Автоматизация участка водоподготовки

[RedPosse]

Добрый день!

Имеется необходимость автоматизации участка водоподготовки, задача довольно простая, думаю, что ее уже неоднократно решали. Что бы не изобретать весь велосипед прошу ткнуть носом в типовое решение =)

И так, имеем:
- два трубопровода с пресной водой
- вода в оба трубопровода подается двумя центробежными насосами с разной производительностью (4 м.куб./час и 20 м.куб/час.)
- на обоих трубопроводах стоят одинаковые водяные счетчики, формирующие дискретный импульс на каждые 5 литров воды прошедшие через счетчик.
- в трубопроводе А, на котором установлен насос производительностью 4 м.куб./час. нет возможности регулировки производительности насоса.
- в трубопроводе B, с насосом производительностью 20 м.куб./час. имеется возможность регулировки подачи воды посредством векторного частотного преобразователя
- необходимо поддерживать соотношение объемной доли жидкости проходящей через трубопроводы в пропорции 1:3 (А:B).
- для решения задачи планируется применить контроллер Pixel25
- частотный преобразователь имеет возможность подключения по RS-485 (Modbus) и аналоговый вход 0-10V.

Необходимо на основании дискретных импульсов с счетчиков управлять частотным преобразователем на трубопроводе B, для поддержания заданной пропорции жидкости проходящей через трубопроводы.

Заранее благодарю!

[Arsie]

Сообщение от RedPosse

- два трубопровода с пресной водой
- на обоих трубопроводах стоят одинаковые водяные счетчики, формирующие дискретный импульс на каждые 5 литров воды прошедшие через счетчик.
- в трубопроводе B, с насосом производительностью 20 м.куб./час. имеется возможность регулировки подачи воды посредством векторного частотного преобразователя
- необходимо поддерживать соотношение объемной доли жидкости проходящей через трубопроводы в пропорции 1:3 (А:B).
- частотный преобразователь имеет возможность подключения по RS-485 (Modbus) и аналоговый вход 0-10V.

Не буду за вас пересчитывать величины для понимания рамок применимости, но:

Посчитать расход.

Умножить на 3.

Задать регулятору.

[RedPosse]

Спасибо! Но кажется, что решение должно быть чуть сложнее...
Просто выставить пропорцию 1:3 можно было бы и резистором на частотнике без ПЛК, посчитав расход по счетчикам.

ИМХО, в данном случае нужно сравнение на каком-то отрезке времени, причем, как я полагаю, не просто сравнение количества импульсов 1(*3) к 3, а, например - 1000(*3) к 3000 - для большей точности. И уже эту разницу как-то обрабатывать и подавать на ПИД-регулятор... А на каком количестве импульсов проводить сравнение или за какой промежуток времени сравнивать - для меня это и есть изобретение велосипеда. Задача типовая для водоподготовки, вдруг у кого-то уже было решение, не хотелось бы импирически искать наиболее точный алгоритм.

[Arsie]

Сообщение от RedPosse

Спасибо! Но кажется, что решение должно быть чуть сложнее...

Когда кажется - креститься нужно (с)

Сообщение от RedPosse

ИМХО, в данном случае нужно сравнение на каком-то отрезке времени, причем, как я полагаю, не просто сравнение количества импульсов 1(*3) к 3, а, например - 1000(*3) к 3000 - для большей точности.

Именно поэтому я дал ссылку на счётчики.

Сообщение от RedPosse

И уже эту разницу как-то обрабатывать и подавать на ПИД-регулятор...

Именно поэтому я дал ссылку на математику.

Сообщение от RedPosse

А на каком количестве импульсов проводить сравнение или за какой промежуток времени сравнивать - для меня это и есть изобретение велосипеда. Задача типовая для водоподготовки, вдруг у кого-то уже было решение, не хотелось бы импирически искать наиболее точный алгоритм.

Побойтесь бога. Это либо эмпирически, либо математически. Никто лучше вас не знает, какой промежуток времени вас устроит и допустим для вас и каково требование к рассогласованию именно у вас.

А уж исходя из этих требований и подбирается алгоритм.

[tvf]

Сообщение от RedPosse

Но кажется, что решение должно быть чуть сложнее...

Все действительно много сложнее. Приведенных вами данных недостаточно для корректного решения. Как минимум должны быть данные о скважности импульсов с датчика расхода и данные о точности поддержания расхода. Причем точность поддержания расхода следует разделятся на мгновенную и среднею. Что мы имеем на данный момент:
Насос 1: 4 м3/ч или 4000 л/ч или 800 имп/ч или 0,22(2) имп/с (Гц) или период 4,5 с или 0,022(2) имп/тик или 45 тик/период.
Насос 2: 20 м3/ч или 20000 л/ч или 4000 имп/ч или 1,11(1) имп/с (Гц) или период 0,9 с. или 0,11(1) имп/тик или 9 тик/период.
А дальше начинаются танцы с бубнами:
1. Если переводить импульсы в аналоговое значение, то период измерения для насоса 1 составит 450 с с точностью 1%. Далее надо усреднить измерения хотя бы по 3-5 измерениям, в итоге имеем 22,5 - 37,5 мин для получения 1 корректного значения. Если такие времена не пугают, то далее как советовал Arsie.
2. Если обрабатывать импульсы счетным входом, то Пиксель 25 их не имеет. Они есть у MR120, но время счета в документации не описано, но предположительно = 1 с и толку от него не будет. Счетные входы есть у МС, они работают как в режиме измерения частоты (период 1 с) так и в режиме счета импульсов. Режим измерения частоты нам не применим, остается только счетчик импульсов, но и там мы будем иметь те же времена, что и в п.1.
3. Измерять не частоту импульсов, а период. При жестко заданном соотношении 1/3 даст чуть лучшие результаты, но кардинально ни чего не изменит.

Любой из вариантов позволит регулировать только среднее соотношение расходов, причем среднее относится к временам 1 час и более.

Гораздо лучших результатов и гораздо меньшими усилиями можно добиться применив аналоговые расходомеры. В этом случае все действительно будет и проще и точнее.

[ATS]

Сообщение от tvf

Все действительно много сложнее. ....

... дальше начинаются танцы с бубнами:
1. Если переводить импульсы в аналоговое значение...
2. Если обрабатывать импульсы счетным входом...
3. Измерять не частоту импульсов, а период...

Любой из вариантов позволит регулировать только среднее соотношение расходов, причем среднее относится к временам 1 час и более.

А если бубен выбросить?
Пункты 1 и 3 не имеют смысла - зачем собственно высчитывать совершенно не нужные нам средние величины да ещё с заданной точностью.
Вариант в пунктике 2 интереснее, но это лучше для MC.

Сообщение от RedPosse

Спасибо! Но кажется, что решение должно быть чуть сложнее...

ИМХО, в данном случае нужно сравнение на каком-то отрезке времени, причем, как я полагаю, не просто сравнение количества импульсов 1(*3) к 3, а, например - 1000(*3) к 3000 - для большей точности. И уже эту разницу как-то обрабатывать и подавать на ПИД-регулятор...

А почему собственно не количества? Только надо ли их много и зачем нам вообще время?
А если примерно так reg.png - ловим импульсы (а это ведь обьем) по фронтам от ведущего (нерегулируемого) и ведомого (с частотником), далее домножив на коэффициент пропорциональности вычитаем второе из первого с накоплением. Получаем величину пропорциональную ошибке ведомого.
Можно её даже немного пофильтровать.
А дальше кидаем её на вход уставки PID регулятора, сигнал датчика задаем нулевой. Выход регулятора на частотник любым удобным способом. Коэффициенты P I D по вкусу.

Вроде как должно работать...

Гораздо лучших результатов и гораздо меньшими усилиями можно добиться применив аналоговые расходомеры. В этом случае все действительно будет и проще и точнее.

Да, в случае токовых выходов все намного проще - для нормального частотника и контроллер совсем не потребуется....

[tvf]

Сообщение от ATS

А если бубен выбросить?

Без бубна, к сожалению никуда.

Варианты 2 и 3 в принципе абсолютно одинаковы по логике. Вариант 2 применим когда период импульсов много меньше периода измерения. Вариант 3 применим когда период импульсов много больше тика контроллера. Под "много" подразумевается 100 и более раз. Что бы получить точность лучше 1%. В данном случае ни то ни другое.

Предложенное вами решение относится к варианту 1. Но решение имеет ряд ограничений:
1. Скважность импульсов. Данных по этому параметру нет. При длительности импульса меньше тика контроллера будут пропуски импульсов со всеми вытекающими последствиями.
2. Время фильтрации. От этого напрямую зависит величина пульсаций на выходе фильтра. На пульсации накладываем ПИ регулятор, что бы он не улетал в насыщение при очередной пульсации. И имеем или пульсирующий расход или очень большое время выхода на режим. Или и то и другое в разных пропорциях. При наличии пульсаций как оценивать точность регулирования? В любом случае получится поддерживать только среднее соотношение расходов.

[ATS]

Сообщение от tvf

Без бубна, к сожалению никуда.

Да вот тоже вот стучал в бубен и руки не доходили посмотреть...

Варианты 2 и 3 в принципе абсолютно одинаковы по логике. Вариант 2 применим когда период импульсов много меньше периода измерения. Вариант 3 применим когда период импульсов много больше тика контроллера. Под "много" подразумевается 100 и более раз. Что бы получить точность лучше 1%. В данном случае ни то ни другое.

У Вас все варианты одинаковы по логике. И вся логика сводится к вычислению совершенно ненужной величины среднего расхода с точностью до 1%. Хотя это и мало влияет на точность регулирования...

Предложенное вами решение относится к варианту 1. Но решение имеет ряд ограничений:
1. Скважность импульсов. Данных по этому параметру нет. При длительности импульса меньше тика контроллера будут пропуски импульсов со всеми вытекающими последствиями.

Никакого отношения к варианту 1 оно не имеет....

Разность количества импульсов как раз и есть ошибка расходов в трубопроводах на данный момент времени, а задача регулятора свести её к нулю.
Скважность действительно может быть разной, поэтому я указывал что вариант со счетными входами предпочтительнее.
Но для указанных расходов и веса импульса время замкнутого состояния будет более 100 миллисекунд (правда для известных мне типов расходомеров) Кстати у механических не припомню такого веса импульса.

2. Время фильтрации. От этого напрямую зависит величина пульсаций на выходе фильтра. На пульсации накладываем ПИ регулятор, что бы он не улетал в насыщение при очередной пульсации. И имеем или пульсирующий расход или очень большое время выхода на режим. Или и то и другое в разных пропорциях. При наличии пульсаций как оценивать точность регулирования? В любом случае получится поддерживать только среднее соотношение расходов.

Открою большую тайну - расход (особенно после насосов) величина вообще страшно пульсирующая, а иногда даже знакопеременная.
А по поводу фильтрации - опорные импульсы идут с нерегулируемого насоса, период Вы сами подсчитывали 4-5 секунд. Так что время фильтрации вполне вычисляемое.

Однако же обычная ФАПЧ (PLL) получается...

P.S. Топикстартер попал... Интересно зачем в водоподготовке две пресных воды смешивать?

[tvf]

Сообщение от ATS

Однако же обычная ФАПЧ (PLL) получается...

Дело за малым. Сделать программную эмуляцию процесса. Проблему со скважностью это не решит, но временные и регулировочные характеристики поможет оценить.

[tvf]

Сообщение от ATS

А если примерно так Вложение 2539 - ловим импульсы (а это ведь обьем) по фронтам от ведущего (нерегулируемого) и ведомого (с частотником), далее домножив на коэффициент пропорциональности вычитаем второе из первого с накоплением. Получаем величину пропорциональную ошибке ведомого.
Можно её даже немного пофильтровать.

Попробовал погонять ваш "датчик цели". В общем то работает. Но выходной сигнал не пропорционально ошибке ведомого по расходу, а пропорционально интегралу ошибке ведомого по расходу, ну или пропорционально ошибке ведомого по объему. Средний расход поддерживается хорошо (с момента начала регулирования), с мгновенным сложнее, Небольшое "плаванье" соотношений расходов остается + болтанка при старте регулирования. Если есть буферная емкость после смешения, то решение работоспособное. Если работа "на трубу", то зависит от технологии.

[ATS]

Сообщение от tvf

В общем то работает. Но выходной сигнал не пропорционально ошибке ведомого по расходу, а пропорционально интегралу ошибке ведомого по расходу, ну или пропорционально ошибке ведомого по объему.

Да это логично - ловим именно разницу по объему на данный момент (выше я неправильно выразился). Значит именно пропорционально ошибке по объему.

Средний расход поддерживается хорошо (с момента начала регулирования), с мгновенным сложнее, Небольшое "плаванье" соотношений расходов остается + болтанка при старте регулирования.

Так поддерживать и будем средний и плавания полностью не избежать. Для улучшения можно только уменьшать дискретизацию по массе применяя расходомеры с меньшим весом импульса.
Но сложнее отловить импульсы без использования счетных входов.

Если есть буферная емкость после смешения, то решение работоспособное. Если работа "на трубу", то зависит от технологии.

Это лучше спросить у пропавшего автора топика.

А все известные мне схемы водоподготовки работают на емкость.

[RedPosse]

Это лучше спросить у пропавшего автора топика.

Все верно, работа на ёмкость.

Алгоритм понятен, всем спасибо!