Effektreglering med Siemens S7

[schelo]

Tja!

Jag har tänkt att reglera ett värmeelement på 3kW 1-fas m.h.a en Siemens S7 plc.
Till detta kommer en panel, effektregulator och en pt-100 givare.

Jag har dock stött på lite problem då jag inhandlade effektregulatorn innan jag bestämde mig för att använda S7'an.

Plc't har en förberedd ingång för pt-100 och analoga utgångar som kan användas med 0-10v eller 4-20mA.

Effektregulatorn är en https://www.elfa.se/elfa3~se_sv/elfa/in ... c=0&q=Kemo

Där ligger problemet, den styrs med en pot på 470kOhm och jag har bara spänning eller ström att tillgå på plc't. Det finns en modul att köpa till så man kan styra den med 1-5v men den kan jag inte hitta i Sverige.

Så jag undrar nu hur jag ska göra, finns det någon omvandlare jag kan använda, eller ska jag köpa en annan regulator? I så fall vilken? Vill inte att det ska vara så dyrt heller...

Någon som har något tips?

[Krille Krokodil]

Reglera med ett halvledarrelä med nollgenomgångsstyrning istället, tex: http://www.tradera.com/halvledarrela-ss ... 8_18814973

[schelo]

Men då får jag väl en on/off reglering? Jag skulle vilja få en mjuk reglering som jag kan programmera och jag skulle även vilja kunna programmera en maxeffekt för att kunna köra via ett vanligt uttag på 10A.

[Krille Krokodil]

Med värmeelementets termiska tröghet blir det en mjuk reglering i slutändan även med bara on-off, du växlar tex mellan 1 s on, 1 s off om du vill ha 50% effekt. Du ligger bara på 30% över proppens effekt vid on så med korta regleringsperioder tror jag inte det blir något problem. Behöver du inte mer än max 1.5kW så kan du halvera effekten med en diod efter regulatorn.

[mrfrenzy]

Hittade en intressant lösning i en annan tråd.
En linjär optokopplare LSR-32 som visar en viss resistans på utgången som är proportionell mot den ström som drivs genom ingången.

Med en spänningsdelare kan du lätt välja valfria strömmar i området 0-10V.

Finns att köpa hos Electrokit
Tråden.

[schelo]

Intressant lösning mrfrenzy, men känns lite overkill för min smak.

Krille: Jag kommer nog försöka mig på din lösning. Hittade ett vettigt relä på elfa jag kan använda. Diod kommer det nog också att bli.

Jag får bygga lite reglering i plc´t och då tänkte jag ungefär som så att jag kommer köra fullt ös när bör och ärvärde ligger långt ifrån varandra och när de närmar sig får det bli blinkminnen i allt långsammare tempo för att minska effekten.
Vad tror ni om det?

[mrfrenzy]

Det kommer säkert fungera utmärkt med den lösningen.

Den typ av reglering du beskriver kallas för PID-control (med eller utan I och D)

Det finns inbyggda funktioner för detta i S7 http://www.automation.siemens.com/mcms/ ... fault.aspx

Det kan förstås också vara en rolig övning att programmera själv, jag har gjort det i Python en gång.

[schelo]

Funderade på en grej. Skulle jag inte kunna använda min effektregulator istället för diod?
Att jag ställer in den på det maxvärde jag vill ha och lägger den efter mitt relä. Då skulle jag i teorin kunna utnyttja ca 800 watt till.
Frågan är om den tycker det är roligt att slås på och av hela tiden.

[Icecap]

Om jag förstår rätt kommer elementet på 100% att äta säkringen.

Alltså måste effekten begränsas - samtidig måste en reglering ske för att uppnå en specifik temperatur. Detta är förutsättningarna för mina vidare svammel.

Jag hade gjort så att jag dels hade gjort en stegvis 0-10V, kanske 8 steg (3 bit). Detta kan lösas med en motståndsstege av typen R-2R eller en binär vägning (1k, 2k & 4k). Jag antar då att utgången från PLC'n är reläer.

På detta vis kan du, med det hela rätt justerat, få det så att stegen ligger som följer:
* 0 = 0W
* 1 = 329W
* 2 = 657W
* 3 = 986W
* 4 = 1314W
* 5 = 1643W
* 6 = 1971W
* 7 = 2300W
Lägre effekter kan man få vid att styra med PWM. Om effektinställningen växlar mellan 0 och 1 med precis lika långt intervall (t.ex. 1 sek) blir totaleffekten 164W. Likaså kan man variera mellan andra steg och på det vis få en varierande last men ändå en glidande belastning.

För att reglera värme behövs oftast enbart en PI-reglering och utgången från den kan vara dels ett "grundeffektsteg" och dels en PWM. På det vis kan du reglera extremt noga. Om man tänker att göra det lite enkelt för sig och nöja sig med en PWM i steg om 10% kan man alltså reglera den exakta effekt i steg om 32,9W på hela skalan - och det är ganska bra!

[mrfrenzy]

Ingen dum idé, 0-10V finns ju redan inbyggt i PLCn, men man skulle kunna göra en R2R som ersätter potentiometern på effektkontrollern direkt.

Bara att knåpa ihop ett litet excelark och prova fram vilka värden på resistorer som ger lämplig resistans mellan x-470k (där x är det värde som ger 2300W effekt).

Man måste dock ha med i beräkningarna att reläerna brukar ha ena polen gemensam.

Edit: Varför krångla till det?
Ta ett motstånd som ger en effekt på elementet motsvarande 2300W. Styr detta motstånd med PWM från PLCn med lämplig frekvens så kommer effekten variera mellan 0 och 2300W.

[Mindmapper]

Intressant lösning mrfrenzy, men känns lite overkill för min smak.

Krille: Jag kommer nog försöka mig på din lösning. Hittade ett vettigt relä på elfa jag kan använda. Diod kommer det nog också att bli.

Jag får bygga lite reglering i plc´t och då tänkte jag ungefär som så att jag kommer köra fullt ös när bör och ärvärde ligger långt ifrån varandra och när de närmar sig får det bli blinkminnen i allt långsammare tempo för att minska effekten.
Vad tror ni om det?

Diod tycker jag inte du ska använda. Med en diod så belastar du bara nätet under ena halvperioden och får på det sättet till det så att nätet känner av en likspänningskomponent. Denna likspänningskomponent kommer att orsaka uppvärmning i transformatorer i nätet, pga den osymetri det orsakar i strömmen. Visserligen är halvvågslikriktning ganska vanligt. Fast i regel så använder man det bara vid små effekter pga att man bara kan använda nätets halva energiinnehåll.

Istället så kopplar du in halvledarreläet under 200 perioder och låter det vila under 200 perioder och du har då begränsat effekten till 50%. Vill du ha 25 % av effekten slår du till under 200 perioder och från under 600 perioder.

Du bör låta regleringen ske över flera perioder eftersom trögheten i systemet är stort så kommer det ändå inte att orsaka att 3kW elementet blir het och sedan svalt utan det kommer att bli behagligt varmt när du hittat rätt proportioner på uppvärmningslängden. Vid 200 perioders uppvärmning så kommer du att värma under 4 sekunder vilket knappast kommer att räcka till för att få elementet jättevarmt. Dessa 4 sekunder är heller inte nog för att få en trög 10A säkring att bryta även om du tar ut 3kW under denna tid. I mitt hus tar jag ut betydligt mer från en 10A trög säkring varje morgon när vattenkokare, brödrost och mikro ofta är igång samtidigt. Under mer än 10 års tid har jag inte lyckats utmatta den säkringen.

Nu behöver du ju inte välja det antal perioder som jag har tagit i detta exempel. Du kan gå ner en hel del i periodantalet. Du bör inte heller använda reläutgångar som slår till och från så ofta som i detta fall.

Frågan är också hur länge du kan köra fullt ös när regleravikelsen är stor, flera minuter är möjligt. Fast man bör rådfråga data för de säkringar man använder.

[schelo]

Men är det en dum idé att använda effektregulatorn med statisk resistans efter relät?

Om jag kan använda den så borde det vara den enklaste lösning att reglera?

[Icecap]

På en pelletsbrännare jag är involverat i styr man elementet så att det värmer upp snabbt och sedan sänks effekten eftersom tiden går. Det sker i 3 steg och tiderna för varje steg är ung. 2 minuter.

Först kör den 100%, sedan 90% och till slut 80%. Och jag löste detta vid att ha en räknare som räknas upp av en 100Hz timerinterrupt. När den räknare når 100 nollas den, alltså står den o räknar 0 till 99 på ett sekund.

För varje interrupt kollar mjukvaran även om räknarens värde är under procentsatsen som elementet ska ha, är den det slås utgången på, är den lika med eller högre slås utgången av. Denna utgång styr sedan en TRIAC via en noll-genomgångs opto-diac i vanlig ordning.

Slutresultatet är en PWM reglering av effekten med en cykeltid på 1 sekund och en upplösning på 1%. Denna lösning visade sig i övrigt att vara så pass mycket bättre än föregängarens lösning där den kunde ha till-tider på 2 sekunder men annars var korrekt, alltså en ganska mycket längre cykeltid. Den termiska stress blev minskat så pass att tändelementen gick från att fungera en normal bra tid till att bli en "oj, ske den bytas? Men vad har hänt?"

Och det är det samma som kan göras här i detta projekt, bara cykeltiden är kort nog. problemet är då att om utgångarna är mekaniska reläer kommer de att slitas ut pga. de många växlingar, mekaniken nöts helt enkelt ut.

[mrfrenzy]

S7-reläerna klarar 100 000 cykler, så om du inte har triacutgångar är det inte lämpligt med PWM alls.

[schelo]

Det jag skulle kunna göra är att använda en analog utgång till detta, jag har ett par att tillgå.

Eftersom jag är lite ivrig så beställde jag relä imorse och den ska öppna mellan 4-32VDC. Brytspänningen låg på 1V. Relät krävde 25mA så jag ska bara kolla vad maxeffekt på den analoga utgången är.