Учет расхода воды (импульсный вход)

[manaraga]

Добрый день!
Нужна помощь в написании макроса учета расхода воды через котел.
Что имеем: Собственно сам котел с рабочим расходом воды 390 м3/час, рециркуляционный насос с ЧП "Веспер" и преобразователь расхода"МЕТРАН -300РП" с импульсным выходом (1 импульс - 0,1м3/час), контроллер Pixel 2511 и МР120. Планируется аналоговым PID-регулятором регулировать частоту насоса, что бы задавать постоянный расход через котел по уставке (к примеру те же 390 кубов в час).. Написали два макроса. Первый работает по принципу подсчета количества импульсов со счетного входа МР120 за определенный период и далее пересчитывает в кубы в час. С высокой точностью считает при большом расходе воды и большом периоде счета импульсов (при 30 сек и более.) Но минус у него в быстродействии. При снижении периода счета импульсов возрастает и погрешность. Появляется она из-за того что старт счета не привязан к фронту импульса и в один и тот же период может попадать разное количество импульсов. Например, при расходе 400 м3/час расходомер выдает примерно 1 импульс в сек. При периоде счета в 10 сек в период счета попадает 10+/-1 импульс . Соответственно, погрешность +/-10 процентов, и она увеличивается со снижением расхода.
Второй макрос основан на подсчете времени м/у импульсами (в тиках) и дальнейшим переводом в кубы в час. У этого макроса проблема обратная. При низкой частоте импульсов расходомера он считает с допустимой погрешностью и при увеличении, соответственно, уменьшается количество тиков в периоде м/у импульсами и растет погрешность.
Вот такой вопрос. Спасибо! Желаемое быстродействие 10-15 сек, что бы насос успел адекватно отреагировать на изменившийся расход и дотянуть его до уставки, но при этом, при постоянном расходе исключить эту ошибку подсчета импульсов/ времени. Спасибо!

[Arsie]

Сообщение от manaraga

Первый работает по принципу подсчета количества импульсов со счетного входа МР120 за определенный период и далее пересчитывает в кубы в час. С высокой точностью считает при большом расходе воды и большом периоде счета импульсов (при 30 сек и более.) Но минус у него в быстродействии.

Второй макрос основан на подсчете времени м/у импульсами (в тиках) и дальнейшим переводом в кубы в час. У этого макроса проблема обратная. При низкой частоте импульсов расходомера он считает с допустимой погрешностью и при увеличении, соответственно, уменьшается количество тиков в периоде м/у импульсами и растет погрешность.

Используйте оба варианта одновременно. Если расстояние между импульсами большое, берите данные со второго алгоритма. Если расстояние меньше критического - берите данные с первого алгоритма.

[ATS]

Странный способ расчета погрешности применительно к среднему за час расходу.
А в Вашем случае уж точно лучше измерять период, может и МР не понадобится.
Если не изменяет память у этого расходомера есть и токовый выход.

На частотниках эту задачу можно и без контроллера решить.

[Gromov]

Сообщение от ATS

Если не изменяет память у этого расходомера есть и токовый выход.

Не просто токовый. Вот что у него вообще имеется:

импульсный; токовый 4-20 мА с HART–протоколом; цифровой протокол ModBus RTU/RS485; ЖК-индикатор

Так что хоть сразу по интерфейсу к пикселю.

Либо действительно, токовый сразу на веспер. Там есть свой пид-регулятор.

[manaraga]

Сообщение от Arsie

Используйте оба варианта одновременно...

Хорошо, еще вопрос. Есть ли какой-нибудь сглаживающий фильтр (с функцией аппроксимации, например) который сглаживал бы данные на выходе и тем самым устранил, хотя бы частично, погрешность измерения при подсчете импульсов на выходе расходомера - что бы за зря не дергать ПИД - регулятор? Ведь фактически расход то одинаковый. И еще. А что если считать среднеквадратическое значение обоих макросов? будут ли они друг друга компенсировать на крайних диапазонах?

[Arsie]

Сообщение от manaraga

Хорошо, еще вопрос. Есть ли какой-нибудь сглаживающий фильтр (с функцией аппроксимации, например) который сглаживал бы данные на выходе и тем самым устранил, хотя бы частично, погрешность измерения при подсчете импульсов на выходе расходомера - что бы за зря не дергать ПИД - регулятор? Ведь фактически расход то одинаковый. И еще. А что если считать среднеквадратическое значение обоих макросов? будут ли они друг друга компенсировать на крайних диапазонах?

http://forum.segnetics.com/showthread.php?t=314

Среднеквадратическое? Это смотря насколько врать начинают.

[manaraga]

Сообщение от Gromov

Н Вот что у него вообще имеется:

импульсный; токовый 4-20 мА с HART–протоколом; цифровой протокол ModBus RTU/RS485; ЖК-индикатор

Так что хоть сразу по интерфейсу к пикселю.

.

ЖК-индикатора точно нет. Согласно записи обозначения в руководстве, выходов 4-20мА, HART и модбаса тоже нет. С чего , собственно и началась эпопея. Купили не то, что просили))) Так и планировали по току 4-20 завести напрямую в частотник... Вот маркировка расходомера:
Метран-300ПР-200-В-0,1-01-ШР-К1. Поправьте, если ошибаюсь.

Сообщение от ATS

Странный способ расчета погрешности применительно к среднему за час расходу.
А в Вашем случае уж точно лучше измерять период, может и МР не понадобится.

Погрешность в моем случае важна так как необходимо быстродействие системы дальнейшего регулирования. В случае измерения периода, действительно счетный вход МР не нужен. Постараюсь объяснить. При расходе в 400 м3/час счетчик периода успевает сосчитать 7-8 тиков. так вот, при пересчете в расход разница на выходе макроса выходит в 20-30 процентов, что не приемлемо для регулятора. расход то по факту не поменялся. При низком расходе 100 кубов в час, даааа,красота. Счетчик кушает примерно 30 тиков между импульсами и +/- 2 тика на итоговый результат не повлияют.

[Gromov]

Сообщение от manaraga

Вот маркировка расходомера:
Метран-300ПР-200-В-0,1-01-ШР-К1.

Ну да, у этого датчика нет ни аналогового выхода, ни харта, ни модбаса, ни дисплея =(.

[ATS]

Сообщение от manaraga

Постараюсь объяснить. При расходе в 400 м3/час счетчик периода успевает сосчитать 7-8 тиков. так вот, при пересчете в расход разница на выходе макроса выходит в 20-30 процентов, что не приемлемо для регулятора. расход то по факту не поменялся. При низком расходе 100 кубов в час, даааа,красота. Счетчик кушает примерно 30 тиков между импульсами и +/- 2 тика на итоговый результат не повлияют.

Ну и где тут погрешность?
Импульс не попавший в один интервал попадает в следующий при неизменном расходе. При этом получаете только пульсации выходной величины расхода. Усредните результаты за приемлемые для вас 10 секунд любым удобным способом.

P.S. И не забудьте эту вихревку подальше от насоса поставить.

[Max2114]

Сообщение от manaraga

Погрешность в моем случае важна так как необходимо быстродействие системы дальнейшего регулирования. В случае измерения периода, действительно счетный вход МР не нужен. Постараюсь объяснить. При расходе в 400 м3/час счетчик периода успевает сосчитать 7-8 тиков. так вот, при пересчете в расход разница на выходе макроса выходит в 20-30 процентов, что не приемлемо для регулятора. расход то по факту не поменялся. При низком расходе 100 кубов в час, даааа,красота. Счетчик кушает примерно 30 тиков между импульсами и +/- 2 тика на итоговый результат не повлияют.

Если считать длительность между измерениями в течении 10 секунд и получить несколько значений периодов и потом их сложить и разделить на количество?

[manaraga]

Сообщение от Max2114

Если считать длительность между измерениями в течении 10 секунд и получить несколько значений периодов и потом их сложить и разделить на количество?

Думал об этом. Опять же, будет нормально работать только при высокой частоте - от трех импульсов за период в 10 сек. При низком расходе получится что в 10 сек может попасть только 1 импульс.И если сделать у макроса вход с заданием количества периодов, то опять же, при низком расходе к примеру значение получаем через 30-40 сек (при счете 3 периодов соответственно).

Сообщение от ATS

Усредните результаты за приемлемые для вас 10 секунд любым удобным способом.

P.S. И не забудьте эту вихревку подальше от насоса поставить.

А какие еще бывают способы усреднения? у меня кроме среднеквадратического (сложить и поделить) значения больше в голову ничего не приходит. Расходомер стоит на выходе из котла, насос давит в котел так то расстояние трассы приличное...

[ATS]

Сообщение от Max2114

Если считать длительность между измерениями в течении 10 секунд и получить несколько значений периодов и потом их сложить и разделить на количество?

Только плавающее усреднение...
Ссылку на фильтры Арсений давал выше.

Сообщение от manaraga

А какие еще бывают способы усреднения? у меня кроме среднеквадратического (сложить и поделить) значения больше в голову ничего не приходит.

Это среднее арифметическое...

Посмотрите фильтры выше.

[Max2114]

Сообщение от manaraga

Думал об этом. Опять же, будет нормально работать только при высокой частоте - от трех импульсов за период в 10 сек. При низком расходе получится что в 10 сек может попасть только 1 импульс.И если сделать у макроса вход с заданием количества периодов, то опять же, при низком расходе к примеру значение получаем через 30-40 сек (при счете 3 периодов соответственно).

при низком расходе измерять одним способом при высоком - другим. И выбор осуществлять в зависимости от того какой расход выходит.

[ATS]

Сообщение от manaraga

А какие еще бывают способы усреднения?.

Этот, filter_(i)(il)_автобайпас по ссылке выше даже не пробуйте - целочисленный совсем не подойдет. Лучше уж из справки Лоджика простейший но на Real.
Кстати у Вас Пиксель будет совcем не загружен. Кто мешает время тика уменьшить?

[Arsie]

Сообщение от ATS

Этот, filter_(i)(il)_автобайпас по ссылке выше даже не пробуйте - целочисленный совсем не подойдет. Лучше уж из справки Лоджика простейший но на Real.
Кстати у Вас Пиксель будет совcем не загружен. Кто мешает время тика уменьшить?

Там есть и тот, что в справке лоджика.

[ATS]

Сообщение от Arsie

Там есть и тот, что в справке лоджика.

На Spdelay (real) нету...

[djlan1964]

А не проще считать время между импульсами, оно пропорционально расходу. Нужен расход 390м3/час. 390/0.1(цена импульса)=3900 имп/час. =1,0833 сек. Сравниваешь это значение с измеренным между соседними импульсами, получаешь ошибку регулирования!

[ATS]

Сообщение от djlan1964

Нужен расход 390м3/час. 390/0.1(цена импульса)=3900 имп/час. =1,0833 сек. Сравниваешь это значение с измеренным между соседними импульсами, получаешь ошибку регулирования!

Не напутал?
0,92307692307692307692307692307692 - давай измеряй...

А всю тему слабо прочитать?

[tvf]

Сообщение от manaraga

Желаемое быстродействие 10-15 сек, что бы насос успел адекватно отреагировать на изменившийся расход и дотянуть его до уставки

Нет ни каких указаний на точность поддержания расхода. Давайте зададимся точностью в 1% при номинальном расходе. Как минимум с такой же точностью должен быть померен расход. Исходя из данных топикстартера, время измерения для такой точности будет 100 с. Это же будет и периодом дискретизации. Для того, что бы ПИД или ПИ адекватно работали (не уходили в болтанку), за характерное время объекта регулирования необходимо сделать как минимум 100 измерений (лучше 1000). В итоге мы имеем характерное время объекта регулирования как минимум 100*100=10 000 с. Теория говорит, что время регулирования составит как минимум 30 000 с для ПИД и 50 000 с для ПИ. Так что о 10-15 с говорить не приходится. Имеющийся у вас преобразователь прекрасно справляется с подсчетом объема перекаченной жидкости и не годится для определения мгновенного расхода жидкости. Так что надо или менять преобразователь на более подходящий, или применять другие решения типа сужающего устройства (шайба, сопло вентури и прочее) и дифманометра.

Как вариант можно попробовать решить проблему для текущего набора оборудования следующим образом:
1. Экспериментально определить рабочую точку насоса для выбранного расхода.
2. ПИД будет определять смещение от выбранной рабочей точки в каких то пределах (+/- 10/20/30%). На скорость выхода на уставку это не особо повлияет, но расход будет в допустимом диапазоне.

[tvf]

Как вариант решения проблемы на существующем наборе оборудования можно предложить и другой вариант (подходит, когда весь проток насоса идет через котел) без использования ПИ/ПИД:
Используем известное соотношение для насосов:
Q1/Q2=N1/N2, где Q-расход через насос, N-обороты (частота) насоса =>
Q=a*N, где а-некий коэффициент, зависящий от гидравлики обвязки

1. Экспериментально определить рабочую точку насоса для выбранного расхода.
2. Запускаем насос на частоте, соответствующей заданной рабочей точке.
3. Определяем расход жидкости.
4. По расходу и частоте насоса определяем коэффициент а.
5. По вычисленному а и уставке расхода определяем частоту насоса.
6. Далее п.2-5 по кругу.

Получается что то типа метода последовательных приближений. Выход на уставку быстрей, чем в предыдущем варианте, но резкие скачки производительности насоса и ограничения на топологию гидравлики. Но и тут о 10-15 с речи не идет. Как минимум 100 с для точности 1%.

[ATS]

Сообщение от tvf

Нет ни каких указаний на точность поддержания расхода. Давайте зададимся точностью в 1% при номинальном расходе. Как минимум с такой же точностью должен быть померен расход.

Это в данном случае невозможно даже теоретически. У расходомера погрешность уже как минимум 1%.
Да и кто вообще говорил о мгновенном расходе? И про Д составляющую может лучше вообще забыть.

Исходя из данных топикстартера, время измерения для такой точности будет 100 с. Это же будет и периодом дискретизации.

Ну при разумном измерении периода достаточно 10, а при плавающем усреднении дискретизация 1 сек. А вот погрешность можно уменьшить если считать период двумя счетчиками раздельно по фронтам и спадам.
Длительность импульса сопоставима с тиком и есть вероятность потерь, а она не нужна. Приведенный выше алгоритм этим точно грешит.

[QUOTE]Имеющийся у вас преобразователь прекрасно справляется с подсчетом объема перекаченной жидкости и не годится для определения мгновенного расхода жидкости.[QUOTE]Хоть и не люблю вихревки, но измеряет он как раз мгновенный расход (точнее скорость потока).
А вот заказывать его точно нужно было с токовым выходом...

... или применять другие решения типа сужающего устройства (шайба, сопло вентури и прочее) и дифманометра.

А вот такой вариант возможно был бы гораздо дешевле.

[ujin]

Вывод про разные результаты измерений разными методами неверен

Точность будет зависеть от частоты дискретизации и периода измерений.
Количество подсчитанных импульсов за 10 сек при максимальном расходе 700 м3/ч будет равно 51 +- 1 имп. Т.е 2%
Интервал между импульсами при максимальном расходе будет 5-6 100 мс тиков. (если за конец импульса брать изменение счетчика МР120. а сам счетчик не сбрасывать).
Что при усреднении на 10 сек интервале даст те же самые 2%
Вспоминаем теорему Котельникова, что частота дискретизации должна быть более чем 2 F верхняя. У нас частота дискретизации примерно 5 F верхняя.
Следовательно можно брать метод измерения интервала между изменениями счетчика в МР120 (только не сбрасывать счетчик МР120). А далее усреднять до нужной точности и быстродействия.
И правильное предложение использовать ПИД регулятор как добавку к заранее рассчитанной характеристике. Тогда можно по крайней мере уменьшить коэффициент передачи и следовательно влияние регулятора.
Нужно так же учесть что максимальное время периода может быть 60 с у этого счетчика. Потом нужно сбрасывать в 0 и при следующем импульсе начинать считать период снова.

[ATS]

Сообщение от ujin

Вывод про разные результаты измерений разными методами неверен

Точность будет зависеть от частоты дискретизации и периода измерений.
Количество подсчитанных импульсов за 10 сек при максимальном расходе 700 м3/ч будет равно 51 +- 1 имп. Т.е 2%

А при расходе в 30 кубов 0 или 1?

Интервал между импульсами при максимальном расходе будет 5-6 100 мс тиков. (если за конец импульса брать изменение счетчика МР120. а сам счетчик не сбрасывать).
Что при усреднении на 10 сек интервале даст те же самые 2%

И для этого варианта будет так, но есть опять есть проблема достоверности результата при малом расходе, поэтому надо вводить отсечку для минимума.

Следовательно можно брать метод измерения интервала между изменениями счетчика в МР120 (только не сбрасывать счетчик МР120). А далее усреднять до нужной точности и быстродействия.

А вот тут +100!
Использовать МР как детектор фронтов мне в голову не пришло.

P.S. Опять выше коряво наквотил...

[tvf]

Сообщение от ujin

Вспоминаем теорему Котельникова, что частота дискретизации должна быть более чем 2 F верхняя.

Все верно, но эта теорема не говорит, сколько отсчетов надо взять для восстановления синала. В идеале - бесконечное количество.

[djlan1964]

[QUOTE=ATS;32622] Не напутал?
0,92307692307692307692307692307692 - давай измеряй...

А чего тут считать. 3900/60мин/60сек=3900/3600=1,083333...

[ATS]

Сообщение от djlan1964

А чего тут считать. 3900/60мин/60сек=3900/3600=1,083333...

Цифра правильная, только это не время а частота в Гц.

[alex-tec2009]

А не проще ли добавить в схему два датчика давления, и регулировать по перепаду?

[Gromov]

Сообщение от alex-tec2009

А не проще ли добавить в схему два датчика давления, и регулировать по перепаду?

Для расчёта расхода по перепаду - нужно чтобы было калиброванное сужающее устройство и датчики давления должны быть тоже тщательно настроены на одинаковые показания. Здесь лучше подойдёт диф.манометр. Он показывает моментальный расход (само собой, при правильном дросселе).

[alex-tec2009]

Весь вопрос в том, зачем поддержание расхода через через котел с нормируемой точностью. На мой взгляд, достаточно измерить перепад на насосах, и, эмпирическим путем, привязать его к расходу. Для котла полученной точности должно быть достаточно.

[djlan1964]

Сообщение от ATS

Цифра правильная, только это не время а частота в Гц.

Ну во первых не частота, а время между импульсами (не период, процесс не гармонический), и не в герцах а в сек.
Если я правильно понял то автору темы не учет нужен (он у него есть в виде импульсов), а регулятор расхода.
Если так, то отталкиваться нужно от задания 390м3/ч. Соответственно время между соседними импульсами должно быть 1,083333 сек. Алгоритм: По первому импульсу запускаем таймер по второму останавливаем, заносим в память, и перезапускаем таймер до следующего импульса. Сравниваем полученный результат с заданием (Тош=Тзадан.-Тизм). Результат подаем на регулятор (частотник) естественно с учетом знака, инертности и К усиления системы (время реакции контроллера, частотника и разгона насоса) . Ну это уже ТАУ.