Bericht von Manuel Trimpop zum Wettbewerb Automation mit Fantasie

Transkript

1 Bericht von zum Wettbewerb Automation mit Fantasie Hintergrund meiner Idee: Wir haben uns seit ca.2005 mit dem Thema Heizen mit Holz beschäftigt, da wir im Zuge der steigenden Energiekosten eine Alternative zu unserer Ölheizung gesucht haben. Dieses war am Anfang eine Menge Arbeit an Informationssammlungen, weil sich nicht viele Heizungsbaufirmen in unserem Umkreis mit diesem Thema auseinander gesetzt haben und die Anlage nicht so umsetzten konnten bzw. wollten, wie wir das gerne an Funktionalität haben wollten. Daraufhin haben wir die Anlagenumsetzung selber geplant und umgesetzt. Wir haben jetzt die alte Öl- Heizung mit der Stückholzheizung kombiniert. Die Hauptheizleistung kann sowohl die eine als auch die andere Heizungsanlage übernehmen. Die Kombination beider Anlagen war für uns deshalb so wichtig, damit, wenn keiner zu Hause ist, der Frostschutz gewährleistet ist. Ich denke die Funktionsweise einer Ölheizung ist bekannt, deshalb gehe ich darauf nicht weiter ein. Holzvergaserheizungen arbeiten am effektivsten auf Volllast und man kann die Leistung der Heizungen nur schwer bzw. gar nicht regeln. Aus diesem Grund arbeiten diese Anlagen mit einem Pufferspeicher. Unsere Heizungsanlage hat einen Pufferspeicher von 2500 Litern. Die Heizungsanlage muss im Schnitt einmal am Tag angeheizt werden, je nach Witterung und Ladezustand des Speichers. (Im Winter unter 0 C zweimal im Sommer für Warmwassererwärmung ca. alle 3Tage). Die Holzheizung lädt den Pufferspeicher. Aus dem Pufferspeicher entnimmt das Heizungssystem das heiße Wasser und beschickt über einen Mischer das Heizungssystem. Um Warmwasser zu erzeugen, wird aus dem Pufferspeicher der Brauchwasserspeicher geladen. Sinkt die Temperatur des Pufferspeichers unter 47 C, schaltet die Anlage auf den kleinen Kreis der Ölheizung um. Da in der vorhandenen Regelung kein zweiter Temperaturwert angegeben werden kann, um schon bei 52 C Pufferspeichertemperatur zusätzlich ein Nachlegesignal anzuzeigen, war das der Auslöser für die Idee, bei dem Wettbewerb mitzumachen. Der Pufferspeicher arbeitet in einem Temperaturbereich von 50 bis 95 C. Weil wegen steigender Energiekosten ein wirtschaftlicher Betrieb immer wichtiger wird, wollte ich eine Visualisierung und eine Langzeiterfassung der Anlage erstellen, um die Wirtschaftlichkeit zu überprüfen und ggf. verschiedenen Optimierungen durchzuführen. Dieses wird wahrscheinlich über einen Zeitraum von 2 Jahren erfolgen. Seite 1 von 8 Seiten

2 Bilder der Heizungsanlage ÖL Heizung Holz Heizung Brennkammer Holzheizung Pufferspeicher Heizkreisverteiler Wintergarten von aussen kleine Lage-Erläuterung: Die Holzheizungsanlage steht mit dem Pufferspeicher und dem Druckausgleichsgefäß im Wintergarten. Die Öl-Heizung, der Brauchwasserspeicher und der Heizkreisverteiler sind mitten im Haus. Seite 2 von 8 Seiten

3 Sensoren und Steuerung Pufferspeicher mit Sensoren Die Sensoren sind nur provisorisch in den Tauchhülsen der Thermometer angeschlossen. Bei nächster Gelegenheit werden in den Puffer zusätzliche Tauchhülsen installiert. Heizkreisverteiler mit Sensoren. An den einzelnen Rohren sind Anlegefühler zur Messung der Temperaturen angebracht Schaltschrank mit EasyControl In dem Schaltschrank ist ein Netzteil (oben links) der Messwertmultiplexer (oben rechts), die EasyControl mit einem 230V Erweiterungsbaustein (unten links) und eine Easy der 600 Serie (unten rechts). Die Easy der 600 Serie dient lediglich als Umsetzer von 230V auf 24V (habe ich eingesetzt, da dort 2 Eingänge defekt waren und in einem anderem Projekt ausgetauscht worden ist). Anlagenumschaltventil Der PC, der zurzeit zur Visualisierung genutzt wird, ist der PC in meinem Arbeitszimmer. Seite 3 von 8 Seiten

4 Beschreibung der Umsetzung Als ich das Paket von Moeller erhalten, habe war ich froh, dass meine Idee von der Jury ausgewählt worden ist. Ich habe die EasyControl ausgepackt und nachgeschaut, welche Software dabei ist. Als ich sah, dass die SPS mit der Software Easy Soft CoDESys zu programmieren ist, war ich erleichtert, da ich mich in keine neue Programmieroberfläche einarbeiten musste. Im Zuge meines Elektrotechnik- Studiums habe ich die IEC und die CoDESys kennen gelernt. An der Software finde ist schön, dass sie Herstellerübergreifend einsetzbar ist, sowie die Visualisierung und die Programmierung in einer Software zusammen zu erstellen ist. Als nächstes habe ich, um den Umgang mit der Steuerung kennen zulernen, ein paar einfache Programme ausprobiert. Danach habe ich mich um den Aufbau meiner Hardware gekümmert und um die Abfrage und Umrechnung der analogen Sensoren ausprobiert. Nach meiner ersten Idee wollte ich nur 4 Messsensoren abfragen, aber bei weiteren Überlegungen habe ich mich entschieden, mehr Sensoren anzuschließen.ich bin dann durch Zufall auf einen Messwertmultiplexer gestoßen, der von der Firma AMESS aus Österreich ist. Ich habe mich für dieses Produkt entschieden, da das die preiswerteste Möglichkeit war viele Messwerte abzufragen. Kurze Beschreibung des Multiplexers: Multiplexer Analogsignal zur SPSP Messwertwandler Ansteuerung von SPS Sensor An den Eingängen des Multiplexer 1-16 sind die PT1000 Sensoren angeschlossen die eine gemeinsame Masse haben. Das Ausgangssignal wird auf einen Messwertverstärker geführt der den Wert des PT1000 Sensoren in das 0-10V Signal der SPS wandelt. Der Multiplexer hat ein Disable-Signal. Der entsprechende Sensor wird über 4 Bit Code ausgewählt. Die MUX Frequenz ist maximal 100 Herz. Die Potenziale zwischen der Ansteuerung und den Sensoren sind galvanisch getrennt. (falls weitere Information dazu benötigt werden gibt es die Datenblätter unter ) Seite 4 von 8 Seiten

5 Wie schon in der Einleitung beschrieben, wollte ich mein Hydrauliksystem der Heizungsanlage visualisieren. A Y3 Y2 Y1 In diesem Bild kann man die Darstellung des Hydraulikschemas in der Visualisierung sehen. Die Ventile Y1 und Y2 werden von der Regelung der Holzheizung angesteuert. Das Ventil Y1 ist die Rücklaufanhebung für den Kessel, damit die Anlage schnell auf Betriebstemperatur kommt. Das Ventil Y2 dient dazu, dass der Pufferspeicher schneller und gleichmäßiger in den einzelnen Schichten geladen werden kann. Da diese Ventile, relativ zur Temperatur, in unterschiedlichen Zwischenpositionen stehen, habe ich diese in der Visualisierung nicht dargestellt. Das Ventil Y3 dient zur Umschaltung der beiden Anlagen (jetzige Stellung Holzheizungsbetrieb. Dieses wird durch die Easy Control in Abhängigkeit der Speichertemperatur (A) geregelt. Sinkt die Temperatur unter 47 C schaltet die Anlage das Ventil auf reinen Öl-Heizungsbetrieb um. Zuvor schaltet die Easy bei 55 C ein Signal zu einer Meldeleuchte und ein Button leuchtet in der Visualisierung, welches bedeutet, das Holz nachgelegt bzw. der Holzheizungskessel neu angefeuert werden muss. Die Regelung des Brauchwasserspeichers und des Heizkreises übernimmt die Regelung der Viessmann Ölheizung mittels Vitotronik. Für die Visualisierung habe ich lediglich die Signale der Pumpen und der Störmeldungen des Brenners abgegriffen. Weiterhin wird oben rechts angezeigt ob die Anlage im Schonsteinfegerprüfbetrieb ist. Seite 5 von 8 Seiten

6 In diesem Bild kann man die verschiedenen Verhältnisse der Temperaturen in einer Grafik sehen, die in der nächsten Ausbaustufe auf der nachrüstbaren Speicherkarte gespeichert werden sollen. Oben links ist die Vorlauf und Rücklauftemperatur der ÖL Heizung dargestellt, unten links der Holz Heizung und unten rechts des Heizkreises. Oben rechts sind die vier Temperaturen des Schichtenspeichers dargestellt. Die Zeitachsen werden noch angepasst, Hier ist die Zeitachse noch im Sekundentakt. Für die Langzeitmessung wird nachher eine Aufzeichnung im 5 Minutentakt angestrebt. Seite 6 von 8 Seiten

7 Erläuterung der relevanten Softwarebausteine. Diesen Baustein habe ich für die Sensoransteuerung programmiert. Einmal geht das Sensorsignal auf den Baustein, das je nach Ansteuerung auf die verschiedenen Ausgangstemperaturen geschaltet wird. Mit den 4 Bits wird der Multiplexer angesteuert. Ich zähle ein Byte bis zum dezimalen Wert 15 hoch mit dem vorgegebenen Takt und werte die ersten 4 Stellen des Bytes aus und gebe die auf den Multiplexer. Auf die Umrechnung der Messwerte gehe ich im nächsten Bild ein. Das was noch zu erwähnen wäre ist, für jede Temperatur habe ich einen separaten Offset programmiert, dieses war dafür nötig, da ich bei den Sensoren Toleranzen, unterschiedliche Leitungslängen und Übergangswiderstände hatte. Diesen Baustein habe ich für jeden Sensor benutzt. Einmal wird anhand der Sensornummer der entsprechende Sensor ausgewählt. Hinter diesem Baustein steckt die Sensorumrechnung in den dementsprechenden Wertebereich. Dieses habe ich in der Programmiersprache ST programmiert. Seite 7 von 8 Seiten

8 IF Aktueller_ausgewaehlter_Sensor=Sensornummer THEN Sensorwert1:=(UINT_TO_REAL(Sensorsignal_0_10)*Sensorbereich/1024.0)- Offset; Sensorwert2:=Sensorwert1; IF Wertuebernehmen=TRUE THEN Sensorsignal:=Sensorwert2; END_IF; END_IF; Für die Auswertung der verschiedenen Temperaturen für Anlagenumschaltung habe ich If-Strukturen programmiert. In diesem Bild kann man exemplarisch den Baustein sehen. Die dummy s sind nur in diesem Baustein, da man dann diesen Baustein für alle verschiedenen Anwendungen nutzen kann. Des Weiteren ist noch zu erwähnen, dass an die Anlage bei Betätigung der Schornsteinfegerprüftaste an der Regelung der Öl-Heizung auf Öl-Heizungsbetrieb umschaltet. Seite 8 von 8 Seiten