Lastmanagement: Anlaufstrom per SPS begrenzen

Hallo Experten,
gibt es ein Verfahren, durch Vernetzung mehrerer SPS z.B. über Profibus den Gesamtstrom der jeweils über Frequenzregler gesteuerten Motoren zu begrenzen?

Hintergrund: Für ein Lagersystem sollen 4 Regalbediengeräte installiert werden, die bei gleichzeitigem Anlaufen mehr Strom verbräuchten als zur Verfügung steht. Um einen Zusammenbruch der Stromversorgung und damit ggf. Beschädigung der Regler zu vermeiden, müsste - wenn 2 Geräte gerade beschleunigen - das dritte Gerät in diesem Moment 2-3 Sekunden abwarten, oder eine flachere Beschleunigung mit entsprechende geringerem Anlaufstrom wählen.

Hallo Fagewurm,

Dazu muss man mehr über die Gräte wissen!

  1. Ob un wie sich die Beschleunigungskurve per Software übrhaut beeinflussen läst, hängt nun mal von den Umrichteren ab.

  2. Wie intelleigent sich die Steurungen?
    Starten die Motorn nur auf Befehl oder laufen da automatische Prozess ab?

  3. Bei einer Zentralen intelligenz ist es einfach, da kann man mit Zeitgliedern gegeneinander verriegeln.

Also leg mal die Fakten auf den Tisch.

MfG Peter(TOO)

Hallo Namenloser

Für ein Lagersystem sollen 4 Regalbediengeräte installiert werden, die bei gleichzeitigem Anlaufen mehr Strom verbräuchten als zur Verfügung steht.

Dann liegt ein gober Planungsfehler in der Leistungseinspeisung vor, vor Allem, wenn schon das gleichzeitige Beschleunigen von 3 Antriebe zur Überlastung der Einspeisung führen kann.

Wie Petrer schon anmerkte, kann man genaueres erst sagen, wenn man mehr Daten über die Art der Antriebssteuerungen für Fahr- und Hubantriebe hat (frequenzumrichtergesteuerte Asynchronmotoren, stromrichtergesteuerte Gleichstrommotoren).

Generell kann man aber sagen:
Steuerunen für Regalbediengeräte werden auf höchsten Durchsatz hin optimiert, das bedeutet z.B. gleichzeitiges Starten von Fahr- und Hubbewegung, größte zulässige Beschleunigung und Bremsverzögerung - wobei die Verzögerung in diesem Zusammenhang keine Rolle spielt.

Hast Du es mit FU-gesteuerten Antrieben zu tun, dann wird die Beschleunigung (und Verzögerung) durch die Einstellung der „Rampe“ im FU festgelegt. Je nach Ausführung des FU ist die Steilheit der Rampe von außen (durch die SPS) durch Eingänge am FU zu beeinflussen (oder auch nicht). Außerdem kannst Du natürlich das gleichzeitige Starten von mehr als zwei Antrieben verhindern. Der dritte Antrieb startet erst, wenn die Beschleunigungsphase mindestens eines der schon gestarteten Antriebe beendet ist.

Bei stromrichtergesteuerten Gleichstrommotoren ist das Ganze schon etwas komplizierter, da bei diesen die Steuerung der Drehzahl nicht über eine Veränderung der Antriebsfrequenz, sondern über eine Veränderung des Ankerstromes geschieht. Der Ankerstrom ist aber Lastabhängig. Hier genügt nicht eine Einstellung einer Beschleunigungsrampe, sondern hier wird ständig die Istgeschwindigkeit gemessen, mit dem Sollwert verglichen und daraus eine Stellgröße für die Ankerstromregelung abgeleitet.

Diejenigen, die solche Steuerungen programmieren (und das bist wahrscheinlich nicht Du), benutzen dafür in der Regel erprobte Standardprogramme. Deine Forderung würde eine Änderung dieser Programme erforderlich machen, was zweifellos große Freude auslösen würde.

Außerdem würde eine Änderung des Ablaufs, wie sie von Dir gefordert wird, in jedem Fall eine Verminderung des Durchsatzes zur Folge haben, was sich wahrscheinlich nicht mit dem bei Auftragsvergabe vereinbarten Mindestdurchsatz verträgt. Das entstehende Geschrei kannst Du Dir vorstellen. Die Lieferanten der RBG werden mit Sicherheit auf einer ausreichenden Bereitstellung von Einspeiseleistung bestehen.

Also richte Dich schon mal darauf ein.

Ich habe die Erfahrung gemacht, dass, wenn man einen Planungsfehler gemacht hat, man nicht an den Symptomen herumdoktern soll. Je früher man diesen Planungsfehler angeht, um so kostengünstiger ist seine Beseitigung. Mit jedem Projektstadium, in dem man diesen Fehler mitschleppt, steigen die Kosten für seine Beseitigung exponetiell.

Das ist wahrscheinlich nicht das, was Du hören (lesen) weolltest, aber so isses!

merimies

Mit Gebeten kann man kein Auto stoppen…
Hallo

Es scheint tatsächlich, als ob hier schwerwiegende Umbaufehler vorliegen.
(Bestehende Anlage nur um Geräte erweitert).

Da gibt es tatsächlich nur die Lösung Einspeisung erweitern.

Gruß
Rochus

Hallo merimies,
vielen Dank für die detaillierte Info.

Dann liegt ein gober Planungsfehler in der
Leistungseinspeisung vor, vor Allem, wenn schon das
gleichzeitige Beschleunigen von 3 Antriebe zur Überlastung der
Einspeisung führen kann.

Zum Glück sind wir noch in der Planungsphase.
Die Frage ist, ob man:
(A) die Einspeisung auslegt auf 100% Gleichzeitigkeit der Motoren-Anläufe (und damit für einen rechnerisch sehr seltenen Fall, der ggf. nie eintritt),
(B) die Einspeisung auslegt auf irgendwas zwischen 50% und 80% Gleichzeitigkeit - und damit ein unbestimmtes Risiko läuft, dass die Geräte doch irgendwann mal gleichzeitig anlaufen, dann Unterversorgung, Störung, ggf. Defekte in der Leistungselektronik,
© durch geschicktes Programmieren der SPS den seltenen Fall erkennt, dass alle gleichzeitig anlaufen wollen, und dann ein oder zwei Geräte gezielt „ausbremst“ und damit den Defekt vermeidet. Für den Durchsatz absolut unkritisch. Und der Kunde kann sich eine 6stellige Investition für die Erweiterung einer bestehenden Einspeisung sparen.

Für entsprechende Ideen wäre ich dankbar…

Danke…
… für die Meinung. Aber sieh mal was ich merimies geantwortet habe.
Grüße, Logo-Artist

Hallo Peter(TOO),
danke für die Antwort.

Wie intelleigent sich die Steurungen?

Wir sind noch in der Planungsphase, daher lässt sich noch leicht definieren, was die Regler und die Software können müssen.

Bei einer Zentralen intelligenz ist es einfach

Vermutlich werden wir eine zentrale Intelligenz haben, die aber wiederum zeitlich nicht nahe genug dran ist, um Prozesse zu verriegeln.

Optimal wäre ein selbststeuerndes Prinzip mit gleichberechtigten Partnern (den jeweiligen SPSen), deren Kommunikation („wer hat jetzt zuerst gesagt, dass er den Strom haben will?“) über den Bus geregelt bzw. zugeteilt würde.
… siehe auch meine Antwort an merimies

Grüße,
Logo-Artist

Hallo Fragewurm,

Zum Glück sind wir noch in der Planungsphase.

Gut

(A) die Einspeisung auslegt auf 100% Gleichzeitigkeit der
Motoren-Anläufe (und damit für einen rechnerisch sehr seltenen
Fall, der ggf. nie eintritt),

Scheint ja zu aufwändig zu sein.

(B) die Einspeisung auslegt auf irgendwas zwischen 50% und 80%
Gleichzeitigkeit - und damit ein unbestimmtes Risiko läuft,
dass die Geräte doch irgendwann mal gleichzeitig anlaufen,
dann Unterversorgung, Störung, ggf. Defekte in der
Leistungselektronik,

Die Störungssuche kostet auch Geld und Zeit!

Wenn ihr eine Vernünftige Steuerung besorgt, muss diese auch mt einem STromausfall zurecht kommen ohne glech abzurauchen!

© durch geschicktes Programmieren der SPS den seltenen Fall
erkennt, dass alle gleichzeitig anlaufen wollen, und dann ein
oder zwei Geräte gezielt „ausbremst“ und damit den Defekt
vermeidet. Für den Durchsatz absolut unkritisch.

Das Problem ist schon uralt und wird normlerweise mit Semaphoren gelöst:
http://de.wikipedia.org/wiki/Semaphor_(Informatik)

Angenommen jede der 4 Steuerungen braucht normal zum Anlaufen 10A.
Die Anlage ist mit 25A abgesichert.

Dann kannst du eine Semaphore mit 25A „füllen“.
Die erste Steureung entnimmt dann 10A aus dem Pool.
Die Zweite bekommt auch noch 10A zugeteilt.
Die Dritte dann nur noch 5A. Sie kann dann entscheiden ob sie wartet oder mit 5A auskommen kann.
Die Vierte geht dann leer aus und muss halt warten.
Wenn eine Steurung mit der Bewegung fertig ist, gbt sie den ihr zugeteilten Strom wieder in den Pool zurück.

Eine andere Lösung geht über Token.
http://de.wikipedia.org/wiki/Token_(EDV-Netzwerk)
http://de.wikipedia.org/wiki/Electric_Tablet_System

Das Token wird einfach von Steuerung zu Steuerung weiter gereicht. Wer das Token hat darf loslegen und gibt es erst weiter wenn er fertig ist.

Das kann man noch etwas modifizieren:
Du füllst das Token mit unseren 25A.
Wenn eine Steuerung da Token erhält und eine AUfgabe ansteh, schaut sie ob sich genügend Strom im Token „befindet“, veringert den Wert des Tokens entsprechend, startet und schiebt das Token weiter.
Wenn der Vorgang beendet ist, gibt die Steuerung, beim nächsten Erhalt des Token, den Strom wieder an das Token zurück.

Semaphore
Du hast du eine Zentrale Komponente, wenn diese ausfällt steht alles.
Wenn eine Kompomente ausfällt/abstürtzt, wenn sie gerade einen Wert aus dem Pool entnommen hat, fehlt dieser im Pool und kann das System ausbremsen.

Token
Das Token kann durch Störungen verloren gehen.

Im Prinzip kannst du das Ganze noch optimieren und nicht nur die Anlaufströme, sondern auch den Betriebsstrom vewalten.
Di steueung entnimmt ann den Anlaufstrom von 10A, gibt dann 8A zurück, wenn die Rampe beendet ist ud de restlicen 2A wenn der Motor wieder steht.

MfG Peter(TOO)

P.S: Wo kann ich die Rechnung hin senden? :wink:

Hallo, immer noch Namenloser

Die Frage ist, ob man:
© durch geschicktes Programmieren der SPS den seltenen Fall erkennt, dass alle gleichzeitig anlaufen wollen, und dann ein oder zwei Geräte gezielt „ausbremst“ und damit den Defekt vermeidet. Für den Durchsatz absolut unkritisch. Und der Kunde kann sich eine 6stellige Investition für die Erweiterung einer bestehenden Einspeisung sparen.

Wenn Du die Koordination auf 4 gleichberechtigte SPS verteilen willst, brichst Du Dir die Ohren (ich habe sie mir jedenfalls - ausgerechnet bei meinem letzten Projekt - fast gebrochen).

Das Problem liegt darin, dass Du infolge der Zykluszeiten der SPSen und der Signallaufzeit auf dem verbindenden Bus für jedes Signal, welches Du zwischen den Steuerungen austauschen willst, ein System von voranmeldung, eingangsbestätigung, Prüfung, Freigabe usw aufbauen musst. und für jede Verarbeitung dieser Signale musst Du in allen anderen Steuerungen Wartezeiten einprogrammieren. Das ist bei 2 zu koordinierenden SPS schon voller Fallen und Fußangeln, bei 4 SPS potenzieren sich die Schwierigkeiten noch.

Dazu kommt, dass Du das System so aufbauen musst, dass der Ausfall einer Steuerung nicht die anderen Steuerungen lahmlegt.

Auf jeden Fall wird es so sein, dass die Programmierung, die Testläufe und die letztendliche Inbetriebnahme eine Menge Manpower verschlingen.

Mein Poblem war, 2 Drehtellerweichen für eine Elektrohängebahn mit je einer eigenen SPS zu koordinieren. Die Drehteller lagen so eng zusammen, dass sie gemeinsam eine Weichengruppe mit 6 Eingängen und 6 Ausgängen bildeten und manche Überfahrten an einem Eingang des ersten Drehtellers begannen und an einem Ausgang des zweiten Drehtellers endeten. Dabei erzeugten die Weichensteuerungen sich ihre Stellbefehle anhand einer Fahrwerksliste selber.

Es waren gleichzeitig maximal zwei Überfahrten möglich, welche beide Weichenteller berührten und gleichzeitig noch bis zu 4 Überfahrten, welche nur einen Weichenteller berührten.

Der Umbau bzw. die Ergänzung der für einzelne Weichenteller vorhandenen und ausgetesteten Programme auf eine Zweitellerweiche mit zwei autonomen Steuerungen hat incl. Test am Modell ca. 250 Mannstunden benötigt. Die Inbetriebnahme in der Anlage unter Betriebsbedingungen hat dann nochmal 2 Mann mal 300 Stunden, vorwiegend in Nachtarbeit, verschlungen.

Ich kann Dir nur raten, diesen Weg zu vermeiden.

(A) die Einspeisung auslegt auf 100% Gleichzeitigkeit der Motoren-Anläufe (und damit für einen rechnerisch sehr seltenen Fall, der ggf. nie eintritt),

Du lägest zumindestens auf der sicheren Seite.

B) die Einspeisung auslegt auf irgendwas zwischen 50% und 80% Gleichzeitigkeit - und damit ein unbestimmtes Risiko läuft, dass die Geräte doch irgendwann mal gleichzeitig anlaufen, dann Unterversorgung, Störung, ggf. Defekte in der Leistungselektronik,

Ich nehme an, die Leistung ist durch die Größe einer Trafostation begrenzt. Trafos haben aber neben der Nennleistung, die sie dauerhaft liefern können, auch einen Überlastbereich, mit dem sie Spizenbelastungen ausgleichen können.

Ich würde auf jeden Fall vom Betreiber eine Auskunft verlangen, wieviel kW er mir als dauerhaft zu entnehmende Leistung und wieviel kW als kurzfristige Überlast er mit der jetzigen Anlage bereitstellen kann (schriftlich mit Unterschrift.)

Dann musst Du rechnen. Wenn Du glaubst, mit diesem Leistungsprofil hinzukommen, kannst Du es versuchen. Aber wenn Du es „versuchst“, bist Du zum Erfolg verdammt.

Gruß merimies

Lastmanagement:
Hallo merimies und Peter(TOO),
vielen Dank für Eure Hinweise. Ich nehme von beiden etwas mit. 1. Es geht, und 2. es ist ganz schön kompliziert.
Ich schätze mal, ich werde empfehlen, einen zusätzlichen Trafo zu bauen, da irgendwann ohnehin weitere Erweiterungen anstehen, und es letztlich vor allem um ein Vorziehen geht. Wenn das nicht wäre, hätte ich wohl die Token-Lösung forciert.
Bis zum nächsten Mal…
Logo-Artist.