Logik zur Regelung von proportionalem Stellantrieb (Konvektionsheizung)

[tabilia]

Guten Morgen KNXler,

ich überlege mir gerade wie ich die Stellwerte für meine proportionalen Stellantriebe am besten setze.
Hierzu habe ich schon einiges über PI/PID Regelungen gelesen.
Aber hier wird die Heizung doch immer ausgeschaltet wenn der Istwert= Sollwert ist - oder?
Das wäre ja nicht korrekt, da der Raum weiter bezeizt werden muss um die Raumtemperatur zu erhalten, es würde also anfangen zu schwingen und um die gewünschte Temperatur "herumeiern" und im eingestellten Zeitintervall immer die Position verändern.

Wäre es nicht eigentlich folgendes sinnvoller:
- Sensoren für: Raumtemperatur, Außentemperatur
- Konstanten für Heizleistung des Heizkörpers und Heizenergiebedarf des Raumes

dann die Regelung anhand einer Tabelle, wieviel geheizt werden muss um die gewünschte Temperatur zu erreichen und bei einer bestimmten Außentemperatur zu halten?
So könnte man immer bei "deutlicher" Temperaturunterschreitung auf 100% öffnen und wüßte danach wie hoch der Stellwert zur Haltung der Temperatur sein muss.

Warum wird das nicht so gemacht?
Oder würde man letztendlich über so eine Tabelle wieder zur PID Regelung kommen?
Wie habt ihr das gelöst?


Viele Grüße,
Samuel

[gbglace]

Was macht die Heizkörper so anders als normale Heizkörper oder vom Grundsatz eine FBH? Die KNX RTR schaffen in so ziemlich jedem KNX Haus eine funktionierende ERR in dem Sie einfach SOLL und IST Temperatur nehmen noch einen Parameter für Zykluszeit usw. Editierbar gestalten und dann einfach funktionieren.
Die Aussentemperatur braucht es ja nur bei der Brennersteuerung für die Errechnung der optimalen Vorlauftemperatur im Heizkreislauf, nur das wird in nur sehr wenigen KNX Haushalten auf Ebene des KNX gerechnet und vielmehr der Brennersteuerung überlassen. Denn wenn die Heizungsleute was elektronisches können, dann solche Regelungen bauen Bei allem anderen, ja da ist gesunde Skepsis angebracht (Vaillant und die Handyapp und Sicherheit).

Zurück zur ERR. Die KNX-Regler selbst rechen auch immer direkt erstmal nur einen stetigen Stellwert aus, das nächste Glied in der Kette macht dann daraus meist ein PWM Signal um die meist verwendeten thermoelektrischen Stellantriebe zu bedienen (An der Stelle braucht es dann die Zykluszeit). Wenn Du nun stetige motorische Antriebe hast die mit dem Errechneten Stellwert 20% auch genau auf 20%Durchfluss gehen, kannst auch die zweite Stufe weglassen und den Stellwert übertragen. Ist dein Antrieb direkt KNX-sprechend, umso besser, kannst das mit ner GA direkt verbinden und fertig.

Hab ich die Frage falsch verstanden?

[tabilia]

Hab ich die Frage falsch verstanden?

Mir ging es eher um das grundsätzliche Verständnis.
In meinem Beispiel fehlte noch die Vorlauftemperatur, die bräuchte man sicherlich auch noch für meinen Ansatz.

Aber bekomme ich bei den typischen PI/PID Regelungen nicht automatisch ein "Schwingen" hin? Die Heizkörper reagieren hier sehr schnell, innerhalb von Minuten wird es warm. Wenn die Heizung einmal warm ist dauert es natürlich länger bis diese wieder kalt ist und gar keine Wärme mehr abgibt. Um nicht zu "überheizen" müsste also die Regelzeit recht niedrig sein, was dann nach meinem Verständnis aber zum "Schwingen" führt:
vereinfacht gesagt:

1. Ist Temperatur < Soll Temperatur -> Heizung an
2. Temperatur erreicht -> Heizung aus
3. 15 Min später fällt die Ist Temperatur unter Soll Temperatur, beginn bei 1.

Ich erreiche also keinen wirklich stabilen Zustand oder?
Eigentlich müsste es doch möglich sein den Raum aufzuheizen auf SOLL-Temperatur und diese dann durch richtigen Stellwert in % zu halten, wenn sich äußere Variablen wie Vorlauftemperatur, Außentemperatur etc. nicht ändern. Da müsste dann ja im Optimalfall nichts mehr geregelt werden.

Sehe ich das falsch?

VG
Samuel

[Greenhorn]

Hallo Samuel,
du müsstest in deine Berechnung noch mehr äußere Variablen rein nehmen:
- Wie viele Personen sind im Raum? (Jede Person "heizt" mit 100(?)W)
- Scheint die Sonne und heizt mit?
- Wie viele Elektro-Geräte hast du eingeschaltet und wie viel Abwärme produzieren die gerade?
- ...

Die PI-Regelung kennt ja nicht nur an und aus, sondern auch Zwischenstufen. Und je stärker du vom Soll abweichst, desto stärker wird angepasst. Von daher wirst du immer ein leichtes Schwingen haben, aber im Idealfall wird es sich einpendeln und schwankst nur leicht um den Sollwert.


Gruß,
Christoph

[Fonzo]

2. Temperatur erreicht -> Heizung aus

Du schaltest ja beim Erreichen der Temperatur die Heizung nicht aus, sondern das Ventil für den Heizkreis fährt zu...

[tabilia]

Du schaltest ja beim Erreichen der Temperatur die Heizung nicht aus, sondern das Ventil für den Heizkreis fährt zu...

ja, das stimmt, aber somit wird in dem betroffenen Raum nur noch die Restwärme des Heizkörpers abgegeben, danach kühlt es ab und es wird nachgeregelt.
Es muss aber erstmal die Temperatur abfallen, damit nachgeregelt werden kann. Das ist doch eigentlich etwas unschön?

[rosebud]

Meiner Erfahrung nach (ich programmiere seit 25 Jahren Regelungen, allerdings etwas komplexer als ERR in EFH) wird die Konvektor-Regelung mit folgenden Parametern stabil sein: P-Band 24 K, also P-Verstärkung 4; Integrationszeit 20 Minuten, PWM-Zyklus etwa 10 s (damit das Ventil nicht nur auf und zu fährt, was T° schwankungen zur Folge hat, sondern auf Zwischenstellungen verharrt).

[Fonzo]

Ich nutze die Regler (mit Standard-Werten für Heizkörper) von MDT in Verbindung mit Hager Stellantrieben (motorisch). Ich bin jetzt auch kein Regelungsspezialist, aber der Regler berechnet ja denn Stellwert in einer gewissen Zeit anhand von Soll und Ist-Wert immer wieder neu.
So steht er dann zb bei 12% und hält damit die Raumtemperatur bei 22°

[tabilia]

PWM-Zyklus etwa 10 s (damit das Ventil nicht nur auf und zu fährt, was T° schwankungen zur Folge hat, sondern auf Zwischenstellungen verharrt).

ich habe motorische Stellantriebe, thermische sind bei klassichen Heizkörpern ja nicht optimal. Es sind also Zwischenstellungen direkt ansteuerbar.

[Gast1961]

Deine Annahme, daß bei Isttemp=Solltemp der Stellwert zu Null wird stimmt nicht, denn das gilt nur für den P-Anteil.

und bei einer bestimmten Außentemperatur zu halten?

Der I-Anteil der PI-Regelung hat genau diese Wirkung. Damit steigt der Stellwert auf den Wert, der nötig ist, um die Temperatur zu halten.

[hyman]

Hallo allerseits,

Ich glaube hier ist ein guter Ort, mal ein paar regelungstechnische Grundlagen zu erläutern.

Fangen wir mit dem einfachsten aller stetigen Regler an, dem P-Regler. Obwohl der in der Praxis kaum vorkommt, ist sein Verständnis von grundlegender Bedeutung für alle anderen Arten von Reglern. "P" steht für Proportional, das heißt, die Stellgröße ist proportional zur aktuellen Abweichung des Istwerts vom Sollwert. Der einzige Parameter ist der Proportionalbereich. Dieser gibt an, innerhalb von welchem Abweichungsbereich sich die Stellgröße von 0% bis 100% ändert.

Ein Beispiel: Die Soll-Raumtempertur ist 20 Grad, der Proportionalbereich ist auf 2 Kelvin eingestellt. Das bedeutet je nach Istwert der Raumtemperatur folgende Stellgrößen:

• Ist-Raumtemperatur <= 19.0 Grad: 100%
• Ist-Raumtemperatur = 19.5 Grad: 75%
• Ist-Raumtemperatur = 20.0 Grad: 50%
• Ist-Raumtemperatur = 20.5 Grad: 25%
• Ist-Raumtemperatur >= 21.0 Grad: 0%

Es ist leicht zu erkennen, dass schon ein so simpler Regler keineswegs die Heizung aus macht, bloß weil die Soll-Raumtemperatur erreicht ist. Vielmehr wird dann mit "halber Kraft" weiter geheizt.

Man ahnt auch schon den wichtigsten Nachteil eines solchen Reglers: Wenn die Heizleistung bei 50% Stellgröße zum Halten der Raumtemperatur zu groß oder zu klein ist, bleibt immer eine Abweichung der Ist- von der Solltemperatur. Macht man den Proportionalbereich immer kleiner, um diese bleibende Abweichung zu verringern, fängt der Regler irgendwann an zu schwingen, weil die Regelstrecke eine gewisse Trägheit hat.

Diese Nachteile vermeidet der bei elektronischen Raumtemperaturreglern meist verwendete PI-Regler. Dabei steht "P" wieder für Proportional, das zusätzliche "I" aber für Integral. Ein solcher Regler funktioniert zunächst genau wie ein P-Regler. Wenn aber mit der so ermittelten Stellgröße eine Regelabweichung bleibt, dann führt dies (über den Integral-Anteil) dazu, dass sich die Stellgröße über Zeit von der eines reinen P-Reglers entfernt. Das Ziel ist, die bleibende Regelabweichung zu Null zu machen. Wie schnell sich der I-Anteil auswirkt, wird mit dem Parameter "Nachstellzeit" festgelegt. Nach dieser Zeit hat sich die Stellgrößenänderung (also die Differenz des Stellwerts zu 50%), die der P-Anteil allein bewirkt hätte, verdoppelt.

Nehmen wir wieder unser Beispiel von oben, mit der zusätzlichen Annahme, dass die P-Stellgröße sich aufgrund der angebotenen Vorlauftemperatur und der Außentemperatur stabil bei 75% und die Raumtemperatur bei 19,5 Grad eingestellt hat. Der PI-Regler sieht also zunächst eine Regelabweichung von -0.5K. Nehmen wir weiter an, die Nachstellzeit sei auf eine Stunde eingestellt. Dann wäre nach einer Stunde -- bei gleich bleibender Raumtemperatur -- die Stellgröße von 75% auf 100% angestiegen. In der Praxis wird die Raumtemperatur natürlich nicht bei 19.5 Grad bleiben, weil sich innerhalb dieser Stunde ja die Stellgröße nach und nach erhöht. Die Raumtemperatur wird also nach weniger als einer Stunde -- bei einer Stellgröße irgendwo zwischen 75% und 100% -- auf die gewünschten 20,0 Grad angestiegen sein. Sobald das der Fall ist, bleibt die Stellgröße unverändert.

Stellt man Proportionalbereich oder Nachstellzeit zu klein ein, kommt es zum Schwingen des Regelkreises. Am einfachsten fängt man mit den Richtwerten an, die vom Reglerhersteller für die verschiedenen Heizungsarten vorgeschlagen werden. Diese kann man dann nach und nach reduzieren, damit der Regler schneller reagiert, aber eben nicht so weit, dass sich die Stellgröße ständig hin und her bewegt, weil der Regler schwingt.

Grüße von Horst