Добрый день!
Проблема каскадного управления не нова, особенно для АВОКа, и хоть на здесь, на этом форуме, ей посвящён не один топик, я рискну создать ещё один. Всё темы, которые выдал мне поиск по запросу "каскад", в основной своей массе касаются аппаратной части - контроллеров и всего, что с ними связано. Я же хочу взглянуть в сторону теории и буду очень благодарен людям, которые меня в ней соориентируют.
Для примера разбора возмём простую схему - два котла равной мощности, на которые установлены двухступенчатые горелки. Котловой контур отгорожен от тепловой сети и сети ГВС подогревателями, регулирование температуры воды (95 град. Цельсия) в тепловую сеть и сеть ГВС (60 град. Цельсия) выполняется трёхходовыми клапанами, котлы работают на поддержание за собой постоянной температуры (100 град.).
Итак, если мне не изменяет память со времён обучения в институте, то система каскадного регулирования (я принимаю, что каскадное управление котлами есть то же самое, что каскадное регулирование температуры воды за котлами) - это многоконтурная система связанного регулирования. В самом общем случае каскад - это два регулятора (ведущий и ведомый) и один объект регулирования. Ведущий регулятор более инерционный, ведомый - более шустрый. Управляющее воздействие первого есть уставка для второго, управляющее воздействие второго - непосредственно подаёются на объект.
Так вот, в свете нашего примера понятно, что ведущий регулятор - это регулятор температуры за котлами, и это понятно. Второй регулятор - это что? Переключатели "Большое/малое горение" горелок? Вряд ли, ибо что тогда есть для него ОС, на которую должен быть замкнут его контур? Я понимаю, что второй регулятор должен регулировать расход газа, но все двухступенчатые горелки при ПНР настраиваются на чёткое соотношение газ/воздух для каждой ступени горения. В итоге получается разомкнутое регулирование подачи смеси и от "каскада" остаётся один контур регулирования температуры, сведённый к банальному компарированию и смене котлов по моточасам.

Прошу просветить и поправить меня, если я не прав. Всем заранее спасибо

Усе элементарное просто!


У вас есть контур регулирования температуры подачи потребителю (Отопление и ГВС). На этих контурах стоят регулирующие клапаны с электроприводами. Они и регулируют температру, подаваемую потребителям. В котловом контуре достаточно выставить такую температуру, которой будет достаточно, для того, чтобы создавать нужну температуру потребителю. Т.е. достаточно управления типа "термостат". Даже можно двухступенчатый термостат чтобы управлять большим/малым горением. Далее можно исхитрится и сделать так, чтобы включался второй котел, если мощности первого недостаточно. Способов для этого существует масса.

От простого к сложному:
горелка - исполнительный механизм, который был при ПНР настроен и впоследующем он для нас черный ящик
"Большое/малое горение" - не что иное как св-ва исполнительного механизма (диапазон регул-го воздействия 0-100%)
Если в котле две горелки, то на каждую будет приходится диапазон регул-го воздействия 0-50%.

Второй котел необходимо рассматривать как добавление 2-х горелок, т.о. диапазон регул-го воздействия на каждую горелку составит 0-25%.
И здесь, как Вы видите, пока никаого отношения к "каскадному регулированию" в определениях/понятиях ТАУ (теории автоматического упр-я) НЕТ.
Иными словами КАСКАД котлов и КАСКАДНЫЙ РЕГУЛЯТОР это две большие разницы. Возможно, что некий регулятор многокотельной установки, который "видит" каждый котел как % от суммарной мощности всей котельной, начали называть КАСКАДНЫМ. Отсюда и путаница в понятиях.

Более инерционный - регулятор температуры "грубо"
более шустрый - регулятор температуры "точно".

заставить бы тебя сделать так, как сам написал

power_factor неожиданно обнажил полное отсутствие академического подхода среди местного бомонда

Обычно более инерционный регулятор наиболее точно поддерживает уставку температуры, но медленнее выходит на режим. Более шустрый регулятор наоборот - менее точно поддерживает уставку, но быстрее выходит на режим... Это если говорить об одинаковых регуляторах...
Кстати.. автору темы.. вывод вы сделали верный - в итоге банальное регулирование температуры подачи/обратки.

Однако делали. Каскадное регулирование только не в 2 котла, а поболее.
При поддержании температуры, если одного котла не хватает, запускается второй из горячего резерва, третий переводится в горячий резерв.
Если двух не хватает, запускается третий котел. Четвертый в горячий резерв.
Если сутки отработали, четвертый запускается, а первый выводится в горячий резерв.
И так далее ...
Получается два держат "грубо", один работает на поддержание "точно".
Что-то не так ?

Просто Вы некорректно написали... Регулятор у Вас один. При нехватке мощности он "ступенями" подключает дополнительную мощность. Но контур регулирования один...

Не понятно, что некорректно?
Если в два регулятора, то на старых приборах-регуляторах реализовывал так :
Выход 0-10 В (0-100%) первого регулятора подается на вход второго регулятора как задание.
Первый (каскад) регулятор управляет более мощной нагрузкой - это регулировка "грубо".
Второй (каскад) регулятор управляет не очень мощной нагрузкой - это регулировка "точно".

А какой смысл? Первый регулятор чем управляет? Только вторым регулятором или еще что-то включает?

Первый каскад = мощная нагрузка
второй каскад = менее мощная нагрузка.
Управляют нагревателями.

Выход первого регулятора подаете на вход второго. Вы его паралелите еще на управляющее воздействие на превый нагреватель?
А как задается уставка второго регулятора? К примеру вы её зададите 50%... если основной регулятор будет давать управляющее воздействие выше 50%, то второй регулятор будет уменьшать управляющее воздействие, если ниже 50% - то увеличивать? Получается, что вторая ступень должна быть всегда меньшей мощности. Но это немного не то, о чем писал автор темы. Он писал о том, что есть регулятор температуры потребителя (через теплообменник) и регулятор котлового контура. Но они между собой практически не взаимосвязаны. Кроме как логикой работы и тем, что котловой конетур производит тепло для контура потребителя.

Мое сообщение относилось к этой фразе. Я предложил считать первый регулятор - "регулирование грубо", второй регулятор "регулирование точно".
Без привязок к аппаратным решениям задачи.
Предложил только термины.

Всем спасибо за участие.

Высказываю свои мысли:



Это не каскадная САР, это три отдельных контура регулирования, не связанные между собой и, в принципе, мало друг на друга влияющие – я думаю, что для того, что бы ввести какой-либо контур в автоколебания или в разнос, требуется довольно резкие (быстрые) перепады температур на улице или такие же перепады разбора воды в сети ГВС. Данный случай крайне маловероятен.
Такая система управления котельной (три контура), на мой взгляд, работоспособна, проста в настройке и удобна в эксплуатации. Но это не каскадная САР.



Вот именно, горелка – это ИМ. И сколько бы этих горелок бы не было, они все рассматриваются как один ИМ для регулирования температуры. И вот, громкое название «Каскадное управление котлами» на деле оказывается одноконтурной стабилизирующей САР температуры с трёхпозиционным управлением ИМ («добавить мощность – остановить – убавить мощность») по какому-либо закону, с неэкстремальными (из-за своей большой инерционности) переходными процессами во время смены горелок по моточасам и, следовательно, являющейся устойчивой (не знаю, как по Михайлову и/или Найквисту ) и имеющей право на жизнь. Но опять же, это не каскадная САР.



Да, действительно, здесь получается, что под «КАСКАДом» понимается не последовательное соединение и соответствующая настройка регуляторов многоконтурной САР, а последовательное включение/отключение/переключение ИМ для стабилизации регулируемого параметра, а словосочетание «Каскадное управление котлами» не более чем ловкий маркетинговый ход производителей. На деле же «Каскадное управление котлами» - это «дискретное управление для равномерного износа».



Это также не каскадная САР. См. выше.

Подытожим: при оборудовании котлов двухпозиционными горелками организация каскадного регулирования невозможна.

Но это то, что касается двухпозиционных горелок. Теперь касаемо модулируемых:





Схема та же, что и в первом посте, с тем лишь различием, что стоят модулируемые горелки с линейным входным сигналом, допустим 0-10 В. Для организации каскадной САР необходимо шустрый регулятор замкнуть на ОС. Мне кажется, что это должна быть температура за котлом. Для разницы времени реакции выставляем для медленного регулятора ПИ-закон, для шустрого П. Главный регулятор выдаёт уставку для ведомых, а они по ней корректируют температуру за собой. Все горелки работают всегда одновременно, мне кажется, что это имеет преимущества перед сменой работающих горелок – отсутствие пусков/остановов благотворно сказывается на переходных процессах системы и уменьшает износ горелок, работа всех горелок на более низкой мощности нежели некоторых, но на более высоких, так же увеличивает их моторесурс. При аварии кокого-либо теплогенератора он выпадает из системы, а остальные восполняют недостаток его мощности плавным увеличением производительности. Летом, когда есть нагрузка ГВС, лишние котлы выводятся из контура регулирования, а оставшиеся работают по той же схеме.
Мне кажется, что это и есть каскадное регулирование и эта схема применима для любого количества котлов. Её минус – сложность в настройке.

Чота я многа напесал
Жду замечаний и указаний на ошибки, а то что-то мне подсказывает, что я где-то заблуждаюсь.
«Нам нужен конструктивный диалог» (с) (все знают кто это постоянно говорит)

Вы все верно подытожили. Одно НО - чего-то вы слишком все усложняете... Все эти возможные алгоритмы регулирования легко реализуются на современных ПЛК. И задумываться об устойчивости системы (по Михайлову или по Найквисту) не приходится. Вообще можно реализовать любой алгоритм работы котельных с модулируемыми горелками и сколькоугодным количеством котлов, была бы потребность А от ТАУ тут важно чисто понимание работы регуляторов, и умение их реализовать и настроить

Прицеплюсь к слову "моторесурс".

Если рассматривать дутьевые горелки. Например, вместо одной горелки на полной мощности работает две горелки на половинной. Вместо одного дутьевого вентилятора работает два. Подшипники изнашиваются у двух вместо одного. Это увеличивает моторесурс ?

Может быть, увеличивается просто "ресурс" у каких-то железок-завихрителей ? Или у чего?

Может и так. Только почему один-два котла пашут все время, а еще один дергается на включение-выключение? Я понимаю, выравнивание времени наработки котлов и количество включений у тебя в далекой перспективе. Уточни свои знания по каскадному регулированию, впрочем для сельской местности это сойдет.

Ну, я исхожу из следующего:
1. В любом тех. процессе одной из главных задач эксплуатации является равномерный износ одноимённых агрегатов, работающих на достижение одной определённой цели (в нашем случае это котлы, греющие воду). Каким образом это будет достигнуто - вопрос вторичный: постоянной одновременной работой всех агрегатов на одинаковой производительности или же ступенчатым (каскааааадным ) подключением/отключением этих агрегатов. Итог всё равно один - удельное время работы этих агрегатов за определённый интервал времени будет одинаковым, то есть по отношению друг к другу они проработают одинаковое количество времени и, соответственно, их износ будет также одинаков.
2. Любое оборудование (электродвигатели, ДВС, трансформаторы и проч.) и системы испытывают максимальные нагрузки в переходных режимах: пуск и останов. И чем больше таких режимов (чем чаще пуски и остановы), тем хуже для оборудования.
3. Износ компонентов (допустим, подшипников) агрегата на максимальной мощности и износ на меньшей мощности есть вещи разные, так как и нагрузки разные. Абстрактный пример: спринтер бежит быстро, но мало, марафонец - медленно, но значительно больше. Думаю, ход мысли понятен.
4. При работе всех агрегатов (котлов то есть) одновремено в настоящей каскадной САР для устранения рассогласования потребуется меньшее управляющее воздействие, нежели при ступенчатом подключении котлов. Отсюда и меньшее перегулирование, и более плавный переходной процесс, и более быстрый выход на уставку. К тому же, как мне кажется, настоящая каскадная САР менее подвержена внешним возмущениям, точнее более быстрее и плавнее справляется с их последствиями.

Тема очень интересная, хочется услышать побольше мнений.

На этот счет хочу сказать, что модулируемые горелки использются не часто. Большинство небольших блочных котельных, которые я видел используют обычные горелки, максимум двухступенчатые. А так, вопросов нет - использование модулируемых горелок и регулирование ими температуры теплоносителя уменьшает перерегулирование и делает процесс более плавным.

А я почему-то на каждом шагу имею дело с модулируемыми.

"панегирик" ?

Может быть а мне вот модулируемые только один раз попались, а так все мелочь блочная

Нормальная модуляционная горелка уже в себе содержит и датчик температуры, и модулятор...
Чего еще выдумывать, хочешь каскад котлов (не каскадный регулятор, кстати у нас в МЭИ такой способ
назывался подчиненным регулированием) - есть куча специализированных контроллеров разной степени навороченности для этих целей некоторые горелки от Висхаупа вообще ничего внешнего не требуют, соединяешь, обозначаешь и все работает..
И еще, стремление поддержания температуры с точностью +/-1 гр. для теплоснабжения, считаю идиотизмом

по моему автор путает понятия.
Каскадное регулирование мощности котельной - это включение стольких ступеней мощности котельной, сколько требуется для достижения заданной температуры. Если у нас два котла с двухступенчатыми горелками каждый, то всего котельная имеет четыре ступени мощности. Управляет всем этим каскадом из 4 ступеней всего один контроллер. Если ступеней десять или двадцать, то возможно один контроллер и не справится, это зависит от его функциональных возможностей, но никакого разделения на грубую и точную подстройку нет.
Если мы говорим о каскадном регулировании двух котлов с модуляционными горелками у каждого, то очевидно, что речь идет о двухступенчатом каскаде. Но мощность внутри каждой ступени меняется плавно и при необходимости подключения второй ступени мощность первой должна быть снижена, так как горелка имеет определенный коэффициент модуляции и не может регулироваться прямо от нуля. Есть минимальное значение мощности горелки, на которое нужно снизить мощность первой, чтобы получить плавную характеристику модуляции мощности котельной.

Абсолютно верно.
Главное - это управление теплопроизводительностью. Задание температуры воды на выходе котла (котлов) - всего лишь один из возможных инструментов.

Согласен , каскадное регулирование мощности.


Спасибо

Мне кажется, что это чуть-чуть не корректная схема, ибо надо брать связку не "температура в общем коллекторе - температура за котлом", а "температура в общем коллекторе - давление газа перед горелкой". Именно давление газа перед горелкой должно быть сигналом ОС для ведомого регулятора, к тому же давление - параметр более динамичный, нежели температура.
Ещё мысль. Ведь помимо газа, в горелку подаётся ещё и воздух. Так, можно ввести ещё одну каскадную САР для связки "кислород в дымоходе - давление воздуха перед горелкой". Кислород - мастер, давление воздуха - слэйв.
Конечно, котёл с двумя каскадными САР на борту требует длительных танцев с бубном при ПНР и перечисления всех родственников проектировщика и производителя, но от такой системы можно добиться самого высокого качества регулирования.
Интересно услышать мнение наладчиков по этому поводу.



Точно!



Для отопления домов - согласен, для производственных целей данный фактор может быть критичным.
Рентабельность предприятия напрямую зависит от качества продукта, которое в свою очередь напрямую завить от качества регулирования технологического процесса, оказывающего влияние на многие показатели - потребление энергоресурсов, износ оборудования, опять же. В итоге "экономический" эффект может оказаться очень весомым даже для простой отопительной котельной, но кого это волнует? Это так, маленький оффтопик.





В общем, вывод я для себя сделал: подавляющее большинство котельных в нашей стране, независимо от того, какие горелки - ступенчатые или модулируемые, в них используются, работают по схеме так называемого "Каскадного управления". Данная схема является простой системой ступенчатого управления теплопроизводительностью котельной с контролем равномерного износа оборудования и никакого отношения к каскадным САР (они же – системы подчинённого регулирования) не имеет.

Если уж так пошло, то не давление газа надо заводить, а соотношение газ с воздухом, а там еще и метановое число пристегнуть для верности с коррекцией по температуре. Про разряжение в топке я уже молчу..
Все это конечно здоров, только как автор себе представляет реализацию, причем не алгоритма, а на физическом уровне - куча датчиков, преобразователей и аппаратная часть для обработки...
Про цену я молчу. А сейчас кстати основное это эффективность использования топлива (при нынешних ценах, которые в росте останавливаться не собираются).
По поводу поддержания требуемых технологических режимов, то это не задача котельной, а совсем другой системы..
Тут между прочим если нужен стабильный и точный режим, часто вообще к общей системе не привязываются,а используют к примеру индивидуальные электрические системы нагрева

Ну да, что-то я уж совсем размечтался. Вряд ли какой-нибудь заказчик пойдет на такие "извращения" (по крайне мере, те заказчики, с которыми я имел да и имею дело, не согласятся, ибо работают по принципу тотальной экономии на всём).

Всем спасибо за участие!

Да эти "извращения" просто лишние. На 100%.

Это давно уже делают ("Горелка WEISHAUPT"). Только не "давление воздуха", а "расход".
Очевидно, что экономия реальная есть, если ДО внедрения уровень эксплуатации был НИЗОК...

Насчёт "температуры за котлом".
Хоть какой-то "регулятор температуры воды на выходе котла" нужен уже для того, чтобы не допускать выхода температуры за допустимый предел. В своей "схемотехнике" я это назвал "функция ограничения температуры воды".

почитайте эту тему, вроде все ему разжевали

http://forum.abok.ru/index.php?showtopic=96680

Сделал в своей "схемотехнике" подраздел Управление теплопроизводительностью (в отношении отопительной котельной).

Но там просто пример, без академизма...

Я не занимался газовыми котлами, но попробую пофантазировать по аналогии с водяными системами.

Для отопления можно попробовать сделать каскадное регулирование, если иметь обратную связь по температуре обслуживаемых зон (помещений). Тогда регулятор температуры в этих зонах будет регулировать температуру подачи из котла от минимальной до максимальной. При определённой адекватности измерения температуры в зонах обслуживания можно даже получить экономию по сравнению с графиком подачи по Т наружного воздуха.

Или, если важна температура обратки, можно сделать контур регулирования обратки главным, а контур регулирования подачи - подчинённым. Контур обратки можно настроить на ограничение снизу и/или сверху.

Эти Ваши "фантазии" давно реализованы, например в контроллере Kromschroder E8.4401

Только соберутся что-нибудь изобрести - а это уже у немцев есть.

Поэтому МГУ всё заклеено объявлениями о приёме на работу в западные компании...


Ахренеть. А я то и не знал... Да они почти в каждом контроллере есть.

Недавно я написАл о тех функциях, с которыми стоило бы серийно изготавливать контроллер каскадного управления котлами:

тема Каскадный контроллер

У наших тоже есть. Те же энтеросы в своей автоматике и обратную связь и каскад умеют.