Каскадное регулирование с контроллерами KUBE

   ASCON TECNOLOGIC линейка контроллеров регуляторов KUBE
Контроллеры-регуляторы KUBE с различными типами корпуса KR, KM(1/16 DIN), KX(1/8 DIN)

Для построения, на базе контроллеров-регуляторов KUBE компании ASCON TECNOLOGIC, автоматической многоконтурной каскадной системы регулирования процессом используется решение, при котором выходной сигнал регулятора передается с ведущего (мастера) контроллера KUBE ведомым по цифровому интерфейсу RS485. Использование цифрового интерфейса передачи данных позволяет защититься от помех и позволяет объединять в одну систему до 20 приборов KUBE (KR, KM, KX), выполняющих разные функции управления: электронагревателями, регуляторами мощности, горелками, клапанами или просто обеспечивая контроль предельных параметров для безопасной работы.

Общие сведенья о каскадном регулировании

Каскадное управление широко применяется для управления различными процессами, связанными с нагревом\охлаждением, поддержанием уровня\давления, концентрации, Ph и других параметров.  Его использование позволяет компенсировать задержки и предотвращать накопления энергии негативно влияющие на качество регулирования.

Каскадное регулирование расхода с ограничением по давлению

Каскадное регулирование расхода с ограничением по давлению

Каскадное регулирование в емкостях с нагревом\охлаждением и биохимических реакторах

Каскадное регулирование в емкостях с нагревом\охлаждением и биохимических реакторах

Каска дное регулирование в трубчатой печи обеспечивает компенсацию запаздывания

Каскадное регулирование в трубчатой печи обеспечивает компенсацию запаздывания

Каскадное регулирование в управлении электрических и газовых печах закалки, отжига, спекания, обеспечивает компенсацию накопления энергии

Каскадное регулирование в управлении электрических и газовых печах закалки, отжига, спекания, обеспечивает компенсацию накопления энергии

Реализация на контроллерах KUBE

Рассмотрим классическую задачу каскадного регулирования: нагрев проточной воды в баке через теплообменник подводимым паром. Необходимость использования в такой задаче каскадного регулирования объясняется запаздыванием контура управления, причиной которого является емкость бака, высокая теплоемкость воды и сопротивление передаче теплоты от пара внутри труб к воде в баке. Запаздывание приводит к существенным колебаниям температуры воды на выходе из бака, что не допустимо во многих технологических процессах. Контур регулирования расхода позволяет существенно повысить стабильности процесса.

Схема нагрева проточной воды в баке через теплообменник паром

Схема нагрева проточной воды в баке через теплообменник паром

Для примера возьмем в качестве ведущего контроллера базовую модель 48х48 KM1-HCRR-DS--E----, ведомым будет KM3-HCRMMD---E---- с возможностью управления положением клапана сигналами больше-меньше. Связь между контроллерами обеспечим через адаптер ARS1.

Контроллеры-регуляторы KM1, KM3 и адаптер ARS1 общий вид

Контроллеры-регуляторы KM1, KM3 и адаптер ARS1 общий вид

Настройки KUBE для организации многоконтурного регулирования

[84] SP.rt - параметр определяет, как ведомые устройства будут использовать значение, поступающее по последовательной связи:

  • rSP поступающее значение, используется в качестве удаленной уставки (RSP).
  • trin поступающее значение, будет алгебраически добавлено к локальной заданному значению, заданному в A.SP, и сумма будет использоваться в качестве удаленной уставки.
  • PErc поступающее значение,  будет масштабироваться на входном диапазоне AI, и полученное значение будет использоваться в качестве удаленной уставки.

[85] SPLr - выбор локальной или удаленной уставки. Диапазон:
  • Loc локальная уставка выбрана в [83] A.SP;
  • rEn удаленная уставка (получаем по последовательной связи).

Пример отображения параметра SP.rt KUBE  Пример отображения параметра SPLr KUBE

Пример отображения параметра SP.rt & SPLr на экране KM

[131] Add Адрес прибора в сети. Диапазон: oFF - если интерфейс не используется или значение от 1 до 254.

[132] bAud - скорость в бодах. Доступно, когда [131] отличается от oFF. Диапазон: от 1200 до 38400 бод. По умолчанию устанавливается 9600.    

[133] trSP - выбор значения для удаленной передачи. Доступно, когда [131] отличается от oFF. Диапазон:

  • nonE передача не используется (прибор является ведомым);
  • rSP прибор передает рабочую уставку (только для ведущего прибора);
  • PErc прибор передает выходную мощность (только для ведущего прибора).

Пример отображения параметров Add, bAud KUBE  Пример отображения параметров trSP KUBE

Пример отображения параметров Add, bAud и trSP на экране KM

Настройка параметров в ПО для конфигурирования KUBE через ключ A01

Настройка параметров в ПО для конфигурирования KUBE через ключ A01

В нашем примере параметры контроллеров будут следующие:

[84] SP.rt = PErc настраивается только в ведомых: масштабирование задания в соответствии с диапазоном с входным диапазоном ведомого контроллера – в данном случае с диапазоном измерения расходомера.

[85] SPLr =rEn настраивается только в ведомых: удаленное получение задания.

[131] Add у каждого контроллера свой адрес: 1 ведущий и 2 ведомый.

[132] bAud – можно оставить 9600 по умолчанию.

[133] trSP = PErc настраивается в ведущем.

Алгоритм управления 2-ПИД обеспечит быстрый выход на заданное значение и более устойчивую работу установки при наличии возмущающих воздействий, а нечеткая функция защиты от перерегулирования и рысканья дополнительно повысит качество регулирования.

Первоначально производится автоматическая настройка ПИД ведомого контура с фиксированным заданием с ведущего контроллера (в режиме ручного управления MAN), а уже после этого провидится автоматическая настройка регулятора ведущего контроллера.

Запуск автоматической настройки EVOTune KUBE 

Запуск автоматической настройки EVOTune

Автонастройка EVOtune не требует предварительного выставления коэффициентов ПИД регулятора и повторного запуска. Только в ведомом контуре необходимо задать время полного открытия клапана и длительность минимального управляющего сигнала (в KX6 доступна автоопределение этих параметров).

KUBE так же могут предложить дополнительные функции в таком применении:

  • ведущий контроллер может управлять выходным клапаном, перекрывая подачу воды если она холоднее или горячее установленных пределов вычисляемых относительно задания, или если контур регулирования выключен;
  • пуск каскада можно осуществлять по дискретному входу от внешней кнопки. Включение в цепь сигналов с датчика протока воды и реле давления пара сделают систему более безопасной. 

Расширенная схема нагрева проточной воды в баке через теплообменник паром
Расширенная схема нагрева проточной воды в баке через теплообменник паром 

Трех цветная индикация однозначно покажет состояние зоны: ниже задания – оранжевый, в допустимой зоне - зеленый, перегрев или авария - красный.

ASCON TECNOLOGIC изменение цвета основного экрана KM в зависимости от измеряемой температуры 

Диаграмма изменения цвета отображаемой величины в KUBE

Функции определения обрыва цепи управления (Loop Break Alarm) так же поможет остановить процесс до того, как он выйдет за допустимые пределы. 

Функции определения обрыва цепи управления LbA - Loop Break Alarm

Функции определения обрыва цепи управления LbA - Loop Break Alarm

Несомненную пользу в контроле за работой установки принесут счетчики времени наработки приборов и исполнительных элементов, которые так же можно использовать и для: Как напомнить забывчивым клиентам об оплате за оборудование.

ASCON TECNOLOGIC контроллер-регулятор KUBE уведомление об обслуживании

Сообщение о периодическом обслуживании

Создание сложных автоматизированных систем регулирования

Контроллеры-регуляторы серий X5, Q5 и AC3 для многоконтурного регулирования

Контроллеры-регуляторы серий X5, Q5 и AC3 для многоконтурного регулирования

Для систем каскадного регулирования с внешним заданием уставок (c панели оператора, контроллеров, SCADA систем) и контролем работы (SCADA), а также реализации более сложных комбинированных контуров с более сложными/не линейными функциями пересчета заданий рекомендуем использовать контроллеры регуляторы серий X5 (48х96), Q5 (96x96), AC3 (72x144 мм) или программируемый контроллер процесса NANOPAC NP4.

Смотрите так же статью: 

Многозонные системы регулирования с контроллерами KUBE

ASCON TECNOLOGIC: Двухдиапазонные системы регулирования с X5 и Q5