Улучшение контроля жидких Петли уровня

Используйте эту настройку рецепт классической задачей интеграции процесса управления.

Поскольку большинство процессов саморегулируемой, иногда это может быть сложно настроить контроллер для интеграционного процесса. Основной характеристикой саморегулируемых процесса является то, что естественно стремится установившегося уровня операционной если выход контроллера и нарушения переменных остаются неизменными в течение достаточного периода времени.

Например, круиз-контроль автомобиля является саморегулирующейся. Путем проведения топлива, подаваемого в двигатель постоянного (предполагается, что автомобиль движется по ровной площадке в безветренный день), автомобиль поддерживается при постоянной скорости. Если расход топлива увеличивается на фиксированную сумму, автомобиль будет ускоряться, а затем оседают на различных постоянной скоростью.

Температура процесса выхода из потока теплообменника также является саморегулирующейся. Если shellside расход охлаждающей жидкости проводится постоянная и Есть никаких существенных внешних нарушений, поток tubeside выхода температуры оседают на постоянную величину. Если охлаждение расход увеличивается, позволила решить, а затем вернул его к исходному значению, поток tubeside выхода температуры перейдет на новый уровень операционной во время увеличился расход, а затем вернуться в исходное стационарное.

Танки, которые регулируются потоке выхода естественно, не решить на уровне операционной устойчивого состояния. Это общий пример того, что практики управления процессом называют не-саморегулируемых (или интеграции) процесса.

Интеграция процессов может быть чрезвычайно сложным для управления. В данной статье рассматриваются их отличительные поведения.

Вооруженные этими знаниями, вы можете осознать, что некоторые из более-трудных для контроля уровня вашего объекта, температуре, давлении и других петли имеют такой характер.

Интеграция (не саморегулируемой) поведение в ручном режиме

Верхний участок 1 приведены разомкнутой (ручной режим) поведение саморегулируемых процесса. В этой идеализированной ответ на выход регулятора (CO) сигнала и измеряемого процесса переменной (PV), первоначально в стационарном состоянии. СО активизировали от этого устойчивого состояния, а затем обратно вниз. Как видно, П. реагирует на шаг, и в конечном итоге возвращаются к своему первоначальному уровню.

Нижний участок 1 приведены разомкнутой ответ идеального процесса интеграции. Отличительной происходит при CO возвращается в свое первоначальное значение и П. оседает на новый уровень работы.

Интеграции поведения сюжет несколько вводит в заблуждение, а это означает, что для таких процессов, постоянный выход контроллера будет производить постоянный переменной процесса. Хотя это возможно с помощью моделирования, как идеализированное, что используются для создания участка, такие "точки равновесия" поведение встречается редко в интеграционные процессы в промышленных операций.

Но скорее всего, отсутствие контроля, отсутствие баланса точки означает, что процесс переменной процесса интеграции естественным, как правило, дрейф вверх или вниз, возможно, к экстремальным и даже опасного уровня. Таким образом, интеграционные процессы редко работает в ручном режиме надолго.

P-только контролировать поведение отличается

Чтобы понять разницу в поведении контролируемой для интеграционных процессов, первым рассмотреть вопрос о пропорциональной или P-только контроль идеального моделирования является саморегулирующейся. Как показано на рисунке 2 (стр. 56), при заданной (SP) первоначально на уровне проектных работ (ДЛО) в первые минуты работы, то П. равна SP (ДЛО где уставки и обработки переменных Ожидается, что при нормальной работе, когда основные возмущения в нормальном или типичные значения).

Уставки затем активизировали от ДЛО на левой стороне участка. Простой P-единственный контроллер не в состоянии отслеживать изменения СП, а устойчивый ошибку, называется смещение, результаты. Компенсированы растет каждый шаг движется П. подальше от ДЛО.

В середине процесса, нарушение имеет место, как показано в середине участка. (Ее размер был предопределен для данной модели для устранения смещения.) Когда СП затем отступил вниз (справа) компенсировать сдвиги, но опять растет в аналогичных и предсказуемой.

При этом в качестве фона, считают идеальной интеграции процесса моделирования при Р-только контроль. Даже при простом P только контролировать, как показано слева на рисунке 3, переменной процесса может отслеживать заданной меры без каких-либо смещение. Такое поведение может быть весьма запутанной, так как он не вписывается в ожидаемое поведение более общего процесса-саморегулирующейся.

Это происходит потому, что интеграционные процессы имеют естественный характер накопления (и, на самом деле, почему "интеграционного процесса" используется как дескриптор, не являющихся процессы саморегуляции). Поскольку процесс интегрирует, похоже, что регулятор не нужно.

Тем не менее заданного шаги в правом углу рисунка 3 показывает, что это не совсем правильно. После нарушения сдвиги базового или баланс точки операции процесса (показано примерно на половину пути в участок), смещение развивается и остается неизменной, даже, как С. П. возвращается к исходному значению дизайна.

Контроллер выход поведение говорит

CO участков на рисунках 2 и 3 демонстрируют интересную особенность, которая отличает саморегулируемых из процесса интеграции поведения. В сюжете процесс саморегулирующийся, среднее значение CO треков, а потом вниз, как С. П. шаги, а потом вниз. В процессе интеграции участка, CO спайки с каждым шагом СП, а затем в наиболее unintuitive моды, возвращается к той же установившегося значения. Это только изменения в нарушении потока, который вызывает среднем CO перейти в середине участка, где он тогда остается вокруг новой стоимости на оставшийся шаги SP.

П. И. контролировать поведение отличается

Зависит, идеальная форма пропорционально-интегрально (PI) регулятор (I) является одним из многочисленных алгоритмов, которые широко используются в промышленной практике:

На рисунке 4 показан идеальный процесс саморегулирующийся моделирования, которая контролируется с помощью этого алгоритма табл. Сброс времени, T ^ ^ я к югу, проходит постоянной на протяжении моделирования в то время как регулятор усиления, K ^ с ^ к югу, в два раза, а затем снова удвоилась. Как K ^ с ^ к югу увеличивается, регулятор становится более активным, и, как ожидается, это увеличивает тенденцию П. отображения колеблющейся (underdamped) поведение.

Для сравнения рассмотрим П. контроль идеальной интеграции процесса моделирования, как показано на рисунке 5. T ^ ^ я к югу, вновь постоянным в то время как к югу K ^ C ^, увеличивается. Нелогичным результатом является то, что, как K ^ с ^ к югу становится малым, а так как он становится большим, П. начинается показаны underdamped (колеблющейся) реакция. Хотя частота колебаний существенно отличается между малыми и крупными K ^ с ^ к югу, когда видели вместе в одном участке, это не всегда очевидно, в каком направлении регулятор усиления нуждается в корректировке, чтобы урегулировать процесс, в частности, , видя такие неприемлемые производительность отображения диспетчерской.

Настройка рецепт дает преимущество

Один из самых больших проблем для практикующих признавая, что конкретный процесс интеграции показывает поведение перед началом дизайн контроллера и настройки проекта. Это, как и большинство вещей, приходит с образованием, опытом и практикой.

Как только в автоматическом режиме замкнутой поведение интеграционного процесса могут быть unintuitive, и даже смешанные. Методы проб и ошибок настройки могут привести один круги пытаются понять, что является причиной неприемлемого качества управления.

Официальный дизайн контроллера и настройка процедуры для интеграции процессов помогает преодолеть эти вопросы в упорядоченному и надежным способом. Наилучшая практика состоит в последующих официальных рецепт при проектировании и настройке любого контроллера PID. Recipebased подход вызывает меньше нарушений в график производства, отходы меньше сырья и коммунальные услуги, требуется меньше персонала времени, и выделяет меньше не соответствующие спецификации продукта.

Проектирование и настройка контроллера рецепт для интеграционных процессов содержит четыре шага, а именно (2):

1. Создание дизайна уровень работы (нормальный или ожидаемых значений уставки и крупных нарушений).

2. Bump процесса, а также сбор данных динамического процесса реагирования переменной процесса изменения регулятором мощности.

3. Ориентировочная поведение обработки данных с firstorder плюс мертвых времени интегрирования (FOPDT интеграции) динамической модели.

4. Использование параметров модели, полученной на этапе 3 и корреляции в таблице 1 для завершения настройки контроллера.

Важно признать, что реальные процессы являются более сложными, чем простая FOPDT интеграции модели. Несмотря на это, модель не предусматривает приближение процесса поведения, который является достаточно богатой динамической информации уступить надежного и предсказуемого управления при ее использовании с правилами и корреляции в Шаг 4 рецепта.

FOPDT интеграции модели

FOPDT динамической модели часто используются для приближенного саморегулируемых динамического процесса имеет вид:

где К ^ к югу р является стационарный процесс усиления, T ^ югу р является общее время процесса постоянной, а? ^ ^ р к югу это процесс, мертвое время. Однако эта модель не может описать характер интеграционного процесса поведения, рассмотренные выше. Эти динамичные поведение лучше описывается с FOPDT интеграции типовую форму:

Интересно отметить при сравнении этих двух моделей, что отдельные значения для усиления процесса знакомый, К югу ^ р, а процесс постоянной времени T ^ ^ р к югу, не определены отдельно для FOPDT интеграции модели. Вместо усиления интегратора, K ^ югу р *, определяется, что имеются подразделения, отношения процесса получить в процессе постоянной времени, или:

Настройка соотношения для интеграционных процессов

FOPDT интеграции параметры модели K ^ югу р * и? ^ Югу р можно вычислить с помощью графического анализа данных участок, или промышленного назначения с помощью автоматизированных анализа с использованием коммерческих пакетов программного обеспечения. После того как параметры модели, как известно, настройка значения для зависимых, идеальную форму П.И., уравнения. 1, а также популярная форма алгоритма PID, можно вычислить:

Для интеграционные процессы не идентифицируемых время процесса постоянной интеграции FOPDT модели. Таким образом, мертвое время, В частности,

Опираясь на популярные модели внутреннего контроля (IMC) подход к контроллеру тюнинг, замкнутой постоянной времени рассчитывается как T ^ югу с = ^ 3

Регулятор настройки соотношения для интеграционных процессов использовать эту T ^ C ^ к югу, а также к югу K ^ р * и

Моделируемой пример - ГАЭС танк

Накачкой танк моделирование показывает, дизайн и настройка контроллера для интеграционного процесса. Как показано на рисунке 6, процесс 2 потоков жидкости питания в верхней части цистерны и один поток выхода откачали дна. Измеряемого процесса переменной (PV) является уровень жидкости в резервуаре. Для поддержания уровня жидкости, выход регулятора (CO) сигнал регулирует клапан регулирования разряда постоянного давления насос для управления расхода из нижней части цистерны. Это приближает поведение центробежных насосов, работающих на относительно низкой пропускной способностью.

Обратите внимание, что насос строго регулирует расход разряда из бака. Как следствие, физики не естественно, чтобы сбалансировать работу системы, когда какой-либо из потока Расходы, приведенные изменения. Такое отсутствие баланса естественное поведение почему бак закачивается классифицируется как интеграционного процесса. Если общий поток в бак больше, чем поток откачали, уровень жидкости поднимется и продолжит расти, пока бак заполняется или изменения потоке. Если общий поток в бак меньше, чем поток откачали, уровень жидкости будет падать, а будут продолжать снижаться.

Рисунок 7 представляет собой участок перекачиваемой танк поведение контроллера в ручном режиме (разомкнутой). Сигнала СО активизировали, повышение разряда расхода из нижней части цистерны. Вытекать становится больше, чем общая подача в верхней части цистерны, и, как показано на рисунке, уровень жидкости начинает падать. Как ситуация будет сохраняться, уровень жидкости продолжает падать, пока емкость сливают. Пилообразный картина возникает, когда пуст, потому что насос кратко волны каждый раз накапливается достаточное количество жидкости для того, чтобы восстановить всасывания.

Рисунок 7 не показывают, что если выход регулятора были быть уменьшены достаточно, чтобы вызвать расхода оказываются меньше, чем в расход, уровень жидкости поднимется до бак был полон. Если бы это был реальный процесс, танк переполнения и разлива, создание безопасности и рентабельности вопросов.

Графическое моделирование процесса интеграции данных

Графический метод установки FOPDT модели интеграции для обработки данных требуется набор данных, который включает в себя по крайней мере два постоянных значений регулятором мощности, CO ^ ^ 1 к югу и СО2 Как показано на рисунке 8 для перекачиваемой танк, оба должны быть постоянными долго Достаточно того, что наклон тенденции в ответ PV (танк уровня жидкости) можно определить визуально.

Важное различие между традиционными кривая реакции процесса графический метод для SE Если регулируют процессы и интеграционные процессы в том, что интеграционные процессы не нужно начинать с стационарного значения до удар делается на Ко графический метод обсуждали здесь занимается только со склонами (или скорости изменения) в экран и постоянной выходной сигнал контроллера, что на каждое склоне PV.

FOPDT интеграции модель описывает поведение П. при каждом значении постоянной выход контроллера, CO ^ ^ 1 к югу и СО2, как:

Вычитая и решения для К югу ^ р *, получим:

Графическое моделирование перекачиваемой танк данных

Вычислительный усиления интегратора. Значения разомкнутой данные перекачиваемой танк моделирования на рисунке 8 показаны на рисунке 9. СО отошел от 71% до 65%, в результате чего уровень жидкости (PV) расти. Выход регулятора затем отошел от 65% до 75%, что привело к снижению склона уровня жидкости.

Наклона каждого сегмента рассчитывается как изменение уровня жидкости таджикская разделить по изменению во времени. С участка данных. Склон, рассчитывается как 0,13 м / мин и склона к югу 2 ^ ^ а -0,12 м / мин. Использование склонов с их CO значения дает усиления интегратора, К югу ^ р * = -0,025 м /%-мин.

Вычислительный мертвое время. Мертвое время, С участка на рисунке 10, перекачиваемой танк мертвое время оценивается быть

П. И. контрольного исследования

Теперь дизайн контроллера и настройки рецепт для интеграционных процессов могут быть использованы для разработки и тестирования контроллера Табл.

Определение смещения значение, CO ^ ^ смещения к югу. Коммерческих контроллер, как правило, на практике использование bumpless передачи, то есть при переходе на автоматическое управление, С. П. инициализируется с текущим значением фотоэлектрических и СО ^ ^ смещения к югу, чтобы текущее значение Ко Выбрав текущей деятельности, как разработка состоянии при переходе, контроллер не нуждается в корректирующих действий и может плавно заниматься.

Контроллер усиления, K ^ с ^ к югу., И сброс времени, T ^ ^ я к югу. Первый шаг в использовании IMC корреляции приведены в таблице 1, для вычисления T ^ C ^ к югу, замкнутой постоянной времени. T ^ C ^ к югу. описывает, как активного регулятора должны быть в ответ на изменения уставки или отклонении нарушения. Для интеграционных процессов, проектирование и настройка рецепт предлагает:

T ^ C ^ к югу - к югу 3

Получить П. контроллер, K ^ с ^ к югу, и сброс времени, T ^ ^ я к югу, рассчитываются как:

Подставляя K ^ югу р *,

Напомним, что P-только контроль процесса интеграции (рис. 3) может обеспечить быстрое реагирование уставки, не перелета до нарушения изменения баланса точка этого процесса. Как помечены на рисунке 11, уставки ПИ управления реагирования в настоящее время включает в себя некоторые попытки.

Благо интегральных действий, что, когда нарушение происходит, контроллер может отклонить П. расстроился и вернуть процесс переменной ее уставки. Это потому, что постоянное подведение интегральных действий продолжает двигаться регулятором мощности, пока контроллер ошибка упадет до нуля. Таким образом, П. контроля требует принять некоторые перелета в течение заданного отслеживания в обмен на возможность отказаться от возмущения. Во многих промышленных приложений, это считается справедливой торговли.

ЛИТЕРАТУРА

1. Купер, DJ, изд. "Практические управления процессами," <a target="_blank" href="http://www.controlguru.com" <rel="nofollow"> www.controlguru.com /> (2008 ).

2. Райс, Р. и DJ Купер; "Правила проектирования на основе методологии контроля не процессы саморегуляции," Proc. ISA Expo 2004, ISA CD Vol. 454, TP04ISA076 (2004).

3. Arbrogast, JE, и DJ Купер, "Расширение IMC Корреляции настройка несамоуправляющихся регулирования (интеграция) процессы," ISA Сделки, 46, с. 303 (2007).

РОБЕРТ РАЙС

Дуглас Дж. COOPER

Control Station, INC

РОБЕРТ РАЙС, доктор философии, директор технических решений в области контроля над станции, Inc, поставщик решений управления технологическими процессами (Один технологии д.ф.-м.н., Толенд, CT 06084, телефон: (860) 872-2920 xioi; Электронная почта: < HREF = "mailto: bob.rice controlstalion.com @"> @ bob.rice controlstalion.com </>; Веб-сайт: <A HREF = "http://www.controistation.com" целевых = "_blank" относительной = "NOFOLLOW"> www.controistation.com </ A>). Он имеет обширный опыт в области как регулятивных, так и расширенные возможности управления и опубликованы материалы по широкому кругу тем связанных с автоматическим управлением процессом, в том числе мульти-регулятора процесса и модели интеллектуального контроля. Он возглавлял разработку и поддержку LOOP-PRO Product Suite, PID диагностики и оптимизации набора инструментальных средств, а также является тренером портфель компании практических семинаров управления процессом обучения. До прихода в-контроля, он был инженер с PPG Industries. Он получил степень бакалавра наук в области химического машиностроения Вирджиния политехнический институт и Государственный университет и оба его MS и аспирантов в области химического машиностроения Univ.

DOUGLAS). COOPER, доктор философии, основатель и главный технический директор отдела контроля. Инк (Телефон: (860) 872-2920, E-почта: <a href="mailto:doug.cooper@controlstation.com"> doug.cooper @ <controlstation.com />) и профессор химического, материалы и биомолекулярных инженерии Univ. Коннектикут.

Он также является автором и редактором controlguru.com, электронную книгу передовой практики в целях улучшения управления технологическими процессами. Он является признанным специалистом в области передовых процесса моделирования, мониторинга и контроля; интеллектуальных технологий и адаптивного управления процессом, а также программного обеспечения для анализа процессов системы управления, настройки и обучения. До формирования-контроля, он занимал должности научного работника с Arthur D. Little и Chevron. Он получил степень бакалавра наук в области химического машиностроения Univ. Массачусетс, Амхерст, MS в области химического машиностроения Univ. Мичиган, и докторскую степень в области химического машиностроения Univ. Колорадо.