Druckregelung

Hallo,

ich bin relativ neu in der ganzen LabViewmaterie und sozusagen blutiger, aber lernwilliger Anfänger. Bin Student der Ingenieurwissenschaften, also etwas vom Fach


Für mein Projekt brauche ich aber etwas Hilfe:
Es soll in einem Kreislauf mit Druckluft der Druck geregelt werden. Eingangsseitig steht ein handelsüblicher Kompressor mit 8-10Bar Luftdruck. Der Druck im System soll von 0 Bar (bezogen auf Überdruck Atmosphäre) bis 5 bar geregelt werden, durch Labview. Ziel ist es in LabView auf "Start" zu drücken und es regelt sich ein Druck von 0.5Bar ein, dieser Druck wird für eine Kalibrierung benötigt. Nach einem drücken auf "Weiter" regelt sich ein Druck von 1Bar ein usw. bis 5 Bar. Anschliessend soll noch die Möglichkeit gegeben sein mithilfe eines Ejektors (Venturiprinzip) von 5bar auf (Leicht-)Vakuum umzustellen, auch durch Input im LabView interface.
Das ganze klingt definitiv kompliziert, aber ich werde eine Skizze nachreichen die das ganze im Nu erklärt

Ich habe von LabView null Ahnung, ich denke aber ich werde zu recht kommen (natürlich mit Hilfe). Regelungstechnik und Messtechnik Kenntnisse sind grundlegend vorhanden, praktische Erfahrung allerdings null

Folgende Hardware ist vorhanden
Kompressor
Laptop mit USB und ExpressCard (muss portabel sein, eine PCI(-E) Lösung fällt weg

Folgende Hardware brauche ich meiner Meinung (!) nach:
Labview
A/D-Wandler (Erfassen der Sensordaten)
D/A-Wandler (Anweisungen für die Ventile)
2x 2-Wege-Ventil mit elektrischer Steuerung (Gibt es so etwas? grob geschätzter Kostenpunkt?)
Drucksensor (LabView Druckanzeige)

Ich wollte jetzt einfach mal nachfragen ob ich grob einen Fehler in meinem Vorgehen habe, sprich es gibt keine derartigen Ventile oder das ganze ist definitiv komplizierter als von mir gedacht. Ich hoffe auf eure Hilfe, Fragen zum Prinzip werden liebend gerne beantwortet.
Skizze wird in wenigen Stunden nachgereicht!

Danke schon einmal

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Hallo, herzlich Willkommen!

' schrieb:Ziel ist es in LabView auf "Start" zu drücken und es regelt sich ein Druck von 0.5Bar ein, dieser Druck wird für eine Kalibrierung benötigt. Nach einem drücken auf "Weiter" regelt sich ein Druck von 1Bar ein usw. bis 5 Bar. Anschliessend soll noch die Möglichkeit gegeben sein mithilfe eines Ejektors (Venturiprinzip) von 5bar auf (Leicht-)Vakuum umzustellen, auch durch Input im LabView interface.
Das ganze klingt definitiv kompliziert, aber ich werde eine Skizze nachreichen die das ganze im Nu erklärt

Och das klingt eigentlich alles andere als kompliziert.
Stichwort hier wäre auf jedenfall "State Machine" bzw. auf Deutsch "Zustandsautomat". LabVIEW bietet dafür eine entsprechende Vorlage an (Datei -> Neu... -> VI - Aus Vorlage - Entwurfsmuster - Standardzustandsautomat).

Das ist dafür da, nacheinander diverse Zustände auszuführen. In deinem Fall wären diese:

- Druck auf 0,5 bar setzen
- Druck auf 1 bar setzen
- ...
- Druck auf 5 bar setzen
- Ventile umschalten auf den Pneumatikkreis mit der Venturidüse + ggf. Druck anpassen

' schrieb:Regelungstechnik und Messtechnik Kenntnisse sind grundlegend vorhanden, praktische Erfahrung allerdings null

Von Regelungstechnik musst du im Prinzip nicht viel wissen.
In deiner Hardwareliste sehe ich keine Komponente, mit der du den Druck regeln möchtest. Normalerweise nimmt man dafür Druckregelventile (im Folgenden: DRV). Da gibst du den Druck z.B. als Stromsignal (4 - 20 mA) vor und das DRV stellt diesen Druck ein.
Die haben oftmals auch einen Drucksensor integriert, den du einlesen kannst. Der liefert dir natürlich den Druck im DRV und nicht in deinem Prüfling. Dieser kann sich geringfügig unterscheiden.

Im Zustandsautomat musst du demnach nur den Stromausgang (oder Spannungsausgang, je nach dem) anpassen und kurz warten, bis der Druck sich eingestellt hat.

' schrieb:2x 2-Wege-Ventil mit elektrischer Steuerung (Gibt es so etwas? grob geschätzter Kostenpunkt?)

Natürlich gibt es das. Du bekommst so ziemlich jedes Wegeventil mit elektrischer Ansteuerung. Was sowas genau kostet, weiß ich nicht, aber allzu teuer sind diese nicht, je nach Baugröße/Durchfluss. SOfern diese nicht Druckdicht sein müssen. Oftmals reichen aber Standard-Wegeventile aus (Fa. Festo hat da z.B. eine sehr große Auswahl).
Für das Umschalten zwischen dem Überdruck- und Unterdruckkreis sind die locker ausreichend.

' schrieb:Ich wollte jetzt einfach mal nachfragen ob ich grob einen Fehler in meinem Vorgehen habe, sprich es gibt keine derartigen Ventile oder das ganze ist definitiv komplizierter als von mir gedacht.

Im Prinzip ist das nicht sonderlich kompliziert und vom Vorgehen passt das. Nur würde ich - wie gesagt - ein Druckregelventil einsetzen. Mit deinen angedachten Komponenten ist eine Druckregelung nicht möglich.
Die Venturisaugdüse ist in deiner Liste ebenfalls noch nicht vorhanden.

Als Messhardware gibt es auch von NI spezielle USB-Geräte wie NI USB 6008. Ich kenne diese nicht, aber sie könnte für deinen Fall ausreichend sein. Nur eine Hardwaretaktung und damit eine saubere Synchronisierung mehrerer Kanäle ist meines Wissens damit nicht möglich. WObei du das wohl auch nicht benötigst.

' schrieb:...
Laptop mit USB und ExpressCard (muss portabel sein, eine PCI(-E) Lösung fällt weg

Folgende Hardware brauche ich meiner Meinung (!) nach:
Labview
A/D-Wandler (Erfassen der Sensordaten)
D/A-Wandler (Anweisungen für die Ventile)
...

Zwecks DAQ-Hardware, schau doch mal auf der NI-Seite nach USB-DAQ-Karten:
http://www.ni.com/dataacquisition/
Ob das dann komplett portabel ist, wirst du dann sehen. Mglw. brauchst du für die DAQ-Karte noch eine externe Stromversorgung. Und ja nach Ventilen und Sensoren noch eine elektronische Aufbereitung der Signale (z.B. von TTL-Level auf 24 V oder ähnlich). Aber das hängt dann von der Pneumatik-Hardware ab.

Gruß, Jens

Hallo Mecha & labview-neuling,

von einer Aussage wie "Von Regelungstechnik musst du im Prinzip nicht viel wissen." würde ich hier eher abraten. Schließlich geht es hier um "dieser Druck wird für eine Kalibrierung benötigt."!

Für eine Kalibrierung werden üblicherweise strengere Kriterien angelegt als für ein einfaches "ich stell' mal 0.5 bar ein" (schon die Benutzung der Einheit bar möchte ich hier mal in Frage stellen...). Um die dann üblichen Genauigkeiten zu erreichen, sollte man sich (neben der Nichtelektrischen Messtechnik) auch in der Regelungstechnik auskennen...

Aber prinzipiell sind die Vorschläge der Vorredner richtig. Erstmal nach der verwendeten Hardware (Ventile, etc.) schauen, dann die dazu passende A/D&D/A-Technik anschaffen und dann noch "ein bisschen" LabVIEW...

' schrieb:In deiner Hardwareliste sehe ich keine Komponente, mit der du den Druck regeln möchtest. Normalerweise nimmt man dafür Druckregelventile (im Folgenden: DRV). Da gibst du den Druck z.B. als Stromsignal (4 - 20 mA) vor und das DRV stellt diesen Druck ein.
Die haben oftmals auch einen Drucksensor integriert, den du einlesen kannst. Der liefert dir natürlich den Druck im DRV und nicht in deinem Prüfling. Dieser kann sich geringfügig unterscheiden.

Daran habe ich auch gedacht. Für sowas ist allerdings ein "Luftfluss" nötig, also ein geöffneter Kreislauf. Vielleicht bleibt ein 2 Wege-Ventil im Setup, so dass ein vermutlich zu erst eintretender Überdruck ausreguliert wird. ich denke mit einer Skizze wird das deutlicher, dauert wohl noch etwas

Im Zustandsautomat musst du demnach nur den Stromausgang (oder Spannungsausgang, je nach dem) anpassen und kurz warten, bis der Druck sich eingestellt hat.
Natürlich gibt es das. Du bekommst so ziemlich jedes Wegeventil mit elektrischer Ansteuerung. Was sowas genau kostet, weiß ich nicht, aber allzu teuer sind diese nicht, je nach Baugröße/Durchfluss. SOfern diese nicht Druckdicht sein müssen. Oftmals reichen aber Standard-Wegeventile aus (Fa. Festo hat da z.B. eine sehr große Auswahl).
Für das Umschalten zwischen dem Überdruck- und Unterdruckkreis sind die locker ausreichend.

Brauchen die Ventile nicht erheblich mehr Strom/Spannung als die USB Box liefern kann? Ich finde immer nur Ventile die direkt auf Spannung reagieren und dann Elektromagnetisch dies bewerkstelligen. Die Box kann das bestimmt nicht liefern oder bin ich falsch?

Im Prinzip ist das nicht sonderlich kompliziert und vom Vorgehen passt das. Nur würde ich - wie gesagt - ein Druckregelventil einsetzen. Mit deinen angedachten Komponenten ist eine Druckregelung nicht möglich.
Die Venturisaugdüse ist in deiner Liste ebenfalls noch nicht vorhanden.

Ja den Ejektor habe ich schlichtweg vergessen

Nachbrenner:

Zitat:von einer Aussage wie "Von Regelungstechnik musst du im Prinzip nicht viel wissen." würde ich hier eher abraten. Schließlich geht es hier um "dieser Druck wird für eine Kalibrierung benötigt."!

Für eine Kalibrierung werden üblicherweise strengere Kriterien angelegt als für ein einfaches "ich stell' mal 0.5 bar ein" (schon die Benutzung der Einheit bar möchte ich hier mal in Frage stellen...). Um die dann üblichen Genauigkeiten zu erreichen, sollte man sich (neben der Nichtelektrischen Messtechnik) auch in der Regelungstechnik auskennen...

Aber prinzipiell sind die Vorschläge der Vorredner richtig. Erstmal nach der verwendeten Hardware (Ventile, etc.) schauen, dann die dazu passende A/D&D/A-Technik anschaffen und dann noch "ein bisschen" LabVIEW...

Ja Bar will keiner mehr sehen aber jeder verwendet es noch. Gedacht ist das ganze für Drücke in mmHg, für das grundlegende Layout und die Funktionsweise tut es "Bar" allemal und darum geht es mir. Das Projekt steht am Anfang, es steht definitiv noch viel an.

' schrieb:Für eine Kalibrierung werden üblicherweise strengere Kriterien angelegt als für ein einfaches "ich stell' mal 0.5 bar ein"

Gut, ich kenne die genaue Aufgabenstellung nicht.

Hätte er 0,500 bar geschrieben, wäre die Genauigkeit grob erkennbar.

Wobei die Druckregelventile, die wir einsetzen z.T. auf ca. 2 mbar genau sind.
Wenn es in den Pascal-Bereich geht, muss wohl etwas anderes her. Dann sind natürlich auch hochpräzise Drucksensoren erforderlich und eine entsprechend genaue Erfassungs-Hardware.

Um hier Aussagen machen zu können, fehlen aber Informationen. Je nach Gerät ist eine Kalibrierung von 0,5 bar +/- 20 mbar oder noch gröber auch ausreichend. Es kommt eben immer auf den Anwendungsfall an.

Anwendungfall:
Der Druck soll in einem Luftkissen geregelt werden. Dieses Luftkissen (zwischen zwei Stahlplatten) erzeugt einen Druck auf eine Drucksensormatte. Diese wird damit kalibriert. Es geht hier nicht um einzelne Pascals.

Hier mal die Skizze des Systems

Paar Fragen noch:[list]
[*]Worin unterscheidet sich eine Regelung für den Input per Strom und Spannung? Wo liegen die Vorteile, was wäre für diesen Fall geeignet?<>
[*]Angenommen der LabView output ist im Bereich 0-5V, wie interpretiert das 2/3 Wegen Ventil die Sache? Stromlos a->b ab einem Schwellwert wechsel auf a->c?<>
[*]Entsprechend meiner Recherche funktionieren die elektrisch gesteuerten Regelventile elektromagnetisch, kommt es da nicht zu Problemen mit Induzierten Spannungsspitzen (hier bezogen auf die USB Hardware) beim Schaltvorgang?<>
[st]

Korrekturen:
Es ist natürlich ein 3/2 wege ventil und ein needle valve.
Außerdem wird noch ein Filter vor dem Pressurecontroller benötigt.

Hallo,

du bist aber früh (oder sehr spät) hier unterwegs, alle Achtung.

' schrieb:Worin unterscheidet sich eine Regelung für den Input per Strom und Spannung? Wo liegen die Vorteile, was wäre für diesen Fall geeignet?

Die Regelung selbst unterscheidet sich nicht. Wir bevorzugen Stromsignale, da diese unanfälliger auf äußere Störeinflüsse sind. Auch Widerstände in den Leitungen oder an den Klemmen spielen keine Rolle. Bei Spannungssignalen gibt es dort Spannungsabfälle, die dein Signal geringfügig verändern können.
Es gibt jedoch z.B. auch Sensoren, die liefern nur Spannungssignale.

' schrieb:Angenommen der LabView output ist im Bereich 0-5V, wie interpretiert das 2/3 Wegen Ventil die Sache? Stromlos a->b ab einem Schwellwert wechsel auf a->c?

Das kommt aufs Ventil an. Wir setzen normalerweise Ventile ein, die 24 V DC zur Ansteuerung benötigen. Das würde für dich wohl ein zusätzliches Netzteil bedeuten. Aber schau dich mal in den entsprechenden Katalogen um. Vielleicht gibt's auch welche mit 5 V.
Es gibt da auch verschiedene Typen: Manchen Ventilen reicht ein Spannungsimpuls (i.d.R. bistabil), manche benötigen eine dauerhaft anliegende Spannung im geschalteten Zustand (monostabil).
Aber wie gesagt: Schau dir die Datenblätter an, da steht alles drinnen.

' schrieb:Entsprechend meiner Recherche funktionieren die elektrisch gesteuerten Regelventile elektromagnetisch, kommt es da nicht zu Problemen mit Induzierten Spannungsspitzen (hier bezogen auf die USB Hardware) beim Schaltvorgang?

Gute Frage. Ggf. könntest du einen Optokoppler nutzen, aber wir hatten damit meines Wissens bisher nie Probleme, selbst bei kräftigen Ventilen.
Sonst beim Hersteller anrufen und nachfragen.
Mit Nadelventilen kenne ich mich nicht aus. Ich könnte mir aber vorstellen, dass diese keine große Magnetspule benötigen.
Wir setzen hauptsächlich Wegeventile mit Kolben ein.