Позиционирование заслонки

[Alik]

Может кто объяснить примерную схему управления положением дисковой заслонки?
Исполнительный механизм Auma, сигнал от него заводится на преобразователь seneca z109reg для гальванической развязки, далее от преобразователя на AI модуль s7-300.
От Auma идет аналоговый сигнал(не знаю какой именно токовый , напряжение или сопротивление), ПЛК принимает его( допустим высчитывает что это = 20% открыто) и сравнивает с заданной уставкой(допустим 50% открыто). Дальше опять сравнивает в блоке больше/меньше, и вычисляет: аха положение 20% меньше 50%, значит надо включить первый пускатель (2 пускателя: первый для прямого пуска, а второй реверс) через дискретный выход DO модуля. и как только сигнал от auma станет равным 50% ПЛК даст команду на отключение дискретного выхода.
правильно ли я понимаю? если не так, прошу исправить, подправить, может добавить где копать, что читать..

[Никита]

Это верхушка большого айсберга ).
Если речь именно об

управлении положением

- то примерно так и есть. Ну гистерезис только добавить небольшой на помехи и люфты. И не забыть про концевики и моментные муфты в электросхемах. С последними, кстати, бывает не так просто, на некоторых механизмах при срыве выключатели дают короткий импульс и возвращаются обратно.
Особо продвинутые управляют через частотники :) Не особо - через ПБР-ы.
Продвинутые и богатые - ставят Aumatic и в него в цифре по модбасу или чему еще, вариантов много, засылают требуемое положение.
Блок "больше-меньше" - ну хозяину виднее, но лично я не видел системы программирования ПЛК без готового блока трехпозиционного регулятора (обычно с нечувствительностями, гистерезисами и т.п.). Если S7-300 упомянут не всуе, посмотрите описалово на FB42, только не пугайтесь :) Для Вашего случая там много лишнего, мож и правда проще самому примитивный набросать

А вот если речь про регулирование параметра этой задвижкой - много вариантов. ОС по положению часто исключают (ввиду низкой надежности реостатов и ненужной дороговизны надежных альтернатив), для управления используют импульсы от ШИМ, используя привод как интегратор. Кстати, подобная идея еще на конденсаторах была у в книгах Клюева задолго до всяких ПЛК.
Если же все-таки делать каскад и включать регулятор положения - очень вероятно что где-то придется учитывать характеристику заслонки "угол-ваша_координата", ибо привода обычно сигнализируют только положение вала.

P.S. Судя по вопросу, вы FC105 уже успешно победили?

[Useful]

Никита, а можете поделиться математикой или формализованной записью трехпозиционного регулятора для задвижки без обратной связи? В интернете есть несколько примеров, но на практике у всех куча недостатков

[Никита]

Это уже обычно не трехпозиционный регулятор.
В общем случае это выглядит так - ПД- регулятор - > ШИМ - > ПРА - > привод. Иногда пользуют ПДД-регулятор.
Речь, напомню не о регуляторе положения, а о регулировании расхода/давления/чего еще посредством этой задвижки.
Если нужен позиционный, то примерно так:
ОС по регулируемому параметру - > сравнение с уставкой (разность) - > блок нечувствительности/неоднозначности - > ПРА - привод.
В простейшем случае вместо релейного элемента с нечувствительностью и гистерезисом можно поставить просто сравнение этой разности больше-меньше ноля, и в зависимости от этого открывать и закрывать задвижку, но из-за инерционностей и погрешностей равна нулю она никогда не будет, получите постоянные колебания. То же можно получить и из-за самой структуры системы в любом случае.

[Useful]

Никита, расскажите, пожалуйста, о регуляторе и об обработке выхода регулятора и формировании импульса.

[Никита]

Никита, расскажите, пожалуйста, о регуляторе и об обработке выхода регулятора и формировании импульса.

Ваш вопрос заставил улыбнуться. Мне про регуляторы разные рассказывали года два. А перед этим еще, не помню сколько лет, про комплексные числа, интегралы, преобразования Лапласа и много чего еще, уже не вспомнить, но когда надо - всплывает в памяти само.
Вы конкретнее вопрос задайте, какой регулятор, какая обработка, уровень Ваших познаний, чтоб на понятном языке говорить...

[Useful]

Сам алгоритм ПД регулятора мне понятен, а вот его интерпретация выхода, тут проблемы. Проще перейти на пример: Есть контур: трехходовой кран на смесителе, который регулирует температуру воздуха после водяного калорифера. Температура воздуха 10 градусов, задание 22. Время открытие крана 15 с, но даже если открыть кран полностью темп воздуха 22 градуса станет только через 2 мин и будет продолжать расти(большая инерция). Набор температуры идет плавно, поэтому Д составляющую не рассматриваем, т.е. у нас есть разница между заданием и текущей температурой, умноженный на какой-то коэффициент. Получили выход регулятора, допустим он равен 0,5*F - где F - это максимальное значение выхода регулятора. Мы его проанализировали, посмотрели, что оно больше элементарного импульса, который может отработать ПРА, замыкаем выход на открытие. Вот дальше лично у меня проблемы:
1.F - это интерпретация времени полного открытия арматуры? (если так, то это то же самое, что отслеживать псевдо положение клапана с постоянным накапливанием ошибки).
2.F - это время какого-то максимального импульса, допустим 5 сек, и при каждом цикле пересчитывания регулятора мы управляем ПРА с максимальным импульсом 5 сек?
или еще что-то?

[Никита]

Понятие скважности (или коэффициента заполнения, взаимно обратные величины) Вам знакомо?

[Useful]

отношение периода выдачи импульсов к времени самого импульса. ОК, я понял к чему Вы клоните, есть какое-то правило по выбору периода?

[Никита]

Обычно несколько периодов на полный ход задвижки. Чем их больше, тем точнее регулирование, но меньше ресурс привода и ПРА. И наоборот. Определяется механикой (инерцией, люфтами) и типом ПРА. Для большого контактора реже, для симистора можно чаще. Ну и сам двигатель имеет свои ограничения.
И учтите, я не зря упомянул про ПД-регулятор. Если время полного хода намного меньше постоянных времени объекта, то задвижку с ШИМ на входе в координатах "вход ШИМ - положение ИМ" можно рассматривать как линейное интегрирующее звено. Соответственно П-регулятор превратится в И-регулятор, а ПД- в ПИ.

[Useful]

спасибо за все разъяснения, про интегральную составляющую я осведомлен.

[Никита]

Ну тогда понимаете и то, что в ряде случаев время изодрома этого регулятора может потребоваться достаточно большое, Ваш случай на это похож. И при нескольких импульсах на период длительность должна быть настолько малой, что она просто не будет отрабатываться железом. Тогда придется растягивать этот процесс во времени, делая период импульса уже соизмеримым не с ходом задвижки, а с постоянной времени объекта.

[Useful]

т.е. накапливать не отрабатываемое в данном цикле выход регулятора и обнулять его после накопления до минимального импульса отработки и тогда получаем как бы не совсем П(И)Д регулятор, с обязательной зоной нечувствительности (чтобы не было автоколебаний), я правильно понимаю?

[Никита]

Ну тут немного другая идея. Дело в том, что для медленных объектов и интегратор должен быть медленным. А он будет тем медленнее, чем меньше длительность импульсов на привод. Но тут упираемся в ту самую минимальную длительность. Выход - вместо маленьких но часто, давать импульсы побольше, но редко, т.е. увеличивать период. В принципе, эта ситуация может образоваться сама собой, т.к. в контроллере для медленных объектов можно и периоды пересчета давать большие, в т.ч. и больше времени хода задвижки. В результате получим управление по принципу "выдал импульс - перекурил-оценил изменения-выдал новый".

[Ryzhij]

Насколько помню, у приводов AUMA есть такие опциональные фичи как сигналы обратной связи.
Самая простая из них - блинкерный контакт, отбивающий некие настаиваемые доли поворота привода.
Кроме того, есть и традиционные опции типа потенциометра, сигнала 0(4)-20mA, 0-10V и т.п.
Но можно пытаться оценивать текущее положение периодически измеряя время полного хода привода и отмеряя длительности импульсов вперёд-назад. Это собенно хорошо получается, когда температура редуктора стабильна.

Тогда задача сводится к двум действиям:
1. Построить ПИД (ну, или ПИ, ПД) -регулятор технологического параметра, выходом которого будет процент открытия (или закрытия) клапана;
2. Построить позиционер, отрабатывающий задание по п.1, и приводящий измеренное или вычисленное положение клапана в соответствие с заданным. Выбор зоны нечувствительности (допустимой ошибки по положению клапана) определяется максимально допустимой частотой подачи импульсов управления на электродвигатель привода.

[Useful]

Никита, "Выдал импульс перекурил", схема похожа на работу регулятора с интегрирующим звеном, если накопленное не сбрасывать, то сталкиваемся с той проблемой, из-за которой я и начал здесь писать, получаем величину, которую как-то надо интерпретировать в импульс, причем каким-то образом учитывать величину уже отработанную в импульсах. Вариант живой, я пробовал, но если выход регулятора работает в диапазонах от -1..0..1 и натыкаешься на концевик (хорошо, если он есть), выход регулятора становится очень абстрактной величиной.

[Никита]

Концевик в таких схемах быть обязан. Посмотрите конструкцию электроприводов, хоть у того же данфосса. Входов самого электродвигателя просто нет, только через концевики.
Потом, что Вы хотите сбрасывать? Накопление в этой структуре осуществляется за счет самого привода. И Вы не хотите рассматривать Д-составляющую, которая в приводе превращается в П. А на самом деле получается, что если температура, к примеру, начала расти, то следующий импульс будет короче. В идеале при нулевом рассогласовании, импульсов не будет вообще. В реальности надо либо задать мертвую зону, либо смириться с небольшими подергиваниями привода, как раз подобрав достаточно большой период.
Или Вы на вход ШИМа перед задвижкой ПИ-регулятор приделали? Так это уже структурная неустойчивость из классических учебников.

[Ryzhij]

Замечательно, когда регулируемым параметром будет температура или уровень, а если это расход? Тогда ведь технологическая часть петли регулирования свойствами интегратора явно не обладает ;)
Да и в предыдущих случаях с температурой и уровнем что у нас интегрируется в технологической части петли управления? Ошибка рассогласования? Ой, вряд ли... ;)
Решение в общем виде для выхода типа "меньше-приемлемо-больше", это или использование уравнения ПИД в дифференциальной форме, или дву-стадийный подход "ПИД + позиционер".
Знать крайние положения регулятора для сброса накопленной ошибки ПИД нужно и важно.
Концевики (особенно, если они корректно настроены) полезны и для до-определения положения регулятора 0% и 100% в задаче позиционера.

[rwg]

Может кто объяснить примерную схему управления положением дисковой заслонки?

1. На выходе ПИД-регулятора рассчитывается необходимое положение заслонки.
2. Алгоритм управления АУ сравнивает выход этого регулятора и расчётное положение заслонки. Если разница превысит допуск, АУ даёт команду на открытие или закрытие заслонки нужной длительности и соответственно пересчитывет её расчётное положение.
3. Если расчётное положение заслонки дошло до упора, то у каждого алгоритма свои методы откорректировать ситуацию, чтобы регулятор не заинтегрировался. У кого то лучше, у кого то хуже.

[Useful]

Никита, я хотел сказать, если мы не в зоне нечувствительности, то можно складывать импульсы не отрабатываемые ПРА до накопления на один минимальный и после эту величину сбрасывать, а не ждать, когда возмущение выведет объект в то состояние, когда П или Д составляющие будут уже ощутимыми.

[Никита]

Замечательно, когда регулируемым параметром будет температура или уровень, а если это расход? Тогда ведь технологическая часть петли регулирования свойствами интегратора явно не обладает ;)
Да и в предыдущих случаях с температурой и уровнем что у нас интегрируется в технологической части петли управления? Ошибка рассогласования? Ой, вряд ли... ;)
Решение в общем виде для выхода типа "меньше-приемлемо-больше", это или использование уравнения ПИД в дифференциальной форме, или дву-стадийный подход "ПИД + позиционер".
Знать крайние положения регулятора для сброса накопленной ошибки ПИД нужно и важно.
Концевики (особенно, если они корректно настроены) полезны и для до-определения положения регулятора 0% и 100% в задаче позиционера.

В технологической части может не интегрироваться вообще ничего. Свойством интегрирования обладает привод и ПИ-регулятор перед ним, если его туда засунуть. Но интегрирования в нем, при отсутствии ООС по положению задвижки, быть не должно. ПД, ПДД, просто П. Тогда цепочка из ПД-регулятора, ШИМ, ПРА и ИМ постоянной скорости образует почти классический ПИ-регулятор, правда обладающий некоторыми особенностями настройки. Концевики в алгоритмах бесполезны, их задача удержать привод в крайних положениях во время, когда выход регулятора максимален или минимален, т.к.опять же из-за особенностей структуры ограничить выход интегратора другим способом невозможно.
Если же применять классический ПИД, то опять же, ввиду способности привода накапливать выход регулятора, нужно вводить ООС по положению, но эта история рассмотрена выше.

Никита, я хотел сказать, если мы не в зоне нечувствительности, то можно складывать импульсы не отрабатываемые ПРА до накопления на один минимальный и после эту величину сбрасывать, а не ждать, когда возмущение выведет объект в то состояние, когда П или Д составляющие будут уже ощутимыми.

Не понял, честно говоря. По моим сображениям, зона должна быть такой, что когда мы из нее выходим, импульсы должны быть уже отрабатываемыми.

[Ryzhij]

Не понял, честно говоря. По моим сображениям, зона должна быть такой, что когда мы из нее выходим, импульсы должны быть уже отрабатываемыми.

С этим тезисом согласен целиком и полностью.

Что же касается ООС по положению регулирующего элемента, то связь эта однозначно имеется, хотя и неявно, через ПИД-регулятор процесса.
Т.к. если PV не зависит от положения регулятора, то о каком регулировании речь?

[Никита]

связь эта однозначно имеется, хотя и неявно, через ПИД-регулятор процесса.

Так это не ОС по положению привода, это главная ОС регулятора :)
Вся фишка как раз в том что местная ОС по положению исключается и собственно программный ПД-регулятор с модулированным выходом, вместе с ИМ, рассматриваются как единое ПИ-звено. Т.е. на входе - рассогласование в размерности PV (ну или пара SP-PV), на выходе - смесь пропорции и интеграла от него в размерности положения ИМ.

[Ryzhij]

Тут аналогичный вопрос на форуме OWEN выплыл http://www.owen.ru/forum/showthread.php?t=17728
народ из-за терминологии чуть в рукопашную не пошёл.
В конце дискуссии интересная ссылка всплыла:
http://www.duskyrobin.com/tpu/2004-06-00031.pdf

[Никита]

Вот за ссылку спасибо. Будем изучать )