Temperatuurcontrol op Scheepsdieselmotoren

Hallo allemaal,

Aan boord hebben wij een probleem met het afregelen van een PI Termperature Controller.
De controller betreft een Emko ESM-4450.
De controller wordt gebruikt voor het regelen van de HT (High Temperature) koelwater (85 graden Celcius)
De regelklep is een 3-weg mengklep met een elekronisch aangestuurde actuator op de spindel.
Het probleem waar ik mee zit is het stabiel afregelen van het systeem.
Steeds wanneer de settings in bedrijf enigsinds stabiel regelgedrag lijken te vertonen, dan is het de volgende dag weer helemaal ontregelt.
Ik heb wel een klein vermoeden waar ik het in zou moeten zoeken, maar zou zo niet weten hoe ik dat regeltechnisch kan oplossen.
Ik zal even de situatie proberen te schetsen hoe het systeem regelt.

Het proces van het HT koelwater heeft een laag temperatuur alarm op 60 graden Celcius, en zijn hoog tempwratuur alarm is op 92 graden Celcius. Daarnaast zit in ons alarm systeem ook nog een hoog hoog temperatuur alarm op 94 graden Celciua, waar het proces beslist onder moer blijven aangezien je anders een motor shut-down krijgt.
Wanneer ik in bedrijf de regelaar heb afgesteld (Proces PI geregeld), en de temperatuur enigsinda stabiel op 85 graden gehouden wordt lijkt alles in eerste instantie oké.
Het is wanneer de motor enige tijd heeft afgestaan dat het probleem begint.
Bij het afkoelen van de motor zakt de temperatuur dan naar zo'n 65 graden Celcius,waardoor de regelaar probeert deze fout weg te regelen door de actuatoe naar de warme tak te sturen.
Echter wanneer de motoren af staan dan zit er niet meer genoeg warmte in het systeem om het set-point uberhaupt te kunnen bereiken.
De klep wordt dus totaan de limit-switch aangestuurd, welke daarna de voeding naar het elektromotortje onderbreekt ter voorkoming van oververhitting.
De regelaar ziet dit echter niet (zit geen terugkoppelling op de klepstand), en blijft de actuator wel aansturen vanuit de regelaar.
Wanneer de motor uiteindelijk weer wordt opgestart dan komt de temperatuur weer langszaam omhoog.
Echter zodra de temperatuur weer rondom het set-point begint te komen, begint de regelaar nog niet zijn aansturing om te verwarmen te dempen (de regwlaar blijft maar aansturen op verwarmen)
Het gevolg is dat zelfs nadat het set-poibt is bereikt de temperatuur vrolijk door blijft stijgen.
De enige mogelijkheid on de regelaar weer aan het regelen te krijgen is door deze even spanningsloos te maken en weer bij te zetren.
Wat ik vermoed dat er mis gaat in de regeling is dat bij een stilstaande motor continue een bepaalde uitsturing wordt berekend die steeds groter wordt door de tijd heen.
Zodra de motor is gestart en de temperatuur zijn set-point begint te naderen zit hij ecbter nog met de berekende uitsturing uit het verleden te werken en blijft hij dus aansturen op het verwarmen.
Zodra de regelaar even spanningsloos geweewt is zijn de berekende waarden gereset en begint deze weer het proces te regelen.
Ik kan het mis hebben, maar misschien dat er iemand op dit forum is die daar enig inzixht in kan bieden.
En bovenal hoop ik dat iwmand met mw mee kan denken over een mogelijke oplossing.

Vriendelijke groet,

Jasper

Henk H.

Golden Member

De propertionele (meer uitsturing bij grotere afwijking) en integrerende (meer uitsturen als de afwijking langer duurt) functie zitten er in, maar de differentiële (minder uitsturing als de meetwaarde dichter bij de ingestelde waarde komt) zit er niet in.

Er is geen voorziening om het HT koelwater warm te houden (oliegestookte ketel oid)? Is op zich wel gebruikelijk.

De voeding van de motor die de klep bedient, wordt uitgeschakeld om overbelasting te voorkomen. Die staat dan in de stand dicht neem ik aan (het HT koelwater blijft in het HT systeem circuleren en wordt niet afgeleid naar een HT/zeekoelwater).

Je schrijft dat de regelaar spanningsloos gemaakt moet worden voordat de regeling weer werkt. Kan het niet zijn dat je daarmee de voeding van de verstelmotor op de klep ook weer opnieuw opstart?

Heeft de duur waarbij de temperatuur laag is nog invloed op hoe snel de regelaar weer ingrijpt als de temperatuur te hoog dreigt te komen?

Wordt het HT koelwater ook rondgepompt als de diesel uit staat? Een mechanische oorzaak is onderzocht en uitgesloten? Terugslagkleppen die blijven hangen, andere motoren/pompen in het HT koelsysteem?

Hallo Henk H,

Bedankt voor je reactie.
De 3-weg mengklep heeft 2 standen, namelijk koelen (waarbij water vanaf de zeewater gekoelde koeler wordt bijgemengd) en verwarmen waarbij er meer water wordt gerecirculeerd door de motor.
V.w.b. verwarming van het HT koelwater, dat zit er bij ons niet meer op (vroeger wel).
Dit omdat we eigenlijk nooit langer dan 12 uur niet varen, en dan houdt de hulpmotor het koelwatercircuit op acceotabele temperatuur (rond de 60 graden).
Verder ben ik er zeker van dat het spanningsloos maken niet de klep reset.
Dit betreft namelijk een fysieke limitswitch die een verbreekcontact in de aansturing van het klepmotortje onderbreekt met een fysiek nokje.
Het spanningsloos maken verandert namelijk niets aan de stand van de klep.

Groet Jasper

Heeft de regelaar een arw setting ?

Wat ik wel van de eerste digitale regelaar ken is dat ze een virtuele klep stand hadden. Als de klep lang op een eindstad stond berekende de regelaar bij elke sturing een nieuwe stand van de regelklep welke na een aantal dagen natuurlijk ver van de werkelijke stand zat.
Sommige regelaar hebben hier een aparte input voor die de regelaar een restart geven. andere hebben een arw setting waar je de minimum en maximum virtuele waarde kan opgeven.

Bij een I-regelaar hoort een "anti windup" parameter. Deze zorgt ervoor dat het I-aandeel niet eindeloos blijft oplopen in zulke gevallen. Blijkbaar ontbreekt deze, of hij staat op een veel te hoge waarde. Kan je manueel de parameters bijstellen ? Mogelijk kan het systeem ook zonder I-aandeel werken.

Hallo allemaal,

Hartelijk bedankt voor het meedenken en alle suggesties.
Een link naar de data en evt. manual van deze regelaar is te vinden op:
http://www.emkoelektronik.com.tr/en/products/esm-4450
Voor zover ik heb kunnen ontdekken in de manual heeft deze inderdaad een anti-reset windup.
Of er een aparte input is voor reset van de regelaar dat geloof ik niet dat, dat op ons regelaar aanwezig is maar dat kan ik mis hebben.
De anti-reset wind-up van ons regelaar lijkt instelbaar van ot.Ar (waar die afkorting zo voor staat dat is mij niet geheel duidelijk, en van 0 tot de upper value van het proces ofwel 92 graden.

Vriendelijke groet
Jasper

Ot.Ar betekend denk ik out of anti-reset windup range. Ik zou deze waarde op bijvoorbeeld 10 graden? zetten, daarbuiten regelt de regelaar dan proportioneel waarbij de I factor verder niet meer berekend wordt (oude waarde wordt gehandhaafd). Zoals je in de bijlage kan zien bepaal je zo de range vanaf het setpoint.

Even een update voor iedereen.
Ontzettend bedankt voor de suggesties en informatie.
Ik begin de regelaar steeds meer te doorgronden.
Momenteel zijn we even teruggeschakeld op een zuiver P geregelde temperatuurtegeling om uit te sluiten of de aansturingsproblematiek daadwerkelijk aan het I-aandeel toe te schrijven was.
Ik kan bevestigen dat dit inderdaad het probleem was, en dat de regelaar nu al stukken beter reageert.
De overshoot zit soms echter wel tegen het randje van de shut-down aan, en zal ik dus nog wat moeten spelen met het bepalen van se juiste versterkingsfactor voor een acceptabel regelgedrag.
De regeling reageert soms nog wel wat te onvoorspelbaar op te heftige procesveranderingen, waardoor ik denk dst de I-actie op den duur wel nodig zal zijn.
Dit dan in combinatie met die Anti-Reset Windup.
Is hierbij dan een grote I-actie of een kleine I-actie aan te bevelen?
De oude (oorspronkelijke temperatuurregelaar) van Pleiger, welke inmiddels obsolete was (25+ jaar), was ook een PI geregelde controller.
Hierbij zijn de ranges niet te vergelijken met die van ons nieuwe regelaar.
Deze werd volledig analoog ingesteld met POT-metertjes.

Als de p regelaar goed werkt zonder i gedeelte, dan kun je beginnen door de P wat te verlagen en de i aan te zetten. De i is eigenlijk meer om de offset die een p regelaar heeft weg te werken.

Henk H.

Golden Member

Waarom gebruik je de D niet? Daarmee zou het makkelijker moeten zijn de overshoot in de hand te houden.

Een I-actie dient inderdaad om de offset weg te werken, met een zuivere P alleen ga je regelmatig je setpoint niet bereiken. Temperatuurregelingen hebben dikwijls een grote "lag" (vertraging), en daarom kan een I en een D-aandeel nuttig zijn. De overshoot kan verbeterd worden met het I-aandeel, maar je moet absoluut een anti-windup kunnen instellen.
Een P-regeling kijkt alleen naar het heden.
Een I-regeling kijkt naar het verleden.
Een D-regeling tracht de toekomst te voorspellen.
Processen met een grote / lange vertraging (vb motor draait plots met volle belasting, maar de temperatuurstijging komt pas 5 minuten later), kunnen alleen goed geregeld worden met een PID. De D-regelaar begint namelijk al in te grijpen op het moment dat er een temperatuur "verandering" wordt gezien, onafhankelijk van het setpoint.

als de oude regelaar goed werkte, zou je misschien de settings over kunnen nemen. PID blijft PID. Alleen werkten de oude regelaars met een proportinal band Pb. Nieuwe regelaars met een Proportionaal factor. Proportionaalband is 0-999%. Daarbij is 100% een proportinaal factor 1 en 50% is dan 2 etc.

Ah oké, ik wist niet dat, dat omrekenbaar was.
Het is erg jamner dat ik van de oude regelaar (Pleiger Integral Temperature Controller Type 062) nergens een datasheet kan vinden.
Op deze printplaat werd inderdaad een proportionele band (Xp genoemd in de handleidinf ingegeven m.b.v. een POT-meter, met een range van 0-100.
De nieuwe regelaar heeft een proportionele band van 0-999%.
In de oude regelaar stond de Xp op +/- 70, die heb ik nu in de nieuwe regwlaar ook naar P-band 70% gezet.
Dit lijkt met een zuiver P-geregeld systeen een mooie uitsturing te geven waarbij de temperatuur inderdaad binnen redelijke marges gehouden wordt.

Op de oude regelaar werd de I-component (Tn) ook ingegeven met een POT meter van 0-100.
Ik heb echter geen idee of dit een percentage of seconden betreft.
De nieuwe regelaar wordt de I-component ingevoerd in seconden van 0 (uit) tot 3600 seconden.
In de handleiding staat wel dat afhankelijk van de instelling Xp 0-100 je te maken krijgt met kortere/langere pulses. DitElfde gelsr voor de I-conponent. Ik kan morgen evt. wel even kijken welke kant deze componenten opwerken (of een hoge waarde juist kortere/langere pulsen oplevert).

Groet Jasper

Ok,...Tn...(nachstellzeit)...Het gaat hier dus om een 3 punts regelaar. Soms kan je de positie terugmelden. Dat geeft een directere regeling. misschien was dat op de oude regelaar ook al zo.

Het blijft een beetje spelen.