Burkert 8611 Magnetventilsteuerung - Wie sie funktionieren

Der Prozessregler Burkert 8611 wurde entwickelt, um die Regelungstheorie in ein vielseitiges, einfach zu konfigurierendes und zuverlässiges Regelsystem zu abstrahieren. Mit einer Vielzahl von Ein- und Ausgängen kann der 8611 Proportionalmagnetventile und andere Prozessventiltypen oder Stellglieder steuern. Zu den üblichen Kontrollanwendungen, die mit dem 8611 gelöst werden können, gehören Durchfluss, Druck, Temperatur, Leitfähigkeit, pH-Wert und Füllstand. Der 8611 verwendet ein geschlossenes Regelsystem mit PI- oder P-Regelkreisen, um Systemfehler zu reduzieren und einen Prozess genau zu steuern. Da der 8611 die gesamte Logik für die Steuerung übernimmt, kann er SPS-Ressourcen in Ihrem System freisetzen.

Darüber hinaus gibt es mehrere Montagearten, um die zahlreichen Ventiltypen zu unterstützen. Abbildung 1 zeigt den Burkert 8611. Um die Installationszeit und den Programmieraufwand weiter zu reduzieren, sind alle Burkert Proportionalventile und -sensoren mit dem Steuergerät 8611 kompatibel und haben ihre Werte gespeichert. Bei Verwendung eines Proportionalmagnetventils einer anderen Marke müssen die Betriebsparameter für eine optimale Leistung korrekt eingegeben werden. Wir empfehlen Ihnen, unseren technischen Artikel über proportionale Magnetventilsteuerungen zu lesen, um besser zu verstehen, wie die Theorie der Pulsweitenmodulation (PWM) und der PI-Steuerung (Proportional- und Integralsteuerung) in der Steuerung Burkert 8611 funktioniert.

Inhaltsübersicht

• Kontrolle im geschlossenen Regelkreis
• Funktionsweise des Steuergeräts Burkert 8611
• Was kann sie kontrollieren?
• Kontrollfunktionen
• Montageoptionen
• Merkmale der Software
• Zubehör
• Zulassungen und Normen
• Auswahlkriterien für Controller
• 8611 Auswahltabelle
• Integration mit Nicht-Burkert-Produkten

Kontrolle im geschlossenen Regelkreis

Im Gegensatz zum Regler 8605 verwendet der Regler 8611 einen PI-Regelkreis (Proportional- und Integralregelung), um eine Regelgröße (z. B. die PWM-Schaltfrequenz) in Abhängigkeit von der gemessenen Rückmeldung der zu regelnden Prozessgröße (z. B. Druck) einzustellen. Der PI-Regelkreis verwendet Parameter, die als Proportional- und Integral-Terme bekannt sind, um die Regelgröße dynamisch anzupassen und den Fehler zu reduzieren. Dies wird als geschlossener Regelkreis betrachtet, und die Vorteile eines geschlossenen Regelkreises wie eines PI-Regelkreises sind unter anderem:

• Reduzierte Hysterese vom Sollwert
• Automatisierte Prozess-Fehlerkorrektur
• Erhöhte Prozessstabilität

Funktionsweise des Steuergeräts Burkert 8611

Der Regler 8611 ist für die Steuerung einer Vielzahl von Ventilen oder anderen schaltenden Stellgliedern in einem geschlossenen Regelkreis mit PI-Regelung ausgelegt. Je nach dem zu steuernden Prozess werden unterschiedliche Reglereingänge, -ausgänge und -funktionen verwendet. Die Eingänge werden zur Messung von Prozessvariablen von Sensoren (Durchfluss, Druck, Temperatur, Füllstand usw.) und zum Anschluss von Sollwertsignalen verwendet. Die Ausgänge werden zur Steuerung von Ventilen, wie z. B. Proportionalmagnetventilen, oder anderen Stellgliedern verwendet. Es ist wichtig zu beachten, dass sich die Regelfunktion des Systems in Abhängigkeit von der zu regelnden Prozessgröße ändert. Abbildung 2 zeigt das Blockschaltbild der Steuerung Burkert 8611. Der Betrieb des 8611 hängt von drei kritischen Parametereinstellungen ab:

• Kontrollvariable: Mit dieser Auswahl wird die tatsächliche Variable festgelegt, die gesteuert werden soll. Zur Auswahl stehen Durchfluss-, Druck-, Temperatur-, Füllstands- oder Verhältnisregelung.
• Betätigungselement (Stellgröße): Die Auswahl basiert auf dem zu steuernden Aktor. Es ist möglich, Proportionalventile, Prozessventile oder andere Aktoren (z. B. ein Motorventil) zu steuern. Bei Geräten, die mit PWM gesteuert werden, müssen die Eigenschaften des Aktors eingegeben werden. Dies ist entscheidend für die Kontrolle des Systems. Alle Burkert-Ventile und -Sensoren werden vom Steuergerät 8611 gespeichert. Wenn Sie beispielsweise den spezifischen Burkert-Proportionalventiltyp eingeben, werden dessen Betriebsfrequenz und Frequenzgrenzen automatisch ausgefüllt. Die manuelle Eingabe von Antriebseigenschaften ist auch für Antriebe anderer Hersteller möglich.
• Prozesswerteingang (Rückmeldung Prozess-Istwert): Mit dieser Auswahl wird die Variable festgelegt, die als Rückmeldung an den Regler verwendet wird. Die Auswahl ist auf die gewählte Stellgröße und das Stellglied beschränkt. Mögliche Auswahlen sind Frequenz, PT100-Sensor oder Standard-Spannungs-/Stromsignal.

Was kann sie kontrollieren?

Das Steuergerät Burkert 8611 kann eine breite Palette von Produkten für Fluidsteuerungsanwendungen steuern. Basierend auf dem Ausgangssignal kann es beispielsweise normal offene (NO) oder normal geschlossene (NC) Prozessventile, Proportionalmagnetventile oder lineare Stellantriebe steuern. Bevor Sie das benötigte Reglermodell auswählen, ist es wichtig, die Anforderungen Ihres Systems in Bezug auf den Reglereingang (Sensor) und den Ausgang (Stellglied) zu verstehen. Abbildung 3 zeigt die Hardware-Architektur des Typs 8611. Bitte sehen Sie sich unsere Auswahltabelle an, um zu erfahren, welche Ein- und Ausgänge bei den verschiedenen Versionen verfügbar sind. Die Stromversorgung für alle Versionen beträgt 24 V und kann über eine 8-polige M12-Steckverbindung oder über einen Klemmeneingang für die Schaltschrankmontageversion verdrahtet werden. Die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse variieren je nach Version. Kabel können separat erworben werden, außerdem ist die Pinbelegung für alle Anschlüsse im 8611-Benutzerhandbuch angegeben. Die möglichen Ausgänge und die entsprechenden, mit jedem Ausgang kompatiblen Betätigungsgeräte sind:

• Analogausgang, Istwertausgang: Gibt ein Spannungssignal von 0 - 10 V oder ein Stromsignal von 4 - 20 mA aus, das von Geräten wie einem Durchflusssensor oder einem Linearantrieb verwendet werden kann.
• Transistorausgang: Gibt ein PWM-Signal zur Steuerung von Proportionalmagnetventilen aus. Das PTM-Ausgangssignal ist auch bei verschiedenen Montagevarianten möglich. Die Schaltspannung beträgt 24V bei einem maximal möglichen Strom von 1,5 A. Der Regelfrequenzbereich liegt zwischen 1,2kHz und 20 Hz.
• Binäre Ausgabe: Konfigurierbarer Transistorausgang zwischen 0-24 V DC mit einem maximalen Strom von 1,5 A für NO/NC-Prozessventilsteuerung.
• Elektrische Stromversorgung für Sensoren: 24 / 5 V DC als Spannungsversorgung für Sensoren verfügbar.

Die möglichen Eingänge für die Sollwertsteuerung oder externe Sensoren sind:

• Externer Sollwerteingang: Für die Sollwert- oder Verhältnisregelung kann ein Standard-Spannungs- (0 - 10 V) oder Stromsignal (4 - 20 mA) angelegt werden. Der Sollwert wird häufig von einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) eingegeben, um die Steuerung zu automatisieren.
• Sensor-Eingang: Der für die Fehlerkorrektur verwendete Prozessmesswerteingang stammt von Sensoreingängen. Es stehen Standard-Eingänge für Spannung (0 - 10 V) oder Strom (4 - 20 mA), Frequenzsignal und Pt 100-Temperatursensor zur Verfügung. Die Ausführung mit Durchflussarmatur kann mit einem integrierten Hall-Sensor bestellt werden. Der interne Hall-Sensor kann nur mit der Burkert Durchflussarmatur Typ S030 verwendet werden.
• Binäre Eingabe: Wird verwendet, um verschiedene Steuerungsfunktionen zu aktivieren oder zu deaktivieren, typischerweise wird der Eingang von einem Sicherheitsschalter oder einer Rückmeldung von einer logischen Steuerung genommen. Der logische EIN-Spannungsbereich liegt zwischen 3 und 30 V. Ein Eingang mit weniger als 3 V wird als logisch AUS betrachtet.

Zur weiteren Integration in ein Leitsystem sind RS485- und IO-Link-Schnittstellen auf Anfrage erhältlich. RS485- und IO-Link-Schnittstellen ermöglichen den Lese- und Schreibzugriff auf das Gerät 8611 ohne Bedienerzugang. Diese Kommunikationsschnittstellen sind nur in der Ausführung für den Schalttafeleinbau verfügbar.

Kontrollfunktionen

Die Regelfunktion wird durch das gewählte Stellglied bestimmt und bestimmt, wie der Regler den Prozess regelt. Jede Steuerfunktion enthält Parameter, die für das zu steuernde Stellglied spezifisch sind.  Die Konfiguration der einzelnen Steuerfunktionen wird durch die Auswahl der Steuergröße bestimmt. Darüber hinaus wird die Programmierung der Fühlereingänge und des Sollwertsignals auf der Grundlage der einzelnen Steuerfunktionen ausgewählt. Die Konfiguration der einzelnen Reglerfunktionen wird auf der Grundlage der Regelgröße gesteuert, um die möglichen Konfigurationsoptionen einzuschränken. 

Die PI-Parameter für jede Funktion sollten abgestimmt werden, um die Systemsteuerung zu verbessern. Beispiele für die Einstellung und Berechnung der PI-Parameter sind im 8611-Benutzerhandbuch zu finden. Außerdem gibt es einen Testmodus, der bei der Abstimmung hilft.

• Proportionalventil mit stetiger Regelung: Diese Funktion dient zur Steuerung von Proportionalventilen mit einem Sollwerteingang, einem Sensoreingang und einem PWM-Ausgangssignal. Die PWM-Frequenz muss für einen ordnungsgemäßen Betrieb entsprechend dem gewählten Ventiltyp eingestellt werden. Die PWM-Frequenz aller Burkert-Ventile wird von den 8611-Steuergeräten gespeichert. Der spezifische Typ kann während der Konfiguration eingegeben werden, um automatisch alle Betriebsparameter zu laden.
• Quasi-kontinuierliche Steuerung von Prozessventilen: Diese Funktion steuert ein Prozessventil ohne Positionsrückmeldung. Diese Funktion wird häufig bei Anwendungen eingesetzt, bei denen eine Rückmeldung aufgrund von rauen Betriebsbedingungen wie hohen Temperaturen, hoher Luftfeuchtigkeit oder Platzmangel nicht möglich ist. Ein Prozessventil wird mit einem PTM-Ausgang (Puls-Zeit-Modulation) und einer Prozessrückführung gesteuert.
• Regelventil mit kontinuierlicher Steuerung: Mit dieser Funktion wird ein Ventil über den Analogausgang (4-20 mA oder 0-10 V) gesteuert. Diese Funktion wird üblicherweise mit Motorventilen oder Stellungsreglern zur Durchflussregelung verwendet. Ein Regelventil kann mit einem Standard 0-20 mA oder 0-10 V Signal und einer Prozessrückführung betrieben werden.
• Quasi-stetige Steuerung des Auf/Zu-Ventils (2-Zustand, 3-Zustand): Diese Funktion dient der Steuerung von offenen/geschlossenen Ventilen über die Transistorausgänge des Reglers. Im Gegensatz zu einer reinen EIN/AUS-Regelung wird die Zeit für das Öffnen und Schließen der Ventile proportional zur Soll- und Istwertabweichung variiert. die 2-Zustands-Regelung wird für die Steuerung eines einzelnen Regelventils und die 3-Zustands-Regelung für die Steuerung von zwei separaten Regelventilen verwendet. bei der 3-Zustands-Steuerung werden 2 Transistorausgänge verwendet. Diese Funktion kann mit normal offenen (NO) oder normal geschlossenen (NC) Ventilen arbeiten.
• Kontrolle des Verhältnisses: Diese Funktion dient der Regelung des Durchflusses in Bezug auf einen ungeregelten Durchfluss. Das Verhältnis zwischen der ungeregelten Durchflussmenge und der geregelten Durchflussmenge wird durch einen Verhältnisfaktor definiert. Der geregelte Durchfluss wird an den ungeregelten Durchfluss angepasst, so dass er einem bestimmten Verhältnis entspricht. Diese Funktion wird häufig für das Mischen von Flüssigkeiten verwendet. Zur Messung des Durchflusses kann die Burkert-Durchflussarmatur Typ S030 auf der Armaturenhalterung 8611 verwendet werden.

Montageoptionen

Der Typ 8611 verfügt über fünf Befestigungsarten. Die fünf Arten sind: Armatur, Wand, Schiene, Proportionalventil und Platte. Die Konfigurationen für die Wand- und Schienenmontage werden gemeinsam behandelt, da der Hauptunterschied in einer Adapterplatte für die Montage besteht. Die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse können je nach Montageart variieren. Daher sind in der Regel die für eine Anwendung erforderlichen Ein- und Ausgänge bekannt und werden zuerst festgelegt, um dann zwischen den verfügbaren Montagearten zu wählen, die diese aufweisen.

Montage der Armatur

Der Regler wird am Burkert S030 Inline-Durchflusssensor-Fitting montiert, typischerweise in einem Rohrleitungssystem, wie in Abbildung 4 zu sehen. Das S030 misst die Durchflussmenge mit einem eingebauten Schaufelrad. Während die Flüssigkeit durch das Rohr fließt, dreht sich das Schaufelrad und erzeugt Impulse, deren Frequenz proportional zur Durchflussmenge ist. Die Durchflussmenge wird durch einen integrierten Hall-Sensor gemessen. Der 8611 verwendet die Frequenz als Rückmeldung für die Ausgangssteuerung. Die Spannungsversorgung, die Sollwert- und Binäreingänge sowie die stetigen Signal- und Binärausgänge können mit einem 8-poligen M12-Stecker verdrahtet werden. Schließlich können die kontinuierlichen Signal- und Transistorausgänge mit einem 4-poligen M8-Stecker verdrahtet werden. Je nach erforderlichem Sensoreingang sind 5 Modelle erhältlich.

Proportionalventil-Armatur

Der 8611 kann direkt an ein Proportionalventil mit einer Steckverbindung nach DIN 175301 - 803 Form A (kurz DIN-A) angeschlossen werden, wie in Abbildung 5 dargestellt. Dieses Modell verfügt über einen Buchsenstecker auf der Rückseite des Prozessreglers. Durch die Verwendung des DIN-A-Montagepunktes ist der Transistorausgang zur Steuerung des Ventils bereits angeschlossen. Es werden keine zusätzlichen Drähte oder Anschlüsse benötigt. Die Sensoreingänge sind mit einem 3-poligen M8-Stecker verdrahtet. Die Spannungsversorgung, die Sollwert- und Binäreingänge sowie die stetigen Signal- und Binärausgänge können mit einem 8-poligen M12-Stecker verdrahtet werden. Je nach erforderlichem Sensoreingang sind drei Modelle erhältlich (jeder Typ kann nur einen Sensortyp aufnehmen).

Wand- und Schienenmontage

Die Modelle für Wand- und Schienenmontage verfügen über Adapter zur direkten Montage auf einer DIN-Schiene oder zur Befestigung an einer Wand (siehe Abbildung 6). Für jedes Modell gibt es separate Adapter, die im Lieferumfang des Steuergeräts 8611 enthalten sind. Die Stromversorgungs- und Sensoreingänge sind über einen 3-poligen M8-Stecker an der Unterseite des Controllers zugänglich. Die Spannungsversorgung, die Sollwert- und Binäreingänge sowie die stetigen Signal- und Binärausgänge können mit einem 8-poligen M12-Stecker verdrahtet werden. Die kontinuierlichen Signal- und Transistorausgänge sind mit einem 4-poligen M8-Stecker verdrahtet. Je nach erforderlichem Sensoreingang sind 4 Modelle für die Wandmontage und 3 Modelle für die Schienenmontage erhältlich.

Schalttafelmontage

Bei der Schalttafelmontage werden Befestigungselemente verwendet, die direkt an einem Schalttafelausschnitt angebracht werden, wie in Abbildung 7 dargestellt. Befestigungselemente sind im Lieferumfang des 8611 enthalten. Alle möglichen Sensoreingänge sind verfügbar. Der Zugriff auf die Ein- und Ausgänge erfolgt über Klemmenleisten auf der Rückseite des Controllers. Klemmenblöcke bestehen aus Federklemmen für die Verdrahtung. Es ist nur ein Modell für den Schalttafeleinbau erhältlich. In unserer Auswahltabelle finden Sie eine übersichtliche Darstellung der verfügbaren Ein- und Ausgänge.

Merkmale der Software

Die Softwarefunktionen des 8611 helfen bei der Feinabstimmung der Reglerleistung und verbessern die Benutzerfreundlichkeit, indem sie den Zeitaufwand für die Einrichtung und Fehlerbehebung verringern. Die wichtigsten Funktionen der Software werden im Folgenden erläutert.

Einstellbare Kontrollparameter

Die Reglerparameter können zur Feinabstimmung des Betriebs jeder Regelfunktion über die Standardkonfiguration der Proportionalparameter hinaus verwendet werden. Die dynamische Leistung des Reglers kann durch spezielle Regelparameter weiter verbessert werden. Die wichtigsten Parameter sind im Folgenden aufgeführt. Alle Regelparameter, wie z. B. die Proportional- und Integralabstimmungsparameter, können im 8611-Benutzerhandbuch nachgeschlagen werden.

• Tote Zone: Diese Totzone bewirkt, dass der Regler nur auf Sollwerte in einem bestimmten Bereich reagiert. Dies wird verwendet, um die Auswirkungen von Rauschen auf ein Steuersignal zu eliminieren.
• Nullpunktabschaltung: Die Nullpunktabschaltung wird verwendet, um sicherzustellen, dass das Ventil dicht geschlossen ist. Erreicht die Steuerspannung nicht den absoluten Nullpunkt (d. h. 0 V), ist das Ventil möglicherweise geöffnet geblieben. Wenn dieser Parameter aktiviert ist, wird die Stromzufuhr zum Ventil automatisch abgeschaltet, wenn der Sollwert 2 % des Gesamtbereichs erreicht ist. Bei einem Signal von 0 - 10 V wird der Stromausgang zum Ventil beispielsweise bei 0,2 V abgeschaltet.
• Startposition der Kontrolle: Die Startposition der Steuerung wird nur bei kontinuierlichen Steuerungsmodi verwendet. Dieser Parameter wird verwendet, um die Reaktionszeit des Ventils zu erhöhen, indem die Regelung sofort am "Arbeitspunkt des Ventils" beginnt.

Testmodus der Regelabstimmung

Damit kann ermittelt werden, wie ein Prozess auf eine Programmierkonfiguration in einem bestimmten Betriebssteuerungsbereich reagiert. Ist z.B. der Druck die zu regelnde Prozessgröße, so kann er über einen bestimmten Sollwertbereich (z.B. 0 - 10 V) überwacht werden. Diese Funktion ermöglicht eine einfache Feinabstimmung der PI-Schleife.

Kalibrierung von Sensoreingang und -ausgang

Die Neukalibrierung der analogen Ein- und Ausgänge für Servicezwecke oder zur Fehlersuche ist mit dem Kalibriermodus möglich. Im Kalibrierungsmodus können die tatsächlichen Eingangsmesswerte geändert werden. Die tatsächlichen Anzeigewerte sollten nur mit geeichten Geräten verglichen werden.

Signalskalierung und -filterung

Der Sollwerteingang, der Sensoreingang und der Analogausgang können mit einem Faktor skaliert werden, bevor der Regler das Signal verarbeitet oder ausgibt. Diese Funktion wird verwendet, um die Signalisierung zwischen zwei verschiedenen Geräten auf Kompatibilität abzustimmen. Dadurch kann das Steuergerät das Eingangs- oder Ausgangssignal über seinen gesamten Betriebsbereich korrekt verarbeiten. Beispielsweise kann der Arbeitsbereich eines 0 - 8V-Sensors so definiert werden, dass der Controller 8V als 100% des Eingangssignals verarbeitet. Die Filterung kann zur Glättung eines analogen Eingangs- oder Ausgangssignals verwendet werden. Die Filterung kann dazu beitragen, die Auswirkungen eines verrauschten Signals zu beseitigen.

Auswahl der Einheit

Die Maßeinheiten und die Anzahl der Dezimalstellen der angezeigten Variablen können nach den Wünschen des Benutzers geändert werden.

Passwortschutz

Der Zugriff auf die Konfigurationsparameter kann durch Code geschützt werden. Sie verhindert den unbefugten Zugriff auf den Parametercode des Reglers. In der Standardeinstellung ist der Passwortschutz nicht aktiviert.

Zubehör

Elektrisches Anschlusszubehör

Es sind Kabel mit M12- und M8-Steckern für den einfachen Anschluss an die Stromversorgung, die Eingänge und die Ausgänge erhältlich.

Montagezubehör

Für die 8611-Steuergeräte zur Wand- und Schienenmontage sind Ersatzadapter für die Wand- und Schienenmontage erhältlich. Ersatzhalterungen für die 8611-Steuergeräte zur Schrankmontage sind ebenfalls erhältlich.

Zulassungen und Normen

Dieser Regler ist mit den unten aufgeführten Zulassungen und Normen erhältlich:

• CE: Entspricht der EMC-Richtlinie EN61326
• IP65

Auswahlkriterien für Controller

Die Bestimmung des richtigen Reglers für Ihre Anwendung hängt stark von dem Prozess ab, den Sie steuern wollen. Bei der Auswahl eines Controllers sollten die folgenden Überlegungen angestellt werden:

1. Kontrolle Typ
   1. Bestimmen Sie, ob Ihre Anwendung einen offenen oder geschlossenen Regelkreis erfordert. Wie stabil ist das System, das Ihr Ventil steuert? Wie werden sich Fehler auf den Prozess auswirken? Ein Regler mit offenem Regelkreis wie der Burkert 8605 ist für stabile Systeme geeignet, die konstant um einen Sollwert herum arbeiten. Ein Regler mit geschlossenem Regelkreis wie der Burkert 8611 ist für Anwendungen geeignet, die automatische Änderungen erfordern. Diese Anwendungen sind in der Regel instabil und erfordern eine Fehlerregelung.
2. Eingänge steuern
   1. Das Sollwertsignal sollte mit dem Regler kompatibel sein.
   2. Systeme mit geschlossenem Regelkreis, die den Burkert 8611 verwenden, benötigen einen Sensoreingang, um den Systemfehler zu messen. Es sollte ein Sensor verwendet werden, der die Signalanforderungen des Steuergeräts erfüllt.
3. Steuerung der Ausgänge
   1. Vergewissern Sie sich, dass das Steuergerät über die richtigen Ausgänge zur Steuerung des Anschlussventils verfügt. Der Burkert 8605 kann nur Proportionalventile steuern. Der Burkert 8611 ist ein Universalregler und kann Proportionalventile, Prozessventile und mehr steuern. Das Steuersignal muss auch mit dem Ventileingang kompatibel sein.
4. Montageart
   1. Für jeden Controllertyp gibt es unterschiedliche Montagemöglichkeiten. Vergewissern Sie sich, dass der Regler ordnungsgemäß montiert werden kann und die Ein- und Ausgänge für die in Ihrem System verwendeten Sensoren und Ventile ausreichen.

8611 Auswahltabelle

Integration mit Nicht-Burkert-Produkten

Die 8611-Steuergeräte wurden mit Burkert-Produkten entwickelt und getestet. Sie können mit Komponenten anderer Hersteller verwendet werden, aber die Parameter müssen manuell eingegeben und abgestimmt werden. Um eine einwandfreie Funktion zu gewährleisten, sollten Geräte und Komponenten von Drittanbietern vor der Verwendung von Burkert autorisiert werden.