Automatik Service Hornsyld ApS
Optimering og indregulering af reguleringssløjfer med PID regulatorer, ved hjælp af PROTUNER SYSTEM ANALYZER fra TECHMATION
Med PROTUNER SYSTEM ANALYZER forenkles indregulering af PID regulatorer. Regulatoren sættes i manuelt og udgangssignalet ændres i et trin. Denne trinændring analyseres af PROTUNEREN og man kan herefter få følgende data for processen:
● Processens dødtid, tidskonstant og statiske forstærkning
● Processens kritiske forstærkning og kritiske periodetid
● Bodediagram
● Nyquistdiagram
● Nichlosdiagram
● P, PI & PID-parametre
● Hysterese i styreorganet
PID-parametrene er naturligvis det, som oftest er det mest interessante, men de øvrige parametre er det, der adskiller PROTUNEREN fra en Autotuner. Her får man f.eks. mulighed for at studere processens egenskaber, herunder dødtid, tidskonstant osv., samt dokumentation i form af Bodeplot, Nyquistplot og Nicholsplot, hvilket gør det muligt at analysere og indregulere selv vanskelige reguleringssløjfer.
Indregulering
Det som vi normalt omtaler som regulering i forbindelse med procesregulering er PID-regulering.
Hvert bogstav står for en af de tre parametre:
P står for Proportionalbånd
I står for Itegrationstid
D står for Differentialtid
PID-regulatoren har, som tidligere nævnt, 3 parametre, der kan justeres uafhængigt af hinanden. Gennem tiderne er der forsøgt opstillet forskellige tommelfingerregler for indregulering af disse.
En af de mest kendte regler er Ziegler-Nichols metode fra 1942.
Metoden er som følger:
Regulatoren forbliver indkoblet og den indstilles på ren P-regulering hvilket vil sige, at integrationstiden stilles på "uendelig" og differentialtiden på nul.
Nu forøges P-virkningen, indtil reguleringen netop kommer på grænsen til ustabilitet - det vil sige, at der opstår en stående ikke-dæmpet svingning.
Her aflæses forstærkningen den kritiske forstærkning, KP(k) og svingningstiden (en helt periode, T(k)). Alt efter hvilken reguleringsform der anvendes, er Ziegler-Nichols forslag følgende:
I moderne procesregulatorer indstilles disse tre parametre automatisk med en autotuner, som anvender en modificeret Ziegler-Nichols metode. Ziegler-Nichols metoden er en meget generel metode, der kan anvendes til meget simple proceser. Ved processer med lang dødtid eller flere tidskonstanter duer metoden ikke. Her kan i stedet anvendes PROTUNER, som er et meget stærkt værktøj til indregulering og optimering af PID-regulatorer.
Regulering | Kp | tI | tD |
P | 0,50 Kp(k) | - | - |
PI | 0,45 Kp(k) | T(k)/1,2 | - |
PID | 0,60 Kp(k) | T(k)/2,0 | T(k)/8 |
Kaskaderegulering med feedforward
Et eksempel på en kaskaderegulering er en trepunktsreguleret fødevandsregulering. Tegningen viser en forenklet tegning for regulering af niveauet i en overbeholder på en dampkedel. En ventil styrer fødevandet til overbeholderen.
Reguleringsopgaven er at styre fødevandsventilen således at niveauet i overbeholderen er konstant. Dampudtaget varierer og virker derfor som belastningsændring på vores regulering.
De enkelte elementer i reguleringen er:
LT, måling af niveau i overbeholder
FT1, måling af fødevandsmængde til overbeholderen
FT2, dampmængden ud af kedlen
LIC1, regulator til fødevandsmængden
LIC2, regulator til niveauregulering
Den mest enkle måde at regulere kedlen på, er ved at måle niveauet i overbeholderen med niveautransmitteren "LT" og styrer fødevandsventilen. (et punkts regulering)
Dog er niveauregulering af overbeholderen reguleringsteknisk besværligt, da processen bl.a. er integrerende og derfor langsomt-reagerende.
I stedet etablerer man en trepunktsregulering. Regulator LIC1 regulerer fødevandsmængden til overbeholderen, ved at måle fødevandsmængden med FT1 og udgangssignalet styrer ventilen.
Regulatoren LIC2 måler niveauet i overbeholderen og udgangssignalet sætter sætpunktet på regulator LIC1.
Signalet fra FT2, dampmængdemåleren, anvendes som FEEDFORWARD og går direkte på udgangen af regulatoren LIC2.
Hele reguleringen kan være i en regulator som ECA600, der kan indeholde 2 reguleringssløjfer og foretage den nødvendige beregning på FEEDFORWARD signalet.