Регулирование давления с поддержанием уровня

[A1exeR]

Здравствуйте.
Сам пока с подобными задачами не сталкивался и знакомые коллеги тоже ничего не смогли подсказать.

Есть система, в которой насос качает жидкость из емкости. Нужно добиться стабильного давления после насоса в заданном диапазоне.
Уровень в емкости тоже нужно поддерживать на заданном уровне, чтобы избежать перелива или опустошения, но в принципе параметр вторичный. Емкость маленького объема и может быть быстро опустошена насосом. Наполнение емкости по сути должно быть стабильным, но это в идеале.

Какие могут быть решения у задачи? Корректно ли использовать тут каскадное регулирование?

[alex45]

Наполнение емкости по сути должно быть стабильным

В этом случае использование ёмкости теряет смысл. Ёмкость используют как некий буфер, позволяющий согласовать подачу и разбор.
Обычно в ёмкости устанавливается два реле уровня. По нижнему уровню включается наполнение, по верхнему выключается. По сути как бачёк в унитазе.
Ну а чтоб давление после насоса поддерживать можно например частотник поставить.

[Valerich]

Здесь 2 раздельных контура регулирования: первый поддерживает уровень в баке, второй поддерживает давление после насоса.

Первый можно реализовать как на дискретных датчиках, управляя подающим дискретным же клапаном или применить аналоговый датчик уровня и управлять регулирующим клапаном на подаче.

Второй контур аналоговый - датчик давления и ПЧ насоса. Для сглаживания давления можно дополнительно установить мембранный бак.

[A1exeR]

Спасибо за ответы, но видимо надо еще раз уточнить условия задачи.
Есть насос с частотником, датчик давления после насоса и емкость с аналоговым датчиком уровня. Наполнением емкости мы управлять не можем, так как наполняется она от другого агрегата. Давление кроме как насосом можно изменить с помощью увеличения или уменьшения нагрузки, на которую качает насос, но это не предусмотрено в автоматическом режиме. Тут решение должен принимать оператор.

Пока мне показалось, что можно попробовать каскад из регуляторов. Первый регулирует давление и выдает уставку на второй, который регулирует уровень. Второй дает управляющее воздействие на частотник.
Задание от первого должно быть ограничено рабочим диапазоном уровня для емкости.

p.s. Насчет того, что емкость - это буфер, тут вы правы. Стабильное наполнение - это я перегнул.

p.s.s. Это не проект, а уже почти действующий объект, так что вводные не поменять.

[Valerich]

Вот сейчас сбили с толку. Мы вообще какую проблему решаем?

Давление ... можно изменить с помощью увеличения или уменьшения нагрузки, на которую качает насос, но это не предусмотрено в автоматическом режиме.

Вот эту?

[Parliament74]

Наполнением емкости мы управлять не можем, так как наполняется она от другого агрегата.

каскад из регуляторов. Первый регулирует давление и выдает уставку на второй, который регулирует уровень

у меня одного когнитивный диссонанс возник?

Отправлено спустя 12 минут 22 секунды:

Есть система, в которой насос качает жидкость из емкости. Нужно добиться стабильного давления после насоса в заданном диапазоне.

Аналоговый датчик давления на выходе насоса + ПИ-регулятор в частотнике / ПЛК.

Уровень в емкости тоже нужно поддерживать на заданном уровне, чтобы избежать перелива или опустошения <...> Емкость маленького объема и может быть быстро опустошена насосом

Если вы не управляете подпиткой, то единственное, что вы можете сделать - останавливать частотник по низкому уровню в баке (можно перед остановкой просигнализировать Алярму "Ахтунг! Ахтунг!" для оператора, чтобы он сам мог принять решение - останавливать частотник или что-то другое делать).

Какие могут быть решения у задачи?

Спасибо за ответы, но видимо надо еще раз уточнить условия задачи.

Здесь, скорее, надо внести исправления в готовый в вашей голове ответ для этой задачи, который не совпадает с окружающей нас объективной реальностью...

[Looker]

Технологическую схему и желания к управлению. Разговор будет более предметным.

[A1exeR]

Технологическая схема
https://ibb.co/J2K0BmC

Мы вообще какую проблему решаем?

Проблему регулирования двух параметров одним механизмом.
Управление нагрузкой после насоса осуществляется только тогда, когда насос уже работает на максимальной или минимальной допустимой частоте, но при это не удается получить необходимое давление.

у меня одного когнитивный диссонанс возник?

А по существу можно?

[Looker]

Проблему регулирования двух параметров одним механизмом.

Так не бывает.

[petr2off]

Проблему регулирования двух параметров одним механизмом.

Это классический косяк начинающего АСУ ТПшника. Мало того, что не бывает. Если вдруг оказывается, что эти два параметра связаны, каким то физическим процессом - то и 2 регулятора могут не помочь. У меня был случай, с параллельными насосами. Попытка регулировать токи на них провалилась - потому как ток связан с напором, а насосы связаны общим выходным коллектором.

[keysansa]

Технологическая схема
https://ibb.co/J2K0BmC

Разговор про 1 насос. 1 датчик давления 1 датчик уровня.
Схема - мягко говоря - не соответствует даже при дублировании.

Попробую со слов:

Есть насос с частотником

датчик давления после насоса

емкость с аналоговым датчиком уровня. Наполнением емкости мы управлять не можем, так как наполняется она от другого агрегата

Емкость значит до насоса с ПЧ.

Значит емкость отбрасываем (управлять мы не можем), и остается только давление. Где тут 2 параметра для регулирования?

[paradoxxx]

Пока мне показалось, что можно попробовать каскад из регуляторов. Первый регулирует давление и выдает уставку на второй, который регулирует уровень. Второй дает управляющее воздействие на частотник.
Задание от первого должно быть ограничено рабочим диапазоном уровня для емкости.

Если я правильно суть задачи, то делать нужно наоборот: первый - регулятор уровня, его выход (ограничен рабочим диапазоном давления) идет как задание для регулятора давления.
Логика такая: если уровень в баке ниже желаемого, то снижаем производительность насоса до нижнего рабочего предела, если выше желаемого, то повышаем производительность насоса до верхнего рабочего предела.

[Looker]

A1exeR, выбирай, что в твоей задаче первично и вторично (уровень или давление). Т.е. что выступает как PV для регулятора, а что будет ограничением.
В качестве PV выбрать то, что лучше регулируется (максимальный диапазон), но бывают исключения и как правило навязанные технологом.

[Serex]

Если бак имеет сообщение с атмосферой, то давление там будет гидростатическое и регулироваться насосом не будет. Это где-то в трубе давление будет зависеть от насоса.
И где уже технологическая схема расположения оборудования? Где параметры, какие должны быть? Уровень емкости, нагнетаемое давление?
На палец что ли оценивать размер Юпитера?

[petr2off]

Мне кажется применение каскадного регулятора здесь не правомерно. Изменение уровня ни как не влияет на величину напора. Для каскадного регулятора это важно. Как совершенно справедливо заметил Looker - разберитесь для начала в основных параметрах регулятора. Что у Вас переменная процесса, что у вас управляющее воздействие.
Давайте разберемся с применением каскадного регулятора примере. Это пример использования каскадного регулятора реальный - это регулирование температуры в помещении частотных преобразователей. Переменная процесса в данном случае была температура в помещении. Управляющее воздействие - положение задвижки подмеса входящего (холодного) и выходящего (теплого потока). Простая схема регулирования не работала, вследствии инертности объекта. Поэтому была применена каскадная схема регулирования. Для которой была введена дополнительная переменная - температура воздуха в канале вентиляции. Соответственно Регулятор верхнего уровня использовал переменную процесса температура в помещении и выдавал управляющее воздействие - задание для регулятора нижнего уровня, температуру в канале. Для которого та была переменной процесса, а управляющее воздействие - положение задвижки. Уфф. Извинюсь за много букв.
В данном случае - не получится. Задача регулирования 2-х независимых параметров одним регулятором (а каскадный регулятор это в сущности 1 регулятор) сродни задачи вечного двигателя.

[alex-tec]

Мне кажется применение каскадного регулятора здесь не правомерно. Изменение уровня ни как не влияет на величину напора. Для каскадного регулятора это важно. Как совершенно справедливо заметил Looker - разберитесь для начала в основных параметрах регулятора. Что у Вас переменная процесса, что у вас управляющее воздействие.
Давайте разберемся с применением каскадного регулятора примере. Это пример использования каскадного регулятора реальный - это регулирование температуры в помещении частотных преобразователей. Переменная процесса в данном случае была температура в помещении. Управляющее воздействие - положение задвижки подмеса входящего (холодного) и выходящего (теплого потока). Простая схема регулирования не работала, вследствии инертности объекта. Поэтому была применена каскадная схема регулирования. Для которой была введена дополнительная переменная - температура воздуха в канале вентиляции. Соответственно Регулятор верхнего уровня использовал переменную процесса температура в помещении и выдавал управляющее воздействие - задание для регулятора нижнего уровня, температуру в канале. Для которого та была переменной процесса, а управляющее воздействие - положение задвижки. Уфф. Извинюсь за много букв.
В данном случае - не получится. Задача регулирования 2-х независимых параметров одним регулятором (а каскадный регулятор это в сущности 1 регулятор) сродни задачи вечного двигателя.

Каскадное регулирование в вентиляции как раз достаточно стандартное решение.

[A1exeR]

Действительно плохо вник в физику процесса и технологи понимания не добавили, а только своими хотелками еще больше запутали.

Для нагрузки после насосов нужно стабильное давление в определенных пределах, достаточно узких. Так говорят технологи.
И также мы имеем емкость, которая не такая уж и большая. Падение уровня в ней приведет к тому, что насосы перестанут нормально работать, а превышение - это перелив. Тут технологи тоже хотят все контролировать.

Стабильность давления - это стабильность оборотов двигателя.
Получается, если мы будем пытаться держать давление на какой-то уставке, то нам надо держать одни и те же обороты.
Но если при этом мы имеем изменяющуюся интенсивность наполнения бака, то при постоянных оборотах он будет или переполняться или опустошаться с течением времени.
Если бы время опустошения или наполнения было бы большим, то наверно периодически можно было давать двигателю увеличить или уменьшить обороты для выравнивания уровня. Но в такие моменты давление все равно бы изменялось, а так как еще и емкость маленькая, то колебания будут регулярными.
Получается, что регулирование давления насосом в данной системе в принципе не возможно, так как выводит ее из равновесия.
Если бы мы могли управлять интенсивностью наполнения, то это было бы реально, а так регулировать видимо буду только уровень.
Тоесть из пожеланий технологов есть возможность получить стабильный уровень в определенных пределах, а следовательно стабильность давления. А вот его величину путь регулируют нагрузкой.

[petr2off]

Каскадное регулирование в вентиляции как раз достаточно стандартное решение.

А кто нибуть говорил что оно не стандартное, я его и привел - как вполне оправданное решение. Применяется не только в вентиляции кстати, мы аналогичное решение использовали в системах масляного охлаждения. Суть в том, что каскадная система регулирует 1 параметр. И нельзя с ее помощью регулировать 2 параметра. Поправите меня, если я не прав.

Стабильность давления - это стабильность оборотов двигателя.

Если уж совсем точно - то стабильность оборотов это стабильность напора насоса. А выходное давление это входное + напор. Просто высота бака обычно достаточно мала по сравнению с напором,и этой парой процентов вполне можно пренебречь.

[Looker]

Действительно плохо вник в физику процесса и технологи понимания не добавили, а только своими хотелками еще больше запутали.

Для вникания в физику процесса и борьбы с технологами, очень правильное замечание:

А выходное давление это входное + напор. Просто высота бака обычно достаточно мала по сравнению с напором,и этой парой процентов вполне можно пренебречь.

[Ryzhij]

Есть такой параметр, как расход (поток) в линии.
Постоянство уровня в ёмкости может быть достигнуто при равенстве расходов в линиях наполнения и опорожнения.
А вот будет ли при этом обеспечено нужное давление после насоса откачки, это вопрос космический, т.к. нам неизвестны ни характеристики насоса, ни характеристики его трубопроводной обвязки.
АСУ ТП обычно начинается с именно с ТП.
Разберитесь с технологией.

Отправлено спустя 14 минут 26 секунд:

Стабильность давления - это стабильность оборотов двигателя.

Это только если расход и гидравлическое сопротивление линии постоянны
А про постоянство этих характеристик никто и звука не издал.

[petr2off]

Если уж совсем по теории, то расходная характеристика насоса это конус с координатами напор, расход, обороты. Стабильные обороты соответственно это срез этого конуса. Обычно при повышении напора расход уменьшается. Если выходное сопротивление выше развиваемого напора, то расход равен 0.

[alex-tec]

А кто нибуть говорил что оно не стандартное, я его и привел - как вполне оправданное решение. Применяется не только в вентиляции кстати, мы аналогичное решение использовали в системах масляного охлаждения. Суть в том, что каскадная система регулирует 1 параметр. И нельзя с ее помощью регулировать 2 параметра. Поправите меня, если я не прав.

Конечно абсолютно прав, я лишь подтвердил, что это распространенное решение. В тепловых пунктах подобным же образом осуществляется защита от превышения обратки. При превышении обратки, возвращаемой в теплосеть, снижается уставка t° теплоносителя в контур теплоснабжения.