Snadná optimalizace systému - software pro spouštění řídicích jednotek od společnosti JUMO

Řídicí jednotky, jako jsou JUMO IMAGO 500, JUMO DICON 500 a nyní i
nové řady JUMO dTRON, obsahují speciální softwarový nástroj pro nastavení.
pro monitorování a dokumentaci uvedení do provozu, čímž se zrychluje a zkracuje doba provozu.
výrazně usnadňuje.

Tento spouštěcí software umožňuje vizualizaci a ukládání analogových a binárních signálů během optimalizace systému.

Zejména u složitých procesů umožňuje vizuální prezentaci v reálném čase.
nejdůležitějších procesních dat je prakticky nepostradatelná pro
řídicího inženýra.

Vše, co potřebujete k optimalizaci systému, je jeden z regulátorů
zmíněný výše, počítač nebo notebook s nastavovacím programem, a
připojení k rozhraní prostřednictvím kabelu pro nastavení s rozhraním RS232 nebo USB.
nebo rozhraním USB. Toto připojení je stejně nutné pro nastavení
programování, a proto je obvykle k dispozici.

Důležitá nastavení, jako je volný výběr signálů pro zobrazení
jednotlivých analogových a binárních hodnot v přístroji, zvětšení,
různé možnosti tisku, zobrazování nebo skrývání jednotlivých křivek, volné
škálování a volba barev, to vše je součástí tohoto softwarového nástroje jako
standardně.

Hlavní funkce programu zahrnují:

sledování a dokumentaci fáze ladění nebo automatického ladění

generování skokové změny žádané hodnoty pro určení a záznam charakteristik regulační smyčky na základě odezvy smyčky

porovnání několika různých výsledků regulační smyčky při použití různých parametrů regulace

výběrovou kontrolu kvality regulační smyčky během výrobního provozu nebo při výměně nástroje

uložení těchto datových souborů pro rychlé odeslání e-mailem expertnímu poradenskému týmu.

Program je nejen užitečný, ale poskytuje i mnoho dalších možností
výhod - také ekonomických - oproti běžným procesům
řízení, jako jsou např:

pro uvedení do provozu nejsou potřeba žádné další zapisovače ani jiná periferní zařízení

velmi malá časová náročnost na montáž a kabeláž měřicí sestavy

žádné připojování dalších snímacích zařízení k systému nebo analogových signálů z řídicí jednotky

značná úspora času díky jednoduchému kabelu rozhraní Plug & Play.

všechny důležité údaje o procesu na první pohled

současná dokumentace systému a/nebo údajů o uvedení do provozu.

Spouštěcí program - Provozní poradenství - Příklad: JUMO IMAGO 500

Obecná poznámka k optimalizaci

Optimalizace (nebo ladění) regulátoru je přizpůsobení regulátoru danému procesu nebo regulační smyčce. Parametry regulace je třeba zvolit tak, aby bylo dosaženo co nejpříznivější odezvy regulační smyčky za daných provozních podmínek. Tato optimální odezva však může být definována různými způsoby, například rychlým dosažením žádané hodnoty s malým překročením nebo poněkud delší dobou stabilizace bez překročení. Pokud se od regulátoru očekává pouze odezva jako pro mezní kontakt (bez pulzního provozu), není třeba hledat optimální nastavení proporcionálního pásma, derivační doby nebo doby resetu. Je třeba předem definovat pouze spínací diferenciál.
Ve většině případů může regulátor sám určit parametry regulace prostřednictvím samooptimalizace (autotuning), pokud proces samooptimalizaci umožňuje. Alternativně lze optimální nastavení parametrů určit "ručně", pomocí experimentů a empirických rovnic (viz vzorce v příloze).
Při záměně regulátorů nebo při shodných řídicích instalacích lze také přímo přijmout nebo zadat řídicí parametry.
Po ručním nastavení parametrů již nelze spustit automatické ladění, protože by došlo k přepsání nastavení.

Charakteristika ovladače/smysl provozu (definice/kritéria výběru)

inverzní: Výstup regulátoru Y je větší než 0, nebo relé sepne.
je sepnuto, když je hodnota procesu menší než požadovaná hodnota (např.
např. ohřev).

přímý: Výstup regulátoru Y je větší než 0, nebo relé.
je sepnuto, když je hodnota procesu větší než požadovaná hodnota (např. topení).
chlazení).

Proč je třístavový regulátor pro pohony pohonů nevhodný?

Modulační regulátor má stejně jako třístavový regulátor dvě funkce.
spínací řídicí výstupy, které jsou však určeny speciálně pro
pro pohony motorických pohonů, např. pro otevírání nebo zavírání. Pokud se jedná o spojitý
je u třístavového regulátoru vyžadován výstupní signál, aby bylo možné
udržení určité výstupní úrovně, vidíme, že v případě
modulačního regulátoru, zůstane elektrický pohon akčního členu v poloze
dosažené poloze, když z regulátoru nepřichází žádný další signál.

V souladu s tím může pohon aktuátoru zůstat otevřený například na 60 %,
ačkoli v tomto okamžiku není ovládán řídicí jednotkou.

Co se rozumí digitálním vstupním filtrem (dF)?

Digitální vstupní filtr (dF) slouží k potlačení vstupních signálů a
ovlivňuje indikaci i regulátor. Čím větší je hodnota "dF",
tím větší je tlumení vstupního signálu. Extrémně vysoká nebo nízká hodnota
hodnota může mít negativní vliv na kvalitu regulace. Ve většině
případů lze pro provoz použít výchozí nastavení hodnoty "dF".

Co znamená třístavový regulátor?

Třístavové regulátory mají dva výstupy, které mohou být buď spínací, nebo
(reléový kontakt nebo např. 4 - 20 mA). Třístavové regulátory jsou
používají, pokud je nebo může být řídicí veličina ovlivňována prostřednictvím dvou řídicích veličin.
akční členy s protichůdným účinkem.
Může se jednat o klimatickou skříň s
tyristorovou pohonnou jednotkou pro elektrické vytápění a elektromagnetickým ventilem
pro chlazení. V tomto příkladu se použije třístavový regulátor se spojitým
(analogovým) výstupem pro funkci vytápění (výstup regulátoru 1) a výstupem pro funkci vytápění (výstup regulátoru 2).
spínacím výstupem pro funkci chlazení (výstup regulátoru 2).
nejlepší volbou.
U třístavových regulátorů jsou parametry
proporcionální pásmo, doba resetu, derivační doba a hystereze, známé jako
známé z dvoustavových regulátorů, lze často nastavit odděleně pro oba provozní stavy.
smyslů. U 3stavového regulátoru je navíc k dispozici parametr

Co se rozumí pod pojmem modulační regulátor?

Modulační regulátory mají dva spínací výstupy a jsou zejména
jsou určeny k ovládání pohonů, které mohou například otevírat nebo otevírat
zavřít klapku.

Aktory/pohony akčních členů, které lze ovládat:

Střídavé motorové pohony, stejnosměrné motory, třífázové motorové pohony, hydraulické válce se solenoidovými ventily atd.

Co znamená kaskádové řízení?

Kaskádové řízení může výrazně zlepšit kvalitu řízení. To se týká zejména dynamického působení regulační smyčky, jinými slovy přechodu procesní veličiny po změnách žádané hodnoty nebo poruchách.

Příklad 1: schematická konstrukce kaskády

Čokoládu je třeba pro zpracování ohřát na vs = 40 °C. Teplota čokolády nesmí nikde překročit 50 °C (ani v blízkosti ohřívače). Proto se ohřívá na vodní lázni.
Pro dosažení rychlé stabilizace se používá kaskádová regulace.
Řídicí jednotka 1 je vždy hlavní řídicí jednotka, řídicí jednotka 2 je vždy podřízená.
Žádaná hodnota pro podřízený regulátor se vytváří převodem výstupu.
Regulační výstup y1 se převede na žádanou hodnotu pomocí jednotky procesní hodnoty x2 (zde: 0 - 100 % = 0 - 50 °C).

List of symbols
O2 - Výstup 2
I1 - Analogový vstup 1
I2 - Analogový vstup 2
C1 - Ovladač 1
C2 - Ovladač 2
w ₁ - Regulátor nastavené hodnoty 1
w ₂ - Regulátor nastavené hodnoty 2
x ₁ - Regulátor procesních hodnot 1
x ₂ - Regulátor procesních hodnot 2
x _w1 - Regulátor odchylky 1
x _w2 - Regulátor odchylky 2
y ₁ - Řídicí výstup 1
y ₂ - Řídicí výstup 2; výstup 1 regulátoru 2
v _s - Teplota čokolády
v _w - Teplota vodní lázně

Příklad 2: konstrukce kaskády trimování

Dvě náplně čokolády je třeba zahřát na 40 °C a 50 °C. Teplota čokolády nesmí nikde (ani v blízkosti ohřívače) překročit nastavenou hodnotu o více než 10 °C. Proto se ohřívá na vodní lázni.

K dosažení rychlé stabilizace bez překmitů a bez změny konfigurace regulátoru (převodu výstupu) při změně žádané hodnoty (změně dávky) se používá kaskádová regulace Trim.
Regulátor 1 je vždy nadřazeným regulátorem, regulátor 2 je vždy podřízeným regulátorem.
Žádaná hodnota pro podřízený regulátor se vytváří konverzí výstupu a přičtením žádané hodnoty hlavního regulátoru (w1).
Při převodu žádané hodnoty se výstup regulace y1 převede na hodnotu s jednotkou procesní hodnoty w2. Ta odpovídá maximálnímu povolenému rozdílu teplot (± | x1 - w1 |; zde: 0 - 100 % = -10 až +10 °C).

Co se rozumí vzdáleností kontaktů?

Pokud se procesní proměnná mění v pevně stanoveném intervalu kolem hodnoty
- rozteč kontaktů Xsh - pak ani jeden z výstupů není nastaven na požadovanou hodnotu.
aktivní. Výjimka: Třístavové regulátory se složkami I a D. V rámci
je neaktivní pouze proporcionální složka.

Tento odstup kontaktů je nutný, aby se zabránilo neustálému spínání.
mezi dvěma manipulujícími veličinami, např. topením a chlazením.
registry, když je řídicí veličina nestabilní. Rozteč kontaktů
se také běžně nazývá mrtvé pásmo. Příliš malé mrtvé pásmo může vést
k nesmyslnému plýtvání energií v zařízení.

Co se rozumí časem vynulování?

Složka I výstupního signálu regulátoru má za následek.
plynule měnit manipulovanou veličinu, dokud se proces nezmění.
dosáhne žádané hodnoty.

Dokud je přítomna regulační odchylka, je manipulovaná veličina
integrována směrem nahoru nebo dolů. Čím déle je regulační odchylka
čím déle je v regulátoru přítomna, tím větší je integrační účinek.
na manipulovanou veličinu. Čím větší je regulační odchylka a
menší doba vynulování, tím výraznější (rychlejší) je účinek regulační odchylky.
I složky.

Složka I zajišťuje stabilizaci regulační smyčky, aniž by se
trvalé regulační odchylky. Doba resetu je mírou účinku
trvání regulační odchylky na regulační činnost. Větší
doba resetu znamená, že složka I je méně účinná a naopak.
V rámci stanovené doby Tn (v s) se změna manipulačního
proměnné, která je vyvolána složkou P (xp nebo pb), se přičte jednou
více. V souladu s tím existuje pevný vztah mezi složkou P a složkou
I složkou. Změna složky P (xp) znamená také změnu
časovou odezvu při konstantní hodnotě Tn.

Co znamená proporcionální pásmo (Xp1, Xp2)?

V čistě proporcionálním regulátoru (P regulátor) je manipulátor
(výstup regulátoru Y) je úměrná regulační odchylce.
v rámci proporcionálního pásma (Xp). Zesílení regulátoru může být
přizpůsobit procesu změnou proporcionálního pásma. Pokud je úzké
proporcionálního pásma, stačí malá odchylka, aby se dosáhlo nízké hodnoty regulace.
100 % výstupu, tj. zesílení roste s proporcionálním pásmem (Xp).
Zmenšuje se proporcionální rozsah. Reakce regulátoru na úzké proporcionální pásmo je následující
rychlejší a výraznější. Příliš úzké proporcionální pásmo bude
způsobí oscilaci regulační smyčky. Jakákoli změna proporcionálního pásma
pásma ovlivní také působení I a D PID regulátoru na proporcionální pásmo.
ve stejném rozsahu.

Pokud je proporcionální pásmo nastaveno na nulu, působí regulátor
je neúčinná. To znamená, že regulátor pracuje pouze jako
jako koncový kontakt. Zvolená hystereze nebo spínací diference je
účinné, nastavení derivační doby a doby vynulování,
však nejsou brány v úvahu.

U všech typů regulátorů, s výjimkou třístavových (s dvojitou hodnotou)
regulátoru, je relevantní pouze proporcionální pásmo Xp1. U třístavového regulátoru
regulátorů je třeba provést samostatná nastavení pro proporcionální pásmo (pro oba regulátory).
(např. Xp1 pro vytápění a Xp2 pro vytápění).
chlazení).

Co se rozumí spínacím diferenciálem/hysterezí?

Spínací diferenciál se také označuje jako hystereze a je to
má význam pouze pro spínací regulátory s proporcionálním pásmem = 0.

U regulátorů s inverzním pracovním smyslem (např. regulace vytápění) je standardní odezva následující:

Spínací diference leží pod žádanou hodnotou. To znamená, že
regulátor vypíná právě tehdy, když je překročena požadovaná hodnota.
Znovu se zapne až tehdy, když hodnota procesu klesne pod
spínacího bodu, který leží pod žádanou hodnotou o velikost
spínací diference.

U regulátorů s přímým provozním smyslem (např. chlazení) se
spínací diference obvykle leží nad žádanou hodnotou. Stejně jako u
regulátory s inverzním provozním smyslem, je bod sepnutí
přesně na požadované hodnotě. K opětovnému zapnutí však dochází nad
nad žádanou hodnotou, posunutou o velikost spínací diference.

Co se rozumí pod pojmem doba zdvihu pohonu (tt)?

Doba zdvihu pohonu je veličina, kterou poskytuje pohon pohonu.
a je proto relevantní pouze pro modulační regulátory nebo
proporcionální (spojité) regulátory s integrovaným pohonem.

Doba, kterou pohon aktuátoru potřebuje k jednorázovému překonání celého zdvihu.
manipulačního rozsahu, se nastavuje v položce Doba zdvihu akčního členu.

Dobu zdvihu pohonu nelze určit pomocí samooptimalizace (autotuningu). Musí být vždy nastavena před optimalizací.

Doba zdvihu akčního členu poskytuje řídicí jednotce informace o
účinku akčních impulsů. Při době zdvihu akčního členu 20
sekundy, například procentuální změna manipulační veličiny, při
stejného aktuačního impulsu je podstatně větší než u aktuátoru s dobou zdvihu 1,5 sekundy.
s dobou zdvihu 100 sekund.

Při výběru nebo dimenzování pohonů akčních členů je třeba vzít v úvahu
že krátká doba zdvihu, například kratší než 10 sekund, bude mít za následek
k velkým krokům manipulační veličiny, a tudíž k velkému poklesu rychlosti.
snížené přesnosti regulace. Předpokládáme-li například, že 0,5 sekundy
je nejkratší doba ovládacího impulzu, pak by doba zdvihu 10 sekund znamenala
pouze 20 aktualizačních kroků. To by znamenalo, že manipulační
lze měnit pouze v krocích po 5 %.

Pohony akčních členů s velmi dlouhou dobou zdvihu však mohou být
nevýhodné, pokud jde o dynamiku, protože se v nich
manipulující veličina může být měněna jen relativně pomalu.
řídicího účinku. Ve skutečném provozu se však problémy vyplývající z
příliš krátkých dob zdvihu vyskytují častěji než ty, které jsou způsobeny příliš krátkou dobou zdvihu.
příliš dlouhými dobami zdvihu.

Co se rozumí pod pojmem proporcionální regulátor s integrovaným ovladačem?

Zkrácený tvar "ovládací prvek" se používá k popisu
"proporcionální regulátor s integrovaným ovladačem akčního členu". Na rozdíl od
modulačního regulátoru je podstatný zpětnovazební signál akčního členu.
pro akční regulátor.

Akční regulátor řídí pohyb motorového pohonu ve směru nebo proti směru hodinových ručiček prostřednictvím 2 spínacích výstupů.

Poloha motorového pohonu je registrována a porovnávána s polohou motorového pohonu.
s manipulační veličinou (yR) proporcionálního regulátoru.

Co se rozumí odvozeným časem?

Intenzitu složky D (diferenciální složky) lze nastavit pomocí času derivace. Složka D regulátoru s PID nebo PD působením reaguje na rychlost změny hodnoty procesu.
Při přiblížení k žádané hodnotě působí složka D jako brzda, čímž zabraňuje překročení žádané hodnoty regulační veličinou.
Složka D má v podstatě následující účinky:
Jakmile se řídicí veličina změní, reaguje složka D proti této změně.
Pro regulátor s inverzním smyslem činnosti (tj. pro vytápění) by to znamenalo např.

pokud se řídicí veličina sníží v důsledku poruchy v procesu, složka D tvoří kladnou manipulační veličinu, která působí proti snížení řídicí veličiny.

jestliže se řídicí veličina v důsledku poruchy v procesu zvýší, tvoří složka D zápornou řídicí veličinu, která působí proti zvýšení řídicí veličiny.

Tlumicí účinek se zvyšuje s velikostí nastavení derivační doby (hodnota v sekundách).

Co znamená dvoustavový regulátor?

Dvoustavový regulátor (ON/OFF controller) spíná výstup, když je
je dosaženo požadované hodnoty. Pokud hodnota klesne pod žádanou hodnotu o
určité nastavitelné toleranci (xsd, spínací diference, hystereze),
pak se výstup opět zapne. Má tedy pouze dva
spínacích stavů. Používá se v aplikacích regulace teploty, kde
se topení nebo chlazení pouze zapíná nebo vypíná.

Dvoustavový regulátor s dynamikou však může pracovat i se složkou P, I nebo D.

Co se rozumí pod pojmem doba cyklu (Cy)?

Doba spínacího cyklu se udává v sekundách a definuje dobu
během kterého proběhne celý spínací cyklus sestávající ze zapnutí a vypnutí.
vypnutí.

Obecně platí, že doba cyklu by měla být zvolena tak, aby skutečná hodnota
bylo možné proces řízení ještě vyhladit. Současně je třeba
musí být vždy zohledněna spínací frekvence.

Odezvu lze nejlépe přenastavit v manuálním režimu tak, aby přímý
vliv manipulující veličiny na dobu cyklu mohl být
sledovat. Při manipulační proměnné 50 % jsou "Ton" a "Toff"
rovny. Pokud se manipulační proměnná změní, tento poměr se změní
odpovídajícím způsobem.

Literatura na toto téma

• Řídicí technika - Základní principy a tipy pro odborníky z praxe