Profibus-DP: Erweiterte Funktionalität

Dipl.-Ing. Michael Herbstritt

Das ursprüngliche Ziel zur Entwicklung integrierter Motorsteuerungen war, dem Anwender den Installationsaufwand einer externen Steuerung zu ersparen. Zudem verfügen integrierte Steuerungen über eine Reihe von Funktionen, die in der modernen Prozeßleittechnik unerläßlich sind. Sollen beispielsweise die Antriebe in einem Feldbussystem vernetzt werden, so ist dies ohne integrierte Antriebssteuerung nicht möglich. Mit Matic für Antriebe mit herkömmlichen Drehstrom-Asynchron- oder Wechselstrommotoren und Variomatic für Antriebe mit elektronisch kommutiertem, drehzahlvariablen Motor steht für jeden Stellantriebstyp des Herstellers eine integrierte Steuerung zur Verfügung. Im folgenden werden die Stellantriebsteuerungen mit Profibus-DP Schnittstelle und mit integriertem Prozeßregler (PID) vorgestellt.

Profibus-DP hat sich zu einem der wichtigsten und meist eingesetzten Feldbussysteme entwickelt. Aus diesem Grund werden die Stellantriebsteuerungen neben den vorhandenen Profibus-FMS-, Interbus-S- und Modbus-RTU-Schnittstellen auch mit Profibus-DP-Interface ausgestattet. Die Profibus-DP-Antriebssteuerungen verfügen über die höchste Funktionalität im Produktprogramm. In der weiterentwickelten DP(V1)- Variante ist unter anderem eine umfangreiche Betriebsdatenerfassung möglich.

Bei der Stellantriebsteuerung mit integriertem Microcontroller sind auch nachträgliche Änderungen in der Konfigurierung einfach möglich. Funktionserweiterungen, die vormals durch den Einbau anderer Hardwarekomponenten in die Steuerung realisiert werden mußten, lassen sich durch Programmierung erreichen.

Die Funktionalität der Steuerungen mit Microcontroller Matic MC und Variomatic MC wurde zusätzlich um einen PID-Regler erweitert. An die Steuerung läßt sich ein externer Sensor anschließen, und die interne PID-Regelung regelt die Regelgröße entsprechend eines programmierten oder extern vorgegebenen Sollwertes. Der Planungs-, Platz- und Installationsaufwand für einen externen Prozeßregler entfällt. Wird der Regelantrieb über eine SPS angesprochen, so entfällt für diese die Aufgabe der Prozeßregelung.

Die Stellantriebsteuerung benötigt lediglich einen Sollwert. Die SPS wird entlastet, der Abfragezyklus beschleunigt. Besonders dort, wo eine Regelapplikation weit entfernt von der übergeordneten Steuerung lokalisiert ist, bietet es sich an, einen Sollwert an der Steuerung zu parametrieren.

Der integrierte Prozeßregler ist als PID-Regler konzipiert. Proportionalbeiwert Kp, Nachstellzeit Tn und Vorhaltezeit Tv sind unabhängig voneinander einstellbar. Je nach Einstellung läßt sich P-, PD-, PI- oder PID- Verhalten erzielen. Dadurch ist die Anpassung an unterschiedliche Regelstrecken möglich. Intern ist dem Prozeßregler ein Stellungsregler unterlagert, der den Stellungssollwert in Auf/Zu-Befehle an den Antrieb umwandelt.

Bedingt durch die bewegten Massen von Armatur und Stellantrieb und beispielsweise Druckveränderungen in der Rohrleitung läuft nach Abschalten des Antriebs das System etwas nach. Dadurch wird die Regelgenauigkeit beeinträchtigt. Durch eine gezielte Vorabschaltung mit Hilfe eines inneren Totbandes läßt sich der Nachlauf berücksichtigen und der gewünschte Sollwert erreichen. Veränderungen im Nachlauf werden durch die Selbstadaption über eine Verschiebung des inneren Totbandes permanent berücksichtigt und das Regelverhalten entsprechend optimiert. Das äußere Totband filtert Schwankungen des Sollwerts heraus, wie sie zum Beispiel durch Störeinflüsse auf die Leitungen entstehen. Damit wird eine zu hohe Einschalthäufigkeit des Antriebs verhindert. Wird die zulässige Schalthäufigkeit, beispielsweise 1800 Schaltungen pro Stunde, überschritten, vergrößert sich das äußere Totband automatisch.

Halle 11, Stand A14

Weitere Informationen cav-252