Sterownik III Generacji SM-31

[maria-n]

Cześć Zbynek
Rzeczywiście, obecnie większość regulatorów PID, posiada funkcję samo uczenia się charakterystyki obiektu. Jest to tkzw."auto-tune". Funkcja
ta doskonale się spisuje pod warunkiem że, regulowany obiekt posiada dynamiczną charakterystykę liniową i która to charakterystyka pozostaje niezmienna w czasie procesu regulacji. W przypadku kolumny rektyfikacyjnej mamy do czynienia z obiektem nieliniowym, ze względu na występowanie rzeczywistego czasu opóźnienia - który powodowany jest przez rurę kolumny. W rurze mają miejsce przesunięcia w czasie zarówno zakłóceń (np. zmiany napięcia sieci) jak i reakcji regulatora na te zakłócenia. W literaturze dotyczącej sterowania kolumny rektyfikacyjnej mamy do czynienia wyłącznie z regulacją predykcyjną. Jak obiekt zaczyna być bardziej dynamicznym, klasyczny regulator PID zaczyna się gubić, nie nadąża za ciągłymi zmianami i zaczyna popełniać błędy. Bo niema czasu na tę naukę. W "naszym" przypadku zjawisko to występuje przeważnie od temp. w bojlerze ok. 95 - 96*C. Wcześniej też może jeżeli, mamy niestabilną pod wzg. zasilania sieć. Na początku procesu mamy przyłożoną określoną moc,ustaloną wielkość odbioru, spory zapas %-tów - nic się nie dzieje. Od w/wspomnianego przedziału temp. musimy zaczynać wprowadzać korekty, żeby spadające ciśnienie w kolumnie, nie powodowało "uciekania półek" na dole rury, co powoduje z kolei, spadek jakości produktu. Korekty te to, zakłócenia dla obiektu i podnoszenie jego dynamiki. Między innymi z tego powodu funkcja auto-tune by się nie sprawdziła. Mało tego, operator miałby niesłychane kłopoty i prawdopodobnie nikłe szanse na ustawienie poprawnej pracy takiego regulatora. Regulatory PID stosowali kilka lat temu Rosjanie, lecz mieli właśnie spore kłopoty z ustawieniem parametrów pracy tych regulatorów W przypadku naszego regulatora właściwie nie jest wymagane ustawianie żadnych parametrów - ewentualnie niewielka ich korekta - Kluczowe parametry ustala sam sterownik na podstawie pomiarów dokonywanych przed- i w czasie procesu. Z tego powodu Andrzej zdecydował się na regulację predykcyjną, która w swej istocie jest regulacją opartą o przewidywanie, co może wydarzyć się w przyszłości. Oczywiście w określonych programem ramach (wyznaczanie trajektorii regulacji). Jest to nowe podejście w automatyce przemysłowej do sposobu regulacji obiektów nieliniowych, ze zmienną dynamiką i dużą ilością regulowanych parametrów.

[gary1966]

Sprawa jest prosta, jeżeli produkt po pierwszej rektyfikacji predykcyjnej będzie co najmniej równy otrzymanemu z dwóch rektyfikacji "nieciśnieniowych", to jest sukces Trzymam kciuki.

[andrzejg11]

Dla mnie osobiście to już jest jakiś sukces.
1. zniwelowane zostały skutki spadków napięć sieci zasilającej - a mam je nawet do 170 V w godzinach wieczornych
2. Mam wysoką kolumnę zatem dosyć wysokie ciśnienia w boilerze i na termometrze na dole kolumny. Zmiany warunków zasilania w połączeniu ze zmianami ciśnienia miały spory wpływ na temperatury w kolumnie i boilerze. Po zastosowaniu regulacji ciśnieniowej odczyt temperatury w kolumnie jest dokładny i jak widać zmienia się w niewielkich granicach. Podobnie temperatura w boilerze, która zawsze była problematyczna.
3. Proces prowadzony w tych samych warunkach od początku do tempr. 99 stopni w boilerze (w WN).
4. Ustawienia refluksu powtarzalne z b. wysoką dokładnością przy kolejnych rektyfikacjach
5. Komfortowy i precyzyjny odbiór przedgonów ze względu na temperatury głowicy i OOB przeliczone do WN
6. Możliwość precyzyjnego ustawienia zalania poprzez zadanie ciśnienia zalania. Regulator zrobi resztę.
7. Możliwość kontrolowanej pracy blisko progu zalania
8. Całkowity brak zjawiska destabilizacji kolumny ze względu na wymuszoną przez regulator stabilność procesu rektyfikacji, zatem wartości ciśnienia i temperatur - teraz wystarczą tylko zabezpieczenia przed krytycznymi przekroczeniami parametrów np. ciśnienia o +-20%, brak chłodzenia, przekroczenie maksymalnej tmpr. chłodzenia itp. Przekroczenie dopuszczalnych wartości tych parametrów interpretowane będzie jako awaria i spowoduje wyłączenie procesu.
Wszystkie ww. cechy sterownika mają jak mniemam wpływ na jakość produktu końcowego.

Na tym póki co koniec. Wszytko już chyba na tym etapie zostało napisane i przekazane. Pomiary zakończone, zapasy na zimę porobione.
W planach na długie wieczory zimowe:
- Obliczanie i automatyczne ustawianie R/R na podstawie wykonywanych pomiarów i charakterystyki zaworu - potrzebne dane i metoda obliczania już są, wystarczy tylko oprogramować.
- Wifi - informacja o podstawowych parametrach procesu i alarmach a w chwilach kaprysu nawet e-mail do operatora. Na PC-ty, tablety i telefony. Mam na oku taki jeden moduł.
-Ogólne porządki w oprogramowaniu i likwidacja zauważonych błędów

@garry1966
Niestety nie jestem w stanie przeprowadzić proponowanego przez Ciebie testu, bo nie mam już "starego" sterownika, Jest tylko jeden egzemplarz - nowego

[drgranatt]

1. zniwelowane zostały skutki spadków napięć sieci zasilającej - a mam je nawet do 170 V w godzinach wieczornych

Andrzeju, a możesz zdradzić co uczyniłeś aby zespół mocy reagował na zmiany napięcia w sieci rzędu kilkudziesięciu wolt Jeśli proces rozpoczynamy wieczorem przy np 200 V (nie mówię już o 170 V bo to skrajność nad skrajności) a po kilku godzinach mamy wzrost do 225 V to co urządzenie robi powstrzymując tak drastyczny wzrost mocy

[kacper59]

@maria-n
Stosuję regulator PID do utrzymywania stałej temperatury na półce „x” nie koniecznie musi to być dziesiąta półka. Raczej jest to jakaś niższa półka, gdyż temperatura na reg. PID przy odbiorze serca jest nieco wyższa niż temp. wrzenia etanolu. Posiadam dość prymitywny sprzęt, niektórzy się będą śmiać, osiągam na nim 96,7% i wcale mi się nie spieszy z jego szybką modernizacją, chociaż wiem, że praca z kolumną byłaby wtedy łatwiejsza. Otóż jest to KEG 50l, krótka kolumna 63,5 z 20 cm zasypem sprężynkami miedzianymi i 25 cm ze sprężynkami KO w jej szczycie mam czujnik regulatora PID. Dalej jest 90 cm kolumna fi 2” z 7 zimnymi palcami, także zasypanymi sprężynkami KO, w jej szczycie termometr kontrolny do sprawdzania temperatury par. Temperaturę KEG-a wskazuje mi czujnik położony na jego wierzchu, bo KEG nie posiada odpowiedniego portu. Woda chłodząca poprzez regulator ciśnienia i zaworek dławiący wędruje do chłodnicy a następnie na zimne palce przepływając z dołu do góry. Przy jej wylocie jest termometr kontrolny. Ustawiając jedynie przepływ wody, aby jej temperatura na wylocie zawierała się w granicach 55-65* oraz temperaturę na regulatorze PID (półka X), uzyskuję stabilną pracę kolumny. Po typowej stabilizacji przystępuję do odbioru przedgonów, wtedy na PID ustawiam temperaturę nieco niższą od temp. wrzenia etanolu. Przedgony odbieram do chwili aż przestaną wykapywać i kolumna zaczyna się destabilizować (spada temp. na wylocie wody chłodzącej oraz spada temp. na szczycie kolumny) Po tym momencie wykap można wznowić jedynie poprzez podniesienie temp. na PID (półka X) zwykle niezbędne jest 0,3-0,4*, czasem podnoszę nieco więcej i zwiększam przepływ wody aby uzyskać szybszy odbiór. Początek odbioru serca, dla zasady, także zaliczam do przedgonów. Przez większość czasu odbiór serca jest stabiny ale od pewnego momentu zaczyna stopniowo maleć aż zanika całkowicie i w końcu następuje destabilizacja kolumny (spada temp. na wylocie wody chłodzącej oraz spada temp. na szczycie kolumny) Dalszy wykap można uzyskać jedynie poprzez kolejne podniesienie temperatury na PID (skok z temperaturą aż do ok. 96*) oczywiście traktuję go jako pogon.
Zalety, to moim zdaniem solidne odseparowanie frakcji, nie obchodzą mnie także wahania napięcia w sieci energetycznej, bo są niwelowane działaniem PID-a. Wada, to konieczność posiadania dużej cierpliwości, głównie z powodu spowalniania procesu.
Mam jedno pytanie. Skoro w procesie rektyfikacji jest tak wiele zmieniających się czynników, to jakim cudem udaje się utrzymywać stabilną temperaturę na 10 półce przez znaczącą część procesu, bez ingerencji urządzeń sterujących.

[andrzejg11]

@drgranatt
Grzeję mocą 4,95 kW. Grzałki o mocy znamionowej 2x2kW i 4 kW. Jestem na końcu linii zasilającej i płaczę.
Regulator ma wartość zadaną ciśnienia np. u mnie 320 mm H2O.
Załóżmy, że przy tej wartości ciśnienia i napięciu sieci 200V regulator ustawi moc 80% znamionowej mocy zalania.
W przypadku wzrostu napięcia sieci do 225V realna moc grzania (P=U^2/R) zostanie zwiększona i ciśnienie będzie chciało przyrastać. Regulator zidentyfikuje i zmierzy to zakłócenie, a następnie obliczy jego skutki w perspektywie ok 5 minut (ustawiany horyzont pomiarów). Na podstawie tych obliczeń regulator będzie dążył do sprowadzenia ciśnienia do wartości zadanej i zmniejszy moc grzania w taki sposób by osiągnąć z powrotem zadaną wartość ciśnienia. Po zakończeniu regulacji moc grzania będzie przykładowo wynosić 70% i rzeczywista moc grzania zostanie zachowana. Taki sposób regulacji działa w pełnym zakresie wartości zadanej ciśnienia od zera do wartości ciśnienia uzyskiwanej podczas zalania kolumny.

[drgranatt]

A czy robiłeś tego typu doświadczenia o ile wzrośnie w kolumnie ciśnienie przy wzroście mocy grzania o np 20%

[andrzejg11]

Jednym z parametrów regulatora jest współczynnik przyrostu ciśnienia do przyrostu mocy i wyrażony jest w [mmH2O/(%mocy grzania)]. Sterownik mierzy go na bieżąco U mnie współczynnik ten wynosi od 2 do 4,5 [mmH2O/%] w zależności od stanu procesu.

[czytam]

Czy moglibyście wyjaśnić, jakie wielkości fizyczne są mierzone (ilość i rodzaj wielkości mierzonych) a jakie stabilizowane/regulowane (ilość i rodzaj kanałów wyjściowych)? Może jeszcze jest zestaw parametrów, po których przekroczeniu następuje alarm/zatrzymanie procesu?

[maria-n]

Cześć
Widzę że Andrzej nie odpowiada (pewnie zarobiony). To może ja ogólnie - może będą bardziej szczegółowe wyjaśnienia?
Generalnie mierzone są trzy wielkości;
- temperatury; w kolumnie, zbiorniku, woda chłodząca do regulacji i przekroczeń (stany alarmowe)
- ciśnienie; w kolumnie i otoczeniu, też regulacja i przekroczenia
No i jednorazowo odległości do wyliczeń współczynników.
Całą reszta na której oparte jest działanie urządzenia to; podstawy teorii rektyfikacji, logika z informatyką + matematyka mniej lub bardziej zaawansowana
Regulowane są temp. ciśnienie w kolumnie jest stabilizowane.
Sterownik w obecnym stanie posiada (gwarowo) 8 wejść pomiarowych i 7 wyjść sterujących + komunikacja z PC
Zestaw parametrów o który Pytasz pewnie jest, ale w głowie projektanta.

[maria-n]

Cześć
Nie wiem czy regulacja ciśnienia w kolumnie za pomocą reg. predykcyjnego jest wyrafinowanym podejściem do tematu. Przynajmniej Zbyszek tak uważa. W świetle przeszukiwań w sieci możliwych do realizacji sposobów regulacji procesów rektyfikacji, wydaje się być ono, najbardziej efektywnym. Sam wyraz (predykcja) może troszkę odstraszać, jest jednak takie powiedzenie "kto nie spadnie.............."
Ale do rzeczy; piszę to bo, jestem po teście "samoregulacji" lansowanej przez Zbyszka (podawanie etanolu na dół kolumny). Wywierciłem w tym celu otwór w rurze osadziłem w nim króciec zasilający i czekałem do 97,5*C w zbiorniku, bo dopiero wtedy zaczęło maleć ciśnienie w kolumnie. Zacząłem od 1 kropli/sek. Owszem za jakąś chwilę temperatura spadła o 0,02*, ale to wszystko. Zwiększyłem - 2 krople, to samo. Przy 4-ch słup płynu w rurce zasilającej drgnął i powrócił do stanu pierwotnego. Myślę jest dobrze, ale patrzę za chwilę na temp. w kolumnie, jest źle - przyrasta! Korekta odb.- jest przez jakichś czas dobrze. 98,5*C - następna korekta. I tu refleksja - odbieram 9, oddaję 4 krople/sek - gdzie tu logika? Napiszę więcej - jaka to samoregulacja jak "ręce pełne roboty" a bilans wydajności? ......................... Może można by do tego inaczej podejść. Zbyszek co ja źle robiłem? Tylko jak to wyliczać? Co to znaczy kropla/sek? i jaka to miara? Jak zrobię - RAZ - charakterystykę zaworu otwieranego silnikiem, to wiem że przy określonym słupie płynu i danym kącie otwarcia zaworu będą zawsze te same ml! To ja wolę niech o tym decyduje mikroprocesor. I tu o to chodzi OPTYMALIZACJA CAŁEGO PROCESU. Wiem, nie Wszystkim na tym zależy, ale są tacy co dopytują

[andrzejg11]

Cześć.
Przy okazji długiego jesiennego wieczoru właśnie opracowałem nowy element "samoregulacji" procesu lecz z wykorzystaniem sterownika.
Okazuje się, że można wykorzystać parametry mierzone przez sterownik (temperatury, ciśnienie, moce grzania) do bieżącego wyliczenia strumienia masy przepływającego przez kolumnę z wykorzystaniem wielkości termodynamiczych.
Znając wielkość tego strumienia i przeliczeniu na szczycie kolumny do strumienia objętościowego (w mililitrach na minutę) można określić strumień odbioru i uzależnić wielkość odbioru w mililitrach/min - od postępu procesu czyli od temperatury w boilerze.
Przeliczałem to dla danych, którymi dysponowałem z ostatnich przebiegów - wyniki obliczeń są zgodne z przyjętymi na forum zasadami i tabelami odbioru.
Można będzie więc zdefiniować tabelę odbioru jako liczbę R/R , na przykład na początku procesu 1:4 i zmniejszać ją sukcesywnie do wartości minimalnych w miarę postępu procesu.
Potrzebna będzie tylko charakterystyka zaworu krokowego to jest ilości mililitrów w zależności od kąta otwarcia, co jest proste do wyznaczenia, lub w przypadku pochodzenia zaworu od jednego producenta można będzie taką charakterystykę zafiksować na stałe w konfiguracji sterownika.
Zawór będzie otwierał się automatycznie regulując w miarę postępu procesu wielkość refluksu, na podstawie obliczonego strumienia masy, aktualnego współczynnika RR i charakterystyki zaworu.
Będzie to działać dla każdej kolumny i każdego rodzaju wypełnienia. Pozostaje tylko wprowadzić tą formułę do programu sterownika.
Nie będzie potrzebny żaden pomiar przepływu, tylko dane pomiarowe i Pani Termodynamika

[laurentp]

Co do tego sterowania predykcyjnego, czy mógłbyś polecić coś konkretnego do poczytania w sieci? Po polsku lub angielsku.

[andrzejg11]

@laurentp
Cześć tu Masz 3 linki:
https://eia.pg.edu.pl/documents/1113028 ... kcyjne.pdf
http://yadda.icm.edu.pl/baztech/element ... -0123-0013 - plik pdf
http://www.ia.pw.edu.pl/~pmarusak/doktorat-pm.pdf

Nie zrażaj się dużą ilością matematyki - oni na uczelniach lubią przyozdabiać istotę sprawy różnymi ornamentami, zaczynają od wielkiej teorii a kończą w najlepszym przypadku na stoliku z matlabem. Ważna jest podstawowa idea.
Ja zastosowałem całkiem inny aparat matematyczny z zachowaniem podstawowych zasad i mam wyniki wcale nie gorsze niż w DMC

To jest odpowiedź mojego regulatora na skok wartości zadanej ciśnienia z 280 mmH2O na 650 mmH2O - do zalania.

[laurentp]

...
Cześć tu Masz 3 linki:
...Nie zrażaj się dużą ilością matematyki...

Podziękował.
Nie zrażam się, wręcz się śmieję, że "my bimbrownicy" rozwiązujemy problemy na poziomie DOKTORÓW fizyki i chemii...

Doktorat z bimbrownictwa? Uznawany w całej UE POZA Polską, gdzie "stanowi on podstawę wszczęcia postępowania".. ;p