Szabályozási stratégia
A szabályozási stratégia (vagy topológia) egy ipari folyamat esetében a műszer- és vezérlőrendszer megszervezése a fizikai mennyiség adott tolerancia tartományon belüli fenntartása céljából . A stratégia megválasztása nagyon fontos a feldolgozóiparban (például a vegyiparban, a papíriparban és az élelmiszeriparban), mivel az ott előforduló fizikai események nagy száma (úgynevezett „zavarok”) változékonyak.
A stratégiák célja a legfontosabb fizikai mennyiségek szabályozása, amelyek részt vesznek a folyamatban.
Bevezetés
Egy ipari folyamat , minden egyes szabályozási körbe célja, hogy fenntartsák a fizikai mennyiség (az úgynevezett „szabályozott mennyiségű”) megegyezik a kívánt értéket ( alapérték ), függetlenül az eltérések a zavaró mennyiségek , amihez működtetőt. Eljárva a szabályozó mennyiség .
Ez egy „szabályozónak” nevezett eszköz (hardver vagy szoftver), amely meghatározza a működtető vezérlőjelét azáltal, hogy törli a szabályozott mennyiség és a referencia közötti különbséget. A kívánt teljesítménytől függően szükség lehet egyszerű vagy összetett szabályozási sémák (más néven stratégiák vagy topológiák) választására , a folyamat specifikációi által előírt tűréshatároktól függően .
Megjegyzés: Az előadás további részében laboratóriumi kísérleteken vagy valós folyamatokon bevált konkrét példákat fogunk használni, amelyeket az ANSI / ISA S5.1-1984 szabvány képvisel , és igyekszünk a lehető legtöbbet elkerülni . amely nem a jelen cikk tárgya.
Egyszerű csat
Leírás
A szemközti példában ( TI diagram ) a PR1 előmelegítő feladata, hogy a keveréket (betáplálást) megfelelő hőmérsékletre hozza, mielőtt desztillációs oszlopba vezetnék .
Itt a szabályozási körbe alkotja a TT215 mérési érzékelő / adó, a TIC205 digitális szabályozó , a TV200 dimmer vezérlésére fűtési ellenállás PR1.
A szaggatott vonalak az összekötő vezetékeket hordozó a mérés (M vagy X) és a kontroll (Y) jelet, általában formájában szabványosított analóg áramhurkok 4, hogy 20- mA (0 és 100% a span).
A belső alapérték (Wi vagy Ci) a kívánt hőmérsékleti értéket képviseli az előmelegítő kimenetén, a kezelő manuálisan adja meg.
Ha a hőmérséklet alacsonyabb, mint az alapérték, a szabályozó növeli a TV200-nak küldött vezérlőjel értékét, és ezáltal a fűtési teljesítményt . Ha a hőmérséklet magasabb, mint az alapérték, a szabályozó csökkenti a TV200-nak küldött vezérlőjel értékét. Ha a szabályozó paraméterei helyesek, akkor egy bizonyos idő elteltével ott van a Mérés = Alapérték (azaz tényleges érték = kívánt érték).
Előnyök
Az egyszerű hurok elégedett a minimális elemszámmal:
- egy érzékelő / adó (itt egy Pt100 platina ellenállás hőmérséklet szondával és annak mérési átalakító);
- egy PID szabályozó ;
- működtető, gyakran automatikus szelep arányos nyitással (itt egy fűtési ellenállással társított hullámvonat-dimmer).
Hátrányok
- Az egyetlen hurok nem mindig reagál elég gyorsan a nagy zavarokra .
- A terhelés áramlási sebességének változása esetén (ennek a folyamatnak a fő zavaró mennyisége) a szabályozó nem azonnal reagál, hanem utólagosan , amikor a hőmérséklet megmozdult, és egy új időre van szükség, mielőtt új mérést végezne = alapérték.
Következtetés
Ha az áramlási sebesség ingadozása túl hirtelen történik, akkor a szabályozás hibás lehet, és túllépik a specifikációkat . Ezért egy összetettebb szabályozási rendszert kell fontolóra vennünk. Ebben az esetben, mivel a zavar nem a vezérlő változón (ami a fűtőteljesítményen van), egy vegyes stratégia valósítható meg, amely egyesíti a „zárt hurkú” szabályozást a „nyílt hurkú” szabályozással.
1. kaszkád topológia
Leírás
A kaszkádszabályozás két szabályozó használatán alapul. Főleg a zavarok által a manipulált változóra gyakorolt hatások csökkentése érdekében valósítják meg. Példánkban feltételezzük, hogy a melegvíz-ellátás nyomása (a TV01 vezérlőszelep előtt) meglehetősen hirtelen változhat (egy másik áramkör nyitása a folyamaton).
Amikor a szabályozási stratégia bonyolultabbá válik, gyakran hívnak egy SNCC-t ( digitális műszer és vezérlő rendszer ) , amely elvégzi a szabályozási funkciók elvégzéséhez szükséges összes számítást. Ide tartozik például a TIC03 és a FIC03.
A kis körökkel való kapcsolat az SNCC-n belüli adatfeldolgozási változó megosztását jelenti .
A folyamat specifikációival rögzített mennyiség a master által vezérelt mennyiség; itt a TTIC adó-érzékelőhöz társított TIC03 jelű hőmérséklet-szabályozó belső alapértéke. Ennek az első szabályozónak a kimenete nem a TV01 beállító eszközt vezérli, hanem a második szabályozó külső referenciáját .
A második szabályozó (FIC03) szabályozza a TV01 szelep által a reaktor kettős köpenyébe befecskendezett forró víz áramlását, és a forrásnál szinte azonnal kompenzálja a nyomásváltozások áramlására gyakorolt hatást a TV01 szelep előtt, a T1 hőmérséklet ezért nem érinti.
Két beágyazott vezérlő hurok van jelen:
- a főszabályozó a gyártási követelmények alapján meghatározott rögzített alapjelen (úgynevezett „szabályozási” üzemmódon) működik;
- a szolga szabályozó változó alapjelen működik (úgynevezett "szervo-vezérlés" módban).
A működés biztosítása érdekében a szolga hurok válaszsebességének nagyobbnak kell lennie, mint a fő huroké.
Előnyök
Számos előnye van:
- a szabályozó változó zavarainak szűrése : itt az áramlásszabályozó biztosítja a mért áramlás és a külső referencia közötti egyenlőséget azáltal, hogy folyamatosan hat a szelepre;
- linearizálás: a főszabályozó kimenete az áramlási sebességet szabályozza, és nem a szelepnyílást;
- javul a dinamikus teljesítmény.
Hátrányok
- Egy további szabályozó.
- Egy további adó érzékelő.
- A kezelő bonyolultabb kezelése („a vízesés felakasztása”).
Következtetés
Az 1-es típusú vízesés-topológiát széles körben használják az iparban számos előnye miatt, amelyek több mint felülmúlják az általa generált néhány hátrányt.
2. típusú kaszkád topológia
Leírás
A rabszolga által vezérelt változó nem a manipulált változó, hanem egy közbenső változó a manipulált változó és a fő vezérelt változó (master) között, itt a kettős köpeny kimeneti hőmérsékletét alkalmazzuk. Az elv azonban ugyanaz, mint az 1. típusú kaszkádé.
Előnyök
- Jobb, mint az egyszerű hurok.
Hátrányok
- Gyenge teljesítmény, mint az 1. típusú kaszkád.
- A slave hurok sebességének legalább háromszor nagyobbnak kell lennie, mint a master huroknak, különben egyetlen hurokhoz képest nincs javulás.
Következtetés
A 2-es típusú kaszkád topológiát gyakran hozzáadják az 1-es típusú kaszkádhoz, hogy „kétfokozatú” kaszkádvezérlőket (három szabályozót) hozzanak létre.
Vegyes topológia
Leírás
A szabályozási ciklus („zárt”, 2. hivatkozás) a bemutató elején bemutatott egyszerű hurok.
A kompenzációs hurkot ("nyitott", 1. tétel) az FT202 áramlásmérő érzékelő / adó, a TY203 számítógép, a TIC205 szabályozó, a PR200 fűtési ellenállását vezérlő TV200 dimmer alkotja.
Az FF a TIC205 szabályozó előremeneti bemenetét jelenti az alábbi funkcionális diagram szerint:
Ha a hőmérséklet alacsonyabb, mint az alapérték, a szabályozó növeli a TV200-nak küldött vezérlőjel értékét, és ezáltal a fűtési teljesítményt. Ha a hőmérséklet magasabb, mint az alapérték, a szabályozó csökkenti a TV200-nak küldött vezérlőjel értékét. Ha a szabályozó paraméterei helyesek, akkor egy bizonyos idő elteltével ott van a Mérés = Alapérték (azaz tényleges érték = kívánt érték).
Ha a terhelés áramlási sebessége növekszik, a TY203 számítógép pozitív jelet generál, amelyet az FF bemeneten keresztül hozzáadnak az Y vezérlőjelhez, így a fűtési teljesítmény növekedése a lehető legpontosabban kompenzálja az áramlás hőmérséklet-növekedését. Ha a terhelés áramlási sebessége csökken, a kompenzáció megfordul. Ez a művelet eleve (vagy előrejelző módon) történik, mielőtt a hőmérséklet változhat. Mivel ezt a kompenzációt „nyitott hurokban” végzik (a hőmérséklet nem befolyásolja az áramlást!), Ezért mindig egy „zárt hurokhoz” társul, hogy beállítsa magának a szabályozásnak a működési pontját (a kezelőnek mindig képesnek kell lennie a alapérték).
Előnyök
A vegyes hurok elutasítja a zavaró mennyiségek hatását:
A terhelés áramlási sebességének változása esetén (ebben a folyamatban a fő zavaró mennyiség) a szabályozó azonnal reagál, a hőmérséklet sokkal kevésbé változik (3–10-szer), mint egy egyszerű hurok esetén.
Hátrányok
A vegyes hurokhoz nagyobb számú elemre van szükség:
- egy érzékelő / adó (itt egy Pt100 platinaellenállás hőmérséklet-szonda és annak mérő-adója);
- egy PID szabályozó;
- működtető, gyakran automatikus szelep, arányos nyílással (itt egy fűtőellenállással társított dimmer);
- a zavaró mennyiség (ek) adója (i) (itt a terhelés áramlási sebessége);
- egy számítási modul (itt egy egyszerű modul, amely megvalósítja az S = k E arányt ).
Választás
A kevert topológiát akkor választják, ha az a zavar, amelynek kompenzálandó a vezérelt változóra gyakorolt káros hatása, nem érinti közvetlenül a manipulált változót (egyébként kaszkád topológiát alkalmaznak, ami hatékonyabb).
Egyéb stratégiák
Egyéb szabályozási stratégiák léteznek, különösen:
- vegyes kereszt („leválasztó” használata a levegő hőmérséklet / relatív páratartalom szabályozásában );
- vegyes / kaszkád kombináció (az úgynevezett „három elem” a vízszint szabályozása kazán tartályok );
- arány vagy arány ( az égő levegő / gáz keverékének sztöchiometrikus arányainak való megfelelés );
- ellentmondásos vagy kiegészítő szabályozó egységek ( osztott tartomány vagy „meleg / hideg” a hőcserélőkkel );
- több hurok ( desztillációs oszlop ).
Lásd is
Bibliográfia
- ANSI / ISA S5.1-1984 szabvány: szabályozási diagramok szabvány
- NF E 04.203 szabvány: szabályozási diagramok szabvány
Kapcsolódó cikkek
- Automatikus szabályozás
- PID szabályozó
- Prediktív rendelés
- Leigázás
- Dimmer
- Folyamatdiagram
- Csővezeték és műszerdiagram