Метод определения положительного/отрицательного действия регулятора

Thread Content

1. Метод определения положительного/отрицательного действия регулятора. Переход системы на автоматический режим: как правило, после того как определен схема управления и выяснено, является ли действие регулятора положительным или отрицательным, наиболее важным становится выбор значений параметров P, I, D. На основе многолетнего опыта работы на практике расскажу о способах настройки параметров P, I, D регулирующей системы; прошу использовать эту информацию в своих проектах. Перед настройкой параметров P, I, D регулирующей системы необходимо убедиться, что в замкнутой регулирующей системе действует отрицательная обратная связь, то есть Ko*Kv*Kc > 0. Параметр регулирования Ko: при увеличении открывания клапана или исполнительного механизма и соответственном повышении значений PV, Ko > 0 ； В противном случае Ko＜0 ； Регулирующий клапан Kv: при прямом действии клапана (открывается под давлением газа/электричества) значение Kv > 0 ； Обратная реакция клапана (закрытие при подаче воздуха, закрытие при подаче электричества); в этом случае Kv＜0 ； Знаки Ko и Kv определяются характеристиками обрабатываемого объекта и требованиями к безопасности производства. Исходя из знаков Ko и Kv, а также из условия Ko*Kv*Kc > 0, мы можем определить знак Kc ； Регулятор Kc: если Kc > 0, то регулятор является обратным ； Если Kc < 0, то регулятор действует в положительном направлении ； Необходимо правильно настроить программную конфигурацию. Перед наладкой устройства, его запуском, а также регулировкой параметров P, I, D обязательно следует проверить положительное/отрицательное действие регулятора и убедиться в его корректности. 1. Перед настройкой параметров P, I, D регулирующей системы необходимо обеспечить точность измерений и плавность действия клапанов ； 2. При настройке параметров P, I, D регулирующей системы необходимо заранее уведомить пользователя и попросить его тщательно следить за состоянием производственного процесса с целью обеспечения безопасности производства ； 3. При настройке параметров P, I, D регулирующей системы сначала включается автоматический режим, затем — режим каскадирования; сначала включается вспомогательный цикл, а затем основной. Настройка вспомогательного цикла производится более грубо, а основного — более тонко. На экране CRT операционной станции откройте окно настройки регулятора, измените заданное значение SP или значение выходного сигнала OP, создайте импульсный сигнал, допустимый в процессе, наблюдайте за изменениями измеряемого значения PV и за графиком его изменений. Постепенно корректируйте параметры PID; часто это требует нескольких попыток, пока не будет достигнуто стабильное управление. На практике обычно достаточно иметь характеристики первого порядка, удовлетворяющие требованиям технологии. II. Значения параметров настройки PID на основе опыта для среды в виде жидкости (газа, жидкости). Рекомендуемые значения параметров PID приведены ниже. (Перед выездом на объект лучше всего установить эти значения в программном обеспечении; дальнейшая настройка может производиться уже на месте или вообще не требоваться): 1. Для регулирования расхода (F): обычно P=120–200%, I=50–100 сек., D=0 сек ； Для системы защиты от аттерштота: обычно P=120–200%, I=20–40 сек, D=15–40 сек ； 2. Регулировка давления (P): обычно P=120–180%, I=50–100 сек, D=0 сек ； Для систем сброса: обычно P=80–160%, I=20–60 сек, D=15–40 сек ； 3. Регулировка уровня жидкости (L): 1] Для крупных резервуаров (башенные резервуары диаметром 4 м и высотой более 2 м): обычно P=80–120%, I=200–900 с, D=0 с ； 2]、Средний контейнер (диаметр 2–4 м, высота 1,5–2 м): обычно P=100–160%, I=80–400 С, D=0 С ； 3] Малые резервуары (башенные резервуары диаметром 2 м и высотой менее 1,5 м): обычно P=120–300%, I=60–200 С, D=0 С ； 4. Регулировка температуры (T): обычно P=120–260%, I=50–200 сек, D=20–60 сек ； Указанные параметры имеют эмпирический характер и не являются абсолютными. Кроме того, на практике иногда проблемы с объектом процесса в системе регулирования или с клапаном (позиционером) можно преодолеть путем изменения параметров PID, что позволяет восстановить автоматическую работу системы. Для автоматизации необходимо терпеливо наблюдать и постоянно вносить коррективы. Для автоматизации на практике самое важное — чтобы клапаны (позиционеры) и исполнители были качественными и обеспечивали плавные действия. В системе последовательной регулировки (например, с 2 регуляторами) весь внутренний кольцо (вспомогательный регулятор, для которого Ko1*Kv1*Kc1 > 0) эквивалентно значению Kv главного кольца; это значение всегда положительно. Результаты настройки параметров PID: при просмотре кривых обычно достаточна характеристика первого порядка (хотя теоретически возможна характеристика затухания второго порядка). III. Меры предосторожности при включении автоматических циклов 1. Основные принципы: при работе устройства включение автоматических циклов должно обеспечивать стабильную работу всех его компонентов. Критически важные параметры не должны сильно меняться, а также не должны наблюдаться значительные колебания параметров другого вспомогательного оборудования – давления, уровня жидкости, температуры и т. д., которые могли бы повлиять на нормальную работу устройства. 2. Сотрудничество с операторами того же процесса: ввод автоматических циклов является частью работ по наладке при автоматизации. Если наш персонал отвечает за настройку автоматических циклов, то при выполнении этой работы необходимо сначала объяснить оператору пользователя, какие действия будет выполнять наш персонал, как ему следует сотрудничать с операторами производства, какие будут последствия, а также как следует поступать в случае возникновения непредвиденных ситуаций. После завершения настройки необходимо уведомить операторов производства. Перед первым включением автоматической цепи необходимо попросить оператора процесса привести условия работы этой части к максимально стабильному состоянию. 3. Особые требования к системе управления: (1) Конфигурация всех автоматических циклов должна пройти строгую проверку перед вводом в эксплуатацию. Если конфигурация была изменена на месте, перед включением в автоматический режим необходимо тщательно проверить направление сигналов и корректность логики конфигурации. При переключении сигналов следует обращать внимание на вопросы временной последовательности переключения. Конфигурация должна предусматривать наличие простой логической составляющей, позволяющей вмешаться в работу автоматического цикла у выхода на объект, чтобы в случае ошибки в конфигурации можно было вручную прекратить действие автоматического цикла на объекте. (2) При автоматическом включении сначала можно увеличить значения диапазона пропорциональности и времени интеграции в модуле PID. Нижний и верхний пределы выходных значений модуля PID следует установить в допустимых пределах, близких к текущему значению выходного сигнала, а скорость изменения выходного сигнала — снизить. После включения автоматического режима необходимо проверить, правильно ли действует модуль PID, и находится ли изменение ошибки входных данных в нормальных пределах. После подтверждения этого можно постепенно снимать ограничения с различных выходов модуля PID, чтобы он снова мог выполнять свои функции. Затем параметры модуля PID корректируются в зависимости от качества регулирования. Четыре метода настройки параметров PID 1. Основные положения В системах автоматического управления имеем: E = SP – PV. При этом E — это отклонение, SP — заданное значение, а PV — измеренное значение. Когда SP больше PV, это положительное отклонение; в противном случае — отрицательное. 1) Действие пропорциональной регуляции пропорционально величине отклонения ； При коэффициенте пропорциональности 100 выход сигнала, обусловленный пропорциональным действием, соответствует отклонению в соотношении 1:1 в пределах их диапазонов. При коэффициенте пропорциональности 10 действует в соотношении 10:1. То есть, чем меньше степень пропорциональности, тем сильнее проявляется пропорциональное действие. Чрезмерно сильное пропорциональное воздействие может вызвать колебания. Чрезмерно низкая величина приводит к нарушению пропорций, к тому, что периоды колебаний в процессе сходимости системы становятся слишком большими, а коэффициент затухания — слишком маленьким. Его функция — стабилизировать регулируемый параметр. 2) Действие регулирования по интегралу пропорционально интегралу отклонения от идеального значения во времени. То есть, при наличии интегрального эффекта отклонения будет возникать выходной сигнал. Он выполняет функцию устранения остаточных ошибок. Чрезмерно сильное действие интеграции также может вызывать колебания, а слишком слабое приводит к наличию остаточных ошибок в системе. 3) Действие дифференциальной регуляции пропорционально скорости изменения отклонения. Его эффект заключается в предотвращении любых изменений в настраиваемом параметре; он выполняет функцию предварительной регулировки. Хорошо справляется с объектами с большой задержкой. Но невозможно преодолеть чистую задержку. Подходит для регулировки температуры. Использование дифференциальной настройки позволяет сократить время сходимости системы. Слишком длительное время дифференцирования также может вызывать колебания. 2. Метод настройки на основе опыта — это самый распространенный метод настройки в системах с простой регуляцией; это метод проб и ошибок. Это достигается путем заранее заданных параметров и многократных проб. Значения по умолчанию параметров должны определяться в зависимости от характеристик объекта и диапазона измерений прибора. Параметры PID с большим диапазоном измерений должны иметь более сильное воздействие. Общий диапазон значений четырех типов регулируемых параметров следующий: при методе критической пропорциональности система переводится в автоматический режим с использованием чисто пропорционального управления; при этом время интеграции устанавливается на максимальное значение, а время дифференцирования — на 0. Постепенно уменьшайте коэффициент усиления, пока в системе не начнутся колебания с постоянной амплитудой. Запишите при этом значение коэффициента усиления Pbc и период колебаний Tc. Затем используйте следующую формулу для расчета коэффициента усиления и времени интегрирования в системе PID: P = 2,2 · Pbc ； T=0,85Tc. Реальная ситуация может выходить за эти рамки. Для объектов с большим временем чистой задержки и временем постоянства параметров, при использовании метода MACS для регулирования по принципу PID нецелесообразно применять критический коэффициент усиления; в таких случаях сложно определить значение Pbc.