TIA 3-Komponenten Regelung

[Heiko_R]

Guten Morgen allerseits,

ich soll den Füllstand eines industriellen Dampfkessels regeln.
Dazu soll eine 3-Komponenten Regelung erstellt werden, bei der neben dem Füllstand, auch die abgegebene Dampfmenge und die über das Regelventil zugeführte Speisewassermenge beachtet werden sollen.
Bisher habe ich folgende Idee verfolgt:
Ein PID_3Step, der das Regelventil ansteuert, bekommt als Input den Füllstand.
Von der abgegebenen Dampfmenge wird die zugeführte Speisewassermenge (entsprechend normiert) abgezogen und die Differenz an die Störaufschaltung (Disturbance) gelegt.
Ziel des Ganzen soll es sein, dass der Regler bereits Speisewasser nachfüllt, bevor der Füllstand deutlich gesunken ist.
Kann das so funktionieren, oder wäre ein anderer Ansatz besser?
In der Simulation sah es recht gut aus. Weil aber die Inbetriebnahmezeit recht kurz ist, lässt sich nicht viel probieren und es wäre besser eine Programmierung zu verwenden, die sich bereits bewährt hat.
Wie würdet ihr das machen?

Vielen Dank im Voraus!

Gruß Heiko

 

[Onkel Dagobert]

... Dazu soll eine 3-Komponenten Regelung erstellt werden, bei der neben dem Füllstand, auch die abgegebene Dampfmenge und die über das Regelventil zugeführte Speisewassermenge beachtet werden sollen...

Es soll? Wer bitte gibt dir denn solche Vorgaben, Mälzer, Hänsler oder Rach?

 

[Heiko_R]

Ähm... ja, sie soll erstellt werden. Sie ist es ja noch nicht oder nicht vollständig. Wie hättest du es denn formuliert?
Hast du zu der Frage auch etwas beizutragen?

 

[sps_klassik]

Das dürfte im verfahrenstechnischen Bereich eines der kompliziertesten Regelungen sein die es gibt.
Da bei der Speiseasserzufuhr zum Bsp. das Niveau abfällt weil durch das kalte Wasser zum Kondensieren von Dampfblasen führt.
Da ist halt nicht nur Wasser drinnen.Oder wenn du Dampf entnimmst steigt der Füllstand, weil das Wasser siedet und aufwallt.

 

[de vliegende hollander]

Dein Vorhaben ist in Ordnung.
Niveau als Istwert und Dampffluss als Störgroße.

Wie ist dein Kessel gefeuert? Gas oder Biomasse, oder anders
Die Stabilität deiner Niveaurelegung ist auch Druckabhänhig.
Sprich wie konstantet den Dampfdruck wie kontstant dein Niveau.
Dies musst du nicht in deiner Regelung berücksichtigen. Ist Aufgabe des Druckreglers.

Wer macht der Rest des Wasserdampfkreises?

Ich hoffe ihr macht den kesselschutz in Fehlersicher?
Angaben keine Gewahr!!.

 

[sps_klassik]

Hier mal ein Grundprinzip.
Es wird sogar noch bei Durchflussmessungs ausfall wieder auf 1 Komponenten Regelung umgeschaltet.
Die Niveaumessung ist meisstens auch diversitär redundat auszuführen und der TÜV kommt wahrscheinlich
auch gerne vorbei.

 

[de vliegende hollander]

TÜV kommt wahrscheinlich
auch gerne vorbei.

Die kan mann schon mal eine Einladung schicken

 

[sps_klassik]

Da mann es schlecht erkennt 3 ist eine Additionsstufe.
A0 ist der Arbeitspunkt 50%.Sodaß am Ausgang für die Speisewasserregelung der Wert erscheint.
A=f(Dampf)+f(Füllstand)-Arbeitspunkt(50%).Man beachte das Minus.
Aus diesen groessen wird dann der Istwert gebildet.Der Sollwert ist der Speisewasserdurchfluss.

 

[Heiko_R]

Vielen Dank für die Antworten.
Die Kessel werden i.d.R. mit Erdgas, Heizöl, manchmal auch mit Gruben- oder Biogas befeuert.
Die Druckregelung ist meistens recht gut. Außer es gibt stark schwankende Abnahmen. Hier wollte ich dann im nächsten Schritt ggf. auch die Dampfmenge mit aufschalten. Im Moment geht es aber erstmal um die Niveauregelung.
Der Rest des Wasserdampfkreises wird meistens nicht von uns gesteuert.
Wir haben die Speisewasserpumpen und das Regelventil. Vom Kondensat- und Speisewasserbehälter bekommen wir oft nur Freigaben wie Trockenlaufschutz für die Pumpen. Hin- und wieder auch den Füllstand (wenn der Trockenlaufschutz fehlt).

Danke für das Bild. Das muss ich mir erstmal in Ruhe anschauen! Aus welchem Buch ist das?
So auf den ersten Blick werde ich mir wohl selbst einen Regler aus den elementaren Regelkreisgliedern bauen müssen. Oder gibt es da vielleicht schon etwas halbfertiges?
Der TÜV kommt bei jeder IBN vorbei. Dem reicht es aber, wenn der/die Brenner bei Wassermangel abschalten. Es hat noch nie jemand nach einer Beschreibung des Regelkreises gefragt.

 

[sps_klassik]

Regel und Rechenschaltungen in der Prozessautomatisierung(K.Breckner.)
Oldenbourg Verlag.
Sehr teuer aber jeden Pfennig wert.(100€).
Das Problem ist das diese Trommeln halt dieses Allpaß Verhalten aufweisen, wo dann die Meßwerte genau in die falsche Richtung laufen, wie zu erwarten wäre.

 

[sps_klassik]

Vor allem schaue dir auch an wie der Füllstand gemessen wird.
Das Buch ist ja nicht neuester Stand.
Der Stand in diesem Buch ist eine Differenzdruckmessung mit seitlich angebrachtem Kondensatgefäß.
Der Kondensatrückfluss wird mit einer Vergleichssäule verglichen.
Vielleicht gibts da was moderneres.Weil das ist doch arg kompliziert und würde ich vermeiden.

 

[sps_klassik]

Wenn du was fertiges kriegst würde ich das Nehmen.Wenn es eine einmalige Angelegenheit ist sowieo.
Ich würde mal bei Siemens nachfragen.

 

[Heiko_R]

Für die Niveaumessung benutzen wir das Gestra-Zeugs. Also für die Messung selbst und für die Abschaltungen bei Wassermangel und Hochwasser.
Vielleicht kurz noch einmal zum Hintergrund:
Wir versuchen die ganzen Regelkreise (zunächst mal nur Niveau und Druck) im Dampfkessel soweit wie möglich zu standardisieren. In diesem Zusammenhang nehmen wir jeden Regelkreis auseinander und lassen die Erfahrungen der letzten Jahre einfließen. Nebenbei fragen wir auch Leute, die sich damit auskennen ;-)
Normalerweise haben wir keine großen Probleme mit der Niveaumessung. Aber es gibt eben auch Ausnahmen.
Besonders bei den bereits genannten sprunghaften Abnahmeschwankungen.
Ich werde bei Siemens nachfragen. Aber erfahrungsgemäß wird das recht teuer sein. Wir werden sehen...

Auf jeden Fall vielen Dank für eure Mühe!

Gruß Heiko

 

[sps_klassik]

Dann ist es vielleicht kein Fehler genau diese Applikation mal nachzuprogrammieren.
Die Applikation arbeitet mit normierten Prozentwerten.Diese externe Rückführung ist wegen dem I-Anteil und dessen Sättigung.
Man muss bei den Reglern dieses Aufintegrieren verhindern.Aber das kann man ja heute einfach machen, ducrch Stellgradbegrenzungen.
Das was hier als L-messung erscheint ist ja eine Differenzdruckmessung..Da muss man heute sicher redundant fahren.

 

[Heiko_R]

Redundant sich nur die Wassermangel-Elektroden. Die Messung nicht.
Wir haben meistens Großwasserraumkessel. Das Regelschema scheint von einem Wasserrohrkessel zu sein.
Dort ist die Regelung noch um einiges komplexer. Erst recht, wenn noch ein Überhitzer und eine Turbine hinten dran hängt. Hatten wir auch schon.
Das mit der Umschaltung von 3 auf 2 auf 1 Komponenten werde ich übernehmen. Es ist nicht gerade selten, dass es gar keine Dampf- und Speisewassermengen-Messung gibt.
Wie steuert ihr eure Speisewasserpumpen? Es gibt dazu bei uns verschiedene Auffassungen. Die einen sagen, eine Drehzahlregelung ist sowieso nur in einem kleinen Bereich möglich, also überflüssig. Deswegen reicht das Regelventil. Andere sagen, die Kombination aus Regelventil und Drehzahlregelung verbessert das Regelverhalten. Letzteres hatte ich auch schon erfolgreich umgesetzt.
Die Umrichter sind vermutlich zu teuer.

 

[sps_klassik]

Ich steuere gar nichts.Ich bin nur verfahrenstechnisch interessiert.
Theoretiker sozusagen.
Ventilauslegung versus Umrichterregelung.Ventile habe ich händisch schon ausgelegt.
Die Kombination dürfte stimmen.Da du ja gegen verschiedene Drücke fährst.Das heisst die Anlagenkennlinie verschiebt sich.
Alles sicher auch eine Frage des Geldes.Auf der anderen Seite vernichtet man sehr viel Energie wenn das Ventil falsch ausgelegt wird,
Kommt also auf die Groesse der Speisepumpe an und der menge die gespeist wird.
Der Umrichter kann natürlich auch wieder ausfallen.Alles nicht so einfach.

Ist also auch eine Frage der Pumpengroesse.

 

[sps_klassik]

Das mit dem reinen Umrichter alleine funktioniert nicht wegen der hohen Gegendrücke, würde ich jetzt au dem Bauch raus sagen.

 

[Heiko_R]

Normalerweise ist da eine Rückschlagklappe eingebaut.

Mal was zum grundsätzlichen Verständnis:
Bei einer Mehr-Komponenten-Regelung ist im Prinzip der Istwert, der an den Regler geht, eine Berechnung aller beteiligten Größen. Ist das soweit richtig?
Ich war der Meinung, dass es sich um mehrere Regler handelt, die miteinander verschaltet sind. Ein Regler vereinfacht die Sache doch erheblich.

 

[Heiko_R]

Die Pumpen sind normalerweise auch redundant. Wobei eine Pumpe mindestens so viel Wasser fördern können muss, wie der Kessel maximal Dampf abgeben kann. Also unter Volllast. Zumindest für eine bestimmte Zeit. Wie lange, weiß ich aber jetzt auch nicht.

 

[sps_klassik]

A=f(Dampf)+f(Füllstand)-Arbeitspunkt(50%) ist eigentlich der Sollwert.Ein Mischsignal aus diesen 3 Groessen fuer den
Speiseasserregler.Der Istwert ist die menge des Speisewassers.Im Idealfall kommt von oben eine Null und es muss kein Wasser zugeführt werden.
Ventil geht zu.