ПИ регулятор не могу настроить

[maxbellow]

Добрый день всем,

Столкнулся с проблемой: очень инерционная и медленная система. Имеются 2 танка с жидкостями, и из 1-го танка нужно задозировать содержимое на весь объем второго танка, которая в свою очередь перекачивается в 4 других танка. То есть идет перекачка с более менее постоянной скоростью по трубопроводу и в этот же трубопровод дозируется жидкость из первого маленького танка и эта жидкость должна закончиться аккуратно под опустошение второго танка, то есть необходимо соблюсти заданную концентрацию смеси, а именно 20г/гл.
текущий счет в литрах из первой емкости
ПИ регулятор ведет расчет по формуле заданное значение = ----------------------------------------------------- * соотношение желаемой концетн
текущий счет из второй емкости

В итоге получилась очень медленная система, и любой резкий скачок потока или его остановка ведет к очень медленному регулированию.

В результате имею вот такой график работы насоса (черный) и красный - значение расчетное желаемой концентрации, может быть есть у кого опыт работы с инерционными системами, как можно сгладить такой график к более прямому?

Мои настройки ПИ регулятора(вложение 2)

[Jackson]

Вы изначально, на мой взгляд, неправильно ставите задачу. Смотрите:

идет перекачка с более менее постоянной скоростью по трубопроводу и в этот же трубопровод дозируется жидкость из первого маленького танка и эта жидкость должна закончиться аккуратно под опустошение второго танка, то есть необходимо соблюсти заданную концентрацию смеси, а именно 20г/гл

Требование непрерывности дозирования никак не связано с выполнением требования достижения нужной концентрации.
Вы изначально должны в мелком баке отмерить столько жидкости, чтобы исходя из общего количества перекачиваемой жидкости получить нужную концентрацию, а скорость дозирования, то есть поток компонента из мелкого бака, должен быть строго пропорционален скорости потока основного компонента.

Я, честно говоря, вообще не вижу тут задачи для ПИД-регулирования. Только П-составляющая. Заранее рассчитать объёмы и скорости и держать задвижкой расход добавки строго пропорциональным расходу основного компонента, вот и всё. Если правильно рассчитать объёмы то эта задача решается даже вручную без единого компьютера, а Вы ПИД сюда тащите зачем-то.

[Marrenoloth]

Или вычислять задание к меньшему насосу из производительности большего и ставить два ПИ - на больший по потоку и на меньший по потоку. Но на меньший задание постоянно вычислять из большего. Т.е. два независимых быстрых регулятора.

А вообще, что измеряем? Поток, уровень в емкости, еще чего? И оба насоса с ПЧ или как? Чем регулируем-то?

[maxbellow]

Да оба насоса - это и дозатор с 1-го танка, и насос со 2-го танка с преобразователями частоты. Исходя из расчетов текущей концентрации к заданному значению концентрации насос дозатор или увеличивает производительность или уменьшает, так же он уменьшит производительность, если поток в основной трубе упадет, и тогда скорость дозации так же придется уменьшать.

[maxbellow]

Да оба насоса с преобразователями частоты, Основной поток в трубопроводе так же поддерживается с помощью ПИ регулятора. Раньше было, что и мелкий насос дозирующий регулировал только поток, но из=за особенностей обработки сигнала моим контроллером(есть задержка по времени, а я обрабатывал поток как среднюю сумму 10 значений, деленную на 10, потому что поток пульсирующий) происходила постоянная передозация вещества из первой бочки. А счетчик (сейчас использую цифровой счетчик) вещества из первой бочки использует цифровой сигнал для подсчета кол-ва прошедшего через трубу вещества, то есть 1 или 0, каждый пульс соответствует установленному объему с расходомера, это 0,1 л в час, счетчик в основном трубопроводе тоже цифровой, но там поток стабильный ( насос простой, а выше дозирующий с перепускными клапанами).

Уровень в бочке первой измеряю преобразователем уровня мм вод столба, это когда закачиваю туда воду, уровень во второй бочке измеряю по расходомеру, по результатам наполнения её

[Marrenoloth]

Задача поддержания процента дозировки хорошо решается при нормальном аналоговом сигнале от расходомеров и при той системе, что я описал выше. Основной насос только помедленнее ПИДом регулировать чем дозирующий.
Я так понимаю, основная проблема - это медленный аналоговый сигнал, получаемый не из 4-20мА, а дифференцированием импульсов. А нельзя его ускорить? Например, считать время между импульсами в какой-нибудь скоростной OB? Ну или, как вариант, заставить под предлогом решения этой задачи протащить 2 аналоговых сигнала (Наверняка ж вход на эих расходомерах есть такой. Если Пролайт ставят, то расходомеры EH или Данфос какой.)
Такие уровни в бочках использовать не получится - будут врать +- километр.
Ну или тупое решение - знаем производительность одну и вторую, делаем % дозирующему насосу от основного. Точность та еще, опять же, но надо смотреть по месту...

[maxbellow]

Я сейчас частотные импульсы получаю сразу в Сименс 400 на цифровой вход 1 раз в 300 мсек, контроллер работает с шириной макс 180 мсек, один импульс равен 0,1 л за пульс, расходомеры да E&H, частотники да, Данфосс))

Цифровой сигнал позволяет мне сражу производить подсчет и вычислять, то что получается, да из-за этого система очень медленная, я уже практически приблизился, что весь объем бочки заканчивается под нужный объем другой бочки, остается этот пид регулятор.

Да, по параметрам чек листа от расходомера, он не рассчитан на тот расход, который у меня, у меня дозация 40 - 50 л/ч, а должна быть минимум 60...

Я так понимаю тут только сидеть и долго подгонять?

[Marrenoloth]

Честное слово. Прокиньте два провода на аналоговые выходы расходомеров. Так у вас расходомер срабатывает раз в 3 секунды, а будет раз в 180 мсек. Соответственно, время реакции регулятора снизится на 2 порядка. Наверняка на заводе есть какие-то провода, хоть для текущего ремонта. Ну 2 канала аналоговых кинуть силами местных - не так, думаю, сложно. Просто с текущей реализацией это только сидеть и подгонять что-то куда-то. У вас система работает настолько неточно, что приходится делать ее медленной для нивелирования этой проблемы.

[maxbellow]

Там уже есть эти провода, так было реализовано до моего вмешательства, с такой реализацией по потоку все заканчивалось еще задолго до того как кончится жидкость в большой бочке, из-за пульсирующего потока дозатора, так как он скачает от 30 до 60 л/ч и нужно вычислять среднее значение потока в отдельном FC, делать два аналоговых входа на верхнем уровне, потом делать подсчет скаченных литров дозатора интегральным методом. И все это отстает по времени от реальных значений.

Так реализовал подрядчик, и при такой работе имею очень большой расход вещества, чтобы его уменьшить необходимо вводить гистерезис на заданное значение концентрации или самому занижать значение желаемой концентрации, а так как производство хочет чтобы 20 было 20 -ью а не как не другим числом, и ни каких гистерезисов.

Цифра 1 и 0 передается моментально, просто инерционностью будет система обладать, и не совсем понятны скачки регулятора на графике, почему в начале график вначале отлично выглядит, а потом после одной остановки насоса или изменении заданного значения концентрации начинает колебаться как ненормальные мне вообще непонятно???

[Marrenoloth]

Ага. Понял. Видимо, что-то упустил в объяснениях...

А что происходит в 8:50, что система дает такой скачок? Т.е. до этого пусть и плохо, но затухающие колебания и сами собой разболтаться они не могут.
Кстати, а какой график что показывает?

[maxbellow]

Расписал все на скрине

[Marrenoloth]

Ну, во время первого удара (там где уставку с 19 на 18 поменяли), напрягает розовый пунктир - что-то отключилось, потом что-то включилось. Это просто напрягает, не более...
А как подается уставка на регулятор дозации силикагеля? Как % от потока основного насоса или через каскад регуляторов?
Вообще, похоже, что регулятор дозации сильно шустрый. Если его замедлить, как это влияет на картину мира?
А то, что он прыгает - так и должно быть - эти колебания, по-факту, не колебания потока дозации, а колебания основного потока, а от них и дозация уже прыгает.

[maxbellow]

Розовый пунктир - % работы насоса дозатора, почему то косячно выводится в виде трехзначного числа, последняя цифра это десятые доли, то есть 120 = 12,0 % но это на работу никак не влияет, только пока как воспринимают другие)

Процент работы упал да, оператор перебил значение, с 19 г/гл на 18 г/гл насос резко сбавил процент работы, и пошла болтанка, но разница то от заданного значения была всего 1 - ца, максимум он должен был убавить процент своей работы на чуть чуть и по немногу, но почему то не произошло

у меня коеффициент усиления 8,5
время интегрирования 48000 мсек
время выборки 2000 мсек

[maxbellow]

уставка так подается:

текущее значение концентрации = счет текущий силикагеля с бочки делим на счет основного продукта в основном трубопроводе, потом умножаем на коефициент разбавления(формула для его расчета верная, 100 проверил, её из литературы взяли и сам я её еще раз пересчитал). Я там проверил по формуле, если по единицам измерения проверять, то получается г/гл

Уставка должна быть 20 г/гл

текущую сравниваем с той, которая получается и подаем на регулятор и на выходе управляем VLT, то есть выходной параметр регулировки подается на вход частотного преобразователя.

[Marrenoloth]

Т.е. я правильно понимаю, что на регулятор подается задание, высчитанное не от расходов, а от прошедших объемов? Если так, то понятно почему ничего не получается с настройками - два медленных процесса, которые, исходя из регулирующего воздействия превращают регулятор из ПИ в ИИ2. Естественно, что это медленно и страшно. Постараюсь узнать как люди выходили из такого положения.

[Marrenoloth]

Узнал. Везде поголовно использовали следующий алгоритм: Насос пива регулируется ПИ-регулятором от расхода. Дальше от мгновенного расхода пива высчитывается необходимый мгновенный расход силикогеля и как уставка подается на его ПИ-регулятор.Таким образом поддерживается точное соотношение дозации. Гипотетически, при правильном наведении, бочка силикогеля должна будет высосаться как раз к концу дозации, но эта задача никогда не была первичной.
Дальше мои мысли уже:
А нельзя поменять расходомер на подходящий по параметрам?
Может быть использовать для фильтрации показаний расходомера не среднее арифметическое, а А-звено? Это сохранит "биение" показаний с него, но сделает их существенно глаже - более точные показания будут.
Все-таки определиться что важнее технологам - правильность дозации или чтобы емкость силикогеля полностью выбралась. Решить и ту и ту задачу одновременно в реальных условиях невозможно.

[maxbellow]

Спасибо...

[maxbellow]

Может быть использовать для фильтрации показаний расходомера не среднее арифметическое, а А-звено? Это сохранит "биение" показаний с него, но сделает их существенно глаже - более точные показания будут.

А-звено, это что? Апериодическое звено первого порядка,я правильно понимаю?

[Marrenoloth]

Да, оно самое.

Как вариант, можно еще попробовать написать предсказание для потока по линейной или квадратичной формуле. Но в процессах ПИ регулирования я не увидел чтобы это сильно меняло ситуацию.

Если позволят провести опыт на воде, можно еще попробовать ПД-регулятор поставить вместо ПИ. Исходя из того, что реально у вас ИИ2, как раз ПИ и получится. Это если не менять алгоритм регулирования. Вопрос только с коэффициентами...

[Marrenoloth]

maxbellow, расскажите потом чего удалось добиться, пожалуйста?

[maxbellow]

maxbellow, расскажите потом чего удалось добиться, пожалуйста?

Конечно. но пока все также. удалось растянуть на весь танк, но дозация по формулам расчетная установлена 19 г/гл. А в итоге получается 20 г/гл, в принципе этого и добивались, то есть 20-цки) Но! для этого приходится ставить 19 г/гл.

Система получается с большой погрешностью почему-то, каждый раз при заполнении бочки водой с силикагелем уровнемер E&H DeltapilotS регистрирует какой-то уровень, но вышедший по счетчику объем не равен тому что было в бочке, а иногда равен. То есть получается вот так - см вложение.

Дело то и в том, что силикагель в воде полностью не растворяется, и при засыпании работает мешалка (что очень важно при определении уровня), но я ее отключаю на 30секунд при переходах шага. Или этого недостаточно, или масса распределена в бочке неравномерно, и поэтому получается такая лабуда...

[maxbellow]

Обещал ответить, пока решено поменять расходомер на такой же, только Ду будет 4мм, а не 8, что позволит сократить скачки первое, и нового расходомера диапазон больше лежит в том направлении, которое ближе к нулю.