Zusammenfassung: Dieser Artikel beschreibt, wie sich dedizierte Durchflussregler durch universelle Wiegeeinheiten in Kombination mit den Rechenfunktionen einer SPS ersetzen lassen, um eine präzise Dosierung zu erreichen. Schlüsselwörter: Dosiersteuerung, Anwendungsübersicht : In vielen Branchen werden dedizierte Durchflussregler zur Durchflusskontrolle von Feststoffen (einschließlich einiger hochkonzentrierter Flüssigkeiten, die mit herkömmlichen Rohrleitungsdurchflussmessern nur schwer messbar sind) eingesetzt. Diese Regler sind in der Regel teuer, wartungsintensiv und haben lange Lieferzyklen, was im Schadensfall zu Anlagenstillständen führen kann. Dieser Artikel beschreibt, wie sich dedizierte Durchflussregler durch universelle Wiegeeinheiten in Kombination mit den leistungsstarken Funktionen einer SPS ersetzen lassen, um Investitionen zu reduzieren, die Wartung zu vereinfachen und eine präzise Dosierung zu erzielen. Die Abbildung zeigt das Blockdiagramm der Durchflussregelung für Klebstoffe, Pigmente und andere Additive in einer Produktionslinie. Prozessparameter können über die Mensch-Maschine-Schnittstelle gelesen und geschrieben werden, um die Durchflussmenge und andere Prozessparameter in Echtzeit zu überwachen. Da die Durchflussregelung für Feststoffe erfolgt, können Durchflussmesser in Rohrleitungen nicht wie bei Flüssigkeiten eingesetzt werden. Die tatsächliche Durchflussrate kann nur durch Berechnung des Gewichts des Materials im Silo ermittelt werden. Das Prinzip ist wie folgt: Das Material gelangt über eine Dosierschnecke (oder Dosierpumpe) in die Produktionslinie, wodurch das Gewicht des Silos allmählich abnimmt. Die Durchflussregelungseinheit erfasst das Silogewicht und berechnet die tatsächliche Materialdurchflussrate, indem sie die Gewichtsabnahme pro Zeiteinheit misst. Der Durchflusswert der Prozessparameter wird per Modbus an die Durchflussregelungseinheit übermittelt. Diese vom Lieferanten speziell entwickelte Regelungseinheit berechnet und passt die analoge Steuergröße automatisch an, um die erforderliche Drehzahl der Dosierschnecke (oder Dosierpumpe) bei der vorgegebenen Durchflussrate zu erreichen. Die analoge Größe wird über den analogen Ferneingang der SPS an die CPU gesendet. Anschließend wird die Frequenz des Frequenzumrichters per Profibus gesteuert, um die Durchflussregelung zu realisieren. Der Vorteil dieser Struktur liegt in ihrer Einfachheit: Es muss kein spezielles Durchflussregelungsprogramm entwickelt werden, da die Durchflussregelungseinheit selbstständig entsprechend der vom Prozess geforderten Durchflussrate arbeitet. Die Nachteile sind hohe Kosten, schwieriger Wartungsaufwand für die Durchflussregelung, starke Abhängigkeit vom Lieferanten und lange Lieferzeiten im Schadensfall, was potenziell zu Anlagenstillständen führen kann. Im Folgenden stellen wir ein Durchflussregelungssystem vor, das eine universelle Waage in Kombination mit der Rechenfunktion einer SPS nutzt. Das Diagramm zeigt das Blockdiagramm der Mehldurchflussregelung in einer Lebensmittelproduktionslinie. In diesem System verwenden wir eine AB SLC-500 CPU und ein Profibus-Scanner-Modul mit angeschlossener universeller Waage und Frequenzumrichter. Die Netzwerkstruktur ist einfach: Durch Lesen und Schreiben von Prozessparametern über die Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) können die Mehldurchflussrate und andere Prozessparameter in Echtzeit überwacht werden. Der Prozessablauf ist wie folgt: Der gewünschte Wert für die Mehldurchflussrate wird von der HMI ausgegeben und über DH+ an die SPS gesendet. Der Gewichtswert der Waage im Mehlbehälter wird über Profibus an die SPS gesendet. Während das Mehl durch die Dosierschnecke in die Produktionslinie gelangt, nimmt das Gewicht im Behälter allmählich ab. Die SPS berechnet den tatsächlichen Mehldurchfluss, indem sie die Gewichtsabnahme im Trichter pro Zeiteinheit misst. Dieser tatsächliche Durchfluss wird anschließend mit dem voreingestellten Durchfluss verglichen. Nach einigen Berechnungen ermittelt die SPS einen relativ stabilen Frequenzwert. (Das Fördervolumen einer Umdrehung der Dosierschnecke (bzw. Dosierpumpe) ist relativ konstant; die Drehzahlregelung steuert das Volumen und somit das Gewicht.) Durch die Steuerung der Drehzahl der Dosierschnecke über Profibus mithilfe dieses Frequenzwerts lässt sich ein geschlossener Regelkreis für den Mehldurchfluss realisieren. In diesem Regelsystem ist zu beachten, dass mit der allmählichen Abnahme des Mehlstands im Silo ein Nachfüllprozess stattfindet. Obwohl dieser Nachfüllprozess relativ kurz ist, fördert die Dosierschnecke kontinuierlich Mehl, während das Silo gleichzeitig befüllt wird, was zwangsläufig zu ungenauen Dosierungen führt. Dies muss bei der Programmierung berücksichtigt werden. Die Frequenz während des Nachfüllprozesses kann auf zwei Arten eingestellt werden: Erstens kann die Frequenz des Silos unmittelbar vor der Befüllung als konstante Frequenz verwendet werden (da diese Frequenz die Anforderungen der Prozessparameter erfüllt). Nach der Beschickung wird die normale Dosierung fortgesetzt. Da die Beschickungszeit relativ kurz ist, beeinträchtigt sie die Produktqualität der Produktionslinie in der Regel nicht. Dieser Ansatz hat jedoch einen Nachteil: Werden die Prozessparameter während der Beschickung geändert, passt sich der tatsächliche Mehldurchfluss aufgrund der konstanten Frequenz nicht entsprechend an, was potenziell zu Schwankungen in der Produktqualität führen kann. Ein robusteres Regelungsverfahren besteht darin, dass die SPS während der normalen Dosierung eine lineare Beziehung zwischen Frequenz und Mehldurchfluss ermittelt – vereinfacht gesagt, die Hertz-Zahl entspricht dem Mehldurchfluss in Kilogramm. Im Beschickungsprozess kann dieser lineare Parameter zur Steuerung der Ausgangsfrequenz verwendet werden. Mit diesem Regelungsverfahren passt sich der tatsächliche Mehldurchfluss auch bei Änderungen der Prozessparameter während der Beschickung entsprechend an, wodurch Schwankungen in der Produktqualität vermieden werden. Es zeigt sich, dass das Regelungsprinzip einer dedizierten Durchflussregelungseinheit und einer herkömmlichen Wiegeeinheit identisch ist. Der Unterschied liegt darin, dass die Steuerungsmethode mit einer universellen Wägeeinheit die Anzahl der Eingangs-/Ausgangsverbindungen reduziert, die SPS rationeller nutzt, die leistungsstarken Rechenkapazitäten der SPS voll ausschöpft und zu einer einfacheren Struktur und geringeren Investitionen führt.