Regeln mit SIMATIC. Praxisbuch für Regelungen mit SIMATIC S7 und SIMATIC PCS7. unter Mitwirkung von Frank Neumann Dr. Ing.

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1 Regeln mit SIMATIC Praxisbuch für Regelungen mit SIMATIC S7 und SIMATIC PCS7 von Jürgen Müller unter Mitwirkung von Frank Neumann Dr. Ing. Bernd Pfeiffer 3. Auflage, 2004 Publicis Corporate Publishing

2 1 Einführung und Überblick Prozesse und ihr Verhalten Regler und Reglerbenennungen Benennung nach Einsatz und Aufbau Benennung nach verwendeten Parameteranteilen Benennung nach verwendeter Regelgröße Benennung nach verwendeter Regelstruktur Benennung nach dem zu regelnden Prozess Benennung nach Art und Quelle des Sollwerts Verwendete Formelzeichen Regler und ihre Signale Formen der Eingangssignale an Reglern in der SPS Formen der Ausgangssignale an Reglern in der SPS 25 2 Planung von Regelungen mit SIMATIC S Übersicht der SIMATIC-Regelprodukte Auswahl des Regelprodukts Anschlusstechnik Mengengerüst und Dynamik einer Regelung Gütekriterium und Genauigkeit einer Regelung Sicherheitsanforderungen Bedienung und Visualisierung Komplexität und Flexibilität Einstellhilfe: PID Self-Tuner Regler mit integrierter Einstellhilfe Vorteile von Softwarereglern und FMs 44 3 Aktoren und Sensoren einer Regelung Einfluss der Stellorgane auf die Regelung Schütze, Relais und Halbleiterrelais Ventile und Schieber Klappen und Drosselklappen Magnetventile Drehzahlveränderbare Pumpen und Motoren Stellglieder der Dosierung Einfluss der Messtechnik auf die Regelung Messsignale direkt angeschlossener Thermoelemente Messsignale direkt angeschlossener Widerstandsthermometer 60

3 3.2.3 Standardsignale ( V, ma oder ma) Messprinzip der Analogerfassung Auflösung, Genauigkeit und Reproduzierbarkeit Anschluss der Aktoren und Sensoren an die SPS 65 4 Darstellung von Regelungen Fließbilder nach DIN Planunterlagen nach DIN 19227, Teil Regler in der Projektieroberfläche Softwareregelungen in der textuellen Darstellung AWL Modulare Regelungen in der Darstellung CFC Parametrierung kompakter Regelungen Projektierung der PID-Regler in der S Projektierung der PI-Regler im Logikmodul LOGO! Softwareregler in der Bedienoberfläche Die Bedienoberfläche der Hardwareregler Die Bedienung der Regel-FMs Die Bedienung des Logikmoduls LOGO! Die Bedienung der SIPART-Regler 79 5 Betriebsarten Übersicht der Betriebsarten Die Betriebsarten Hand und Automatik Hand-/Automatikumschaltung mit Stoßfreiheit Automatik-/ Handumschaltung mit Stoßfreiheit Hand-/Automatikumschaltung ohne Stoßfreiheit Automatik-/Handumschaltung ohne Stoßfreiheit Automatik-/Sicherheitsstellwertumschaltung SPC- bzw. DDC-/Sicherheitssollwertumschaltung Anfahren des (Software-)Reglers nach Wiederanlauf/Neustart der CPU Anfahren des Regelkreises ohne Stoßfreiheit Anfahren des Regelkreises mit Stoßfreiheit Betriebsweise nach Regler AUS/EIN Gesteuertes Anfahren eines Regelkreises Geregeltes Anfahren eines Regelkreises Sicherheitsbetriebsarten SPC-Backup DDC-Backup Sicherheitssollwert Sicherheitsstellwert 90 6 Funktionen eines Prozessreglers Die elementaren Funktionen des Sollwertzweigs Interne Sollwertvorgabe Externe Sollwertvorgabe 92

4 6.1.3 Sollwertrampe Sollwertbegrenzung Die elementaren Funktionen des Istwertzweigs Der Filter Die Normierung Die Linearisierung Istwertüberwachung Elementare Funktionen der Regeldifferenzbildung Die Ansprechschwelle Die Verhältnisbildung eines Verhältnisreglers Die elementaren Funktionen des Algorithmus Standard-PI- oder PID-Algorithmus mit D-Anteil im Vörwärtszweig PI- oder PID-Algorithmus mit D-Anteil im Rückführungszweig PI-Algorithmus mit D-Anteil im Störzweig P-Algorithmen Elementare Funktionen der Signalausgabe Die Stellwertbegrenzung Die elementaren Funktionen der binären Signalbildung Handstellwertbegrenzung 99 7 Regelstrukturen Störgrößenaufschaltung Vorsteuerregelung Verhältnisregelung Kaskadenregelung Splitrange-Regelung Hilfsgrößenregelung Ablöse- oder Auswahlregelung (Override-Regelung) Mehrgrößenregelung Gegenkopplung Mitkopplung Modellbasierte Prädiktivregelung.' Der Aufruf von Softwarereglern in der SPS Zeitalarmebenen und Abtastzeiten Aufrufe in SIMATIC TIA Aufteilung von zyklischen und alarmgesteuerten Programmteilen Zeittaktverteilung und Abtastzeiten der Funktionsglieder Zeittaktverteilung mit dem Baustein LP_SCHED Aufbau einer modularen Regelung Aufrufe in S Aufrufe in LOGO Aufrufe in SIMATIC PCS7 125

5 9 Inbetriebnahme von Prozessreglern Erste Schritte Installation und Überprüfung der Signalverbindungen Wirksinn eines Prozessreglers Vorbesetzung der Regelparameter Linearisierung von Prozesswerten Einstellungen der Pulsformerstufen Einstellungen eines Kaskadenreglers Aufnahme der Sprungantwort des Prozesses Checkliste der Vorbereitungen Erste Aufnahme Strecken mit reinem Verzögerungsverhalten Temperaturstrecken mit aktivem Heizen und passivem Kühlen Temperaturstrecken mit aktivem Heizen und aktivem Kühlen Einstellregeln - Auswahl, Grenzen und Bewertung Einstellung der Abtastzeit bei Softwareregelungen Einstellung nach Chien/Hrones/Reswick Einstellregeln totzeitbehafteter Strecken nach Ziegler/Nichols Einstellregel nach der Anstiegsgeschwindigkeit Einstellregel für empirisches Nachoptimieren Umrechnung von S5 nach S Inbetriebnahme mit PID Self-Tuner : PCS7-PID-Tuner Inbetriebnahme der S7-200 mit dem integrierten Autotuner Beispiele 153 Literaturverzeichnis 154 Normen, Vorschriften, Berichte und Links 155 Verwendete Abkürzungen 156 Stichwortverzeichnis