Übung 4.10

Temperaturregelung

Die Flüssigkeit in einem Behälter soll wie skizziert durch Durchlauf von warmem Wasser durch den Behältermantel erhitzt werden. Hierfür muss das Ablaufventil YS2 geöffnet und wenige Sekunden später die Zulaufpumpe NS1 eingeschaltet werden. Der Temperaturregler TIC1 soll dann das Regelventil YC1 soweit öffnen, dass ein gewünschter Temperatursollwert erreicht wird.

a) Startet man den Durchlauf von warmem Wasser bei voll geöffnetem Regelventil, lässt sich der nachfolgend dargestellte Kurvenverlauf für die Temperatur T der Flüssigkeit ermitteln. Bestimmen Sie anhand dieser Sprungantwort die Reglerparameter eines PID-Reglers mit empirischen Einstellregeln!


Lösung:

a) Anhand der Wendetangente an der Sprungantwort lassen sich die charakteristischen Größen Koo, Tu und Tg ermitteln. Die Abtastzeit im Projekt U4_10_Temper.project beträgt T0 = 0,5 s. Mit Hilfe der Wendetangente ergeben sich

  • Tu = 8s,
  • Tg = 48s,
  • Koo = T(too) / y(too) = (105-20) / 100 = 0,85.

Daraus ergeben sich folgende Parameter nach den Einstellregeln von Chien, Hrones und Reswick:

  • KP=0.6*Tg/(Koo*Tu)=4.23
  • Tg/T0=96
  • Tu/(2*T0)=8

b) Im Projekt U4_10_Temper.project befinden sich folgende Programme:

  • PLC_PRG ruft folgende Programme auf:
  • TIC realisiert die Temperaturregelung, indem zunächst die Temperatur mit dem Funktionsbaustein TYP_AIN eingelesen und dann mit dem Funktionsbaustein TYP_PID geregelt wird.
  • YC realisiert das Regelventil mit dem Funktionsbaustein TYP_AOUT
  • NS1 steuert die Warmwasserpumpe auf Basis des Funktionsbausteins TYP_IDF1 und
  • YS2 steuert das Abflussventil des Behältermantels auf Basis des Funktionsbausteins TYP_IDF1.
  • PRZ_SIM simuliert den Temperaturverlauf.

Die Programme verwenden Variablen mit den Anwenderdatentypen

  • Analogdaten,
  • Reglerdaten,
  • Motordaten,
  • Ventildaten.

Mit der vorbereiteten Traceaufzeichnung des Temperaturverlaufs zusammen mit der Visualisierung

  • Behaelter

lässt sich die Regelung nachvollziehen.

c) Mit den so gefundenen Parametern ergibt sich das nachfolgend dargestellte Führungsverhalten
mit leichtem Überschwingen, das durch die rasche Abkühlung der Flüssigkeit durch die Umgebung möglich ist.

d) Zeichnerische Ungenauigkeit beim Wendetangentenverfahren. KP verringern und TN_T0 vergrößern.

  • hier jedoch nicht erforderlich