TIA Mehrzonen PID_Temp für Ofen

[fibopi]

Guten Tag,

ich modernisiere gerade einen Thermoöl-Ofen für eine Bäckerei. Mein erstes größeres Projekt.
Grundlegend ist der Ofen in 4 Zonen unterteilt, die jeweils separate Kreisläufe für Ober- und Unterhitze besitzen.
Geregelt wird die Temperatur also durch 8 eigenständige Kreisläufe, die alle variabel angepasst werden sollen – Regelung über Ventile.
Mein Plan ist nun den PID_Temp anzuwenden. „Heizen“ soll das Ventil öffnen und „Kühlen“ schließen.
Die Regelung erfolgt über Pulsweitenmodulation (PWM), wobei jedes Signal das Ventil immer weiter öffnet bzw. schließt.

Mein Problem ist nun, dass ich dem PID-Regler nicht ganz vertraue. Da ich die komplette Programmierung nicht in der nähe des Trockners mache,
muss der Regler nach dem Erstbetrieb alles in Erfahrung bringen. Gelöst wird das indem am HMI eine Erstoptimierung durchgeführt wird – dachte ich mir so.
Wie würdet ihr damit umgehen bzw. alles notwenige sicherstellen. Ich möchte gar keine genaue Anleitung, sondern einen groben Fahrplan was alles zu beachten ist.

Des Weiteren habe ich noch eine Frage zur Zonenregelung. Da die Zonen weitghend unabhänig voneinander laufen und sich nur geringfügig beeinflussen,
hatte ich geplant im OB 30 „Cyclinc interrupt“ 8 Netzwerke mit 8 PID_Temp und eigenen Instanzen anzulegen. (korrekt?)

Außerdem wird der Ofen innerhalb eines Tages erneuert, ist dementsprechend noch auf einer hohen Temperatur.
In meinem automatischen Wasserkocher-Versuch (der die Temperatur konstant halten sollte) konnte ich in Erfahrung bringen,
dass eine Erstoptimierung nicht möglich ist, wenn Soll- und IST-Temperatut nahe beieinander liegen – eigentlich logisch.
Heißt dass also, dass der Ofen wirklich heruntergefahren werden muss?

Vielen Dank

 

[Heinileini]

Mein Plan ist nun den PID_Temp anzuwenden. „Heizen“ soll das Ventil öffnen und „Kühlen“ schließen.
Die Regelung erfolgt über Pulsweitenmodulation (PWM), wobei jedes Signal das Ventil immer weiter öffnet bzw. schließt.

PWM? Damit beeinflusst Du, wie schnell Du das Ventil weiter öffnest bzw. schliesst, nicht, wie weit das Ventil geöffnet bzw. geschlossen wird!???

 

[escride1]

Mit dem OutputHeat sowie Cool wirst Du nicht wirklich weit kommen. Du möchtest Ihn auf Temperatur halten und nicht unbedingt kühlen.
Die richtige Wahl wäre eigentlich PID_3Step als Regler.
"Output_UP" UND Deine "Sicherheitsmerker true" UND "Ofen Ein" würden Ventil_auf triggern
"Output_DN" ODER "Sicherheitsmerker negiert false" ODER "Ofen Aus" würden Ventil_zu triggern

Wie der Regler, mal so richtig grob erklärt, arbeitet:
Ist er unter dem Sollwert triggert er immer wieder UP. Das ganze kann beeinflusst werden durch das Stellglied - min Einschaltzeit, min Ausschaltzeit sowie unter Motorstellwert die Ventilöffnungszeit plus ~10% in Sekunden.
Ist er über oder knapp unter dem Sollwert und "merkt", er würde überschwingen, so triggert er immer wieder "DN".
Durch das abwechselnde triggern von UP und DN hält er seine Temperatur.

PWM wäre wenn ich ein thermisches Stellventil wie die einfachen von einer Heizung nutze. Die brauchen nur Spannung um zu öffnen und desto häufiger und/oder länger die Spannung angelegt wird desto weiter öffnen diese. Bei Spannungslosigkeit würden die abkühlen und wieder schliessen.

Output_Heat ist um einen _Wert von 0-100% an ein Stellventil zum heizen zu geben
Output_Cool ist um einen Wert von 0-100% an ein Stellventil zum Kühlen zu geben
Das heisst, das an Output_Heat die Heizung und an Output_Cool die Klimaanlage dran kommen könnte, nur so als Beispiel.



Das mit dem Vertrauen - naja, Du musst dem Regler den Sollwert vorgeben, ihm mitteilen welchen Istwert er hat und dann kannst Du ihn starten. Zur Sicherheit verknüpfe an Ventil öffnen eben Merker die Überwachen ob die Temperatur um 20% überschritten ist oder sowas. Er wird zwar erstmal nicht optimal laufen, aber Du kannst ja schonmal sehen das er arbeitet. Und Deine Solltemperatur sollte halt abweichen, denn sonst kannst Du ihn nicht optimieren. Das dauert eventuell einige Zeit. Er versucht halt Deine gewünschte Temperatur zu erreichen und wird dann absichtlich mal mehr, mal weniger Heizen um die Reaktion Deiner Bauteile herauszufinden. Ist eine relativ komplexe Berechnung und sollte natürlich ausgeführt werden.

Die Erstoptimierung solltest Du aber mit Deinem PG machen um die Kurve einsehen zu können, sonst vertraust Du dem Regler wirklich blind.
Falls die Temperatur nicht abschwächt und die Erstoptimierung nicht ausführbar ist, kannst Du versuchen nur die Nachoptimierung durchzuführen. Die kann ausgeführt werden wenn er bereits am Sollwert ist, aber bringt natürlich Ergebnisse hervor die meistens stark abweichen.
Ich würde da versuchen mit dem KD abzusprechen das er zum Umbauzeitpunkt hin versucht den Ofen schonmal abkühlen zu lassen. Vielleicht kann die Produktion etwas verändert werden, sodaß in den letzten Stunden nur noch das hineinmuss was weniger Temperatur benötigt, wenn es das dort denn gibt.

Die Regler kannst Du alle zeitlich aufrufen im entsprechenden Cycle den Du brauchst. Und sie können alle in dem OB abgelegt werden in jeweils einem Netzwerk mit natürlich jeweils eigenem InstanzDB.

 

[Maagic7]

Wenn sich Heizungregler nicht automatisch optimieren lassen sollte hilft immer noch
Ziegler-Nichols

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Einstellung nach Ziegler-Nichols Kriterien
1. I und D Anteil durch Eingabe von Integrations- und Differenzierzeit := 0
2. Porportionalbeiwert (GAIN) soweit aufdrehen, bis Istwert schön schwingt
z.B. (Pu=50)
3. Dauer einer Schwingung bestimmen: (z.B. Tu=4sec)

Reglerparameter bei
PID : Gain:= 0.6*Pu TI:=0.5*Tu TD:=0.12*Tu
PI : Gain:= 0.4*Pu TI:=0.8*Tu

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Ich lass die meist gar nicht komplett als P-Regler schwingen, sondern
lass den Regler mit Erfahrungsparametern laufen und nimm die
Schwingungsdauer ab. Dann TI nach Ziegler Nichols bestimmt und am
Regler eintragen.

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Abschätzung der einzustellenden Verstärkung

Mann muss sich einmal in etwa klar werden, bei wieviel Grad Abweichung
man 100% Ansteuerung Heizung vertragen kann.

z.B. man entscheidet dass man bei 10°C zu kalt die 100% Heizung vertragen kann,
Dann wäre die Verstärkung Gain = 10
bei 20° Abweichung und 100% Heizung Gain = 5

Noch ein Hinweis:
Bei sehr trägen Heizungen fährt man oft mit PI statt PID besser

 

[Heinileini]

Abschätzung der einzustellenden Verstärkung
Man muss sich einmal in etwa klar werden, bei wieviel Grad Abweichung man 100% Ansteuerung Heizung vertragen kann.

Abschätzung ist Abschätzung und - die beiden Beispiele sagen es eigentlich schon - nicht mehr als eine recht willkürliche WunschVorstellung.
Mit einer Abschätzung vor der Einstellung des Reglers erhält man einen AnhaltsPunkt, in welcher GrössenOrdnung die Verstärkung liegen könnte, so dass man nicht ganz so ratlos anfängt, herum zu experimentieren.
Nach der Einstellung hat man einen AnhaltsPunkt dafür, ob die Heizung zu knapp, zu reichlich oder passend (was auch immer das sein mag) dimensioniert wurde.
Die Verstärkung so hoch wie möglich machen, ohne dass das System anfängt zu schwingen. Zugegeben, eine präzise Aussage ist das auch nicht.

Noch ein Hinweis:
Bei sehr trägen Heizungen fährt man oft mit PI statt PID besser

Der D-Anteil dürfte sich bei sehr trägen Systemen eher kaum bis gar nicht auswirken, ausser bei nicht so trägen Einflüssen, sprich bei plötzlichen Änderungen des Sollwertes oder Istwertes (Störung durch äussere Einflüsse).
Warum aber ein Regler mit richtig dimensioniertem D-Anteil schlechter sein soll als einer ohne diesen, das will mir nicht so recht einleuchten. Dafür dürften evtl. die Einflüsse der Digitalisierung (Granularität des IstWertes und zu gross gewählter zeitlicher Abstand zwischen den Berechnungen des Reglers) verantwortlich sein.