Регулирование газа

[Andrey123]

Добрый день! Помогите пожалуйста с решением проблемы. Как осуществить регулирование тремя клапанами-регуляторами на одном потоке газа. Сначала газ разделяется на два равных потока. Одна часть нагревается на теплообменнике, затем они смешиваются и разделяются опять на две равные части, на этот раз регулируется только газ который идет мимо теплообменника 2. Нужно поддерживать температуру на выходе. Расход на входе фиксированный. Как лучше реализовать алгоритм? Может есть материалы, которые можно почитать. Заранее благодарен.

[alex45]

Ну обычно температуру газа регулируют подачей теплоносителя в теплообменник, а не подачей газа.

[Andrey123]

в качестве теплоносителя тоже газ и он не меняется

[Универсал]

А одним трёхходовым клапаном нельзя регулировать?

[Andrey123]

нет, это большая система и она уже есть.

[Serex]

В каких пределах может изменяться поток газа? За 100% возьмем максимально открытые регуляторы.
Регуляторы аналоговые или дискретные?
Начните с простого расчета теплоемкости. Может там одного теплообменника более чем хватит. Тогда только 3 регулятор достаточно использовать.

[rwg]

В постановке задачи не понял одной детали. Каким-то образом поток газа дважды делится на две равных части. Отсюда вывод, что положение клапанов-регуляторов ни на что не влияет и ими ничего регулировать невозможно. Слово "равных" явно не стыкуется со здравым смыслом. Почитать лучше всего технический регламент на автоматизируемую установку. В нём должны быть все технологические подробности, на основании которых можно выбрать наиболее правильное именно в этом случае решение.

[Parliament74]

Так-то логика приблизительно такая: смотрим температуру на выходе: если низкая - пускаем больше газа через теплообменник 2 (закрываем клапан 3), если с теплообменника больше тепла забрать не можем, то начинаем забирать тепло с теплообменника 1 (закрываем регулятор 2, открываем регулятор 1). Здесь, правда, возможно теплообменник 1 - основной, теплообменник 2 - догревающий, тогда при уменьшении температуры на выходе сначала даём больше газа на теплообменник 1, потом уже если его не хватает - догреваем на теплообменнике 2.

При этом правда надо смотреть какие ограничения по пропускной способности теплообменников и сопутствующим параметрам, какое быстродействие надо, какие ограничения по ошибке регулирования и колебаниям давления и пр.
Только это явно не похоже на схему некой "большой системы, которая уже есть" )))

А так, пока автор нормально задачу не формализует, никто ему ничего нормального не посоветует...

[Looker]

А так, пока автор нормально задачу не формализует, никто ему ничего нормального не посоветует

Пусть он даст схему полную + желания технологов => будем советовать.

А одним трёхходовым клапаном нельзя регулировать?

Для регулирования теплообменников трехходовой - лучший выбор по регулированию теплоносителя - ближе всех методов к линейной характеристике.

PS. Газом, газ охлаждать (и нагревать) встречал: дегазация шахты (газ: 35-37 градусов, влажность 100% /водокольцевой насос/). В агрегат нужна влажность не более 80% (в форкамеру до 40%). Т.е. примитивно - охладить, конденсат слить, потом нагреть. В чужом проекте (DE) видел, как это тепло (и холод) утилизируется - обратными ходами газа. Внешние источники тепла и холода были нужны, но уже в меньшей мощности.

[Andrey123]

Вопрос то стоит не с точки зрения технологии, а с точки зрения автоматизации. Как обычно регулируют в таком случае? Какие средства выбрать для этого? Если ли может быть готовые решения в каких-нибудь контроллерах/системах? По поводу технологии регулирование происходит только так и ничего я менять не могу. Технологи дают задание типо такого: температура на выходе -2, нужно ее поддерживать тремя клапанами-регуляторами. Регуляторы аналоговые, задание 4-20 мA. Разделение газа на равные части означает, что если клапана-регуляторы будут открыты на 100% поток поделится примерно на равные части.

[pike]

Первая часть это точно двухдиапазонное регулирование (split range control), второй блок не очень понятно зачем нужен, но можно предположить, что это каскад с каким-то вариантом ограничения. Вам нужны два контроллера-регулятора с 2 аналоговыми выходами: на втором контуре 1 выход идет на управление клапаном, второй транслирует температуру (?!) на вход первого контура, где контроллер-регулятор управляет двумя клапанами.
Датчик температуры точно один в схеме?

[Looker]

Технологи дают задание типо такого: температура на выходе -2, нужно ее поддерживать тремя клапанами-регуляторами. Регуляторы аналоговые, задание 4-20 мA. Разделение газа на равные части означает, что если клапана-регуляторы будут открыты на 100% поток поделится примерно на равные части.

Технологи иногда сами себе противоречат - в сложных системах ("хороший автоматизатор после внедрения знает технологию лучше хорошего технолога" (с) мой).
Если все это собрано - снимай характеристики объекта: дернул клапан - оцени реакцию, и так по всем клапанам, но по отдельности. Там где будет самая быстрая реакция - это основной контур регулирования. Может быть много контурная система понадобится.
Три регулирующих органа для поддержания одной переменной. Снимаю шляпу перед тем, кто это сделает. На основе нечеткой логики это может оказаться самым легким решением. Тяжело только правила прописать.
Время реакции какое должно быть? Технологам не верить, от них будет ответ - вчера.

[Serex]

Ну не надо пугать нечеткой логикой. Просто нужно разложить все по порядку и испробовать вначале самое простой. На простом будет видна динамика процесса и оттуда уже можно строить теории искусственного интеллекта, если понадобиться.

Я так понял, все регуляторы имеют одинаковый Ду, но если и разные на общую логику это принципиально не повлияет.
Нужно разложить как регуляторы работают по порядку от минимального теплосъема (миним.температура) до максимального теплосъема.
Мой вариант
Исх: Рег1-закр,Рег2-откр,рег3-откр Шаг1: Рег1-откр,Рег2-откр,рег3-откр Шаг2:Рег1-откр,Рег2-закр,рег3-откр Шаг3:Рег1-закр,Рег2-откр,рег3-закр Конец.
Далее берем простой пропорциональный регулятор с бинарным выходом: Если мало температуры: выход = тру - увеличиваем теплосъем, если фалсе - уменьшаем теплосъем. Все регуляторы открываем последовательно, как указано выше. Переходим к следующему регулятору, только когда предыдущий достиг крайнего положения.
Если такое регулирование заработает, уже можно пропорциональный регулятор заменить на полный ПИД. Выход регуляторы уже будет с тремя позициями + / 0 / -. Как и предыдущий, только при 0 ничего не делаем.

Это всего лишь один из множества вариантов, но рекомендую начинать с простого.

[Andrey123]

если три пид-регулятора делать, каждый из которых будет работать по одному датчику температуры, что будет?

[pike]

если три пид-регулятора делать, каждый из которых будет работать по одному датчику температуры, что будет?

Ни чего хорошего. Вы как их настраивать будите? А уставки как задавать?

[rwg]

Вопрос то стоит не с точки зрения технологии, а с точки зрения автоматизации. Как обычно регулируют в таком случае? Какие средства выбрать для этого?

Предложите технологам вариант: клапан регулятора 1 полностью закрыть, клапан регулятора 2 полностью открыть, теплообменник 1 сдать в металлолом и стабилизировать температуру клапаном регулятора 3. С точки зрения автоматизации это стандартное и идеальное решение. С точки зрения технологии вас обзовут дураком и наконец-то объяснят, почему теплообменник не один, а два. Из средств автоматизации чаще обычно используют термометр сопротивления и ПИД-регулятор, совместимый с электроприводом клапана.

[pike]

Оставив открытым первый клапан, прикрывая второй вы будите все равно регулировать расход через первый теплообменник.
Тогда задача будет сводится к паралельному двухдиапазонному регулированию (parallel split range control) с 2 исполнительными клапанами, по логике типа:

только в этом случае "большой" или '"малый" клапан будут определяться какой из теплообменников больше (подозреваю что 1 потому у него на входе и стоит клапан).
Если это так, то весь вопрос в остальных условиях на систему управления (подозреваю, что совсем открывать клапаны 1 и 2 нельзя нужно обеспечивать подпор) и сопряжения с остальным АСУ (интересно на чем собрана?).

[Jackson]

В постановке задачи не понял одной детали. Каким-то образом поток газа дважды делится на две равных части

Почему на равные части? Части далеко не равные, этим соотношением как раз и можно управлять.

Отправлено спустя 6 минут 47 секунд:
И тут достаточно просто всё, по-моему. Два независимых регулятора один за другим. Сначала сделать каждый из них в отдельности, затем Кп у обоих уменьшить примерно вдвое, подстроить по месту. И нужен датчик температуры посередине (это точка выхода первого регулятора и входа во второй). Постоянные времени обоих регуляторов лучше сделать разными, чтобы избежать резонанса, у второго лучше побыстрее первого - тогда второй будет компенсировать огрехи первого. При выходе из строя одного из них - открываем/закрываем его клапана напрямую и живём только на втором.

Отправлено спустя 2 минуты 32 секунды:

А так, пока автор нормально задачу не формализует, никто ему ничего нормального не посоветует...

А что Вы хотите ему посоветовать? Тут уже достаточно насоветовали, по-моему, для любого решения. Осталось сделать.

[Andrey123]

Нет никакого датчика посередине. По сути Вы советуете сделать два пид регулятора, которые регулируют по одному параметру, только их настроить по разному. Но будет ли так работать на практике?

[Jackson]

Нет никакого датчика посередине. По сути Вы советуете сделать два пид регулятора, которые регулируют по одному параметру, только их настроить по разному. Но будет ли так работать на практике?

У меня это работает на практике. А датчик, если надо, можно и поставить.

Отправлено спустя 14 минут 42 секунды:
А можно и по-другому сделать, как уже предлагали. Те же два регулятора, второй полностью "закрыт" пока работает первый. Как только первый регулятор достигает максимума - он фиксируется в максимуме и начинает работать второй. Второй упёрся в минимум - так и оставляем в минимуме и разблокируемся первый.
Два минуса:
1. Увязать между собой регуляторы сложнее.
2. Могу ошибаться, но по технологии логичнее загрузить все теплообменники, чем какой-то один.

Отправлено спустя 59 секунд:
В общем, тут идей уже уйма - остаётся наконец сделать и проверить на практике.