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调整磁浮子液位计平衡稳定性了解基础操作

来源:作者::发表时间:2019-08-31 15:37:56

    本领域调谐磁浮子液位计回路是有它调整它的OP到尽可能快地移动至PV到SP(响应),最小化的过冲,然后保持PV在SP稳定而没有过度的OP的变化(稳定)。

    首先,一些定义
     磁浮子液位计 =比例,积分,微分算法。这不是P&ID,它是管道(或过程)和仪表图。
     PV =过程变量 - 用作反馈的量,通常由仪器测量。有时也被称为“MV” - 测量值。
     SP = SetPoint - PV的期望值。
     OP = OutPut - 可以改变PV的设备的信号 - 通常是阀门,阻尼器或泵速度参考。有时也被称为“CV” - 受控价值。
     过冲 =当PV进一步超过SP时,超出期望值。 
     甲磁浮子液位计回路在手动(而不是自动)仅改变在操作员请求它的OP。
     远程 液位计的SP由外部逻辑自动调整。在本地,SP仅由运营商更改。一些系统将自动和远程组合成“级联”模式。
     甲直接作用 磁浮子液位计回路增加响应于增加PV其OP,而反向作用液位计降低其OP。“正常”液位计是反向动作。通过输出上的阀控制水平或压力的液位计,或通过冷却控制温度通常是直接作用 - “向后”液位计。
     错误 = PV和SP之间的差异。

 

磁浮子液位计.jpg

 

    磁浮子液位计回路的基本调谐参数
    获得:
    也称为比例带或P增益,增益决定了由于误差的变化(来自PV变化和/或SP变化)OP将进行多少变化。这主要是根据发生时的扰乱来修正OP。“收益”意味着更大的数字会产生更大的影响。“比例带”意味着相反的情况。P增益= 100%/ P波段。

    重启:
    也称为积分或I增益,复位决定了由于误差而导致的OP随时间的变化量(无论误差的移动方向如何)。这为SP提供了一个稳定的PV关闭SP。重置或I增益意味着更大的数字将产生更大的影响。积分意味着相反的情况。重置[每分钟重置次数] = 60 /积分[每次重置的秒数]。

    Preact: 
    也被称为衍生物或d-增益,所述preact确定多少到OP由于从在错误或PV的方向的改变而改变。虽然在某些液位计中作用于PV而不是错误是一种选择,但是对PV起作用是更好的,因为当SP被改变时不希望碰撞OP。它被称为preact,因为它允许液位计在它们开始发生时“预期”扰乱并快速反应。

    共同行动:
    当PV接近SP时,比例和积分在相反的方向上工作,以使适当调谐的环路的PV快速到达SP而不会过度超调。对于典型的反向作用环路,当PV向SP上升时,比例将尝试闭合OP,但积分将尝试打开OP,因为PV低于SP。随着PV越接近SP,积分作用减小,导致PV平滑地减速进入SP。

    初始液位计调整
    调整磁浮子液位计回路的目的是使其稳定,响应迅速并最大限度地减少过冲。这些目标 - 特别是最后两个 - 相互冲突。你必须在可接受地满足所有目标的目标之间找到妥协。过程要求和物理限制将决定可接受的超调量与响应性需求之间的平衡。决定液位计响应性限制的主要因素是:

     1.OP步骤变化导致的PV变化量。
     2.从OP变化到PV开始变化的时间,
     3.PV达到新水平的时间。因为PV通常渐近地接近其新的水平,对于那个时间常数,我们经常使用系统的阶跃响应达到1-1 / e所花费的时间,或者从初始值到最终值的距离的约63%。

    当开始调整液位计时,首先要确保你有一个很好的趋势包。观察您怀疑可能会影响PV的PV,SP,OP和其他外部变量。通过在OP和返回范围内手动更改步骤来表征液位计,并记下这三个因素。跨越两个方向的范围对于量化系统的线性度和滞后是有价值的。

    线性:如果OP在整个比例中的相同变化导致每个点处PV的类似变化,则系统是线性的。但是,如果OP范围的一部分上的变化导致PV变化比不同范围内的相同OP变化更多,则系统是非线性的。 

    迟滞:某些器件会为同一个OP产生不同的PV,具体取决于OP是上升还是下降到达那里。阀门在从20%移动到30%后可能允许25 GPM,但在从40%移动到30%后可以达到30 GPM。

    2基本光伏类别:粒子和散装
    颗粒特性是指管道中的流体在不同区域可能具有不同特性的特性,因此必须混合或移动流体以改变PV测量点处的特性。颗粒特性包括温度,pH,电导率等。这些在OP的变化和PV变化的开始(上面的#2)之间往往具有显着的延迟,因此可能受益于衍生作用。

    散装属性描述了整个流体的状态,因此它可以同时在管道或容器中的任何地方(实际目的)发生变化。示例:流量,水平和压力。通常这些PV开始立即显示OP变化的结果(即使完成变化的时间常数很长)并且不需要任何衍生物。

    PV的另一种分类:一些(例如流量)在OP增加时增加,在OP减少时减少。这些应该如上所示进行表征 - 它们通常需要更多的积分和最小的P增益。对于其他(例如水平),PV 的方向(而不是值)相对于OP。对于后者,表征更加微妙 - 您希望表征各种OP的PV斜率而不是其值。这些有时需要中等到高的增益和较少的积分。

    启动参数
    由于OP的变化(流量,或具有快速周转的容器中的压力或水平)而PV快速变化的环路应具有低P增益(可能为0.2)和更高的重置(1.5-10rpm)。PV变化缓慢或由于OP的变化而改变其运动方向的液位计(具有缓慢翻转的容器中的温度和水平)通常需要高增益(3-100)和低重置(0.05-0.3)。
 
    这些推荐的启动参数基于输入和输出范围相同。一些控制器根据跨度的百分比处理调整参数,而其他控制器不进行此更正。如果跨距不同,则必须对参数本身进行修正。例如,如果通过管道的流量可以是0 - 10,000 gpm,并且您正在将VFD的速度从0-100%调整,则起始增益和重置需要为0.004和0.02而不是0.4和2.0。

    有一些数值方法可以确定系统的固有共振频率并相应地设置参数,但  我发现一种迭代,直观的方法更有用:

    从低比例开始,没有积分或导数。
    比例加倍直到它开始振荡,然后将其减半。
    实现一个小积分。
    将积分加倍,直到它开始振荡,然后将其减半。
这将使常数接近他们需要进行微调的位置。如果液位计变得疯狂或在研究趋势时,请毫不犹豫地将液位计放回手册中。

    微调
    为了实现具有最小过冲的响应和稳定环路的目标,必须响应于扰动和稳定状态来测试调谐。可以通过以下方式诱发干扰:
    改变SP。
    将液位计置于手动,更改OP,然后返回自动。
    外部导致PV的变化。

    一旦PV稳定在其SP上,通过踩踏SP来扰乱它。即使是非常小的变化也很有用。比例将导致OP立即跳转,然后积分将导致OP继续沿相同方向倾斜。当PV开始移动时,比例将导致OP向后移动,并且当PV接近SP时,积分作用将减小。过冲通常是由过多的积分和/或不足的比例引起的。

    在PV到达SP之前,OP需要开始向后移动。峰值和PV击中SP之间的时间量取决于回路的性质。如果峰值来得太晚,则需要更多比例或更少的积分。如果峰值来得太早,则需要更少的比例或更多积分。早期峰值将导致PV在到达SP之前趋于平稳,导致OP和PV在到达其新的稳态值的途中摆动。

    一旦大致调整液位计,将其置于手动状态并更改SP或OP,让其稳定,然后将其重新置于自动状态。然后,环路将PV移动到SP,但仅使用积分 - 没有初始OP脉冲的比例。如果OP移动太慢,则需要更多积分。 OP变化与PV结果变化结束之间的长时间延迟决定了较低的积分值。如果您发现当PV在翻倒开始时改变方向时OP中的碰撞将是有益的,则引入导数。

    这是一种迭代方法 - 一个参数的每次更改都会改变其他参数的理想值。 在不正常的方法和稳态稳定性之间来回切换,并确保检查整个可能的SP的调整,如果系统是非线性的,在较高流量下稳定的液位计可能会疯狂地摆动在较低流量下,在低流量下响应的回路在较高流量时可能会缓慢。甲ID回路具有控制死区有时可以实现尽管这一挑战上可接受的控制。

    诊断振荡的原因
    如果OP和PV同时达到峰值,则振荡是按比例驱动的。如果当PV穿过其中点时OP达到峰值并且反之亦然(因此PV和OP波相位相差90°),则振荡是整体驱动的。一些振荡是由系统中的其他因素驱动的 - 如果您怀疑正在调整的环路没有引起振荡,则将环路置于手动状态以查看它是否继续振荡。有时振荡是可以接受的。例如,锅炉汽包水位控制的目标主要是避免在低或高水平上跳闸。在稳定状态下适度的振荡是获得足够的额外响应性以避免在显着的扰乱之后跳闸的良好折衷。

    请注意,无论调整参数如何,具有死区和/或有限占空比的执行器(尤其是电动阀)在连接到传统磁浮子液位计回路时始终会摆动。您可以通过观察趋势来判断这种情况发生 - 当OP正在下降时(由于积分)PV将保持平稳,然后PV跳转到SP的另一侧,并且模式反转。在“高级磁浮子液位计回路调节方法”中了解如何处理带死区的阀门和阻尼器。

    平衡调整目标
    经过适当调整的环路可以平衡稳定性,响应性和低过冲的要求。通过调整三个调整参数来调整液位计,以便液位计在各种紊乱和稳态情况下都能很好地响应。如果诸如非线性,死区,滞后或可测量的外部镦粗事件之类的挑战阻止使用上述基本方法令人满意地调整环路,则可能需要一些“高级磁浮子液位计调整方法 ”

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