TIA Pumpenregelung: Regelung anhand Druchflussmessung(en)

[Mogli]

Guten Morgen zusammen,

haustinern haben wir ein "kleines" Projekt, bei dem ich mir gerne eine externe Meinung zur Umsetzung einholen wollte.

Wir haben eine bestehende Ringleitung, welche mit Wasser gefüllt ist. Versorgt werden durch diese Ringleitung 20 Tanks (Jeder Tank hat einen eigenen Durchflussmesser). Wenn ein Tank Wasser benötigt, öffnet sich ein Ventil und Wasser wird aus der Ringleitung in den jeweiligen Tank gefördert.
Bislang war es so, dass für die Ringleitung 2 Pumpen vorgesehen waren, die den Druck in der Leitung auf X bar gehalten haben.
Die Pumpen waren als "Stand-Alone" verbaut mit einem Druckmesser eingebunden.

Nun soll es so sein, dass die Pumpen mit in die SPS integriert werden sollen. Die Pumpen dürfen nie über 28 Kubikmeter fördern, da wir sonst bislang das Problem hatten, dass die Durchflussmesser nicht ordentlich zählen.
Dazu haben ich alle Durchflussmesser der Tanks auf den Baustein "MAX" gelegt, sodass ich dann den MAX Wert als Rückgabewert für meine Regelung nehme.
Wenn es keine Abnahme gibt, sollen die Pumpen mit einer niedrigen Festfrequenz laufen.

Nun kommt meine eigentliche Frage:
Wenn man die Pumpen regeln möchte, ist es "sinniger" mit dem "CONT_C" oder mit dem "PID_Compact" zu arbeiten?
Bislang habe ich noch nicht mit PID Reglern gearbeitet und wollte nachhören, welchen Regler man am sinnigsten nutzt, wenn es um die Regelung von Durchflüssen von Wasser geht.

Erstellt wird das Ganz in TIA V17
CPU: 1513-1PN

Schon Mal vielen lieben Dank für eure Anmerkungen

Grüße aus Luxembourg

 

[Botimperator]

Moin,

Nun kommt meine eigentliche Frage:
Wenn man die Pumpen regeln möchte, ist es "sinniger" mit dem "CONT_C" oder mit dem "PID_Compact" zu arbeiten?

Das ist ziemlich egal. CONT_C ist aus der Classic-Welt, PID_Compact aus TIA & bringt noch einige Basisfunktionen zusätzlich onboard mit (PWM-Output, Selbstoptimierung, ...).
TIA kann aus Kompatibilitätsgründen auch mit CONT_C.
Regeln tun beide.

Aufgrund der Trägheit der Pumpen würde ich dazu tendieren einen reinen PI-Regler zu nehmen.
Geht ebenfalls mit beiden Tech-Objekten.

Ich würde mal ganz dreist die Frage stellen: Ist ein PI/PID-Regler für deine Anwendung überhaupt das Richtige?
Wäre eine nichtlineare Kennlinie für die Pumpen vllt auch ne Lösung?
Quasi: 2 Tanks offen => Drehzahl x, 5 Tanks offen => Drehzahl Y, usw...
Daten dafür bekommst du aus der Pumpenkennlinie => Betriebsanleitung der Pumpe, ggf. beim Hersteller direkt anfragen.
Baustein dafür wäre z.B. LGF_NonLinearInterpolation aus der Siemens-LGF Bibliothek.
Ggf. die letzten % per PI-Regler nachführen.

Pumpengespeiste Versorgungsnetze kenne ich aus meiner Praxis eher als druckgeführt, nicht im Bezug auf die Durchflussmenge.
KSB hat da recht effiziente Stand-Alone Lösungen mit integiertem FU & Regelung.
Gibt es einen Grund wieso du von Druck- auf Mengenregelung wechseln willst?

 

[Mogli]

Moin,


Das ist ziemlich egal. CONT_C ist aus der Classic-Welt, PID_Compact aus TIA & bringt noch einige Basisfunktionen zusätzlich onboard mit (PWM-Output, Selbstoptimierung, ...).
TIA kann aus Kompatibilitätsgründen auch mit CONT_C.
Regeln tun beide.

Aufgrund der Trägheit der Pumpen würde ich dazu tendieren einen reinen PI-Regler zu nehmen.
Geht ebenfalls mit beiden Tech-Objekten.

Ich würde mal ganz dreist die Frage stellen: Ist ein PI/PID-Regler für deine Anwendung überhaupt das Richtige?
Wäre eine nichtlineare Kennlinie für die Pumpen vllt auch ne Lösung?
Quasi: 2 Tanks offen => Drehzahl x, 5 Tanks offen => Drehzahl Y, usw...
Daten dafür bekommst du aus der Pumpenkennlinie => Betriebsanleitung der Pumpe, ggf. beim Hersteller direkt anfragen.
Baustein dafür wäre z.B. LGF_NonLinearInterpolation aus der Siemens-LGF Bibliothek.
Ggf. die letzten % per PI-Regler nachführen.

Pumpengespeiste Versorgungsnetze kenne ich aus meiner Praxis eher als druckgeführt, nicht im Bezug auf die Durchflussmenge.
KSB hat da recht effiziente Stand-Alone Lösungen mit integiertem FU & Regelung.
Gibt es einen Grund wieso du von Druck- auf Mengenregelung wechseln willst?

Hallo @Botimperator
erstmal vielen Dank für deine Antwort.

Wir haben Probleme, wenn mehrere Tanks parallel Wasser benötigen. Dann kommt an einem Tank weniger an als an dem anderen, wodurch der Ablauf sehr lange dauert. Die Pumpen versuchen den Druck auf 3,5Bar zu halten. Nun ist es so, dass wenn 2 Tanks Wasser benötigen, ich den Durchflussmesser mit dem "höchsten" Durchfluss als meinen Istwert nehme. Der Sollwert bleibt weiterhin bei 28Kubik. Die Tanks stehen teilweise recht weit auseinander, weshalb ich nicht mit Festwerten (1 Tank = X Drehzahl, 2 Tanks =y Drehzahl...) arbeiten möchte.

Im Moment bereite ich gerade ein "Testprogramm" vor, bei dem ich mit dem CONT_C arbeite und hier den D-Anteil aktivierbar machen möchte.

 

[JSEngineering]

Ich verstehe aber dann nicht, auf welche Weise Du mit den Pumpen regeln möchtest, daß der erste Tank nicht mehr bekommt als der letzte. Das kannst Du eigentlich nur durch Abkneifen der Tankzuleitung erreichen, oder eben über Füllstände (bzw. gemessenen Volumen), daß Du den ersten eher zu machst, als den letzten.
Ich denke, es ist nicht möglich, das Problem über die Regelung der Pumpen zu lösen...

 

[Mogli]

Das Problem ist folgendes:
Direkt hinter der Pumpe ist ein mechanischer "Schieber". Hier gab es wohl oft Personal, das gemeint hatte den Schieber zu verstellen.
Daraufhin wurde dann mit mehr als 28 Kubik gefördert, was dazu führte, dass die Durchflussmesser nicht ordentlich funktionieren.

Um dies zu verhindern, möchte mein Chef, dass wir nicht mehr über den Druck, sondern über den Durchfluss Regeln. Hier habe ich dann den "MAX" Baustein, um zu ermitteln welcher Tank den meisten Durchfluss hat. Diesen Wert nehme ich dann als meinen IST-Wert für die Regelung.

In einer kleine Simu habe ich mir den CONT_C genommen und probiere das gerade aus.
Jeder Tank an sich überwacht, dass er genügend Wasser bekommen hat. Wenn er genügend Wasser hat, schaltet er selbstständig sein Zulaufventil zu. Damit ich sicherstellen kann, dass jeder Tank auch die Menge korrekt erfasst hat, muss ich sicherstellen dass der MAX Durchfluss von 28 Kubik nicht überschritten wird.

 

[JSEngineering]

Jeder Tank an sich überwacht, dass er genügend Wasser bekommen hat. Wenn er genügend Wasser hat, schaltet er selbstständig sein Zulaufventil zu.

Das hört sich dann alerdings anders an als

Wir haben Probleme, wenn mehrere Tanks parallel Wasser benötigen. Dann kommt an einem Tank weniger an als an dem anderen, wodurch der Ablauf sehr lange dauert.

Um dies zu verhindern, möchte mein Chef, dass wir nicht mehr über den Druck, sondern über den Durchfluss Regeln. Hier habe ich dann den "MAX" Baustein, um zu ermitteln welcher Tank den meisten Durchfluss hat. Diesen Wert nehme ich dann als meinen IST-Wert für die Regelung.

Das kann dann funktionieren.

Nur mal als Idee: Wenn Du einen FU hast, die haben oft angepaßte Pumpenregelungen integriert. Ggf. macht es Sinn, den Max-Wert direkt auf den FU zu geben und den integrierten Regelkreis zu nutzen?

 

[Mogli]

Das hört sich dann alerdings anders an als



Das kann dann funktionieren.

Nur mal als Idee: Wenn Du einen FU hast, die haben oft angepaßte Pumpenregelungen integriert. Ggf. macht es Sinn, den Max-Wert direkt auf den FU zu geben und den integrierten Regelkreis zu nutzen?

Einen FU habe ich nicht.
Es wird ein Analogausgang auf die Stand-Alone Pumpe verdrahtet (Wie das genau aussieht, bzw. welche Pumpe das ist weiß ich leider nicht).

Ich habe eine Frage zum Verhalten des CONT_C (gilt vermutlich für alle Regler):
In meiner "Simu" habe ich den D-Teil deaktiviert und arbeite somit nur mit dem P und I Anteil.

Wenn mein Sollwert bei 28 ist, und ich als Rückmeldung einen kleineren Wert bekomme, sehe ich dass der Reglerausgang ganz langsam auffährt.
Wenn jedoch meine Rückmeldung (Istwert) kleiner wird, "springt" der Ausgang des Reglers sofort herunter.
Welche Einstellung beeinflusst eigentlich dieses Verhalten?

In meiner Simu arbeite ich mit P= 0,5 und I=60s.

Da ich bislang keinerlei Erfahrung/ Bezug mit Reglern habe, bin ich da ein wenig überfragt.

 

[Botimperator]

Um dies zu verhindern, möchte mein Chef, dass wir nicht mehr über den Druck, sondern über den Durchfluss Regeln. Hier habe ich dann den "MAX" Baustein, um zu ermitteln welcher Tank den meisten Durchfluss hat. Diesen Wert nehme ich dann als meinen IST-Wert für die Regelung.

Heißt: jeder Tank hat einen eigenen Durchflussmesser?
Wenn ja, dann kann das regelungstechnisch funktionieren.
Schau mal in der TIA-hilfe nach "Ablöseregelung mit PID_Compact V2 (S7-1200, S7-1500)".

Nur mal als Idee: Wenn Du einen FU hast, die haben oft angepaßte Pumpenregelungen integriert. Ggf. macht es Sinn, den Max-Wert direkt auf den FU zu geben und den integrierten Regelkreis zu nutzen?

Das würde ich hier genauso machen, sofern an der Pumpe eine entsprechende Funktion zur Verfügung steht.
Dann wäre das quasi eine Verkettung von Regelkreisen.
Durchfluss am Tank => Druck in der Leitung => Drehzahl der Pumpe.

Einen FU habe ich nicht.
Es wird ein Analogausgang auf die Stand-Alone Pumpe verdrahtet (Wie das genau aussieht, bzw. welche Pumpe das ist weiß ich leider nicht).

Dann hast du einen integrierten FU oder ähnliches.
Mit dem Analogsignal wirst du wohl kaum den Motor befeuern
Schau bitte im Datenblatt was die interne Schaltung der Pumpe genau macht.
Speziell: Wird der Analogwert als Soll-Druck, Leistung oder Drehzahl interpretiert?

Wenn mein Sollwert bei 28 ist, und ich als Rückmeldung einen kleineren Wert bekomme, sehe ich dass der Reglerausgang ganz langsam auffährt.
Wenn jedoch meine Rückmeldung (Istwert) kleiner wird, "springt" der Ausgang des Reglers sofort herunter.
Welche Einstellung beeinflusst eigentlich dieses Verhalten?

Kannst du das mal durch nen Trace jagen?
Bin nicht ganz sicher ob ich das richtig verstehe...

 

[winnman]

oder gleich den Durchfluss bei den einzelnen Tanks messen/regeln, dann sollte es egal sein wenn bei mehreren Tanks dann in Summe >28l/s gefördert werden. (oder habt ihr bei den Pumpen die Durchflussmessung die dann "spinnt")