Regelungs- und Steuerungstechnik in der Versorgungstechnik

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1 2008 AGI-Information Management Consultants May be used for personal purporses only or by libraries associated to dandelon.com network. Arbeitskreis der Professoren für Regelungstechnik in der Versorgungstechnik (Hrsg.) Regelungs- und Steuerungstechnik in der Versorgungstechnik 5., neu bearbeitete und erweiterte Auflage C. F. Müller Verlag, Heidelberg

2 1 Einführung in die Regelungs- und Steuerungstechnik Begriffe und Benennungen Regelung Wirkungsplan eines Regelkreises Regelkreise Steuerung Weitere Beispiele für Regelkreise Folgeregelung 13 2 Beharrungs- und Zeitverhalten von Regelkreisgliedern Einfuhrung Beharrungsverhalten (statisches Verhalten) von Regelkreisgliedern Zeitverhalten (dynamisches Verhalten) von Regelkreisgliedern Proportionalglied, P-Glied, P-Verhalten Verzögerungsglied 1. Ordnung, P-Ti-Glied,P-Ti-Verhalten Integrierendes Verhalten, I-Verhalten, I-Glied Differenzierendes Verhalten, D-Verhalten, D-Glied D-Glied mit Verzögerung 1. Ordnung, D-Ti-Glied, D-Ti-Verhalten Totzeitglied, T r Glied, Totzeitverhalten 49 3 Regelstrecken Abgrenzung der Regelstrecke Kennwerte von Regelstrecken Übertragungsverhalten von Regelstrecken Bestimmung der Zeitkennwerte von Regelstrecken Bestimmung des Übertragungsbeiwertes von Regelstrecken Regelstrecken mit Ausgleich Kennlinie und Übertragungsbeiwert Linearisierung der Regelstreckenkennlinie Einfluss von Störungen auf P-Regelstrecken Regelstrecken ohne Ausgleich Dynamisches Verhalten von Regelstrecken Physikalische Ursachen und Klassifikationsschema P-Strecken 0. Ordnung (P-T 0 -Strecken) P-Strecken mit Totzeit (P-Tt-Strecken) P-Strecken 1. Ordnung (P-Ti-Strecken) P-Strecken 1. Ordnung mit Totzeit (P-T r T t -Strecken) P-Strecken höherer Ordnung (P-T -Strecken) Schwierigkeitsgrad und Regelbarkeit von Regelstrecken 86

3 VIII Inhaltsverzeichnis 4 Regeleinrichtungen 4.1 Eigenschaften der Regler Proportionalregler, P-Regler Integral-Regler, I-Regler Proportional-Differential-Regler, PD-Regler Proportional-Integral-Regler, PI-Regler PID-Regler Reales Verhalten der Regler 4.2 Auswahl von Regelgeräten 4.3 Stetig arbeitende Regelgeräte Elektronische Regler Pneumati sehe Regl er Regler ohne Hilfsenergie Temperaturregler Druckregler Differenzdruckregler und Überströmventile 4.4 Zweipunktregler Zweipunktregler ohne Rückführung Zweipunktregler mit Rückführung 4.5 Stetig-ähnliche Regler 4.6 Stellantriebe Elektromotorische Stellantriebe Elektrothermische Stellantriebe Elektromagnetische Stellantriebe Pneumatische Stellantriebe Stellantriebe mit Positionsregelung 5 Stellglieder 5.1 Stellventile und ihre Auslegung Einführung Bauformen von Stellventilen Kenngrößen und Kennlinien von Stellventilen Grundlagen für die Berechnung hydraulischer Schaltungen Hydraulische Grundschaltungen Auslegung von Stellventilen Auslegung für den Nennbetrieb - der einfachste Fall Auslegung unter Berücksichtigung der Grundform der Ventilkennlinie sowie der Ventilautorität Dreiwegeventile Stellantriebe 5.2 Weitere Stellglieder Pumpen Ventilatoren 6 Der geschlossene Regelkreis 6.1 Der geschlossene Regelkreis als schwingungsfähiges System

4 IX Frequenzgang Schwingungen in einem Regelkreis Stabilitätskriterien Stabilitätskriterium von Nyquist Stabilitätsreserve Berechnung der Parameter eines Regelkreises Grundsätzlich stabile oder instabile Regelkreise jbode-diagramm Stabilitätskurve Der geschlossene Regelkreis als statisches System Regelkreis mit linearen Regelstreckenkennlinien Regelkreis mit nichtlinearen Regelstreckenkennlinien Stabilisierung durch Verkleinern des Regelbereiches Der geschlossene Regelkreis als dynamisches System Einstellregeln Einführung Gütemaße Einstellregeln Beispiel-Regelkreis Einstellregeln nach Ziegler und Nichols Einstellregeln nach Chien, Hrones und Reswick Auswirkungen der Reglerparameter beim PID-Regler Erweiterte Regelkreisschaltungen Störgrößenaufschaltung Kaskadenregelung Grundlagen der elektrischen Steuerungstechnik Schalt-, Melde- und Stellgeräte Schaltglieder Daten und Einteilungen von Schaltgeräten Handschalter Grenzschalter Endschalter Temperaturwächter und Temperaturbegrenzer Bimetallüberstromrelais Strömungswächter Druck-und Differenzdruckwächter Niveauwächter Sicherungen und Schutzschalter Schmelzsicherungen Leitungsschutzschalter Leistungsschalter Motorschutzschalter Fehlerstromschutzschalter 308

5 9.1.6 Relais und Schütz Remanenzschütz und verklinktes Hilfsschütz Relais mit Zeitfunktionen und Programmgeber Zeitrelais Wischrelais Programmgeber Meldegeräte Magnetantriebe und Stellmotoren Schaltungsunterlagen Übersichtsschaltplan Stromlaufplan Verdrahtungsplan Regeln für die Erstellung von Stromlaufplänen in aufgelöster Form Struktur Zeichenregeln Methodik beim Entwurf von Stromlaufplänen Kennzeichnungen in Stromlaufplänen Vorschriften und Empfehlungen Rechnerunterstützte Erstellung von Schaltungsunterlagen Allgemeine Grundschaltungen Logische UND-und ODER-Schaltungen Dauer- und Impulsbefehlsgabe Selbsthalteschaltlungen Befehlsgabe von mehreren Stellen Folgeschaltungen Signalvervielfachung Verriegelungsschaltungen Verriegelung über Tasterkontakte Verriegelung über Schützkontakte Einfache Meldeschaltungen für Betriebs- und Störungsanzeigen Optische Anzeige von Betriebszuständen Störungsspeicherung und Quittierung Lampenprüfung Akustische Sammelstörmeldung Hand-Automatik-Umschaltung Steuerschaltungen für Drehstrommotoren Motorschutz Drehrichtungsumsteuerung eines Drehstrommotors Drehzahlumschaltungen bei Drehstrom-Kurzschlussläufermotoren Motor mit zwei getrennten Wicklungen Motor mit umschaltbarer Wicklung nach Dahlander Motoren mit drei und mehr Drehzahlen Automatische Anlassschaltungen für Drehstrom-Asynchronmotoren Stern-Dreieck-Umschaltung Ständeranlasser mit Widerständen Anlasstransformator Elektronische Sanftanlaufgeräte Anlassen von Schleifringläufermotoren Spezielle Schaltungsbeispiele aus der Versorgungstechnik 351

6 XI Steuerschaltungen für die Raumlufttechnik Frostschutz Ventilatorkeilriemen-und Strömungsüberwachung Steuerung einer Klimaanlage Steuerschaltungen für die Heizungstechnik Steuergerät für einen Ölzerstäubungsbrenner Doppelpumpensteuerung Steuerschaltungen für die Wassertechnik Steuerschaltung für zwei Brunnenpumpen Druckerhöhungsanlage Steuerschaltungen für die Kältetechnik Sicherheitskette und Absaugsteuerung (pump out) Betriebswechselschaltung für zwei Verdichter Energiemanagement Schaltschrank Gehäuse Geräteanordnung Verdrahtung Schutzmaßnahmen Erdung Überspannungsschutz Explosionsschutz Anwendungen Regelung von Heizungsanlagen Regelung von Wärmeerzeugern Rücklauftemperaturregelung Regelung von Mehrkesselanlagen Regelung der Wärmeverteilung Hydraulische Gnindschaltungen Differenzdruckregelung mit einer Verteilnetzpumpe Hinweise zu Stellgliedern Hinweise zu elektronisch geregelten Pumpen Einzelraumregelung mit Thermostatventilen Thermostatventil und Heizungsanlagen-Verordnung Thermostatventil als stetiger Regler Auslegung von thermostatischen Heizkörperventilen Auslegungsbeispiel Auslegung mit Haustechnik-Software Vergleich zwischen Hand-und automatisierter Auslegung Graphische Ausgabe des Strangschemas Auslegung von thermostatischen Heizkörperventilen nach VDI Regelung von Fußbodenheizungen Aufgabe und Wärmeleistung einer Fußbodenheizung Regelung der Wärmeleistung einer Fußbodenheizung Aufbau und Wirkungsweise von Einzelraumregelungen bei Fußbodenheizungen Regelung von Fernheizungen 460

7 XII Inhaltsverzeichnis Aufgabe und Aufbau von Fernheizungsanschlüssen Druckverteilung in einer Heißwasser-Fernleitung Dimensionierung einer geregelten Wasserstrahlpumpe Regelung von Raumlufttechnischen Anlagen (RLT) Regelung von Lüftungsanlagen Zulufttemperaturregelung Kaskadenregelung Lüftungsanlagen im WS-Betrieb Lüftungsanlagen mit Umluftbeimischung Regelung von Klimaanlagen Klimaanlage mit Luftwäscher Klimaanlage mit Dampfbefeuchtung Einzelraumregelung Regelung in der Gasversorgung Aufbau einer Gasdruckregelstrecke Druckbereiche und Auswahlkriterien für Gasdruckregler Gasdruckregelstrecken für verschiedene Druckbereiche Gasdruckregelstrecken für Niederdrucknetze Gasdruckregelstrecken für Mitteldrucknetze Geräte für Gasdruckregelstrecken Gasdruckregler Sicherheitsabsperrventile Sicherheitsabblaseventile Gas-Magnetventile Dichtheitskontrolle von Gas-Magnetventilen Regelung in der solaren Wärmeversorgung Einleitung Regelungstechnische Einrichtungen Einfache solare Systeme zur Brauchwassererwärmung Solare Systeme zur Brauchwassererwärmung und Gebäudeheizung Regelung von Wärmepumpenanlagen Ein- und Ausschaltverfahren Leistungsregelung bei Mehrzylinderverdichtern Aufteilung der Leistung auf mehrere Verdichter Drehzahlgeregelte Kolbenverdichter Verdampferregelung Sicherheitseinrichtungen Beispielhafte Ausführung einer Wärmepumpenregelung Monovalente Wärmepumpenheizanlage mit Fußbodenheizung Kleinstwärmepumpen zur Warmwasserbereitung und Zulufterwärmung in Niedrigenergiehäusern Regelung von Kälteanlagen Verfahren zur Kälteerzeugung Kreisprozess der Kompressionskältemaschine Regelung der Kühlleistung Regelung der Kälteleistung mit dem druckgeregelten Expansionsventil Regelung der Kälteleistung mit dem thermostatischen Expansionsventil Regelung der Kälteleistung mit elektronischen Expansionsventilen 532 Stichwortverzeichnis 535