Maximale Brennstoffausbeute in Holzheiz(kraft)werken - Regelungstechnik - Wien, 14. September 2021 - CONENGA Group

Maximale Brennstoffausbeute in
Holzheiz(kraft)werken – Regelungstechnik

Reglertypen, Reglertuning und praktische Anwendung

Vortragende:
Dr. Lukas Haffner, Dipl.-Ing. David Hechinger, Dipl.-Ing. Richard Wipp

Wien, 14. September 2021

Rückblick Auftakt – Webinar

▪ Effizienter Betrieb über die Sommermonate
  – E
    ​ ffiziente Verbrennung
  – Netz und Puffer

                                                  CDB – CONENGA Data Box
                                                  Datenloggen für Analysen im Sekundentakt aller Prozessvariablen möglich

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CONENGA Group Überblick

▪ Die CONENGA Group verbindet als Holding das breite Kompetenz- und Leistungsangebot
  folgender eng zusammenarbeitender Gruppenunternehmen:

▪ Seit über 25 Jahren im Geschäft haben wir insgesamt über 725 Jahren an Erfahrung
  und konnten bisher mehr als 387 Kunden in über 900 erfolgreich umgesetzten Projekten
  zufriedenstellen
▪ Als CONENGA Group zählen wir Strategiearbeit, Organisationsentwicklung,
  Wertstromgestaltung, Verfahrenstechnik, Regelungstechnik und Digitalisierung ein-
  schließlich Prozessmanagement sowie Anwendungsforschung zu unseren Kernbereichen

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GESTALTEN – Zugang und Vision

„Management Consulting, Sustainability, Engineering und
Digitalisierung aus einer Hand“                                   Unsere Vision
                                                                   Wirkungsvolle
Wir entwickeln und integrieren mit unseren Kunden              Gestaltungsarbeit
nachhaltige Lösungen, die klare Markt- und Kostenvorteile      mit unseren Kunden.
schaffen
▪ Zu diesem Zweck verbinden wir Kompetenzen aus                   Mit Herz und
  Management Consulting, Umwelt-Technologien, Engineering           Verstand
  und Digitalisierung auf strategischer und operativer Ebene   konzentrieren wir uns
                                                                     auf den
▪ Wir beraten, gestalten, designen, entwickeln und setzen um     Kundennutzen.
▪ Diese Gestaltungs-, Beratungs- und Umsetzungsarbeit
  vollziehen wir gemeinsam mit unseren Kunden                    Im Fokus stehen
                                                                Beratungsqualität
                                                                und das Vertrauen
                                                                 unserer Kunden.

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Motivation der Webinarreihe

▪ Betreiber bei ihren täglichen Herausforderungen unterstützen
▪ Wirtschaftlichkeit steigern
▪ Auf sicheren Betrieb achten
▪ Unsicherheiten ausräumen
▪ Interpretation von Prozessvariablen
▪ Zusammenhängende physikalische Größen darstellen
▪ Zusammenhängende Prozesse abstimmen
▪ Wissensverbreitung und -vertiefung
▪ Beitragen zur Vernetzung von Betreibern
▪ ….

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Webinarreihe

▪ Einzelne vertiefende Module zu unterschiedlichen Themen rund um Holzheiz(kraft)werke

        Ver-                                           Wärme-
    brennungs-      Regelungs-       Daten-                           Sicherheit
                     technik         analyse            rück-
      technik                                                           Recht
                                                      gewinnung

              ORC            Auto-              Puffer-      Eigenstrom-
             Analyse       matisierung         speicher      verbrauch
             Service

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Agenda

  Warum Regelungstechnik im Heiz(kraft)werk wichtig ist

  Überblick Regelungstechnik

  Welche Reglertypen gibt es?

  Open Loop → Closed Loop was heißt das?

  Einstellmöglichkeiten eines PID Regler

  Praxisbeispiel PI-Reglertuning in der Simulation

  Zusammenfassung

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Regelungstechnik im Heiz(kraft)werk

Einfacher Regelkreis

               Sollwert
                           Regler    Stellgröße             Messgröße
            Regelgröße                            Prozess
                          Baustein

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Regelungstechnik im Heiz(kraft)werk

▪ Sollwert = Sollwert Unterdruck
▪ Regelgröße = Istwert Unterdruck
▪ Stellgröße = Drehzahl Rauchgasventilator
▪ Störgrößen
 –   Primärluft                                       Sollwert
 –   Sekundärluft                                      30 Pa

 –   Rezirkulation
 –   Verbrennung
 –   Falschluft etc.

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Schwingungen beim Saugzugventilator

▪ Unterdruckregelung vor und nach
  Reglereinstellung

   08:00          08:00             08:00        08:00   08:00

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Stromeinsparung durch Reduzierung der Schwingung

Vorteile bei der Reduktion von Drehzahl- Schwingungen:
▪ Geringerer Verschleiss
▪ Geringere Schwingungsübertragung ins Mauerwerk bzw. Stahlkonstruktion
▪ Gleichmäßigere Stromaufnahme
▪ Einsparung der Stromkosten

               Reduktion des Eigenstromverbrauches
                   von Pumpen und Ventilatoren bei
                      gleicher Analgenleistung durch
                                    Verringerung der
                             Drehzahlschwankungen

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Regelungstechnik im Heiz(kraft)werk

Regelkreis → Unterdruckregelung                     Störgrößen

                                       Drehzahl
      Sollwert Unterdruck              Rauchgas
                             Regler    ventilator                Istwert Unterdruck
       Istwert Unterdruck                             Prozess
                            Baustein

                                             12                                       Webinar Regelungstechnik

Einführung in die Regelungstechnik

▪ Unter einer Regelung versteht man den Vergleich einer Regelgröße (Messwert) mit einem
  Sollwert. Daraus berechnet sich eine Stellgröße derart, dass sich die Regelgröße an den
  Sollwert annähert.

                  Sollwert
                                                   Stellgröße
                                    Regler
                  Regelgröße       Baustein

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Reglerarten

▪ 2-Punkt Regler (on/off). Mit und ohne Hysterese.
  – Vorteil: sehr einfach einzustellen, einfache Stellglieder
  – Nachteil: immer im Grenzzyklus, kein stabiles Halten des Sollwertes möglich
▪ 3-Punkt Regler (heat/off/cool)
  – Allgemeines: 3-Punkt Schritt-Regler: z.B. 3-Wege Motorventil. Über Puls-Längen
    "öffnen" und Pulse „schließen" wird eine Position angefahren
  – Vorteil: kostengünstige Regelung, rein elektrisch, keine Druckluft
  – Nachteil: Einschränkungen in der Positionsgenauigkeit und
    Regelgeschwindigkeit (meist recht langsam)
▪ Mehrpunktregler
▪ Proportionalregler

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Reglerarten

Ohne Modell:
▪ PI-Regler = Proportionalteil macht die Hauptarbeit bei kurzfristigen Störungen, weil die
  Gegenreaktion auf Abweichungen vom Sollwert unverzögert erfolgt. Der I-Anteil sorgt für
  das langfristige Ausregeln auf den Sollwert.
▪ PID-Regler

Mit Modell:
▪ GPC-Regler
▪ MPC-Regler

Regelbasiert:       Messgrößen                      Stellgrößen

▪ Fuzzy Logic                         MIMO
                                      Regler

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Open Loop → Closed Loop

▪ Open Loop

                                Stellgröße               Messgröße
                     Handwert                 Prozess

▪ Closed Loop

              Sollwert
                            Regler     Stellgröße             Messgröße
          Regelgröße                                Prozess
                           Baustein

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Einstellungen eines PID Reglerbausteins

▪ Kp, Tn, Negative Gain
▪ Ymin, Ymax
▪ Y-Rampe
▪ Feed Forward
▪ Gainsceduling (externes Kp)
▪ Tracking Value
▪ Normierung PV (Process Value) -> Skalierung für Reglerparameter
▪ Interner Sollwert (inkl. Grenzen)
▪ Externer Sollwert (inkl. Grenzen)
▪ Handsollwert
▪ Totband
▪ ……..

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Praxis PI-Reglertuning in der Simulation

▪ Open Loop Sprungversuch
▪ Führungsverhalten PI Regler mit unterschiedlichen Parametern
▪ Störverhalten

  OpenModelica

                  www.openmodelica.org
                                          18                     Webinar Regelungstechnik

ZUSAMMENFASSUNG

▪ Wie berechnet sich der Regelfehler?
▪ Was bedeuten P-Teil, I-Teil und D-Teil und was ist ihre Aufgabe?
▪ Was sind Einstellregeln?
▪ Was kann man bei einem PID-Reglerbaustein alles einstellen?
▪ Aperiodische Regelung, Überschwingen
▪ Führungsverhalten vs. Störverhalten

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Kontakt
Richard WIPP
VOIGT+WIPP Engineers GmbH
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