Lengvas sistemos optimizavimas - JUMO valdiklio paleidimo programinė įranga

Tokiuose valdikliuose kaip JUMO IMAGO 500, JUMO DICON 500, o dabar ir naujoje JUMO dTRON serijoje, į sąrankos programą įtraukta speciali programinė priemonė, skirta stebėti ir dokumentuoti paleidimo į eksploataciją procesą, todėl jį gerokai palengvina.

Ši paleidimo programinė įranga leidžia vizualizuoti ir saugoti analoginius ir dvejetainius signalus, kol sistema optimizuojama.

Ypač sudėtingų procesų atveju svarbiausių proceso duomenų vaizdinis pateikimas realiuoju laiku yra praktiškai būtinas valdymo inžinieriui.

Viskas, ko reikia sistemos optimizavimui, yra vienas iš pirmiau minėtų valdiklių, kompiuteris arba nešiojamasis kompiuteris su sąrankos programa ir sąsajos jungtis per sąrankos kabelį su RS232 arba USB sąsaja. Ši jungtis bet kuriuo atveju reikalinga sąrankos programavimui, todėl paprastai yra prieinama.

Svarbūs nustatymai, tokie kaip laisvas signalų pasirinkimas atskiroms analoginėms ir dvejetainėms prietaiso reikšmėms rodyti, priartinimas, įvairios spausdinimo parinktys, atskirų kreivių rodymas arba paslėpimas, laisvas mastelio keitimas ir spalvų pasirinkimas, yra standartinė šios programinės priemonės dalis.

Pagrindinės programos funkcijos:

• derinimo arba automatinio derinimo etapo stebėjimą ir dokumentavimą
• užduotosios vertės žingsnio pokyčio generavimas, siekiant nustatyti ir užregistruoti valdymo kontūro charakteristikas pagal kontūro atsaką
• kelių skirtingų valdymo kontūro rezultatų palyginimas naudojant skirtingus valdymo parametrus
• atrankinis valdymo kontūro kokybės patikrinimas gamybos metu arba pakeitus įrankį
• šių duomenų failų išsaugojimas, kad juos būtų galima greitai išsiųsti elektroniniu paštu ekspertų konsultantų grupei.

Programa ne tik naudinga, bet ir suteikia daug kitų privalumų, taip pat ir ekonominių, palyginti su įprastine proceso valdymo stebėsena, pvz:

• nereikia jokių papildomų registratorių ar kitų periferinių įrenginių, kad būtų galima pradėti eksploatuoti
• labai nedaug laiko reikia matavimo sąrankai surinkti ir prijungti kabelius
• prie sistemos nereikia prijungti papildomos jutiklių įrangos arba analoginių signalų iš valdiklio
• dėl paprasto „Plug & Play“ sąsajos kabelio sutaupoma daug laiko.
• visi svarbūs proceso duomenys vienu žvilgsniu
• vienu metu dokumentuojami sistemos ir (arba) paleidimo į eksploataciją duomenys.

Paleidimo programa - Veikimo patarimai - Pavyzdys: JUMO IMAGO 500

General note on optimization

Valdiklio optimizavimas (arba derinimas) - tai valdiklio pritaikymas konkrečiam procesui arba valdymo kilpai. Valdymo parametrai turi būti parinkti taip, kad duotomis darbo sąlygomis būtų pasiektas palankiausias valdymo kontūro atsakas. Tačiau šis optimalus atsakas gali būti apibrėžiamas įvairiai, pavyzdžiui, greitai pasiekti užduotąją vertę su nedideliu viršijimu arba šiek tiek ilgesniu stabilizavimosi laiku be viršijimo. Jei iš valdiklio tikimasi tik tokio atsako, kaip ribiniam kontaktui (be impulsinio veikimo), nereikia ieškoti optimalių proporcinės juostos, išvestinės laiko ar atstatymo laiko nustatymų. Reikia iš anksto nustatyti tik perjungimo diferencialą.
Daugeliu atvejų valdiklis gali pats nustatyti valdymo parametrus naudodamas savoptimizacijos (automatinio derinimo) priemonę, jei procesas leidžia savoptimizaciją. Arba optimalų parametrų nustatymą galima nustatyti „rankiniu būdu“, atliekant eksperimentus ir taikant empirines lygtis (žr. formules priede).
Keičiant valdiklius arba naudojant identiškus valdymo įrenginius, valdymo parametrus taip pat galima tiesiogiai priimti arba įvesti.
Nustačius parametrus rankiniu būdu, automatinio derinimo paleisti nebegalima, nes tai perrašytų nustatymus.

Valdiklio charakteristikos ir veikimo prasmė (apibrėžtys ir atrankos kriterijai)

atvirkštinis: Valdiklio išėjimas Y yra didesnis už 0 arba relė įjungiama, kai proceso vertė yra mažesnė už nustatytąją vertę (pvz., šildymas).
tiesioginis: valdiklio išėjimas Y yra didesnis už 0 arba relė yra įjungta, kai proceso vertė yra didesnė už nustatytąją vertę (pvz., vėsinimas).

Kodėl 3 būsenų valdiklis netinka pavaroms?

Moduliuojantis valdiklis, kaip ir trijų būsenų valdiklis, turi du perjungiamuosius valdymo išėjimus, tačiau jie yra specialiai skirti variklinėms pavaroms, pvz., atidarymui arba uždarymui. Jei 3 būsenų valdikliui reikalingas nepertraukiamas išėjimo signalas, kad būtų palaikomas tam tikras išėjimo lygis, matome, kad moduliuojamojo valdiklio atveju elektrinės pavaros pavara išliks padėtyje, kuri bus pasiekta, kai iš valdiklio nebebus jokio kito signalo.
Atitinkamai elektrinės pavaros pavara gali likti atidaryta, pavyzdžiui, 60 %, nors tuo metu valdiklis jos nevaldo.

Ką reiškia skaitmeninis įvesties filtras (dF)?

Skaitmeninis įvesties filtras (dF) slopina įvesties signalus ir turi įtakos tiek indikacijai, tiek valdikliui. Kuo didesnė „dF“ vertė, tuo didesnis įėjimo signalo slopinimas. Itin didelė arba maža vertė gali turėti neigiamos įtakos valdymo kokybei. Daugeliu atvejų eksploatuojant galima naudoti numatytąją „dF“ nuostatą.

Ką reiškia 3 būsenų valdiklis?

3 būsenų valdikliai turi du išėjimus, kurie gali būti perjungiamieji arba nuolatiniai (relės kontaktas arba, pvz., 4-20 mA). 3 būsenų valdikliai naudojami, jei valdymo kintamasis turi arba gali būti veikiamas dviem priešingo veikimo pavaromis.
Tai gali būti klimato spinta su tiristoriniu maitinimo bloku elektriniam šildymui ir elektromagnetiniu vožtuvu vėsinimui. Šiame pavyzdyje geriausiai tiktų trijų būsenų valdiklis su nuolatiniu (analoginiu) išėjimu šildymo funkcijai (1 valdiklio išėjimas) ir perjungiamuoju išėjimu vėsinimo funkcijai (2 valdiklio išėjimas).
3 būsenų valdikliuose iš 2 būsenų valdiklių pažįstamus parametrus: proporcinę juostą, atstatymo laiką, išvestinės laiką ir histerezę dažnai galima nustatyti atskirai abiem veikimo prasmėms. 3-jų būsenų valdikliuose papildomai nustatomas parametras.

Ką reiškia moduliacinis valdiklis?

Moduliaciniai valdikliai turi du perjungimo išėjimus ir yra specialiai skirti pavaroms, kuriomis galima, pavyzdžiui, atidaryti arba uždaryti sklendę, valdyti.
Pavaros ir (arba) pavaros, kurias galima valdyti:
Kintamosios srovės variklių pavaros, nuolatinės srovės varikliai, trifazių variklių pavaros, hidrauliniai cilindrai su elektromagnetiniais vožtuvais ir kt.

Ką reiškia kaskadinis valdymas?

Kaskadinis valdymas gali gerokai pagerinti valdymo kokybę. Tai ypač pasakytina apie dinaminį valdymo kontūro veikimą, kitaip tariant, proceso kintamojo perėjimą pasikeitus užduoties vertei ar sutrikimams.

1 pavyzdys: schematinė kaskados konstrukcija

Šokoladas perdirbimui turi būti pašildomas iki_vs = 40 °C temperatūros. Šokolado temperatūra niekur neturi viršyti 50 °C (net arti šildytuvo). Todėl šokoladas kaitinamas vandens vonioje.
Kaskadinis valdymas naudojamas siekiant greitai stabilizuoti temperatūrą.
Valdiklis 1 visada yra pagrindinis valdiklis, o valdiklis 2 - pavaldusis.
Pavaldžiojo valdiklio užduotį sudaro išėjimo konversija.
Valdymo išvestis _y1 konvertuojama į užduotį naudojant proceso vertės _x2 vienetą (čia: 0-100 % = 0-50 °C).

Ką reiškia atstumas tarp kontaktų?

Jei proceso kintamasis kinta fiksuotame intervale apie užduotąją vertę (atstumas tarp kontaktų Xsh), nė vienas iš išėjimų nėra aktyvus. Išimtis: 3 būsenų valdikliai su I ir D komponentais. Neviršijant atstumo tarp kontaktų, neveikia tik proporcinis komponentas.
Šis atstumas tarp kontaktų reikalingas tam, kad būtų išvengta nuolatinio perjungimo tarp dviejų valdomų kintamųjų, pvz., šildymo ir vėsinimo registrų, kai valdymo kintamasis yra nepastovus. Atstumas tarp kontaktų taip pat paprastai vadinamas negyvąja juosta. Dėl per mažos negyvosios zonos gali būti beprasmiškai eikvojama energija įrenginyje.

Ką reiškia atstatomasis laikas?

Valdiklio išėjimo signalo I komponentė nuolat keičia valdantįjį kintamąjį, kol proceso vertė pasiekia nustatytąją vertę.
Kol yra valdymo nuokrypis, manipuliuojamasis kintamasis integruojamas aukštyn arba žemyn. Kuo ilgiau valdymo nuokrypis išlieka valdiklyje, tuo didesnis integralinis poveikis manipuliuojamajam kintamajam. Kuo didesnis valdymo nuokrypis ir kuo trumpesnis atstatymo laikas, tuo ryškesnis (greitesnis) I komponento poveikis.
I komponentė užtikrina valdymo kontūro stabilizavimą be nuolatinio valdymo nuokrypio. Atstatymo laikas yra valdymo nuokrypio trukmės poveikio valdymo veiksmui matas. Didesnis atstatymo laikas reiškia, kad I komponentas yra mažiau veiksmingas, ir atvirkščiai. Per nustatytą laiką Tn (sekundėmis) dar kartą pridedamas valdančiojo kintamojo pokytis, kurį sukelia P komponentas (xp arba pb). Atitinkamai tarp P ir I komponento yra fiksuotas ryšys. P komponento (xp) pokytis taip pat reiškia pasikeitusią laiko reakciją, esant pastoviai Tn vertei.

Ką reiškia proporcinga juosta (Xp1, Xp2)?

Grynai proporcinio valdiklio (P valdiklio) valdantysis kintamasis (valdiklio išėjimas Y) yra proporcingas valdymo nuokrypiui proporcinėje juostoje (Xp). Reguliatoriaus stiprinimą galima suderinti su procesu keičiant proporcinę juostą. Jei pasirenkama siaura proporcinė juosta, pakanka nedidelio nuokrypio, kad būtų pasiektas 100 % išėjimas, t. y. stiprinimas didėja mažėjant proporcinei juostai (Xp). Reguliatoriaus reakcija į siaurą proporcinę juostą yra greitesnė ir ryškesnė. Dėl per siauros proporcinės juostos valdymo kontūras svyruos. Bet koks proporcinės juostos keitimas tokiu pat mastu paveiks ir PID reguliatoriaus I ir D veikimą.

Jei proporcinė juosta nustatyta lygi nuliui, reguliatoriaus veikimas yra neefektyvus. Tai reiškia, kad valdiklis veikia tik kaip ribinis kontaktas. Pasirinkta histerezė arba perjungimo diferencialas yra veiksmingi, tačiau į išvestinės trukmės ir atstatymo laiko nustatymus neatsižvelgiama.
Visų tipų valdikliams, išskyrus 3 būsenų (dvigubo užduoties taško) valdiklį, svarbi tik proporcinė juosta Xp1. Naudojant tik 3 būsenų valdiklius, reikia atlikti atskirus proporcinės juostos nustatymus (abiem veikimo jutimams) (pvz., Xp1 šildymui ir Xp2 vėsinimui).

Ką reiškia perjungimo diferencialas / histerezė?

Perjungimo diferencialas dar vadinamas histereze ir yra svarbus tik perjungimo reguliatoriams, kurių proporcinė juosta = 0.
Valdikliams su atvirkštine veikimo prasme (pvz., šildymo valdymui) standartinė reakcija yra tokia:
Perjungimo diferencialas yra mažesnis už užduotąją vertę. Tai reiškia, kad reguliatorius išsijungia būtent tada, kai viršijama užduotoji vertė. Jis vėl įsijungia tik tada, kai proceso vertė nukrenta žemiau įjungimo taško, kuris yra žemiau užduotosios vertės perjungimo skirtumo dydžiu.
Valdikliuose su tiesioginiu veikimo pojūčiu (pvz., aušinimo) perjungimo skirtumas paprastai yra didesnis už užduotąją vertę. Valdiklių su atvirkštiniu veikimo pojūčiu įjungimo taškas yra tiksliai ties užduotąja verte. Tačiau jis vėl įjungiamas aukščiau užduotosios vertės, pasislinkęs perjungimo skirtumo dydžiu.

Ką reiškia pavaros eigos trukmė (tt)?

Pavaros eigos trukmė yra pavaros pavaros teikiamas kintamasis, todėl jis svarbus tik moduliuojamiesiems valdikliams arba proporciniams (tolydiesiems) valdikliams su integruota pavaros pavara.
Laikas, per kurį pavaros pavara vieną kartą nuvažiuoja visą naudingąjį manipuliacijos diapazoną, nustatomas pagal pavaros eigos trukmę.
Vykdomosios pavaros eigos laiko negalima nustatyti savoptimizacijos (automatinio derinimo) būdu. Jis visada turi būti nustatytas prieš optimizavimą.
Vykdomosios pavaros eigos laikas suteikia valdikliui informacijos apie vykdomųjų impulsų poveikį. Pavyzdžiui, kai pavaros eigos trukmė yra 20 sekundžių, manipuliuojamojo kintamojo procentinis pokytis, esant tam pačiam pavaros impulsui, yra gerokai didesnis nei, pavyzdžiui, pavaros, kurios eigos trukmė yra 100 sekundžių.
Parenkant arba nustatant pavaros matmenis, reikia atsižvelgti į tai, kad dėl trumpos eigos trukmės, pavyzdžiui, trumpesnės nei 10 sekundžių, manipuliuojamojo kintamojo pokyčiai bus dideli, todėl sumažės valdymo tikslumas. Jei, pavyzdžiui, laikysime, kad 0,5 sekundės yra trumpiausia pavaros impulso trukmė, 10 sekundžių eigos trukmė leistų atlikti tik 20 pavaros žingsnių. Tai reikštų, kad valdomąjį kintamąjį galima keisti tik 5 % žingsniais.
Tačiau pavaros su labai ilga eigos trukme gali būti nepalankios dinamikos požiūriu, nes valdymo veiksmu manipuliuojamąjį kintamąjį galima keisti palyginti lėtai. Tačiau faktiniame veikime problemos, kylančios dėl per trumpos eigos trukmės, pasitaiko dažniau nei dėl per ilgos eigos trukmės.

Ką reiškia proporcinis valdiklis su integruota pavaros tvarkykle?

Trumpoji forma „pavaros valdiklis“ vartojama apibūdinti „proporciniam valdikliui su integruota pavaros tvarkykle“. Skirtingai nei moduliuojančiajam valdikliui, vykdančiajam valdikliui būtinas vykdiklio grįžtamojo ryšio signalas.
Pavaros valdiklis valdo pavaros judėjimą pagal arba prieš laikrodžio rodyklę per 2 perjungimo išėjimus.
Variklinės pavaros padėtis registruojama ir lyginama su proporcinio valdiklio valdomuoju kintamuoju (yR).

Ką reiškia išvestinis laikas?

D komponento (diferencinio komponento) intensyvumą galima nustatyti per išvestinės laiką. PID arba PD valdiklio D komponentė reaguoja į proceso vertės kitimo greitį.
Kai artėjama prie užduotosios vertės, D komponentė veikia kaip stabdis, taip neleisdama valdymo kintamajam viršyti užduotosios vertės.
Iš esmės D komponentas turi tokį poveikį:
Kai tik valdymo kintamasis pasikeičia, D komponentas reaguoja į šį pokytį.
Valdikliui su atvirkštine veikimo prasme (t. y. šildymui) tai reikštų, pvz.

• jei dėl proceso trikdžių valdymo kintamasis sumažėja, D komponentas sudaro teigiamą valdymo kintamąjį, kuris neutralizuoja valdymo kintamojo sumažėjimą.
• jei dėl proceso trikdžių valdymo kintamasis padidėja, D komponentas sudaro neigiamą valdymo kintamąjį, kuris neutralizuoja valdymo kintamojo padidėjimą.
• Amortizavimo veikimas didėja didėjant išvestinės trukmės nustatymui (vertė sekundėmis).

Ką reiškia 2 būsenų valdiklis?

Dviejų būsenų valdiklis (įjungimo/išjungimo valdiklis) perjungia išėjimą, kai pasiekiama nustatyta vertė. Jei vertė nukrenta žemiau užduotosios vertės tam tikru reguliuojamu nuokrypiu (xsd, perjungimo skirtumas, histerezė), išėjimas vėl įjungiamas. Todėl jis turi tik dvi perjungimo būsenas. Jis naudojamas temperatūros reguliavimo programose, kai šildymas arba vėsinimas tik įjungiamas arba išjungiamas.
Tačiau 2 būsenų valdiklis su dinamika gali veikti ir su P, I arba D komponentu.

Ką reiškia ciklo trukmė (Cy)?

Perjungimo ciklo trukmė nurodoma sekundėmis ir apibrėžia laikotarpį, per kurį įvyksta visas perjungimo ciklas, susidedantis iš įjungimo ir išjungimo laikų.

Literatūra šia tema

• Valdymo inžinerija - pagrindiniai principai ir patarimai praktikams