ПИД-регулятор в инерционных системах Опции

[Mitya78]

Имеется насосная станция работающая на отопление, давление регулируется по обратному трубопроводу. В станции пять насосов, каждый работает от преобразователя частоты. Аналоговый выход для задания скорости ПЧ один, общий.
Соответственно, пока дойдёт реакция системы...

Вот как бы настроить ПИД-регулятор, особенно волнует вопрос с подключением дополнительных насосов. При работе одного достаточно задать большое время интегрирования, но в случае с несколькими это не пройдёт.

[Mitya78]

Имеется насосная станция работающая на отопление, давление регулируется по обратному трубопроводу. В станции пять насосов, каждый работает от преобразователя частоты. Аналоговый выход для задания скорости ПЧ один, общий.
Соответственно, пока дойдёт реакция системы...

Вот как бы настроить ПИД-регулятор, особенно волнует вопрос с подключением дополнительных насосов. При работе одного достаточно задать большое время интегрирования, но в случае с несколькими это не пройдёт.

[Взводатор]

Почему не пройдет? пройдет. Ваши пять насосов все равно работают как один, если управляются от одного сигнала.
Это реально возникшая проблема на объекте или еще только предположения?
А настройка стандатная для всех ПИД регуляторов - по реакции на импульс или по параметрам автоколебаний.

С уважением Взводатор.

[LordN]

мало данных. произв. насосов - одинакова? работают в параллель и посл-но? подклюены все разом или дядя вася ходит и подключает когда ему вздумается? и что они вообще делают - циркуляцию гоняют, подпитку питают или что-то еще?

Сообщение отредактировал LordN - 12.3.2007, 13:47

[Mitya78]

Почему не пройдет? пройдет. Ваши пять насосов все равно работают как один, если управляются от одного сигнала.
Это реально возникшая проблема на объекте или еще только предположения?
А настройка стандатная для всех ПИД регуляторов - по реакции на импульс или по параметрам автоколебаний.

С уважением Взводатор.

А не пройдёт по очевидной причине..
Предположим с медленным регулятором один работающий насос разогнался до максимальной частоты, заданное давление всё ещё не достигнуто. Подключается дополнительный насос и ... начинает работать на той же максимальной частоте, а пока он скинет обороты уйма времени пройдёт.

Добавлено - 14:00

мало данных. произв. насосов - одинакова? работают в параллель и посл-но? подклюены все разом или дядя вася ходит и подключает когда ему вздумается? и что они вообще делают - циркуляцию гоняют, подпитку питают или что-то еще?

Производительность насосов одинакова, подключаются/отключаются автоматически по мере необходимости. При максимуме частоты и нехватке давления подключаются дополнительные, при снижении среднего рабочего тока (мощности) ниже установленного значения отключаются.
Насосы работают параллельно на одну трубу.

[Сергей Долганов]

Постите Митя, это у Вас так решена задача каскадного подключения насосов?
Если да - то это мягко говоря интересное решение.

[LordN]

Если да - то это мягко говоря интересное решение.

согласен. начинать надо не с регулятора, а с физики.


Добавлено - 17:23
в каскадном включении плавное управление скоростью должно быть заведено ТОЛЬКО на ОДИН из НАСОСОВ. причем этот насос должон иметь бОльшую, прОцентов на 25..30, производительность, чем остальные. для подключения остальных нужно юзать дискр.выхода от шагового регулятора, а мощным управлять от плавного. тогда все у вас получится. покраймере в теории.

[Mitya78]

Постите Митя, это у Вас так решена задача каскадного подключения насосов?
Если да - то это мягко говоря интересное решение.

Ваши замечания?

Что здесь не так по вашему мнению?

Учту любую конструктивную критику, благо проект пока на стадии разработки.

Добавлено - 14:28

Если да - то это мягко говоря интересное решение.

согласен. начинать надо не с регулятора, а с физики.


<font size='1' color='#8e8b8b'>Добавлено - 17:23</font>
в каскадном включении плавное управление скоростью должно быть заведено ТОЛЬКО на ОДИН из НАСОСОВ. причем этот насос должон иметь бОльшую, прОцентов на 25..30, производительность, чем остальные. для подключения остальных нужно юзать дискр.выхода от шагового регулятора, а мощным управлять от плавного. тогда все у вас получится. покраймере в теории.

Ну в этом плане от меня ничего не зависит, просто автоматизируется уже работающая станция.

А отдельный ПЧ на каждый насос очень даже неплохо, если позволяют средства.
Единственно, что я бы изменил - сделал бы отдельное задание скорости для насоса.

[Сергей Долганов]

Можно сделать как предлагает Уважаемый LordN т.е. Один регулируемый насос работает от ПЧ, при нехватке производительности ступенчато подключается следующий -> ждем реакцию системы-> ежели регулируемый насос всеравно на 100% вертица- подключаем следующий.
Поросто и надежно.
Сложно и надежно - увязать ПЧ сетью. Т.е. сигнал на запуск ПЧ давать дискретным входом, по сети передавать встроенному ПИД-у частотника значение давления и обратно забирать значение MV для каскадного включения следующего агрегата. Я бы так сделал.


Вот я еще что вспомнил: многие ПЧ умеют организовывать каскадное подключение самостоятельно, тот же данфосс к примеру.

[Взводатор]

"Можно сделать как предлагает Уважаемый LordN т.е. Один регулируемый насос работает от ПЧ, при нехватке производительности ступенчато подключается следующий -> ждем реакцию системы-> ежели регулируемый насос всеравно на 100% вертица- подключаем следующий."
Да, каскадное включение так и должно быть организовано. При этом достаточно одного ПЧ и четырех мягких пусков. Или, как вариант с бОльшей резервируемостью, 2 ПЧ и 3 МП. Вызывает сомнение целесообразность применения именно пяти насосов. Но коль они уже есть, то один с ПЧ и один с МП нужно поставить в резерв. Дмитрий, а сколько насосов обеспечивают штатный режим работы в обычных условиях?

Исходя из избыточности, заложенной в проект можно сделать и по другому: если сигнал задания скорости только один, то все пять могут работать параллельно. Даже если один-два откажут или будут выведены из эксплуатации сознательно, то обратная связь скомпенсирует уменьшение общей производительности увеличением общей скорости насосов. Насосы будут работать не с максимальной производительностью, поэтому их моторесурс будет расходоваться медленней. Один-два можно с помощью внешнего сигнала (таймера и т.п.) переводить в резерв.

С уважением Взводатор.

[Mitya78]

Насколько понимаю в штатном режиме работают три насоса из пяти.

Обычно мы в своих станциях делаем: один насос работает от ПЧ, а остальные подключаются прямым пуском или плавным пуском.

Чем обусловлен выбор ПЧ на каждый насос сказать не могу.

В данном случае ПИД-регулятор будет реализован в контроллере.

Предлагаемый же вариант с одновременной работой всех насосов - сдаётся что в этом случае двигатели будут работать не в оптимальном режиме (учитывая рабочую характеристику двигателя на насосную нагрузку). Ведь при небольшом снижении скорости двигателя значительно упадёт производительность насоса.

[Сергей Долганов]

Если честно - в данном случае не вижу особой необходимости в контроллере вообще.

[Mitya78]

Если честно - в данном случае не вижу особой необходимости в контроллере вообще.

Так можно про многое сказать.

Могу рассказать предысторию проекта.

Частотники уже стояли на этой станции (не на всех насосах), давление устанавливалось задатчиком на шкафу и его отрабатывал ПИД частотника.
И однажды оператор решил поменять задание с 2,9 на 3,1 и крутанул колёсико задатчика. Да только крутанул не то колёсико (другой разряд), вышло 3,9. Пока заметили - прорвало трубы.
Вот теперь пытаются сделать систему понадёжнее.
А уж думаю с контроллером всё же полегче и отработку аварий сделать с отображением на панели оператора, и тд. и т.п.

[Гость_Игорь Борисов_*]

Насколько понимаю в штатном режиме работают три насоса из пяти.

Обычно мы в своих станциях делаем: один насос работает от ПЧ, а остальные подключаются прямым пуском или плавным пуском.

Чем обусловлен выбор ПЧ на каждый насос сказать не могу.

Кхм... Управление насосной станцией с помощью карты переключения насосов в одном частотнике черевато остановкой всей станции при выходе этого частотника из строя... поэтому контроллер предпочтительнее...

ПЧ на каждом насосе тоже не плохо... станция сможет работать в штатном режиме при пропадании одной фазы, при пере\недонапряжении...

В принципе - есть выход... немного кривой, но в случае утвержденного решения - хоть какой... выставить большое время разгона... при разгоне очередного насоса ПИД будет успевать реагировать...

Но само решение - какое-то кривое... что получится - при большом разборе включатся все насосы, а по мере снижения разбора просто будут снижать частоту... до минимально возможной... если это ГВС с функцией циркуляции - штатные насосы будут молотить на минималке все вместе, если не задействована функция постоянной работы на минималке - будут все вместе останавливаться... или предусмотрен каскадный стоп?

Добавлено - 15:42

И однажды оператор решил поменять задание с 2,9 на 3,1 и крутанул колёсико задатчика. Да только крутанул не то колёсико (другой разряд), вышло 3,9. Пока заметили - прорвало трубы.

Гы. А надо ставить аварийное реле давления, дабы не рвать трубы... Лучше стоп станции чем замена труб...

ЗЫ. А частотники были GE? Я тока на них видел дискретные задатчики...

[Mitya78]

Но само решение - какое-то кривое... что получится - при большом разборе включатся все насосы, а по мере снижения разбора просто будут снижать частоту... до минимально возможной... если это ГВС с функцией циркуляции - штатные насосы будут молотить на минималке все вместе, если не задействована функция постоянной работы на минималке - будут все вместе останавливаться... или предусмотрен каскадный стоп?

Нет до минимума частоты они не пойдут, с каждого ПЧ снимаем аналоговый сигнал - рабочий ток двигателя, считаем среднее по всем насосам и если снижается до какого-то предела, то отключаем один из насосов.

Гы. А надо ставить аварийное реле давления, дабы не рвать трубы... Лучше стоп станции чем замена труб...

ЗЫ. А частотники были GE? Я тока на них видел дискретные задатчики...

Задатчики по сути аналоговые (0-10В), просто механизм дискретный.

[Сергей Долганов]

Мало того что аварийное реле давления, так еще аварийную защиту прямого действия (сбросной клапан)
2 Игорь Борисов
А при выходе из строя контроллера - станция останется в работе? ,)

[Гость_Игорь Борисов_*]

А при выходе из строя контроллера - станция останется в работе? ,)

Контроллер (нормальный) тяжко убить... Хотя, я наверное не прав... при пропадании одной фазы частотник, и соответственно - насосная карта - продолжают работу, а в случае с контроллером - вдруг это фаза его питающая...

[Mitya78]

А при выходе из строя контроллера - станция останется в работе? ,)

Контроллер (нормальный) тяжко убить... Хотя, я наверное не прав... при пропадании одной фазы частотник, и соответственно - насосная карта - продолжают работу, а в случае с контроллером - вдруг это фаза его питающая...

А если поставить АВР, не силовой, а на цепи управления, контроллер?

[Гость_Игорь Борисов_*]

А если поставить АВР, не силовой, а на цепи управления, контроллер?

Хе! Если есть финансирование - можно еще и промышленный ИБП воткнуть...

[Mitya78]

Пока я вижу такой выход: установить большое время интегрирования, чтобы пока дойдёт давление до обратного трубопроводе не загнать частотники в максимум.
А при подключении дополнительного насоса скидывать до какого-то значения частоту.

[Сергей Долганов]

Учту любую конструктивную критику, благо проект пока на стадии разработки.

Может всетаки придумать что нибуть менее корявое? У Вас есть время.

[vladun]

Игорь Борисов

вдруг это фаза его питающая

для исключения данного случая, я вешал питание контроллера на ИП частотника (120 ма) и фсе круто !! Как еще получить более надежное\стабильное питание чем DC\DC ?
А вообще дисскуссия по-моему немного раскручена на пустом месте...
Есть станции, которые все знают Hydro ME, абсолютно аналогиный алгоритм работы с тем что тут описывапет коллега... И никаких замедлителей\ускорителей, так и работают модуль ПФУ дает сигнал 0-10 В на первый насос, если его частота достигает макс, то подключается второй насос, (без всяких выворотов) при этом задание начинает корректироваться уже после того, как он начал работу, и так далее. Вот что мне не понравилось, так это система (алгоритм отключения насосов при малой подаче, т.е. все насосы начинают скидывать обороты , и только когда все ( в моем случае больше четырех не было ) насосы достигли своих 12.5 Гц, отключается один, потом опять цикл увеличения-уменьшения оборотов остающимися насосами и снова из работы выводится только один насос и т.д.
Рабтало все очень стабильно, правды ради это была ПНС, но не думаю что с циркуляцией такой контраст, даже яб сказал наоборот, ибо кинетика процесса не такая шустрая как при тупиковой схеме...
Кстати мембранные баки - ну совсем малые что-то литров 10-18 на 30 кубовую станцию... аж смешно ...

[ganin]

Сталкивался с такой задачей. При пуске каждого насоса выключали и снова включали интегральную составляющую. ПИ регулятор начинал работать с девственной чистоты. У хоневелл такая возможность есть, да и у ТАС. Для другого прогр. обеспесения думаю можно реализовать.

[Kass]

Кхм... Управление насосной станцией с помощью карты переключения насосов в одном частотнике черевато остановкой всей станции при выходе этого частотника из строя...

Здравая мысль. Но я бы ее еще развил. Ведь если использовать всего один частотник, жестко подключенный к одному из насосов (скажем к первому насосу), который еще и мощнее, то любые проблемы с насосом, отключение частотника при разгоне по перегрузке, проблем с самим частотником, останавливает всю станцию. Схема с частотником на каждом насосе работает хорошо от контроллера, если грамотно настроен ПИД и правильно организовано подключение/отключение насосов. Надеюсь вы согласитесь, что нагрузка не скачет от минимума до максимума станции. Она если и колеблется, то относительно в небольшом диапазоне относительно среднего уровня, но колеблется с большой скоростью. Если например средний расход велик и у вас например включены все 5 насосов, а колебания составляют 20% от этого уровня, то это значит, что тот самый первый насос должен достаточно быстро разгоняться от мин до мах оборотов, что естественно проблематично. Если же пять насосов работают от одного ПИДа, то им придется менять свою скорость в диапазоне 20% от максимального. Таким образом пять насосов на частотниках будут в пять раз быстрее реагировать, чем 1 на частотниках и 4 на софтах.
Далее, если у вас 5 частотников, то проблемы с любым насосом и любым частоником не приводят к остановке станции. Если кто то сомневается в надежности контроллеров, то элементарно организовать горячий резерв контроллеров с переключением ПИДа.
И еще один момент. Если речь идет о ВЗУ и к вам пришли пожарные, проверять давление в гидрантах, то желательно предусматривать непосредственное включение нескольких насосов. Пусть они немного поработают на малой частоте, зато когда наши гости начнут открывать гидранты, насосы отреагируют значительно быстрее. То же самое мона делать по сигналу "Пожар".

Я тут вешал пример онлайн скады. Там ВЗУ работает по такому принципу. Кстати частотники без ПИДа стоят ну на порядок дешевле.

[Dimur]

Пока я вижу такой выход: установить большое время интегрирования, чтобы пока дойдёт давление до обратного трубопроводе не загнать частотники в максимум.

Всё вы говорите красиво, но мне как теплотехнику не понятно выражение "пока дойдет давление".

Одно дойдет практически мгновенно. Время реации датчика и АЦП регулятора на изменившееся давление в обратной трубе будет больше, чем время "запаздывания" давления. Жидкость теоретически несжимаема, давление передается очень быстро в любую точку жидкости.
Это с физической точки зрения (особенно, если в Вашей системе только циркуляция, а не какой-то "буферный потребитель с влиянием на давление, типа мембранного бака" - который физически выглядит так, как будто жидкость обретает свойства сжимаемости, как у газов и по тем же законам).

Но схема с пятью частотниками, заданных одним датчиком меня все равно смущает.
Кто-нибудь подключал два или несколько устройств к одному датчику 4-20мА? что у вас получилось? разве токовые кольца не будут друг другу мешать? или предполагается использование каких-то других датчиков (0-10В)? Если датчик давления "пассивный" 2х проводный, то вы рискуете подать напряжение частотников друг другу на выходы +24В. Если датчик активный с собственным питанием, то токи 4-20 мА равномерно распределятся между параллельно подключенных частотников и вместо 15 мА каждый из частотников увидит 15/5 = 3 мА... то есть проигнорирует сигнал...
подскажите, может я где ошибаюсь.

[Гость_Игорь Борисов_*]

Кто-нибудь подключал два или несколько устройств к одному датчику 4-20мА?

Да нет... Видно, реализовано как в грюндфосовской гидре... 4-20 ма идет на контроллер, а с него 0-10 вольт на частотники... без включения ПИД-а частотников... Хотя на одном объекте видел 4х-насосную станцию с 4-мя ПЧ и 4-мя датчиками...

[Dimur]

кстати, и датчик 0-10В тоже должен быть как минимум не с потолка взят: его мощность по току должна быть в 5 раз больше, чем требуется при подключении к одному прибору. Иначе (а это часто бывает в чувствительных датчиках) токи пошедшие через прибор и пять частотников попалят сам датчик, либо будет значительно искажаться потенциал с датчика - он просто будет нагло врать.
Предлагаю автору задуматься над этим вопросом и своим проектом... хоть ответ для меня не так очевиден (может все просто решается), вопрос имеет место быть.

[ttt]

Имеется насосная станция работающая на отопление, давление регулируется по обратному трубопроводу.

Это как?

[Взводатор]

не понятно выражение "пока дойдет давление".

Одно дойдет практически мгновенно. Время реации датчика и АЦП регулятора на изменившееся давление в обратной трубе будет больше, чем время "запаздывания" давления. Жидкость теоретически несжимаема, давление передается очень быстро в любую точку жидкости.

Жидкость несжимаемая, но "растягиваемы" трубопроводы, есть скорее всего расширительные баки, насос тоже не идеальный. Поэтому возникающий на входе импульсный перепад давления вызовет ответную реакцию трубопровода, а потом возникшее давление начнет перегонять жидкость через все существующие сопротивления (радиаторы, дроссели, регуляторы, вентили и т.п.) на выход.

С уважением Взводатор.

[Dimur]

2 ласт: извините, но это не "гидравлический удар". Хотя все, что вы сказали - верно, особенно при гидроударе.
Насос с частотником не даст таких изменений в расходе и давлении мгновенно - он же в том числе и "плавный пускатель".

Повторюсь - запаздывание изменения давления в обратке при незначительном (20-25%)изменении давления и расхода в подаче будут меньше, чем аппаратная задержка электронных устройств. И потом, система отопления сама очень инертна - она никогда не требует очень значительных изменения расходов мгновенно.

[Гость_Игорь Борисов_*]

Имеется насосная станция работающая на отопление, давление регулируется по обратному трубопроводу.

Это как?

Ой, отстаньте... Мы её уже обсудили как повысительную ГВС с циркуляцией...

А если это ЦО... тогда почему переменная производительность? Сталкивался только на ГосДаче - домики ( ) в которых в данный момент не живут - отапливаются гораздо меньше...