitlich die richtigen stufen schalten.
Mit der Volumenstrommessung will ich ja vermeiden das wenn kurzfristig durch Starten einer Produktionsmaschine großer Luftbedarf ist aber nach ein paar Sekunden ganz normaler Luftverbrauch ist, das dann alle KOmpressoren auf einmal angehen und dann wenn der Startluftverbrauch wieder zugeführt wurde z.b. 2 Kompressoren wieder zum Stillstand kommen. Das war eigentlich mein Gedanke.

interessant dazu wäre auch, wie viel luft in m³/h die einzelnen anlagen im normalbetrieb benötigen und ob du einschaltschwankungen vielleicht doch nur mit einem kleinen kompressor ausgleichen kannst. gut das sind antworten die du selber noch zum ausarbeiten hast.
Da bin ich grad bei eine Bedarfsanalyse zu erstellen. Ich kann aber schon sagen das von ca. 17Uhr am Abend bis 4.30Uhr in der Früh ein ca. Durchschnittsverbrauch von 80m³/h ist. D.h. ein kleiner KOmpressor läuft mehr oder weniger fast die ganze Zeit.

Tagsüber laufen dann die zwei großen Kompressoren während der Produktion. Wobei einer ca. 40Minuten in ner Stunde läuft und der andere läuft eigentlich dann nur von ca. 8Uhr bis ca. 12Uhr.

glg Matthias
 

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Wäre es möglich das ein Frequenzumrichter so von der SPS angesteuert wird das er einen Tag Kompressor A regelt und am nächsten Tag Kompressor B?? Da jeweils die 45KW
Kompressoren ähnlich viele Arbeitsstunden haben sollten und auch die 15KW Kompressoren beide jeweils ähnlich viele Stunden haben sollten.
Hallo Matthias,
ja, mit einer entsprechenden Schützumschaltung wäre das möglich, aber ob sich der Aufwand rechnet bewage ich zu Zweifeln.
Ich stelle mir gerade die Anzahl und Größe der Schütze vor, denn ohne Umrichter brauchst du ja trotzdem einen Stern-Dreieck-Anlauf und musst die zwei "Netze" ja sicher trennen.
Oder hast du vorgehabt nur jeweils einen großen und einen kleinen zu betreiben? Was wäre aber dann wenn die Leistung immer noch nicht reicht, dann müsste ja ein ungeregelter Kompressor dazu schalten.

Ich würde sagen entweder:
- alle geregelt > Betriebsstundenumschaltung sehr leicht möglich
- alle ungeregelt > Betriebsstundenumschaltung sehr leicht möglich
- nur zwei geregelt > dann verzicht auf Betriebsstundenumschaltung
 
Hallo Matthias,
ja, mit einer entsprechenden Schützumschaltung wäre das möglich, aber ob sich der Aufwand rechnet bewage ich zu Zweifeln.
Ich stelle mir gerade die Anzahl und Größe der Schütze vor, denn ohne Umrichter brauchst du ja trotzdem einen Stern-Dreieck-Anlauf und musst die zwei "Netze" ja sicher trennen.
Oder hast du vorgehabt nur jeweils einen großen und einen kleinen zu betreiben? Was wäre aber dann wenn die Leistung immer noch nicht reicht, dann müsste ja ein ungeregelter Kompressor dazu schalten.

Ich würde sagen entweder:
- alle geregelt > Betriebsstundenumschaltung sehr leicht möglich
- alle ungeregelt > Betriebsstundenumschaltung sehr leicht möglich
- nur zwei geregelt > dann verzicht auf Betriebsstundenumschaltung

Danke Paule für deinen Beitrag. Wie du im vorigen Bild sehen kannst reicht ja tagsüber nicht ein großer und ein kleiner. Dann würde ich wohl zu deinem dritten Fall tendieren. Also auf die Betriebsstundenumschaltung verzichten.

Denn wie man ja in meinem Bildchen im letzten Post sehen kann takten die Kompressoren ja schon sehr, sehr viel. Und das soll ja vermieden werden. Denn die kleinen nehmen im Leerlaufbetrieb ja ca. 4KW auf. Die großen natürlcih entsprechend mehr.
 
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Also ich würde das Programm erstmal in zwei logische Abteilungen aufteilen:

1.) Programm welches die Bedarfs-Luftmenge errechnet
2.) Programm welches nach diesem Luftbedarf die 4 Kompressoren optimal ansteuert

Bei dir scheint hauptsächlich der Teil 2 problematisch zu sein, obwohl ich meinen würde dass Teil 1 der schwierigere ist. Zumindest würde ich es so in zwei logische Programmteile aufteilen.

Wir sollten mal so eine airleader-Steuerung bei einem Kunden gegen eine bessere SPS-Steuerung austauschen, ist aber leider (noch) nicht zu Umsetzung gekommen.
Den aktuellen Luftbedarf würde ich über die aktuell erzeugte Luftmenge (weiß ich über die Förderleistung der Kompressoren) bestimmen. Wenn ich das Speichervolumen habe, sollte ich über den Druckabfall in der Leitung den aktuellen Verbrauch bestimmen können. Zumindest war das mal meine ganz grobe Überlegung.
Würde mich mal interessieren wie du diesen Teil 1 umsetzen willst, oder hast du eine ganz andere Vorgehensweise geplant?
 
Also ich würde das Programm erstmal in zwei logische Abteilungen aufteilen:

1.) Programm welches die Bedarfs-Luftmenge errechnet
2.) Programm welches nach diesem Luftbedarf die 4 Kompressoren optimal ansteuert

Würde mich mal interessieren wie du diesen Teil 1 umsetzen willst, oder hast du eine ganz andere Vorgehensweise geplant?
Danke Thomas!

Da ich absoluter Anfänger in SPS bin und mich erst seit ein paar Tagen damit beschäftige hab ich da noch keine Programmierlösung parat.

Aber wie ich schon in meinem ersten Post geschrieben habe schwebt mir eine volumenstromabhänige Steuerung im Kopf vor. :confused:
 
Da ich absoluter Anfänger in SPS bin und mich erst seit ein paar Tagen damit beschäftige hab ich da noch keine Programmierlösung parat.

Aber wie ich schon in meinem ersten Post geschrieben habe schwebt mir eine volumenstromabhänige Steuerung im Kopf vor. :confused:

Naja, ich hätte gedacht dass man als Verfahrenstechnik-Student erstmal die Differentialgleichungen für das System aufstellt, das System in Matlab o.Ä. simuliert und durchtestet. Sich überlegt: Was kann/muss ich messen, was kann/muss ich steuern?

Als letzter Schritt gehts dann darum dies alles in Programmcode zu gießen...und dann bei der Inbetriebnahme zu sehen dass die Theorie mit der Praxis nicht immer übereinstimmt ;-)
 
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Naja, ich hätte gedacht dass man als Verfahrenstechnik-Student erstmal die Differentialgleichungen für das System aufstellt, das System in Matlab o.Ä. simuliert und durchtestet. Sich überlegt: Was kann/muss ich messen, was kann/muss ich steuern?

Als letzter Schritt gehts dann darum dies alles in Programmcode zu gießen...und dann bei der Inbetriebnahme zu sehen dass die Theorie mit der Praxis nicht immer übereinstimmt ;-)


Ich bin doch gar kein Verfahrenstechnikstudent :confused: !
Technische Gebäudeausrüstung und Versorgungstechnik studiere. Habe auch noch nie was mit Mathlab zu tun gehabt :rolleyes:!
Naja, ich denke das ich das ja weiß was ich messen und steuern muss. Messen muss ich Druck und Volumenstrom und steuern natürlich dann die entsprechenden Kompressoren in Abhängigkeit vom den gemessenen Werten.
 
Hi,
ich hatte mal in einer Druckerei mit sowas zu tun.
Da war es mit einem geregelten und drei festen Kompressoren gelöst.
Grundlast hat der geregelte Kompressor gemacht (auf 10,0 bar).
Bei 9,7 bar hat ein Kompressor zugeschaltet und bei 10,3 bar weggeschaltet.

Stufung:
1. ein kleiner Kompressor ein
2. großer Kompressor ein, kleiner Kompressor aus
3. beide kleine Kompressoren ein, großer Kompressor aus
4. großer Kompressor ein, ein kleiner Kompressor ein
5. alle drei Kompressoren ein

Die kleinen Kompressoren liefen in Stundenabhängiger Vertauschung.

Hat gut funktioniert.
Besser wäre gewesen, wenn der große ungeregelte mit dem geregelten tauschbar gewesen wäre. (Betriebssicherheit)

Gruß
Klaus
 
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jo so hätte ich mir das auch vorgestellt.

also rein druckgesteuert, ohne volumenstrommessung...

grüsse

Aber wie bekomme ich dann folgendes in den Griff? Die zweite Produktionsmaschine wird angeworfen (es gibt nur insgesamt zwei Produktionsmaschinen im Betrieb) und dadurch sinkt dann der Druck immens in den ersten Sekunden. Nun werden dadurch natürlich dann aufeinmal drei Kompressoren angesteuert weil der Druck ja zu niedrig ist. Und das will ich ja vermeinden, denn die zwei Großen würden es allein schaffen. Und da soll ja der eine ungeregelt sein und der zweite geregelt, so das der beide nahezu die ganze Zeit in den Stunden des produzierens laufen.
 
jo so hätte ich mir das auch vorgestellt.

also rein druckgesteuert, ohne volumenstrommessung...
Also eine echte Volumenstrommessung hat schon vorteile.
Bei einer konstanten großen Abnahme kann man dementsprechend die Kompressoren dazu schalten, sollte es sich jedoch nur um einen kurzzeitigen Druckverlust im Puffertank halten hat man ja mehr Zeit den Puffer wieder zu füllen.
Natürlich geht dem Druckverlust ein starker Volumenstrom voraus, aber da kommt halt auch noch die Zeit ins spiel.
Und je mehr Daten zur Verfügung stehen um so mehr kann aus einer prozessoptimierten Regelung gemacht werden.
 
Also eine echte Volumenstrommessung hat schon vorteile.
Bei einer konstanten großen Abnahme kann man dementsprechend die Kompressoren dazu schalten, sollte es sich jedoch nur um einen kurzzeitigen Druckverlust im Puffertank halten hat man ja mehr Zeit den Puffer wieder zu füllen.
Natürlich geht dem Druckverlust ein starker Volumenstrom voraus, aber da kommt halt auch noch die Zeit ins spiel.
Und je mehr Daten zur Verfügung stehen um so mehr kann aus einer prozessoptimierten Regelung gemacht werden.

Genau das war ja auch mein Gedankengang. Es sollen ja immer so wenig Kompressoren wie möglich laufen!
 
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Hi,
zwischen den Umschaltungen liegen Verzögerungen.
Es war nicht so, daß gleich alles reingehauen hat.
In der Druckerei waren sechs größere und zig kleine Abnehmer.
Das gesamte Rohrleitungssystem hat eine Pufferfunktion.
Eventuell reicht das aus.
Wenn Du eine, bzw. beide Maschinen laufen läßt, kannst Du auch mit einer Vorlaufzeit einen ungeregelten Kompressor direkt zuschalten, oder das System
generell mit einem höheren Druck betreiben und vor den Verbrauchern Druckminderer verwenden.
Diese sollten sowiso in Verbindung mit einem Abscheider vorhanden sein.

Gruß
Klaus
 
@ gaupele

ok is schon klar, bei einer regelung kannst du mit den schnell variierenden Druckmesswerten als istwert am regler sowieso nix anfangen.
war nur so ne idee


grüsse
 
Zuletzt bearbeitet:
Hallo, Für eine Volumenstromsteuerung braucht es eine Gleichmäßige Abnahme. Ich habe das bei uns mal probiert und schnell wieder verworfen. Wir steuern unsere Kompressoren nur nach dem Druck. Die Druckdifferenz zwischen ein- und auschalten beträgt 0,1 bar
 
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