Vorsteuerung einer Pumpe zur Durchflussregelung

Hallo liebes LabVIEWForum,

das ist mein erster Beitrag, also bitte verzeiht mir Unwissenheit oder kleine Fehler auch in LabView bin ich mehr oder weniger Anfänger (seit Oktober 2019).

Die am Anlagenrechner angesetzte LabView Version ist 2017. Kommunikation zwischen den Feldgeräten und der Steuerung ist über 4-20 mA bzw. wird über einen Rechnung dann auf 0-10 Volt umgerechnet.

Leider konnte ich auf meine Frage auch beim Durchsuchen des Forums keine wirklich passende Antwort auf mein Problem finden... ein paar Ansätze, die ich aber nicht ohne weiteres adaptieren kann und eigentlich ist es dann doch wieder ein ganz anderes Problem. Somit ist m.E. ein weiterer Thread erlaubt, ich hoffe, ihr stimmt mir zu. Ansonsten gilt natürlich --> und ich werde mich an einen anderen Fragesteller hängen.

Meine Anlagenkonstruktion habe ich als R&I-Fließbild in den Anhang gepackt, bei Fragen oder Unklarheiten gerne drauf los    

Also ich pumpe mit einer regelbaren Pumpe (N1) Wasser aus einem Tank, das wird dann in vier Leitungen aufgeteilt. Damit die Kreiselpumpe nicht gegen eine Wand pumpt, muss über die Leitungen ohne Ventil immer ein wenig Wasser durchgelassen werden. Über die anderen Leitungen (also die Bypass-Regelung oben und unten) soll dann der Durchfluss, der über die Sensoren F10 und F20 gemessen und über die Proportionalventile Y10 und Y20 geregelt werden kann, eingestellt werden. Bestenfalls soll so oben ein anderer Einfluss eingestellt werden als unten.

Jetzt möchte ich über Labview einen Sollwert für oben und unten vorgeben können und sowohl Pumpe als auch Ventile automatisch ansteuern. Meines Wissens brauche ich dafür eine Vorsteuerung für die Pumpe. Das Verhalten habe ich auch bereits aufgezeichnet und mithilfe eines PT2-Gliedes mit Überschwingen abgeschätzt. Allerdings weiß ich nicht, wie ich das in Labview implementieren kann und bin zur Zeit ratlos was auch gehen würde, aber eigentlich keine optimale Lösung ist, wäre eine Realisierung über ein Kennfeld. Damit habe ich mich aber noch nicht beschäftigt, da ich die Vorsteuerung präferiere.

Gibt es eine vorgefertigte VI, die ich einfach noch nicht gefunden habe? Kann ich mir das PT2-Glied mit Überschwung selber zusammenbauen? Bisher habe ich es nur geschafft, das ganze ohne Überschwung mit zwei PT1-Gliedern zu realisieren... das hilft mir leider erst mal nicht weiter.

Ich weiß nicht, inwiefern ich die VI der Anlage hier hochladen kann, da sich viel DAQs ohne die angeschlossene Hardware gar nicht aufrufen lassen und ich eigentlich nur an dem Anlagenrechner das Programm starten kann, ohne hunderte Fehlermeldungen zu erhalten. Deswegen habe ich jetzt erst mal nichts angefügt. Wenn ihr weitere Sachen haben wollt oder ich eine Art "Minimalbeispiel" basteln soll, mache ich das natürlich sofort.

Hoffentlich könnt ihr meine Frage beantworten und ich habe das Problem vernünftig dargestellt, ich bin LabView sonst schonungslos ausgeliefert.

Mit freundlichen Grüßen
Toto229

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Hallo Toto,

kannst du eine dünne Leitung (für einen definierten Minimaldurchfluss) nach der Pumpe zurück zum Tank einfügen, um dein Kriterium "gegen die Wand fahren" zu entschärfen?

Ansonsten:
Ich arbeite bei einigen Regelkreisen auch mit Vorsteuerung, und habe mir dafür immer selbst etwas programmiert. Die Randbedingungen sind dann doch zu unterschiedlich, dass man sowas mit einem allgemeinen VI erledigen könnte.

Hast du dann noch einen PID-Regler (o.ä.) für die Ventilsteuerung implementiert?

Zitat:Ich weiß nicht, inwiefern ich die VI der Anlage hier hochladen kann, da sich viel DAQs ohne die angeschlossene Hardware gar nicht aufrufen lassen und ich eigentlich nur an dem Anlagenrechner das Programm starten kann, ohne hunderte Fehlermeldungen zu erhalten. Deswegen habe ich jetzt erst mal nichts angefügt. Wenn ihr weitere Sachen haben wollt oder ich eine Art "Minimalbeispiel" basteln soll, mache ich das natürlich sofort.

LabVIEW kommt mit etlichen BeispielVIs/-Projekten, da sind auch Regler-Beispiele dabei, die ohne Hardware auskommen. Könntest du ein entsprechendes Beispiel deines VIs erstellen?

Hallo GerdW,

vielen Dank für die schnelle Antwort! Mega geil!

Du meinst, ob ich einen Teil einfach zurück in den Behälter pumpe? Das ist zur Zeit nicht möglich.. aber grundsätzlich ist das schon mal eine gute Idee! Das muss ich natürlich erst in der Werkstatt in Auftrag geben, wird also eher eine längerfristige Lösung. Die kann dann natürlich redundant geschaltet werden. Aber wie gesagt, das ist erst mal Zukunftsmusik

Ja genau, die Ventile werden über den Labview PID-Regler geregelt. Das funktioniert auch mehr oder weniger^^

Zu dem VI, was brauchst du da von mir? Ich bekomme über ein DAQ-Assistenten die Werte aus den Feldgeräten und verarbeite die dann. Soll ich diesen Eingang simulieren und den Rest so zusammenstellen, wie in meiner Anwendung? Also worauf soll ich Wert legen, damit du mir weiterhelfen kannst?

LG
Toto229

Hallo Toto,

hast du Messdaten, die du mal zeigen könntest? Wie verhält sich der Massenstrom, wenn die Pumpe ihre Drehzahl ändert oder ein Ventil verstellt wird?

Ich würde so herangehen:
- Die Pumpe wird so angesteuert, dass sie den Gesamt-Sollmassenstrom F10+F20 bereitstellt. Viele Pumpen lassen hier eine Steuerung (statt einer Regelung) zu, da sie halbwegs druckstabil arbeiten: hast du so eine?
- Die Ventile werden über eine Vorsteuerung (engl. feed-forward) so gestellt, dass sie lt. Kennfeld/physikalischem Modell den (halbwegs) korrekten Durchfluss ermöglichen.
- Ein PID-Regler pro Zweig passt die Ventilstellung so an, dass der korrekte Sollmassenstrom erreicht wird. Hier nutze ich zusätzlich oft&gern eine Begrenzung des Stellbereichs, wenn die Vorsteuerung schon hinreichend genau arbeitet.
- Du hast hier leider 2 gekoppelte Systeme, die jeweils eine Störgröße für den anderen darstellen: du musst also noch beobachten, ob/wie es zu Störungen kommt, wenn die beiden Zweige sich evtl. gegenseitig den Massenstrom "abgraben". Unterschiedliche Druckverluste in parallelen Medienleitungen verhalten sich wie parallel geschaltete Widerstände in einem Stromkreis…

Tipp:
Falls sich der Massenstrom durch die Düsen über einen Vordruck regeln lässt, kann ich dir Druckregelventile wie dieses hier empfehlen. Habe ich gerade parallel zu einem stellmotorgetriebenen Drosselventil in Betrieb, quasi wie dein Aufbau… (Alternativ gibt es auch Massenstrom-Regelventile, die können dein Leben noch einfacher machen.)

Ja, Messdaten habe ich. Die hänge ich sofort an. Ich hoffe, Excel ist in Ordnung! Habe sowohl Ventil-Sprungversuche, als auch die Pumpenkennlinie ermittelt.

Die eingesetzte Pumpe ist diese hier Grundfos-Druckerhöhungsanlage Hydro Solo-E CRE 32-4 3x400V, die Proportionalventile diese hier Typ 8802 - ELEMENT Continuous Regelventilsysteme - Übersicht. Daran kann ich auch leider erst mal nichts ändern.

In dem Dokument Pumpenkennlinie
  Pumpenkennlinie.xlsx (Größe: 123,15 KB / Downloads: 199)
habe ich den Durchfluss oben und unten in Abhängigkeit der Pumpenleistung aufgenommen. Es hat sich gezeigt, dass bereits bei knapp 55 Prozent der maximale Durchfluss von 2*2 l/s erreicht ist und weiterhin mindestens 20 Prozent nötig sind, damit die Pumpe überhaupt fördert.

Im Dokument PV_Sprungversuche habe ich die Ventile geöffnet und in Abhängigkeit der Öffnung den Durchfluss gemessen.
  PV_Sprungversuche.xlsx (Größe: 98,93 KB / Downloads: 182)
Die Pumpenleistung war konstant bei 40 Prozent eingestellt.

Zu meinem geplanten Vorgehen:
1. Ich wollte die Pumpe in Abhängigkeit des benötigten Gesamtmassenstroms steuern lassen, dafür wollte ich eben die Vorsteuerung einsetzen.
2. Die Ventile sollen dann über den PID-Regler einen konstanten (und auch unterschiedlichen) Massenstrom ermöglichen/aufrecht erhalten. Den Stellbereich habe ich auch schon eingeschränkt, damit ich keinen Wind-Up Effekt habe (geht ja im VI direkt)
3. Ich habe glücklicherweise lose Kopplung, das habe ich durch erste Tests schon herausfinden können, kann also getrennt voneinander regeln.

LG
Toto

Hallo Toto,

ich habe mal die Pumpenkennlinie etwas gefiltert, siehe angehängte Excel-Tabelle.

Du kannst doch recht genau die Pumpendrehzahl vorgeben, da die Kennlinie zwischen Sollwert=2 … 5.5 ziemlich linear läuft…

Ja, das war auch mein Plan-B. Ich denke, darauf wird es jetzt aber hinauslaufen.

Ursprünglich wollte ich halt die Übetragungsfunktion des Systemverhaltens der Pumpe invertieren und so eine Vorsteuerung bauen. Man sieht das in den Werte nicht so gut, aber die Pumpe hat leichtes Überschwingen, wenn sie größere Stellbereiche erledigen muss... aber dann werde ich einfach langsamer verfahren.

Ich meine für den Einbau einer Kennlinie kann ich folgende VI nutzen oder?
  Interpolate 1D.vi (Größe: 12,88 KB / Downloads: 198)


LG
Toto

Hallo Toto,

Zitat:Ich meine für den Einbau einer Kennlinie kann ich folgende VI nutzen oder?

Du kannst auch in Excel die Interpolationslinie bestimmen und von dort die Parameter übernehmen.
Du kannst auch im DAQmx-Channel eine Skalierung hinzufügen, dann kannst du im VI mit 0-100% Sollwert rechnen und der AO-Channel gibt die passende Spannung (?) aus…
Da gibt es viele Möglichkeiten - aber du musst nicht in jeder Iteration erneut Interpolate1D aufrufen!