Print

Top 10 tipů pro optimální ladění smyček v rámci problematiky MaR

-- 11.03.2019

Postupy nejlepší praxe pro zvýšení výkonu smyček a pro jejich spolehlivé provozování v podniku zahrnují zvýšení účinnosti a zisku regulátoru a pochopení vzájemné interakce smyček. 

Technici, kteří se zabývají problematikou měření a regulace (MaR), často řeší otázky ohledně optimálního nastavení smyček. Mnohdy neexistují žádné snadno dostupné odpovědi, pokud není k dispozici dostatečný časový prostor pro provedení krokového testu nebo pro výzkum dosavadního výkonu smyčky.

Aplikací následujících pokynů bude technik MaR schopen stanovit, zda je smyčka optimálně naladěna nebo zda může být zdrojem problémů s výkonem, a poté provést nebo doporučit příslušné změny. Poznámka: Ladění je uváděno ve formátu „zisk/integrál/derivát“, kde zisk (neboli proporcionální řízení) je na bázi procentuálního rozpětí, integrál (neboli reset) je uváděn v minutách na opakování a derivát je v minutách. Termín „ventil“ může odkazovat na jakékoli koncové ovládací zařízení.  

1. Neztrácejte čas s průtokovými smyčkami. Nastavte ladění na hodnoty 0,25/0,25/0,0 a pokračujte dále. Vynaložení většího množství času je obvykle bezvýznamné, protože procesní zisk se zpravidla mění s ohledem na polohu ventilu. Relativně malý zisk (celkový ideální zisk regulátoru průtoku je 1,0) odráží provoz při malém otevření ventilu, kde je skutečná odezva průtoku obvykle největší. Při větším otevření ventilu bude krátký integrální čas vyrovnávat rozdíl a typicky přivádět průtok na požadovanou hodnotu do několika minut, ne-li sekund, což je obvykle mnohem rychlejší než zbytek procesu. To je často to nejdůležitější, na co je zapotřebí brát zřetel při ladění jakékoli smyčky, tj. snaha nacházet se v příhodném čase v kontextu daného procesu, přičemž se minimalizuje možnost nestabilní regulace. 

2. Neztrácejte čas laděním smyček pro kontrolu úrovně hladiny. Nastavte ladění na 1,0 / čas odezvy / 0,0 a pokračujte dále. Doba odezvy v kontextu kontroly hladiny je přibližná doba, za jakou by se nádoba (při původní zadané hodnotě typicky 50 %) zcela naplnila (nebo vyprázdnila) v reakci na průměrnou poruchu a v případě nepřítomnosti žádné odezvy na řídicí signál. Typická doba odezvy v rafinérském průmyslu je 1 až 3 minuty pro malé nádoby, 5 až 15 minut pro sudy a 30 až 60 minut (nebo déle) pro nádrže.

V případech, kdy může docházet k závažným poruchám nebo představují-li důsledky přeplnění nebo nedostatečného naplnění velké riziko, použijte větší zisk místo kratšího integrálu (nadbytečná integrální akce u smyček pro kontrolu úrovně hladiny je nejčastějším zdrojem procesních kmitů). Zisk u těchto typů smyček by měl být zřídka vyšší než 2,0. Tyto pokyny pro ladění smyček pro kontrolu úrovně hladiny platí, ať už je zavedena kaskádová regulace hladiny, či nikoli.

3. Neztrácejte čas u smyček pro regulaci teploty, tlaku, složení atd., pokud již nejsou kaskádově regulovány. Pokud nejsou kaskádově regulovány, implementace kaskády představuje další nejlepší krok. Kaskáda linearizuje procesní odezvu, čímž umožňuje optimální spolehlivé ladění v celém pracovním rozsahu. Není-li průtokoměr k dispozici, lze charakterizovat výstup regulátoru na základě charakteristiky ventilu. 

4. Investujte čas do nastavování tlaku, teploty a kompozičních smyček, které jsou kaskádově regulovány. Kaskádová struktura, kromě linearizace reakce procesu, dovoluje přesné určení zisku smyčky z procesních dat ve dvou nebo více provozních bodech. 

5. Nastavte zisk zhruba na ½ až ¾ pozorovaného zisku, abyste udrželi dlouhodobě stabilní a spolehlivý výkon kvůli potenciálně se měnícím podmínkám procesu, což lze očekávat, že se vyskytne u většiny smyček. Nastavte integrál stejný jako čas odezvy procesu, který je určen pomocí krokového testu, zkušebního procesu nebo historických dat, a to s chybou na dlouhé straně. Z dlouhodobého výkonového hlediska přináší větší prospěch mírně menší zisk a delší integrál než tradiční kritéria pro minimalizaci chyb nebo čtvrtinový pokles amplitudy. 

6. Nepoužívejte derivační akci. Derivační složka představuje způsob, jak snížit celkovou chybu pomocí agresivnějšího zisku, vynulování a následným spoléháním na derivát, aby šlápl na brzdy. Dalo by se to přirovnat k situaci, kdy zrychlujete a najednou rychle brzdíte, když se přibližujete ke stopce, jen abyste se k danému místu dostali o něco dříve. Derivační akce je nevhodná ve většině aplikací pro řízení průmyslových procesů, když se snažíme udržovat mezní hodnoty rychlosti procesu, minimalizovat překmity a kmitání a zajistit stabilitu procesu v každém okamžiku. Mnoho moderních softwarových balíčků pro ladění, které běžně doporučují nenulové nastavení derivátů, nemá s danou problematikou dostatečné zkušenosti. Modelové multivariabilní řídicí algoritmy dělají totéž pro dosažení „minimalizace chyb“ nebo „maximalizace zisku“, ale výsledné agresivní chování, stejně jako u řízení s jednou smyčkou, je obvykle nutné vyloučit kvůli zajištění dlouhodobého spolehlivého výkonu. 

7. Zisk regulátoru je silně závislý na rozsahu. Například regulátor tlaku s rozsahem od 0 do 1000 liber síly na čtvereční palec (PSIG) bude s použitím moderního inteligentního vysílače potřebovat zisk, který je 10krát větší, než má stejný regulátor s rozsahem 900 až 1000 PSIG (takovéto smyčky byly v minulosti tímto způsobem častokrát navrženy, aby vykazovaly vyšší přesnost v rámci skutečné provozní oblasti), aby byla zajištěna stejná odezva regulátoru na danou chybu. Jako volné vodítko poslouží hodnota zisku obvykle 1,0 pro každých 100 až 200 jednotek rozsahu pro regulátory teploty a tlaku s velkým rozsahem. 

8. Buďte si vědomi vzájemného ovlivňování smyček. Když působení jedné smyčky silně ovlivňuje jinou smyčku/smyčky, uživatel bude muset rozhodnout, která smyčka by měla být naladěna normálně a která z nich snižuje zisk a zvyšuje čas vynulování. Často neexistuje žádná praktická a zároveň spolehlivá možnost vyladit všechny smyčky v souborech interaktivních smyček pro včasnou reakci vzhledem k technickým požadavkům tohoto postupu s využitím technik, jako je „odstranění vazby“, a dle skutečnosti, že se mění zisky procesu, což podkopává jakýkoli takový plán. Pokyny pro rychlosti interaktivních smyček mají podobný základ jako tradiční kaskádové pravidlo, avšak s výjimkou reverzního chodu. 

9. Buďte odvážní, co se týče zisku, a opatrní při resetování, pokud je nutná striktní regulace. Existuje přesvědčení, že příliš mnoho zisku může způsobit cyklování, a jelikož resetování je v jednotkách času, kratší nastavení by mohlo přinést rychlejší regulaci. Ve skutečnosti je proporcionální regulační akce okamžitá a příliš mnoho resetování, zvláště v kombinaci s příliš malým ziskem, je nejčastější příčinou oscilací procesu. Pokud je tedy zapotřebí striktnější regulace, použijte větší zisk (až do limitu skutečného průměrného zisku procesu) a přesněji vylaďte integrální složku (opatrně, aby nebyla menší než skutečný čas odezvy procesu). 

10. Pochopte, kdy používat a kdy nepoužívat dopřednou složku řízení. Aplikace dopředné složky může být výhodná, pokud je určující poruchový stav dobře pochopen, když se jeho model (zisk, doba odezvy a doba nečinnosti) z jakéhokoli důvodu podstatně v čase nemění, a pokud je zaručeno, že nenarazíme na limitní hodnoty daného procesu nebo nedosáhneme velkých zisků či naopak neutržíme velké ztráty. Pokud tato kritéria nejsou splněna, zejména pokud dynamika modelu (doba odezvy a doba nečinnosti) není spolehlivě známá, je třeba se vyvarovat dopředné složky řízení. Každý model dopředné složky s sebou přináší další a další náklady na řízení a udržení bezporuchového provozu, což hromadné používání dopředné složky u řízení s více proměnnými jen navyšuje.

Úspěšné ladění smyček, definované jako minimální přepracovávání a přelaďování, závisí jak na chápání výkonnostních kritérií provozního procesu, tak i na znalosti tradičních ladicích nástrojů a metod, jako je Ziegler-Nichols. Když je perspektiva procesu zanedbávána, ladění smyček se často zasekne v cyklu neustálého přepracovávání (viz obrázek), než aby systém fungoval dle původního plánu.

Aplikace výše uvedených pokynů vám pomůže dostat se z bludného kruhu neustálého přepracovávání, zvýší vaši úspěšnost a povede k dlouholetému, spolehlivému a bezúdržbovému provozování většiny vašich smyček. 

Allan Kern je konzultant APC ve společnosti APC Performance.


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

Mezinárodní vodohospodářská výstava Vodovody-Kanalizace 2019
2019-05-21 - 2019-05-23
Místo: Praha, Letňany - nová hala 3 a 4
MSV Nitra 2019
2019-05-21 - 2019-05-24
Místo: Agrokomplex Nitra
Moderní technologie v energetice
2019-05-28 - 2019-05-28
Místo: Hotel Avanti, Brno
Fórum kvality
2019-05-28 - 2019-05-29
Místo: Holiday Inn, Žilina
Národné fórum údržby 2019
2019-05-28 - 2019-05-29
Místo: Hotel PATRIA, Vysoké Tatry

Katalog

Panasonic Electric Works Europe AG
Panasonic Electric Works Europe AG
Veveří 3163/111
616 00 Brno
tel. +420 541 217 001

Brady s.r.o
Brady s.r.o
Na Pantoch 18
831 06 Bratislava
tel. +421 2 3300 4862

ABB s.r.o.
ABB s.r.o.
Štětkova 1638/18
14000 Praha 4
tel. +420739552216

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
U Trezorky 921/2
158 00 Praha 5
tel. 00420737266673

všechny firmy
Reklama



Tematické newslettery






Anketa


Na horách/u moře
Na chalupě/chatě v tuzemsku
Co je to dovolená?

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   Partneři   |   Blogy   |   
Copyright © 2007-2019 Trade Media International s. r. o.
Navštivte naše další stránky
Trade Media International s. r. o. Trade Media International s. r. o. - Remote Marketing Továrna - vše o průmyslu Control Engineering Česko Řízení a údržba průmyslového podniku Inteligentní budovy Almanach produkce – katalog firem a produktů pro průmysl Konference TMI