Rührwerksteuerug

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Resistor
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Rührwerksteuerug

Beitrag von Resistor » Freitag 17. Juni 2011, 15:40

Hallo Forum,

ich habe ein kleines Problem. Das Projekt habe ich mal Angehängt.
Wie im Titel geschrieben will ich eine Rührwerkssteuerung machen (soll schlussendlich ein Makro werden).

Funktionsbeschrieb:
-Rührwerk läuft eine vorgegebene Anzahl von Sekunden
-Rührwerk pausiert eine vorgegebene Anzahl von Sekunden
-während des Laufens wird die Drehzahl überwacht und bei unterschreiten eines Setpoints (SP) wird ein Alarm ausgelöst

Das Problem ist, dass der Frequenzzähler den höchsten Wert hält, d.h. ich kann somit keinen Alarm auslösen, wenn das Rührwerk den SP unterschreitet.
Seht ihr ev. andere Möglichkeit das zu lösen? Ev. habe ich mich einfach zu stark in den Frequenzzäler "vernarrt" :( .

Besten dank für Inputs (muss keine komplette Lösung sein -->ev. "Umleitungstipps" :idea: würden mir schon reichen)
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tom_g
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Re: Rührwerksteuerug

Beitrag von tom_g » Freitag 17. Juni 2011, 18:48

Grüezi Resistor,

versuch mal das angehängte Projekt, sehe es als Anregung.
Manchmal verhakt man sich in einer "Ecke". Da braucht es Impulse (nicht nur die vom Rührwerk ;-), welche einen davon befreien.
Mag sein, dass dieser einer ist.

Grundidee: Nachbildung eines F-U-Wandlers.
Die zu messende Drehzahl taktet mit einer Flanke (immer die gleiche...) ein Monoflop, d.h. die Flankenrate bildet nun eine Pulsrate mit immer gleicher Pulszeit. Die Pulse kommen sich immer näher, je höher die Frequenz, daraus folgt, dass die Pulszeit kürzer oder gleich sein muss als die zu messende Frequenz.

Die Pulszeit gatet ein "Quantum" mit Amplitude = 1 (könnte hier auch direkt mit dem Logikpegel geschehen, da dieser konstant ist) auf ein VZ1 Tiefpass, welcher die Quanten dynamisch integriert. Es entsteht ein Analogsignal, welches proportional zur Pulsrate ansteigt. Somit ist hier ein drehzahlproportionales Analogsignal entstanden. Dieses ist abhängig von der Dämpfung, von der Pulsdauer und von der Integratorzeitkonstante.
Nun kann das Analogsignal mit dem Alarmschwellwert verglichen werden, wobei das Alarmsignal nur bei "Rührwerk an" ausgegeben wird.

Viel Spass mit ProfiLab:

Freundliche Grüsse von Thomas
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tom_g
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Re: Rührwerksteuerug

Beitrag von tom_g » Sonntag 19. Juni 2011, 10:17

Guten Morgen Resistor,

ich habe Deine Aufgabe zum Anlass für einen weiteren interessanten Versuch mit ProfiLab genommen:

Frequenzmessung mit einer PLL

* eine weitere Möglichkeit zur Messung von Frequenz ist eine PLL (phase locked loop = Frequenz/Phasenregler). Diese Schaltung verwendet eine eigene veränderliche Frequenz, um der zunächst unbekannten Testfrequenz (Rührwerkdrehzahl) nachzufahren, und perfekt einzuregeln. Im eingeregelten Zustand kann das Messresultat dann vom eigenen Frequenzgenerator (VCO = voltage controlled oscillator) abgelesen werden.

Ich habe hier eine analoge PLL modelliert. d.h. über Aufsummieren/Absubtrahieren eines "Quantums" in einem Integrator entsteht eine analoge Steuerspannung für den VCO und damit eine Frequenz, welche an die Testfrequenz heranschleicht.
Der "Sensor" (FPD = Frequenz/Phasendiskriminator), welcher in der vorliegenden Ausführung beide Abweichungen, einerseits von der Frequenz, andererseits von der Phasenlage bei bereits gleicher Frequenz erkennt, sorgt bei Abweichung für das "Dosieren" der "Quanten". Das kann je nach Abweichung bedeuten, dass positive, negative, oder gar kein Quantum zum Integrator dosiert werden (Dreipunkte-Steller)

Eine PLL ist ein Regelkreis. Um Regler schnell und stabil zu machen, und um sie gleichermassen für Führungs- und Störgrössen robust zu machen, sind höhere Regeltechnik-Kenntnisse nötig. Oft reichen klassische Ansätze nicht aus, um alle Anforderungen zu erfüllen.

Um eine Annäherung an obige Anforderungen zu erzielen, habe ich den PID-Ansatz gewählt: die Grösse des Quantums beeinflusst den P-Anteil, die Abtastrate des (einfachen) Integrators den I-Anteil, und es gibt Parameter für den D-Anteil. Auf diese Weise kann der Regler zwar stabil arbeiten, aber ist alles andere als ideal, langsam und nicht vollständig kompensiert.
Das Resultat fasziniert: unbekannte Frequenzen können gemessen werden, und Echtzeitanwendungen in ProfiLab werden hiermit möglich:
Man könnte z.B. ab der 50Hz-Netzfrequenz, welche durch den LPT-Port eingelesen werden kann (Trafo, Dioden...) einen hochstabilen internen 50Hz-Muttertakt generieren. Oder: wer sich mit PLL schon beschäftigt hat, weiss, dass Frequenzmultiplikation mittels PLL möglich ist: durch Einbringen von digitalen Frequenzteilern und "Fahren" mit dem VCO auf höheren Frequenzen können frei programmierbare stabile Frequenzen in PL erzeugt werden (bezogen auf die Eingangsfrequenz)

Halt typisch bei PL: wird das Fenster mit der Maus gepackt, so stoppt die Simualtion, und der Regler wird geschüttelt (never touch a running system gilt hier sprichwörtlich)

Speziell zu erwähnen: im Projekt gibt ein Gate, welches den Regelkreis "einfriert" (d.h. er bleibt im stabilen oder metastabilen Zustand vor dem Abstellen), wenn das Rührwerk pausiert; wenn das Werk dreht, ist der Regler wieder scharf geschaltet, nun aber schon in der Nähe der erwarteten Zieldrehzahl. Möglicherweise muss die Gatezeit für den Hochfahrtransienten noch mit einem Monoflop verlängert werden.
Vielleicht hilft das Verfahren als Trick Deiner praktischen Anwendung, Du willst ja nur während der Rührphase messen und Unterschreitung einer Alarmdrehzahl feststellen.

Auch eine Bemerkung wert (vielleicht kann Abacom etwas dazu sagen ?): ich habe versucht, den VCO mit dem Modul "Takt (1Hz...1kHz), einstellbar" (heisst als Symbol auch VCO) zu realisieren. Wenn der Frequenzeingang auf dieses Modul schnell variiert, scheint das Modul nicht zu arbeiten.
Mit dem "Signalgenerator" klappt die Realsierung des VCO dann aber einwandfrei.

Einen schönen Sonntag wünscht:

Thomas

PS. nach dem Uploaden des Projekts muss vielleicht mit dem Schalter "Störgrösse" getoggelt werden, bis der Regler anläuft...
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Re: Rührwerksteuerug

Beitrag von tom_g » Montag 20. Juni 2011, 06:59

Guten Morgen,

und weils so interessant ist, hier gleich noch eins drauf:

Timer zur Messung der Periodendauer
eines Logik-Signals (z.B. die Umdrehungen des Rührers)

Die Auswertung basiert auf einem dual slope-Integrator, welcher mittels mehreren S/H nach 2 Perioden des unbekannten Frequenzsignals (dabei kann der duty cycle frei gewählt werden !) die Summe der Zeiten von Phase A und Phase B als Resultat hält.

Eine nützliche kleine Schaltung !

Die Rate des Resualtats ist hier proportional zur Periode des Mess-Signals.
Zu beachten: bei asymmetrischer Puls-Pausenlage driftet der Integrator sukzessive von Null weg (nicht so bei symmetrischem Mess-Signal). Irgendwann muss er zurückgesetzt werden, sonst wird er bei Dauerbetrieb in numerischen Overflow gehen. Was dann passiert, weiss ich nicht.

Freundliche Grüsse von Thomas
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Re: Rührwerksteuerug

Beitrag von Resistor » Montag 20. Juni 2011, 17:22

Hallo Thomas,

zuerst, Wow, hast dich aber mächtig ins Zeug gelegt, ich muss das ganze zuerst mal in Ruhe verarbeiten, da ich nicht aus dem "Elektronik-" sondern aus der "Chemie-" Ecke komme, es hat da noch so einiges an Neuland für mich in deinen Vorschlägen :oops: :lol:

Gruss
Alex

tom_g
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Re: Rührwerksteuerug

Beitrag von tom_g » Montag 20. Juni 2011, 21:46

Hoi Alex,

gerne, ich habe Dein Problem als Anlass zum Tüfteln genommen, danke Dir dafür ;-)

1. nach den drei Ansätzen würde ich den 3. zur näheren Betrachtung für Deine Aufgabe empfehlen.
2. vielleicht hats auch noch andere Vorschläge rum ? Forum ?
3. mit Ansatz 2 habe ich mich selbst überrascht (Echtzeit in ProfiLab...)

PS. Auch ich hab nebst Elektronik was mit Chemie (Elektrochemie -> Brennstoffzellen)
Was machst denn Du im Leben ?

Viele Grüsse von Thomas
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Re: Rührwerksteuerug

Beitrag von Resistor » Dienstag 21. Juni 2011, 14:00

Sali Thomas,

bin im Bereich Umwelttechnik tätig (F&E), Rauchgasreinigung, Sondermüllverbrennung, Biogas und "Methan aus Holz".
Wen Du genaueres Wissen willst, kann ich es dir gerne in deine PN posten.

Gruss
Alex

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