Помогите с алгоритмом.

[DemoN9577]

Всех с прошедшими праздниками!
Помогите с алгоритмом регулирования температуры рабочего раствора.
Имеем: 3-х контурный теплообменник.
Первый контур – пар с температурой 105-130 0С. На входе в теплообменник стоит регулирующий клапан с электроприводом, датчики температуры и давления.
Промежуточный контур – теплоноситель (вода или раствор этиленгликоля); открытая емкость, регулируемый циркуляционный насос, датчики температуры и давления.
Второй контур: Рабочий раствор, регулируемый циркуляционный насос, датчики температуры и давления.
Требуется: нагрев/охлаждение рабочего раствора до заданной температуры.
Условия: разность температур РР и теплоносителя в промежуточном контуре должна быть не более заданной (по ТЗ 7 0С); скорость нагрева РР не более 0,5 0С/мин (нижний порог максимально приближен к верхнему ). Максимальная температура теплоносителя в промежуточном контуре не более заданной (по ТЗ 55 0С).
Самый большой "затык" со скоростью нагрева.

[Boris Parkhomenko]

Требуется: нагрев/охлаждение рабочего раствора до заданной температуры.

Какая начальная и конечная температура рабочего раствора?
Установка, я так понял, периодического действия? Т.е. залили в бак рабочий раствор --> подняли температуру до заданной --> слили рабочий раствор из бака? Теплоноситель в промежуточном контуре успевает остывать до исходной температуры рабочего раствора за время простоя установки до загрузки следующей партии?
Насчет охлаждения рабочего раствора непонятно - в каком случае требуется охлаждение?

[DemoN9577]

Какая начальная и конечная температура рабочего раствора?

Начальная Т= Т окружающей среды. Нагрев до Т уставки

Установка, я так понял, периодического действия?

Нет. Температура должна поддерживаться в течение рабочей смены.
Суть установки: фосфатирование металлических изделий. В ванну с раствором фосфатов погружается изделие и выдерживается там в течение заданного времени и при заданной температуре. Ограничение по скорости нагрева и предельным температурам обусловлено тем, что при быстром нагреве и/или перегреве ( в том числе и локальном в точке контакта со стенками теплообменника) фосфаты в растворе выпадают в осадок, а покрытие становится пористым.
Предполагается что установка будет запускаться на нагрев за определенное время до начала рабочей смены (дежурным оператором либо автоматически) и выключаться после окончания рабочей смены.

Насчет охлаждения рабочего раствора непонятно

Техпроцесс предполагает возможность регулирования температуры в течение рабочей смены.

[Ryzhij]

Первый контур – пар с температурой 105-130 0С. На входе в теплообменник стоит регулирующий клапан с электроприводом, датчики температуры и давления.

Если речь о водяном паре, то это температура насыщенного (не перегретого) пара и абсолютно всё равно чем измерять его температуру. Тут температура и давление связаны однозначно. Можно и манометр в градусах разметить. Можно - термометр в барах. Можно второй датчик использовать как резервный канал информации. НО ВСЁ ЭТО ПРИ УСЛОВИИ ЦИРКУЛЯЦИИ ПАРА В КОНТУРЕ.
Различие показаний (температуры нет, а давление есть) это свидетельство нарушенной циркуляции пара.

По требованиям к скорости нагрева/охлаждения следует прежде всего проверить мощность теплообменников, особенно вторичного при максимально допустимом перепаде температур.
Есть смысл, во-первых, стабилизировать температуру пара на выходе первого теплообменника.
Во-вторых, температуру промежуточного теплоносителя в заданных пределах следует регулировать байпасируя первичный теплообменник через 3-ходовой клапан на стороне промежуточного теплоносителя. То же самое и с холодильноком для промежуточного теплоносителя.
А, в-третьих, интенсивность нагрева рабочей жидкости следует регулировать величиной её потока через конечный теплообменник.

[pike]

В большинстве случаев потребуется каскадное регулирование для компенсации запаздываний связанных с физическими процессами теплопередачи, циркуляции и теплоемкости в каждом из контуров.

Соответственно скорость нагрева (Ramp) должна настраиваться главном контуре - собственно это приращение уставки с момента запуска процесса.

[Ryzhij]

Соответственно скорость нагрева (Ramp) должна настраиваться главном контуре - собственно это приращение уставки с момента запуска процесса.

Запаздывание невозможно скомпенсировать никаким алгоритмом регулирования)))
Также как невозможно преодолеть недостаточную тепловую мощность теплообменников.

[pike]

Запаздывание невозможно скомпенсировать никаким алгоритмом регулирования)))

Колебательные процессы в контуре регулирования связанные с запаздыванием реакции системы на воздействие компенсируют как раз разбиением его на два контура ПИД: ведущий и подчинены - каскад. Бочка с теплообменником классическая задачка тау по этому разделу.
А так с запаздыванием в измерительном канале хорошо справляется экстраполятор Смита. Есть и другие алгоритмы, но они более сложные в реализации и эксплуатации.

[Ryzhij]

Колебательные процессы в контуре регулирования связанные с запаздыванием реакции системы на воздействие...

Тут как раз и "порыта собака" - в характере воздействия. Детерменированное - нет проблем с применением предкоррекции, а стохастическое - фигушки!

[DemoN9577]

То есть имеем:
Т1 -температура РР;
Ту1 - уставка температуры РР
дТ -допустимая разница температур между РР и ТН
Т2 - Температура ТН;
Ту2 - уставка температуры ТН

Отсюда: Т2у=Т1+дТ =<Ту1 при нагреве и Т2у=Т1-дТ >=Ту1 при охлаждении ( охлаждение происходит в рабочей ванне естественным путем, без применения чиллера)
В принципе ничего сложного, но! Как поведет себя ПИД-регулятор при постоянно меняющейся уставке Ту2???

[Ryzhij]

Как поведет себя ПИД-регулятор при постоянно меняющейся уставке Ту2???

Нормально. Очень много применений для ПИД используют именно такой режим.

охлаждение происходит в рабочей ванне естественным путем, без применения чиллера

Опять же вопрос упрётся в мощность теплопотерь, а то, может, и чиллер понадобится.

[DemoN9577]

Опять же вопрос упрётся в мощность теплопотерь, а то, может, и чиллер понадобится.

По словам заказчика делали расчет по теплообмену - всё проходит по требованиям.
При желании заказчика и финансовом стимулировании с его стороны, можно будет и чиллер поставить...

[pike]

В принципе ничего сложного, но! Как поведет себя ПИД-регулятор при постоянно меняющейся уставке Ту2???

"Сфероконический в вакууме" (выполненный по базовой формуле) не очень хорошо, большинство промышленных решений нормально, тем более что функция Ramp у них встроенная. Вы на чем собираетесь делать систему управления процессом?

[Boris Parkhomenko]

Температура должна поддерживаться в течение рабочей смены.

Тогда не хватает датчика температуры рабочего раствора (РР) на выходе из ванны. Без него нет обратной связи с объектом регулирования. Датчик температуры РР на выходе из второго теплообменника тут не подойдет.

По-идее, требуется два регулятора.
Первый
Регулируем разность температур РР и теплоносителя в промежуточном контуре.

Ограничение по скорости нагрева и предельным температурам обусловлено тем, что при быстром нагреве и/или перегреве ( в том числе и локальном в точке контакта со стенками теплообменника) фосфаты в растворе выпадают в осадок, а покрытие становится пористым.

разность температур РР и теплоносителя в промежуточном контуре должна быть не более заданной (по ТЗ 7 0С)

Для этого разность температур теплоносителя после первого теплообменника и РР на выходе из ванны подаем на вход регулятора, уставку делаем 4 град.С, выход регулятора идеально бы подключить к 3-ходовому клапану, как советовал коллега:

температуру промежуточного теплоносителя в заданных пределах следует регулировать байпасируя первичный теплообменник через 3-ходовой клапан на стороне промежуточного теплоносителя.

Второй
Поднимаем и поддерживаем температуру РР в ванне.
Для этого используем регулятор с приращением уставки (такое умеет, например, ТРМ101): в качестве начальной уставки принимаем текущее значение температуры РР на выходе из ванны на момент включения регулятора и каждую минуту меняем уставку

скорость нагрева РР не более 0,5 0С/мин

прибавляя 0,5 град.С - и так до достижения требуемой температуры. Выход регулятора подключаем к регулируемому насосу в контуре РР.

[DemoN9577]

Вы на чем собираетесь делать систему управления процессом?

Планируется Сименс S-315 + панель 700 "база"

Тогда не хватает датчика температуры рабочего раствора (РР) на выходе из ванны

Извиняюсь, рисовал "на коленке". Имеется датчик температуры в самой ванне + датчик уровня (аналоговый)+ насос для постоянного перемешивания раствора в ванне
ПыСы: на контроллер так же будет прикручено управление конвейером и контроль/регулирование еще трех ванн ( но там попроще )

[pike]

Планируется Сименс S-315 + панель 700 "база"

Так у сименса целая пачка мануалов по этому делу:
https://support.industry.siemens.com/dl ... PID_ru.pdf
http://www.empa.ru/Simatic_doc/S7-300/C ... ling_r.pdf

[DemoN9577]

Спасибо, буду изучать. А то раньше как-то больше перемещением занимался...

[POV]

Базовая панель не сильна (ограничена) в регистрации (тренды). А вам это все настраивать и процессы длинные (судя по описанию). Больше подошла бы комфорт или компьютер с RT или самописец еще электронный. Подумайте на эту тему.

[Linkel]

а если сделать температуру промежуточного энергоносителя константой, и регулировать расход этого энергоносителя?чем замарачиватся со всеми этими контурами

[Boris Parkhomenko]

а если сделать температуру промежуточного энергоносителя константой, и регулировать расход этого энергоносителя?чем замарачиватся со всеми этими контурами

А как при этом обеспечить выполнение следующего условия?

разность температур РР и теплоносителя в промежуточном контуре должна быть не более заданной (по ТЗ 7 0С)

Ограничение по скорости нагрева и предельным температурам обусловлено тем, что при быстром нагреве и/или перегреве ( в том числе и локальном в точке контакта со стенками теплообменника) фосфаты в растворе выпадают в осадок, а покрытие становится пористым.

[Linkel]

А как при этом обеспечить выполнение следующего условия?

разность температур РР и теплоносителя в промежуточном контуре должна быть не более заданной (по ТЗ 7 0С)

Ограничение по скорости нагрева и предельным температурам обусловлено тем, что при быстром нагреве и/или перегреве ( в том числе и локальном в точке контакта со стенками теплообменника) фосфаты в растворе выпадают в осадок, а покрытие становится пористым.

Ну ТЗ так ТЗ, тут уж я руками только разведу, либо попробовать выполнить такое регулирование и постараться выполнить их условие, впишется или нет, хз.
насчет второго, думаю тут проблема решается проще, нежели чем с классическим нагревом, пока мы будем регулировать подачу пара, когда это дойдет все до раствора, через час? не знаю коллеги, я еще до такого не дорос)

пс. к чему я это, просто у меня диплом был по отоплению, я брал скандинавскую модель центрального отопления, там все на расходе построено, а не на регулирование температуры носителя.

[Miraflores]

Прежде всего важно понять какие именно параметры технологически важно поддерживать точно, а какие просто должны быть в допустимом пределе. Иногда технологи темнят - почитайте литературу про техпроцесс. Например, в вашей задаче не всё сказано про рабочий раствор (РР), сказано что у него есть давление и температура. А есть ли расход не сказано, пусть даже не измеряемый, или РР "покоится" в неком реакторе?
На мой взгляд физически первый и второй контур взаимосвязаны и для них обоих достаточно одного П регурятора (или что то типа mid ranging control замутить). Но это это подчинённый регулятор в каскадном управлении. Сверху, на входа ПИ регулятора температуры РР "верхний предел ИМ достигнут" и "нижний предел ИМ достигнут" должны приходить сигналы с вычислителя скорости изменения температуры и вычислителя разности температуры. Чтобы он переходил в режим обратного пересчёта интегральной составляющей.
Если не понятно, погуглите "speed antiwindup" я думаю проясниться.
Успехов!