Vorlesung Prozessautomatisierung Grundlagen fr die Prozessautomatisierung Fliessbilder RISchema

Vorlesung Prozessautomatisierung Grundlagen für die Prozessautomatisierung Fliessbilder, R&I-Schema in der VFT 28. Oktober 2003 Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes Fachbereich Elektrotechnik Goebenstr. 40 66117 Saarbrücken Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 1 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Themen Vorlesung PATT (1) 22. 10. 2003 29. 10. 2003 05. 11. 2003 12. 11. 2003 & 19. 11. 2003 Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Einführungsvorlesung Beschreibungen, Hilfsmittel, Dokumentationen für Automatisierungsprojekte Fließbilder, R&I-Schemen, Normen, Symbole der Pneumatik, Verfahrenstechnik, etc. , Übungen Projektabwicklung & -tätigkeiten Projektphasen, Tätigkeiten, Vorgehensweise, Kosten Terminplanung, Ablage, Layout, Auftragsabwicklung SPS-/PLC-Systeme Aufbau, Funktionsweise, Arbeitsweise, Begriffe, Digital- und Analogwertverarbeitung, Sensoranschluss Aufbauarchitektur (zentral, dezentral), Visualisierung, Pro. Tool, Win. CC, HMI, Zubehör, Anbieter, Marktanalyse Programmierung IEC-61131, etc. Blatt 2. 2 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Themen Vorlesung PATT (2) 26. 11. 2003 03. 12. 2003 17. 12. 2003 Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Ablaufprogrammierung Konzepte, Beschreibungen, Elemente, Transitionen, Diagramme, Modelle (entry, exit, do), Applikationen Matlab/Simulink Blatt 2. 3 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Themen Vorlesung PATT (2) 28. 01. 2004 04. 02. 2004 11. 02. 2004 Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Methoden in Automatisierungstechnik Fuzzy, Neuronale Netze, Konzepte, Beschreibungen, Applikationen, Berechnungsverfahren, Regelungen Tag der offenen Tür Klausurtraining Blatt 2. 4 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Thema heute Grundlagen für die Prozessautomatisierung : „Übertragungsverhalten, Wirkungspläne, Erstellung von Wirkungsplänen für technische Systeme, Erstellung von Regelschemen für Regelungsauf -gaben, Anwendungsbeispiele“ Grundlagen • Grundbegriffe • Anwendungen • Beispiele • Grundlagenwissen Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 5 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Wirkungsplan / Signalflußplan • Sinnbildliche Darstellung der Wirkungsweise von Signalen in einem System • Darstellung in Form von Blöcken und Wirkungslinien • Die Wirkung wird in die durch die Pfeilrichtung gekennzeichnete Richtung übertragen. • Grundstrukturen für Wirkungspläne ØReihen- oder Kettenschaltung ØParallelschaltung ØKreisstruktur mit Gegenkopplung • Jeder Block erhält eine eigenständige Funktionsbeschreibung im Zeit- oder Frequenzbereich ØProportionalblock ØIntegralblock ØDifferentialblock Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 6 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Verknüpfungen von Übertragungsblöcken (1) Mögliche Verknüpfungen von Übertragungsblöcken (Systemen): • Verzweigung • Summationselement • Inversion • Multiplikation Quelle: Wendt Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 7 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Verknüpfungen von Übertragungsblöcken (2) Mögliche Verknüpfungen von Übertragungsblöcken (Systemen): • Division • Kettenschaltung • Parallelschaltung • Indirekte und direkte Gegenkopplung (Rückkopplung für Regelkreis) Quelle: Wendt Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 8 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Wirkungspläne Aufbau, Schaltungen und Umgang mit Wirkungsplänen ist bekannt (Systemtheorie, Regelungstechnik) Erstellung von Wirkungsplänen für praktische Anwendungen ist eher nicht so geläufig. Es geht darum, aus einer skizzierten Anordnung über die Funktionsweise eines Systems in Form eines Wirkungsplanes zu erkennen und für die einzelnen Komponenten die geeigneten Übertragungselemente identifizieren zu können. Das korrekte systemtechnische Umsetzen eines Wirkprinzips in einen Wirkungsplan bildet die Grundlage für das Systemverständnis (Soll. Werte, Regelgröße, Stelleinrichtung) und für Optimierung von Automatisierungsaufgaben. Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 9 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Temperaturregelung im Bügeleisen – Technische Ausführung Prinzipielle Funktionsweise eines elektrischen Bügeleisens: • Sollwerterzeugung : Sollwertschraube • Regler: Kontaktfeder (nicht stetig, 2 -Punkt) • Stellglied: Nocke • Regelstrecke: Sohle • Messeinrichtung: Bimetallelement Quelle: Merz, Jaschek Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 10 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Temperaturregelung im Bügeleisen - Wirkungsplan Quelle: Merz, Jaschek Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 11 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Temperatursteuerung Heizungsanlage – Technische Ausführung Prinzipielle Funktionsweise Ölheizung • Sollwerterzeugung : Steuergerät • Steuerteil: Steuergerät • Stellglied: Regelventil • Regelstrecke: Haus • Messeinrichtung: Thermometer Quelle: Merz, Jaschek Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 12 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Temperatursteuerung Heizungsanlage - Wirkungsplan Steuergerät mit Einstellkennlinien Heiztemperatur der Heizungsvorlauf. Temperatur wird erfahrungsgemäß auf Außentemperaturwerte eingestellt. Quelle: Merz, Jaschek Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 13 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Temperaturregelung Heizungsanlage – Technische Ausführung Prinzipielle Funktionsweise Ölheizung • Sollwerterzeugung : Thermostat • Regler: Regler • Stellglied: Regelventil • Regelstrecke: Haus • Messeinrichtung: Thermometer Bei der Heizungsregelung spielt die Außentemperatur keine Rolle, da nach der Rauminnentemperatur geregelt eingestellt wird. Quelle: Merz, Jaschek Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 14 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Temperaturregelung Heizungsanlage - Wirkungsplan Einstellung über Steuergerät ist nicht erforderlich. Quelle: Merz, Jaschek Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 15 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Anwendungsaufgaben Winkelregelung Antenne Beschreibung Die Winkellage der Antenne wird nach Sollwert W geregelt eingestellt. Der aktuelle Wert x wird mittels Potentiometer in die Spannung Ux umgewandelt und mit dem Sollwert UW verglichen. Die verstärkte Spannungsdifferenz Ue = Uw – Ux dient zur Ansteuerung des Motors. Gesucht ist der Wirkungsplan des Regelkreises. Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 16 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Anwendungsaufgaben Winkelregelung Antenne Lösung: Alle Potentiometer, Getriebe und Verstärker sind als P-wirkende Glieder anzusetzen. Identifizierung der Regelkreiselemente Regelstrecke Antenne mit Winkel x und UA als Stellgröße Stellglied Motor mit Getriebe Messeinrichtung Potentiometer mit Ux Regler Leistungsverstärker Sollwertbildung Potentiometer mit UW Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Der Antrieb (Motor) ist als PT 1 -Glied vereinfacht zu sehen. Die Regelgröße x wird durch Integration der Winkelgeschwindigkeit gewonnen. Das Übertragsglied ist als I-Glied zu interpretieren. Der Regelkreis wird rückgeführt in Gegenkopplung mit Differenzbildung der Spannungswerte. Blatt 2. 17 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Anwendungsaufgaben Feder-Dämpfungs-System Beschreibung: Die Skizze zeigt ein mechanisches System einer Regelstrecke. Die Ein- und Ausgangsgrößen sind die Kraft F(t) und der Weg x(t). Für das Kräftegleichgewicht gilt folgende Dgl. Gesucht ist der Wirkungsplan der Regelstrecke! Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 18 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Anwendungsaufgaben Feder-Dämpfungs-System Lösung: Identifizierung der Regelstrecke mit Ein- und Ausgangsgrößen Eingangsgröße ist f(t) / Ausgangsgröße x(t) 1/m B/m C/m Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Aus dem Kräftegleichgewicht lässt sich die Dgl. Aufstellen und nach der höchsten Ableitung umstellen Blatt 2. 19 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Anwendungsaufgaben Feder-Dämpfungs-System (2) Beschreibung: Die Skizze zeigt ein mechanisches System einer Regelstrecke. Die Ein- und Ausgangsgrößen sind die Kraft vein(t) und der vaus(t). Es gelten folgende Gleichungen für die einzelnen Elemente der Strecke: Gesucht ist der Wirkungsplan der Regelstrecke! Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 20 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Anwendungsaufgaben Feder-Dämpfungs-System (2) Lösung: Aus den gegeben Zusammenhängen und dem Kräftegleichgewicht kann die Dgl abgeleitet werden. Eingangsgröße vein(t) / Ausgangsgröße vaus(t). C/B Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 21 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Anwendungsaufgaben Lageregelung Magnetschwebekörper Beschreibung: Eine Eisenkugel soll durch die Magnetkraft in einer gewünschten Position gehalten werden. Die Position der Kugel wird fotometrisch erfasst. Im stationären Zustand gilt folgende Gleichung: fm= Ki im - Kxx Der OP stellt ein PID-Regler dar. OP und Verstärker arbeiten ohne Zeitverzögerung. Die Messverstärker wirken als P-Übertragungsglieder. Gesucht ist der Wirkungsplan der Regelstrecke! Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 22 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Anwendungsaufgaben Lageregelung Magnetschwebekörper Beschreibung: Es gilt für die Regelstrecke (Schwebekörper) das Kraftgleichgewicht FG = FM. Im stationären Zustand gilt für die Abweichungen vom Arbeitspunkt: Identifizierung der Regelkreiselemente Regelstrecke Kugel im Kraftfeld mit Spulenstrom als Stellgröße Stellglied Magnetspule Messeinrichtung Photoelement mit Photostrom If Regler Operationsverstärker Sollwertbildung Potentiometer mit UW Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 23 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Anwendungsaufgaben Lageregelung Magnetschwebekörper Lösung Wirkungsplan: Der gesamte Wirkungsplan kann nun aus den einzelnen Systemkomponenten erstellt werden. Regelstrecke: Wirkungsplan: OP Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Leistungsverstärker Blatt 2. 24 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Verfahrenstechnische Prozesse automatisieren 2. Thema heute: Darstellungsmöglichkeiten von verfahrenstechnischen Prozessen als Grundlage für die Realisierung von Automatisierungslösungen für solche Prozesse Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 25 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Fließbilder – Was versteht man darunter? Fliessbilder geben einfachen Überblick über die Funktion und Arbeitsweise verfahrenstechnischer Anlagen. Im Fliessbild werden die grundlegenden Stoffströme und groben anlagentechnische Einrichtungen dargestellt, wie z. B. Materialfluss, Hilfsstoffe, verfahrenstechnische Aggregate wie Erhitzer, Kühler, Trockner, Zerkleinerungsanlagen etc, erforderliche Behälter, Rohr. Leitungen, Reaktoren, Wärmetauscher, Kühler und Heizelemente, Pumpen und Kompressoren etc. ) Materialfluss: Hilfsstoffe: Fühler: Aggregate: Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Rohstoffe, Halbzeug, Additive, Zusatzstoffe, Wasser Dampf, Gas, Öl, Luft, Abgas Temperatur, Durchfluss, Durck, Drehzahl Wärmetauscher, Pumpe, Motor, Ventile Blatt 2. 26 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Arten der Fließbilddarstellung Verfahrensfließbild (grob) zur Übersichtsdarstellung (Phasenmodell) • Materialfluss (grob) • Einsatz-, Roh- und Hilfsstoffen (Start-, Zwischen- und Endprodukte) • Hauptprozessschritte • Darstellungsform Kreissymbol (Produkteigenschaften) Rechtecksymbol (Prozesseigenschaften) Verfahrensfließbild (fein) zur Detaillierung des Verfahrens („rekursiv“) • Materialfluss (detailliert) mit allen Zwischenprodukten • Prozessschritte (detailliert) • Darstellungsform Genormte Symbole für Aggregate, MSR-Stellen, Stoffarten Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 27 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Grundfließbild / Übersichtfließbild Einsatzstoffe (roh) Stoffvorbereitung (Zuführen und Dosieren) Zusatzstoffe (roh) Phasenmodell: Beschreibung mit standardisierten Netzwerken Vorteil: einfach / übersichtlich Stoffwandlung (Mischungsprozess Nachteil: abstrakt / nicht vollständig Zwischenprodukt (Feuchte, Dichte) Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 28 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Phasenmodell Formale Regeln für Erstellung von Phasenmodellen: • Kreissymbol für Produkt / Rechtecksymbol für Prozess • Jedes Produkt wird in einem Prozess verbraucht oder ist ein Ausgangsprodukt. • Produktveränderungen können nur über einen Prozess bewirkt werden. • Produkt selber besitzt keine eigene Dynamik (Fähigkeit zur Änderung seiner Eigenschaften) • Verbindung von Teilprozessen (Prozessketten) erfolgt über die jeweiligen Eingangs- bzw. Ausgangsprodukte. Phasenmodell: ständiger Wechsel von Produkten und Teilprozessen Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 29 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Phasenmodell Für die Beschreibung von Produkten und Prozessen spielen unterschiedliche Eigenschaften eine Rolle: Prozesseigenschaften • Ist- und Sollwerte • Steuergrößen • Einstellgrößen Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Produkteigenschaften • Physikalische Größen • Chemische Größen • Technologische Eigenschaften Blatt 2. 30 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Beispiel für Übersichtsbild Verfahrensfließbild Beispieltext: Einsatzstoff wird mit einem Lösungsmittel vermischt und zusammen mit einem Zusatz, der über eine Mahlanlage zerkleinert wird, In einem Behälter gebracht, wo die Stoffe zu einem Mischprodukt reagieren. Anschließend wird dieses Mischprodukt mit Heizdampf erhitzt. Abschließend wird das Lösungsmittel in einer Trennstufe abgeschieden und zurückgewonnen. Das Endprodukt wird ebenfalls über die Trennstufe gewonnen. Lesart: • Materialflussrichtung • Sequentielle und parallel laufende Prozessschritte Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 31 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Fließbilder zur Darstellung des Prozesses Grundfließbild • Beinhaltet Produktflusslinien, (wie Phasenmodell) Apparate, Anlagenteile Verfahrensfließbild • Weiterführende, verfahrenstechnische Information und wichtigste PLT-Stellen (Sensorik, Aktorik) R&I-Fließbild (Rohrleitungs- und Instrumentierungsfließbild) • Detaillierfeste Form der Darstellung von PLT-Aufgaben • Grundlage zur Detailplanung • Schnittstelle zwischen Verfahrens- und Prozessleittechnik-Planung Quelle Vogel-Heuser, Wuppertal, LFA Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 32 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

PLT-Dokumentation PLT-(EMR) Stellen-Verzeichnis • Nimmt in geordneter und übersichtlicher Form wesentliche Betriebsdaten, Informationen aus R&I-Fliesßbild mit projektspezifischen Festlegungen auf. • PLT-Stellenbezeichnung sowie Kennbuchstaben der Funktion und eine Kurzbeschreibung der PLT-Aufgaben • Funktionale und gerätetechnische Lösung der Aufgabenstellung • Beschreibung der Nahstellen zur Apparate- und Rohrtechnik PLT-(EMR) Stellen-Pläne • Gibt die Zusammenstellung aller zu einer PLT-Stelle gehörenden Einrichtung wie Antriebe, Stellglieder, Signalgeber, Befehlsgeräte, ihre Lage und Verbindung auf. • Er soll die Funktionselement und ihr Zusammenwirken darstellen • Er soll das Prüfen, Warten, Fehlerorten und Instandsetzen ermöglichen Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 33 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Vom Grundfließbild zur Konkretisierung -> Fließbild Erläuterungen zu Fließbild: Materialfluss: Rohaldehyd Hilfsstoffe: Heißwasser, Dampf Fühler: Temperatur, Füllstand, Druck, Durchfluss Aggregate: Wärmetauscher, Behälter, Ventile Quelle: Strohrmann Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 34 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Vom Fließbild zum R&I-Schema Realisierungsgrundlage Bild 7. Strohrmann, S. 11 Destillationsprozess Regel- und Instrumentierungsschema Konkrete technische Realisierung mit Angabe aller Geräte und Aggregate. Alle hier darge Stellten Geräte finden sich 1: 1 in der Anlage wieder. Quelle: Strohrmann Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 35 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Symbolik zur Fließbilderstellung verfahrenstechnischer Anlagen Quelle: Merz, Jaschek Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 36 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Fließbilder / Anlagenbeschreibung: Normen und Richtlinien DIN 19226 Leittechnik; Regelungstechnik und Steuerungstechnik Teil 1: Allgemeine Grundbegriffe Teil 2: Begriffe zum Verhalten dynamischer Systeme Teil 3: Begriffe zum Verhalten von Schaltsystemen Teil 4: Begriffe für Regelungs- und Steuerungssysteme Teil 5: Funktionelle Begriffe Teil 6: Begriffe zu Funktions- und Baueinheiten DIN 19221 Formelzeichen der Regelungs- und Steuerungstechnik DIN 19225 Benennung und Einteilung von Reglern DIN 19227 Bildzeichen und Kennbuchstaben für Messen, Steuern, Regeln in der Verfahrenstechnik Teil 1: Zeichen für die funktionelle Darstellung Teil 2: Zeichen für die gerätetechnische Darstellung Teil 3: Zeichen für die funktionelle Darstellung (Ergänzung Teil 1) Teil 4: Zeichen für die funktionelle Darstellung beim Einsatz von Prozessrechnern Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 37 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Fließbilder / Anlagenbeschreibung: Normen und Richtlinien ISO 3511 Process measurement control functions and instrumentation – Symbolic representation. Part 1: Basic requirements Part 2: Extension of basic requirements Part 3: Detailed symbols for instrument insterconnection diagrams Part 4: Basic symbols for process computer, interface, and. . DIN 19228 Bildzeichen für Messen, Steuern, Regeln DIN 19230 Gleichstromsignal für elektrische Mess- und Regelanlagen DIN 19231 Druckbereich für pneumatische Signalübertragung Prozessautomatisierung DIN 19235 Automat, Automatisierung, Begriffe DIN 19222 E Leittechnik, Begriffe DIN 40700 Schaltzeichen, Digitale Informationsverarbeitung DIN 40300 Informationsverarbeitung, Begriffe DIN 66201 E Prozessrechnersysteme, Begriffe Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 38 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Fließbilder / Anlagenbeschreibung: Normen und Richtlinien Sonstige DIN 28004 Bildzeichen für Rohrleitungen und Apparate VDI/VDE 2173 Strömungstechnische Kenngrößen von Stellventilen und deren Bestimmung VDI/VDE 2174 Mechanische Kenngrößen von Stellgeräten für strömende Stoffe und deren Bestimmung VDI/VDE 2176 Strömungstechnische Kenngrößen von Stellklappen und deren Bestimmung (Blatt 1) Auf die hier verwiesenen Normen und Richtlinien besteht kein Anspruch Auf Vollständigkeit und gibt nur einen Überblick über vereinbarte Symbole zur Darstellung verfahrenstechnischer Abläufe. Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 39 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Beispiele für Phasenmodell, Fließbild und R&I-Schema Zusatzstoff Zerkleinern Einsatzstoff Endprodukt Lösen Reaktion Trennen Lösungsmittel Grundfließbild / Phasenmodell Quelle: PLT Uni Bochum Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 40 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Beispiele für Phasenmodell, Fließbild und R&I-Schema Zusatzstoff 350 kg/h Lösungsmittel 700 kg/h Z 1 Heizdampf 3 bar X M 1 Einstazstoff 800 kg/h M 2 M M W 1 K 1 Lösungsmittel 1000 kg/h B 1 B 2 Heizdampf 1 bar 20°C 1 bar 108°C Endprodukt 1450 kg/h Fließbild P 2 P 1 Tanklager Quelle: PLT Uni Bochum Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 41 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Beispiele für Phasenmodell, Fließbild und R&I-Schema Heizdampf 5 bar F 1 Lösungsmittel 700 kg/h V 301 Zusatzstoff 350 kg/h V 304 V 302 Z 1 Einsatzstoff 500 kg/h V 104 V 101 FR C 101 V 103 M X TRC 401 V 303 W 1 M 3 V 112 Lösungsmittel 1000 kg/h V 305 W 3 V 204 K 1 TRC 105 V 108 V 201 V 206 M 3 FRC 201 V 113 B TRC 102 LRC 106 LRC 111 V 114 V 116 V 115 M 3 R&I-Schema M 3 W 2 P 1 V 106 Oktober 2003 / Prozessautomatisierung V 107 Kondensat Blatt 2. 42 Endprodukt 1450 kg/h Quelle: PLT Uni Bochum © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Einführung in die R&I-Symbolik Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 43 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Kennbuchstaben für EMSRTechnik DIN 19227, Teil 1 Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 44 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Kennbuchstaben für EMSRTechnik DIN 19227, Teil 2 Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 45 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Kennzeichnung einer PLT-Stelle nach DIN 19227 / ISO 3511 Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 46 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Beispiel für Kennzeichnung Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 47 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

R&I-Fließbild Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 48 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Einfache MSR-Stellen MSR Durchfluß wirkt auf ein Stellglied (z. B. Ventil) (Wirkungslinie mit Pfeilrichtung) Messstelle für Temperatur mit Vorortanzeige Messstelle für Temperatur mit Anzeige auf Leitstand Messstelle für Durchfluss zur Registrierung, Regelung und Überwachung mit Alarmmeldung Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 49 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Einfaches Beispiel mit Interpretation Ventil (auf, Mittelstellung, zu) Anwendung: MSR-Stelle Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Pumpe fördert Flüssigkeit über Ventil in Rohrleitung 5: Überwachung Speed (Drehzahl Antrieb) 6: Anzeige elektrische Größe (Strom Antrieb) 7: Vorortanzeige Flüssigkeitsstrom 2: Summation und Anzeige Durchfluß Leitstand 1: Anzeige, Regelung Differenzdruck über Ventil 4: Handverstellung am Ventil 8: Registrierung ph-Wert Leitstand Blatt 2. 50 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Anlagenfließbild Destillationskolonne: Trennung von Mineralöl in seine einzelnen Bestandteile 6 unabhängige Regelkreise Erkennbar durch Messgrößen (Regelgrößen) und Stellglieder Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 51 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Technische Lösung für Regelungsaufgabe Stromlaufplan Klemmenplan M+K-Liste für Bauteile E/A-Liste für SPS Visualisierung (Leitstand) Infos Leitstand Datenarchivierung / Auswertung Regelgröße: Stellgröße: Differenzdruck Öffnungswinkel Regelventil Vorgabe: Vorgabe Solldifferenzdruck (Eingabe Leitstand) Anschaltung / Verkabelung Sensor und Aktorik Regelung auf SPS / Hardwareregler Ausgabewert Öffnungswinkel über Analogausgänge für Stellung Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 52 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Beispiel Mischanlage Erstellung eines R&I-Schemas aus Lastenheft: „Im Behälter B 1, dessen Zulauf über ein Ventil eingestellt werden kann, wird die Flüssigkeitsstandhöhe gemessen. Übersteigt die Standhöhe einen eingestellten Maximalwert (Grenzwertschalter), so wird eine Pumpe eingeschaltet, die Flüssigkeit von B 1 nach B 2 pumpt. Die Pumpe schaltet bei Erreichen einer Mindeststandhöhe von B 1 (Grenzwertschalter) wieder ab. Vor und hinter der Pumpe befindet sich Jeweils ein handbetätigter Schieber für Reparaturzwecke. Im Behälter B 2 wird die Temperatur und der Druck gemessen. Bei Überschreiten eines Temperatur- oder Druckgrenzwertes wird ein Alarmsignal gegeben. Der Abfluss aus B 2 kann über ein Ventil geregelt eingestellt werden. . . . Alle MST sind in der Leitwarte Anzuzeigen. Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 53 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Erstellen von Regelkreisen in verfahrenstechnischen Anlagen Ausgangspunkt für den MSR-Techniker (Automatisierungstechniker) ist als Basis stets das Grundfließbild einer verfahrenstechnischen Anlage. Gemeinschaftsaufgabe der Verfahrenstechnik und Elektrotechnik: • Festlegung der Messgrößen (Ort, Funktion, Messart) Funktion bedeutet: Anzeige im Feld, Anzeige in Warte, Registrierung Steuernde Größen, regelnde Größen • Festlegung von steuernden und regelnden Funktionen • Festlegung von Handbedienfunktionen • Festlegung der MSR-Symbole im Fließbild Aus dem Fließbild entsteht mehr und mehr ein Rohrleitungs- und Instrumentierungsschema. Im endgültigen R&I-Schema sind alle Elemente für die tatsächliche Ausführung enthalten. Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 54 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

PLT-Stellen-Blatt Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 55 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Anwendungsbeispiele Aus einem Vorratsbehälter wird ein variabler Flüssigkeitsstrom entnommen. Es ist eine Regeleinrichtung zu skizzieren, so dass ein definierter Behälterfüllstand aufrechterhalten wird. Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 56 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Lösung Fühler: Stellglied: Regelstrecke: Regelgröße: Sollwert: Regler: Störgröße: Schwimmerkörper Schieber Behälter Füllstandshöhe Einstellung Schwimmer Gestängeeinrichtung mit Schwimmer Entnahmemenge Funktion: Über ein Hebelgestänge bewirkt ein Steigen des Schwimmers das Schließen des Schiebers. Ein Sinken öffnet den Schieber. Regelungsart: Festwertregelung Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 57 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Temperaturregelung In einem Durchlauferhitzer wird kaltes Wasser mit Dampf erhitzt. Geben Sie eine Regelschaltung mit Fühler und Stellgliedeinrichtung für diese Aufgabenstellung an. Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 58 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Lösung Fühler: Regler: Stellglied: Sollwert: Temperatur Regelelement Regelventil Sollwertsteller Messumformer Funktion: Die Regeldifferenz steuert den Regler. Je größer e desto mehr muss das Regelventil öffnen. Je kleiner e desto mehr muss das Regelventil schließen. Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 59 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Druckregelung In einem Druckbehälter soll der Gasdruck konstant gehalten werden. Entwerfen Sie eine geeignete Regelschaltung Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 60 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Lösung Fühler: Regler: Stellglied: Sollwert: Druck Regelelement Regelventil Sollwertsteller Messumformer Funktion: Die Regeldifferenz steuert den Regler. Ist e > 0 (d. h. pist < psoll) Dann muss das Ventil schließen (e>0, y<0). Ist e<0 dann muss das Ventil öffnen. Regelsinn beachten! Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 61 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Regelung eines Banddurchhanges In einem Bandtransport soll die Höhe des Durchhanaes geregelt werden. Entwerfen Sie eine geeignete Regelschaltung Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 62 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel

Lösung Fühler: Regler: Stellglied: Sollwert: Druck Regelelement Regelventil Sollwertsteller Messumformer Funktion: Die Regeldifferenz steuert den Regler. Ist e > 0 (d. h. pist < psoll) Dann muss das Ventil schließen (e>0, y<0). Ist e<0 dann muss das Ventil öffnen. Regelsinn beachten! Oktober 2003 / Prozessautomatisierung Blatt 2. 63 © Prof. Dr. -Ing. Benedikt Faupel