1 Einführung in die Regelungstechnik 1

Transkript

1 V Seite Vorwort XIII 1 Einführung in die Regelungstechnik Begriffe und Benennungen Regelung Signalflußplan eines Regelkreises Steuerung Regelkreise Weitere Beispiele für Regelkreise Folgeregelung 10 2 Beharrungsverhalten und Zeitverhalten von Regelkreisgliedern Beharrungsverhalten von Regelkreisgliedern Zeitverhalten von Regelkreisgliedern Sprungantwort elementarer Regelkreisglieder Proportionalglied oder P-Glied Verzögerungsglied erster Ordnung oder P-Tj -Glied Integrierendes Glied oder I-Glied Differenzierendes Glied oder D-Glied Totzeitglied oder TfGlied Zusammenfassung Frequenzgang elementarer Regelkreisglieder Proportionalglied Verzögerungsglied erster Ordnung Integrierendes Glied Differenzierendes Glied Totzeitglied Zusammenfassung Frequenzgang zusammengeschalteter Regelkreisglieder Reihenschaltung von Regelkreisgliedern Parallelschaltung von Regelkreisgliedern Kreisschaltung zweier Regelkreisglieder Graphische Darstellung des Gesamtfrequenzganges mehrerer in Reihe geschalteter Regelkreisglieder 55 3 Regelstrecken Abgrenzung gegenüber der Regeleinrichtung Ermittlung der Kennwerte von Regelstrecken 62

2 VI 3.3 Strecken mit Ausgleich Kennlinie und Übertragungsbeiwert Reale, nicht-lineare Kennlinie Bedeutung eines konstanten Übertragungsbeiwertes Kennlinien-Linearisierung Gleichung der P-Strecke ohne Berücksichtigung von Störgrößen Berücksichtigung von Störgrößen, Störstrecken-Übertragungsbeiwert Ks z Gleichung und Kennlinie der P-Strecke mit Berücksichtigung von Störgrößen Beispiel zur P-Strecke mit Berücksichtigung einer Störgröße Strecken ohne Ausgleich Das Zeitverhalten von P-Strecken P-Strecke 1. Ordnung (n= 1) P-Strecke 2. Ordnung (n = 2) P-Strecken höherer Ordnung (n. Ordnung) Die Strukturen von Regelstrecken höherer Ordnung Beispiel zur Ermittlung der kritischen Kreisverstärkung einer einfachen Lüftungsanlage aus den Einzel-Zeitkenngrößen 91 4 Regeleinrichtungen: Aufbau, Verhalten, Einsatz, Gerätetechnik Eigenschaften von Reglerarten Der Proportionalregler, P-Regler Der Integralregler, I-Regler Der Proportional-Differential-Regler, PD-Regler Der Proportional-Integral-Regler, PI-Regler Der PID-Regler Reale Übergangsfunktionen von Reglern Auswahl von Regelgeräten Stetig arbeitende Regelgeräte, Aufbau, Wirkungsweise Elektronische Regler mit P-, PI-und PID-Verhalten P-Regler PI-Regler PD-Regler PID-Regler Pneumatische Regler P-Regler PI-Regler PD-Regler, Regler ohne Hilfsenergie Temperaturregler mit Ausdehnungsfühler Druckregler Differenzdruckregler, Überströmventile Zweipunkt-Regler 126

3 VII Zweipunktregler ohne Rückführung Zweipunktregler mit Rückführung Stetig-ähnliche Regler, Dreipunktregler mit Motor-Stellantrieb Dreipunktregler mit Pl-Verhalten Dreipunktregler mit P-Verhalten Meßeinrichtungen Temperaturmessung Elektrische Widerstandsthermometer Thermoelemente Mechanische Temperaturfühler Messung der Luftfeuchte Lithium-Chlorid-Feuchtefühler ; Messung der relativen Feuchte Messung der Enthalpie Druckmessung Durchflußmessung Wirkdruck-Meßverfahren Volumetrische Durchflußmessung Meßumformer Brückenschaltungen i/p-meßumformer Stellantriebe Elektromotorische Stellantriebe Elektro-hydraulische Stellantriebe Elektro-thermische Hubantriebe Der elektromagnetische Stellantrieb Pneumatische Stellantriebe Stellungsregler für Stellantriebe Stellglieder Begriffe und Aufgaben Stellventile Typische Bauformen der Stellventile Die Kennwerte von Stellventilen (VDI/VDE 2173) Die Grundkennlinien der Ventile Die lineare Kennlinie Die gleichprozentige Kennlinie Realer Verlauf der Grundkennlinien (Messung) Betriebskennlinie, Ventilautorität Ableitung für das Durchgangsventil Betrachtungen für das Dreiwegventil Hydraulische Grundschaltungen Beschreibung der hydraulischen Schaltungen, Gesamtdruckgefälle Wahl der Ventilautorität P v zur Dimensionierung des Ventils Hydraulischer Abgleich! 207

4 VIII Einsatzgebiete der hydraulischen Grundschaltungen Die Regelung von wasserbeheizten Wärmeübertragern Kenngrößen von wasserbeheizten Wärmeübertragern Ermittlung der Streckenkennlinie aus der Betriebskennlinie des Ventils und der Kennlinie des Wärmeübertragers Regelungstechnisch günstige Wahl von P v und a Richtlinien zur Ventildimensionierung Stellklappen Bauformen Strömungstechnische Kenngrößen Stellwinkel und Anschlagwinkel Durchflußbeiwerte k v Stellverhältnis Kennlinien Grundkennlinien Betriebskennlinien Weitere Stellglieder Hähne Pumpen Ventilatoren Elektrische Leistungssteiler Elektromotorische Programmschaltwerke Elektromotorische Stufenschalter Stelltransformatoren Phasenanschnitt-gesteuerte Steller für Wechsel- und Drehstrom Vollwellengesteuerte Leistungssteiler für Wechsel- und Drehstrom Thyristor-gesteuerte Stromrichtergeräte Statische Umrichtergeräte für Drehstrom-Asynchronmotoren Der geschlossene Regelkreis Der geschlossene Regelkreis als schwingungsfähiges System Stabilitätskriterium Stabilitätsverhalten einiger Regelkreise Grundsätzlich stabile Regelkreise Grundsätzlich instabile Regelkreise Stabilitätsreserve Bode-Diagramm Näherungsweise Abschätzung der Stabilität Beharrungsverhalten von Regelkreisen mit P-RE Einstellregeln Gebräuchliche Einstellregeln und Optimierung Optimierungsverfahren 283

5 IX 7.3 Einstellung nach Kenngrößen der Regelstrecke Experimentelle Einstellregeln nach Ziegler und Nichols nach der Stabilitätsgrenze Einfluß der Reglerparameter beim PI-Regler Vermaschte Regelkreise Einleitung Störgrößenaufschaltung Störgrößenregelung Hilfsgrößenaufschaltung Kaskadenregelung Vergleich vermaschter Regelungen Digitale Regelungstechnik Einleitung Digitalisierung des Analogsignals ~ Quantisierung und Abtastung Codierung DA- und AD-Umsetzer DA-Umsetzer AD-Umsetzer Mikrorechner Der Aufbau eines Mikrorechners Die internen Datenleitungen des Mikrorechners Die Arbeitsweise eines Mikrorechners Programmierung von Mikrorechnern Zeitdiskrete Übertragungsglieder Elementare zeitdiskrete Übertragungsglieder P-Glied D-Glied I-Glied P-T,-Glied D-Ti-Glied P-T 2 -Glied Totzeitglied Allpaß 2. Ordnung Zeitdiskreter PID-Regler Nachbildung träger P-Regelstrecken auf dem Digitalrechner Übertragung digitaler Daten Zentrale Leittechnik für Betriebstechnische Anlagen in Gebäuden (ZLT-G) Übersicht Anwendungsbereich der ZLT-G 335

6 X 10.3 Überwachungs- und Sicherheitsfunktionen Steuerprogramme Zeitschaltprogramme Optimierendes Zeitschaltprogramm Beleuchtungssteuerung Energiemanagement Zyklisches Ein-und Ausschalten Spitzenlastüberwachung mit Lastabwurf Regelalgorithmen, Direct Digital Control (DDC) Systemaufbau der ZLT-G Geber und Fühler Verbindungsleitungen zu den Gebern Unterstationen Unterzentrale Übertragungsstrecke Leitzentrale Zusätzliche Ein- und Ausgabegeräte Grundfunktionen der ZLT-G Melden Messen Zählen Befehlen, Schalt- und Stellbefehl Funktion und Informationsgehalt Aufgaben der Verarbeitungsfunktionen Beispiele zur Regelung von versorgungstechnischen Anlagen Beispiele aus der Heizungstechnik Raumtemperatur-Regelung mit thermostatischen Heizkörperventilen, witterungsabhängig vorgeregelt, bei einem Einfamilienhaus Energie-Einsparung durch die Regelanlage Wahl der Regeleinrichtung Anlagenschema-Übersicht Die zentrale Vorregelung einschließlich Vorrang-Schaltung für Warmwasser Thermostatische Heizkörper-Ventile Die Fühler und deren Anordnung Regler-Einstellungen Fußbodenheizung Aufgabe und Funktion einer Fußbodenheizung Regelung der Wärmeleistung einer Fußbodenheizung Beispiel zur Bestimmung eines Dreiwege-Mischventils Fernheizung Aufgabe und Aufbau von Feinheizungsanschlüssen 383

7 XI Druckverteilung in einer Heißwasser-Fernleitung Dimensionierung einer geregelten Wasser-Strahlpumpe Allgemeines Auslegungsverfahren Beispiel Beispiele aus der Klimatechnik Raumtemperatur-Regelung über Zuluftkaskadenregelung Regelung der Wäscheraustrittstemperatur (Taupunkttemperatur- Regelung) Regelungsschema für festen Zuluftfeuchtegehalt Direkte Feuchteregelung mit Wäscheraustrittstemperatur- Regelung in Kaskade Gegenüberstellung der Regelgüte einer einfachen Raumfeuchte- Regelung zur Raumfeuchteregelung mit Kaskadenregelung Regelung einer Zweikanalklimaanlage Konstante Luftzustände für Warm- und Kaltluftkanal während des gesamten Jahres Außentemperaturabhängige Warm- und Kaltluftkanaltemperaturen Regeleinrichtung für gastechnische Versorgungsanlagen Einleitung Regel- und sicherheitstechnische Einrichtungen Regeleinrichtungen Energiesparende Wärmeversorgung Solaranlagen Einleitung Solartechnisches Zusatz-System für Warmwasserbereitung Solartechnische Zusatz-Einrichtung für Warmwasserbereitung und Raumheizung Regelung von Wärmepumpenanlagen Ein-und Ausschaltverfahren Mehrzylinerverdichter Aufteilung der Leistung auf mehrere Verdichter Drehzahlgeregelte Verdichter (Kolbenverdichter) Heißgas-Bypass-Regelung Leistungsregelung mit Einspritzung Verdampferregelung Sicherheitseinrichtungen Beispiel einer Wärmepumpenregelung Regelung von Wärmepumpen-Heizungsanlagen Monovalente Systeme; Beispiel Fußbodenheizung Bivalente Wärmepumpenheizungsanlagen 442 Sachregister 445