Beispiel 8.7: Lernen des Prozessverhaltens eines Wärmetauschers
Ein Wärmetauscher leitet wie unten abgebildet heißes Wasser durch seine Innenrohrschlangen und erhitzt damit ein kaltes Medium, das die erhitzten Innenrohrschlangen umfließt. Eine Änderung des Öffnungsgrades y des Warmwasserzuflussventils YC verändert die Wärmemenge, so dass sich auch die Temperatur T des zu heizenden Mediums verändert. Dieses Verhalten ist gekennzeichnet durch ein nichtlineares Verzögerungsverhalten 1. Ordnung.
Um alle Stellwerte zu trainieren, wird der Ventilöffnungsgrad y in Form einer Sägezahnfunktion kontinuierlich erhöht und zusammen mit der Temperatur T als Prozessantwort in jeweils einem Trainingsdatensatz abgespeichert. Während sich die realen Ein- und Ausgangssignale des Prozesses in Bild 8.18b relativ langsam verändern, wird das neuronale Netz mit den abgespeicherten Trainingsdatensätzen mehrmals zyklisch in über 100 Batches trainiert. Dabei stellen sich die Gewichte der Neuronen ständig auf die aktuell anliegenden Trainingsdaten ein.
Nach ca. 2,5 min. zeigt der Schätzwert des neuronalen Netzes kaum Unterschiede zum realen Temperaturverlauf des Prozesses. Somit kann das neuronale Netz den Temperaturverlauf schätzen, nicht nur für die trainierten Anregungen der Sägezahnfunktion, sondern wie unten dargestellt auch für sprungförmige Eingangsänderungen.
Die Software kann im Projekt B8_7_KNN_Modell_Offline.project1,2) mit Codesys betrachtet und in der Simulation getestet werden. Dieses Video zeigt den Softwareaufbau und die Simulation.
Hinweise:
1) Die meisten Beispielprogramme und Lösungen wurden mit Codesys V3.5.19.6 erstellt. Falls Sie noch eine ältere Version verwenden, installieren Sie am besten die unter Downloads verfügbare Version. Sollten Sie eine neuere Version verwenden, bestätigen Sie bitte “in dieser Version öffnen” mit Fertigstellen und setzen Sie die Projektdateien ggf. unter unter Projekt|Projektumgebung "Alles auf neuest". Außerdem aktualisieren Sie bitte die Soft-SPS Codesys Control Win V3x64 und ggf. die I/O-Devices, indem Sie im Fenster Geräte auf Device und mit der rechten Maustaste auf “Gerät aktualisieren” klicken!
2) In einigen Browsern muss die .project-Datei mit der rechten Maustaste angeklickt und zunächst durch "Link speichern unter" oder "Link herunterladen" gespeichert werden, bevor man diese mit Codesys öffnen kann.
3) Die meisten Programme laufen ohne Soft-SPS in der Simulation von Codesys. Im Menü Online|Simulation kann der Simulationsmodus an- und abgewählt werden. Wenn Sie die Software bei abgewählter Simulation in eine Soft-SPS laden wollen, müssen Sie mit der Windows-Start-Taste unter Alle Apps im Codesys-Ordner die Soft-SPS "Codesys Control Win V3x64" oder für Motion Control die “Codesys SoftMotion Win V3x64” starten. Dann sind als z.B. Benutzername admin und als Password admin einzugeben.
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