Дискретные клапаны и пищевое производство
Подобные вопросы показывают, что информации по данной тематике крайне мало и инженеры не совсем представляют особенности использования такого решения и требований, предъявляемых к применяемому оборудованию, в отличии от управления клапанами с непрерывным регулированием. Надеемся, наша статья прояснит ситуацию с данным типом управления и поможет решить часто возникающие инженерные задачи, напрямую связанные с данной темой.
Общий тезис: использовать ПИД регулирование процессов нагрева и охлаждения при помощи электромагнитных дискретных клапанов можно и нужно, но с учетом ряда ограничений и особенностей.
В первую очередь сам объект\процесс которым мы управляем должен обладать значительной инерционностью и не требовать «быстрых» изменений своего состояния или же возмущения, влияющие на процесс, так же происходят достаточно медленно.
Ярким примером является пищевая емкость (резервуар-охладитель), используемая для брожения\ферментации, расположенная в обычном промышленном помещении: температура окружающего воздуха в помещении от 18 до 25 С (в зависимости от времени года и времени суток), сам процесс брожения\ферментации дает повышение температуры от 1 до 1,5 С, требуется поддерживать температуру 5…8 С путем подачи холодной воды с кулера в рубашку охлаждения. Сходными свойства обладают процессы, связанные с охлаждением емкостей для хранения продуктов (молочных, брожения – пива, сидра, вина, сусла, соусов и т.д.), подогревом для варки, созревания или поддержания заданных свойств продуктов.
Контур охлаждения емкости
Во-вторых, используемый ПИД регулятор на уровне алгоритма должен поддерживать данный тип управления. Это легко определить по наличию параметров в которых задается длительность циклов нагрева и охлаждения, а также соотношению мощности между ними. Понять физический смысл этих параметров легко:
Этими параметрами мы задаем регулятору возможности нашей системы для учета их при его авто настройке и работе. Так же желательно, что алгоритм ПИД регулирования был реализован на основе алгоритма с двумя степенями свободы (СТА 4/2006. ПИД регуляторы: принципы построения и модификации. Виктор Денисенко) и имел функцию компенсации перерегулирования, что хорошо сказывается на качестве регулирования и ресурсе силовых элементов системы.
Компенсация перерегулирования ПИД
В-третьих, нужно учитывать ресурс реле и клапанов при такой работе. В среднем ресурс встроенных в терморегулятор электромеханических реле при максимальной индуктивной нагрузке составляет 100 000 гарантируемых срабатываний. В хорошо спроектированных системах этого ресурса хватает на срок до 6-7 лет работы, до замены прибора. Если этого ресурса недостаточно, тогда лучше использовать модели регуляторов с транзисторными выходами и промежуточные твердотельные реле. Хорошим подспорьем в контроле оставшегося ресурса работы является функция регулятора обеспечивающая подсчет количества срабатываний или времени под нагрузкой (состояния выхода включен) выходной цепи управления.
Работа счетчиков времени наработки в KUBE
Как было уже упомянуто, нужно достаточно хорошо оценить возможности контура нагрева и охлаждения по влиянию на температуру контролируемой среды\процесса и ни коем случае нельзя подбирать клапаны «с запасом» по проходному сечению.
ПИД регулирование для подобной системы в многих случаях более оптимально с точки зрения выработки ресурса элементов системы, так как регулятор в этом случае работает не по жестким рамкам границ гистерезиса, а с учетом динамики изменения температуры.
Использования ПИД регулирования позволяет использовать функцию предупреждения LBA (Loop Breake Alarm, отказ элементов цепи управления), которая еще до критического отклонения параметров процесса может предупредить о неисправности элементов системы, например: об отказе клапана или управляющего реле, отсутствии давления теплоносителя и т.п.
Схема работы функции LBA
Мы предлагаем для решения таких задач использовать универсальные регуляторы ASCON TECNOLOGIC серии KUBE следующих моделей:
Контроллеры KUBE для управления соленоидными клапанами
"KM1-HCRR-D-- корпус 48х48, универсальный аналоговый вход поддерживающий типы сигналов K (ТХА), J (ТЖК), T (ТМКн), R (ТПП13), S (ТПП10), Pt100, Pt1000, мВ, мA, В, 1 дискретный вход, 1 универсальный дискретный вх/вых, 2 рел. выхода (4 и 2 А), питание 100-240 В~;
"KM1THCRR-D-- корпус 48х48, универсальный аналоговый вход поддерживающий типы сигналов K (ТХА), J (ТЖК), T (ТМКн), R (ТПП13), S (ТПП10), Pt100, Pt1000, мВ, мA, В, 1 дискретный вход, 1 универсальный дискретный вх/вых, 3 релейных выхода (4, 2, 2 А), встроенный таймер, питание 100-240 В~;
"KM1-HCRR-DS- корпус 48х48, универсальный аналоговый вход поддерживающий типы сигналов K (ТХА), J (ТЖК), T (ТМКн), R (ТПП13), S (ТПП10), Pt100, Pt1000, мВ, мA, В, 1 дискретный вход, 1 универсальный дискретный вх/вых, 2 рел. выхода (4 и 2 А), порт RS485 с протоколом Modbus RTU, питание 100-240 В~.
Они отвечают всем выше перечисленным требованиям к алгоритму ПИД регулирования, включая функции Fuoc управление перерегулированием с использованием нечёткой логики и LbA (Loop Breake Alarm, отказ элементов цепи управления), а также есть защита от кратковременной подачи питания, счетчики наработки самого прибора и исполнительного механизма с выдачей уведомительного сообщения по достижению заданного значения.
И пусть вас не пугает настройка коэффициентов ПИД – в KUBE это легко решается функцией интеллектуальной автоматической настройки EVOTune, выполняемой буквально в одно действие.
Запуск автоматической настройки ПИД в KUBE
К дополнительным преимуществам использования KUBE в таких задачах можно добавить:
Адаптеры связи AET1 и ARS
В случае необходимости ООО “КоСПА” готово взять на себя изготовление системы управления на базе регуляторов KUBE и ее наладку.
Смотрите так же нашу статью: Управление клапанами и задвижками (МЭО) в системах регулирования технологического процесса.
