Варианты автоматики на ОВЕН-ах

GrOV · 29-02-2012, 15:06:29

Здесь напишу о том, как у меня сделана автоматика на "ОВЕН"
Может кому сгодится...

1 . Стабилизация давления в кубе или в колонне.

Вроде, как общее мнение пришло к тому что лучше стабилизировать мощность в кубе - это позволяет более/менее удерживать приемлемую точность поддержания постоянной скорости пара в колонне (большую часть времени процесса) и обеспечивает отсутствие захлёбов на конечном этапе процесса.
Есть и недостаток - требует достаточно качественной теплоизоляции куба и колонны.

До сих пор у меня был такой вариант:

[attach=1]

[attach=2]

МРХ 5010 DP подключен к ТРМ 210 через простейший резистивный делитель. Выходное напряжение датчика давления может изменяться от 0.2 до 4.7 вольта. Вход прибора в режиме измерения напряжения позволяет измерять до 1.0 вольта. Делитель позвляет ограничить входное напряжение на уровне не более паспортного. Стабилитрон защищает от возможных наводок, а конденсатор слегка сглаживает пульсации. Для обеспечения работы требуется источник питания 24 вольта для управления твердотельным реле. Из него же получено напряжение +5 вольт для питания датчика давления.

Интересно то, что ТРМ 210 позволяет устанавливать выходную мощность в ручном режиме (0-100%)
Если в доме очень стабильная сеть, то в этом режиме он может имитировать работу РМ2.
Кроме того, прибор имеет настройки позволяющие смещать верх/вниз и менять наклон характеристики входного сигнала. Это даёт возможность проградуировать его показания так, чтобы он показывал давление в мм.рт. столба.
Точнее , он настроен так, что измеряет входное напряжение , причём каждые 0.01 вольта соответствуют 1 мм.рт.ст. - мне так удобно.

Выход 2 (сигнализация) имеет переключающих контакт реле, который включён последовательно с реле управления клапаном отбора у ТРМ 202 (опишу позже), что позволяет запрещать отбор при уходах давления из зоны уставки и предотвращает загрязнение продукта при скачках давления.
485 интерфейс позволяет приборы соединять в сеть и работать под управлением SCADA (ещё пока не реализовано, но сделаю обязательно)
Выходной сигнал 4-20 ма имеет 1024 шага регулировки и очень широкие настройки ПИД алгоритма, позволяющие очень комфортно работать плавно и точно управляя выходной мощностью.

На фото ТРМ210 с показаниями давления в кубе 46 мм.рт ст. (при уставке 50) показан справа
[attach=3]

Следующий вариант управления давлением в кубе ( на ТРМ212) , который сейчас собирается, позволит поддерживать "правильное" давление в кубе автоматически понижая его до необходимых значений к концу ректификации.

GrOV · 29-02-2012, 15:06:38

Управление отбором по дельте на ТРМ202

Схема аналогична той, которую предложил 223й на ХД.
Некоторые пытаются уйти от измерения дельты между дефлегматором и колонной.
Мне думается, такое решение не совсем верное.. Этой зимой две последние ректификации длились около суток..Как назло, за это время атмосферное давление умудрялось измениться на десятки(!) мм.рт.столба.
В районах с менее капризными погодными условиями наверное можно отказаться от измерения дельты, но в этой схеме оно присутствует...

[attach=1]

[attach=2]

Блок схема - справа, схема соединений - слева. Выход 1 закорачивает "нулевые" контакты УЗО или Диф.автомата - это защита от пропадания охлаждающей воды. Выход 2 управляет НЗ клапаном. В случае увеличения дельты - размыкает цепь питания клапана прекращая отбор и увеличивая флегмовое число колонны.
Когда разность температур придёт в норму - контакты замкнутся, разрешение на отбор появится.
Последовательно выходу 2 включены контакты выхода сигнализации ТРМ210 управляющего давлением в кубе. При закрытии ЭМ клапана отбора происходит скачёк давления в колонне - когда больше, когда меньше...ТРМ210 это видит и запрещает отбор, даже если дельта находится в допустимых пределах...Введена временнАя задержка на снятие этого сигнала запрещения отбора (десятки секунд - регулируется программно), что позволяет колонне "устаканиться", а примесям "занять" свои места в теле колонны

GrOV · 29-02-2012, 15:06:52

Компоновка .

Общий вид блока приборов автоматики(картинка) приведён в конце первого поста .
Внутри он выглядит так:

[attach=1]

[attach=2]

Левая фотка - вид сверху, правая - вид сбоку..
На левой картинке: Сверху два ТРМ-а, управляющих клапаном отбора (слева) и давлением в системе (справа).
Между ними - автомат на 25А для включения системы. (УЗО не влезло по габаритам).
Блоки питания и термореле охлаждения радиатора - стандартные наборы "МастерКит"
Из 220 вольт получено 24 импульсным блоком питания (внизу слева) для цепей управления твердотельным реле. Из 24 вольт - два последовательно включённых стабилизатора на 12 вольт(7812 для термореле охлаждения радиатора и вентилятора) и на 5 вольт (7805 для питания датчика давления).
Вентилятор включается при повышении температуры до ~35C* радиатора твердотельного реле.
Все силовые разъёмы выведены на левую боковину корпуса.

GrOV · 29-02-2012, 15:07:06

Насос переменной производительности.

Для подачи воды в дефлегматор используется помпа от комплекта повышения давления осмотических фильтров "Аквафор"
Такая же помпа используется для подачи бражки в НБК.
Выглядит она так:

[attach=1]

[attach=2]

[attach=3]

На картинке слева - общий вид
На средней картинке сама помпа крупным планом
Справа - внутренности блока питания - не удержался - разломал корпус. Банальный транс 220вх30 в с мостиком из четырёх диодов и сглаживающим пульсации электролитом ;)

Сначала думал сделать блок питания к этому насосу. Дело в том, что подключая эту помпу в регулятору мощности BM071
обнаружил, что она стартует уже с достаточно большим напором воды при приличном выходном напряжении. Поэтому стал подозревать что внутри импульсный блок питания, который запускается вольтах на 90 приблизительно... :(
Виной всему оказалось многооборотное переменное сопротивление на 30к, которым я заменил штатное - хреновый контакт...
Разобрав её блок питания, убедился в том что там простой транс и он должен работать нормально, если будет включён в цепь нагрузки фазового регулятора мощности, построенного на ТРМ210 или ТРМ212... ;)
Провёл опыт ( в режиме ручного управления) и заснял его на видео:

Мощность регулятора 3%

Мощность 5%

Мощность 11%

Мощность 20%

Мощность 100%

Получилось - что всё прекрасно работает. Нет необходимости в дополнительных регуляторах.
ТРМ 210 или любой другой ПИД регулятор управляющий твердотельным реле с фазовой регулировкой может плавно и дозированно управлять осмотической помпой подающей или охлаждающую воду в дефлегматор или бражку в НБК.

Значит, подключив к нему датчики температуры (или давления) можно использовать весь мощный потенциал ПИД регулятора, автоматически регулируя температуру отеплённой воды, давления в системе с паровым отбором после ДЕФа или барды (в случае НБК) в нужных пределах.
Это несколько расширяет возможности этих устройств в нашем деле... ;)

GrOV · 29-02-2012, 15:07:14

Паровой отбор до дефлегматора.

Был приобретён для опыта вот такой электрически управляемый шаровый кран НС220ВР, проходным сечением 1/2 дюйма и питанием 220вольт:
[attach=1]

[attach=2]

[attach=3]

В дефлегматор вварил дополнителный резьбовой штуцер на пол-дюйма и изготовил прямоточник длиной около 70- ти см.
Отношение площади трубы дефлегматора к площади отверстия ведущего к штуцеру крана равно 9-ти..
Таким же должно получиться флегмовое число при полностью открытом отборе.

[attach=4]

Кроме того, понадобился ПИД регулятор для управления задвижкой ТРМ 212 с релейными выходами, который и будет рулить этим клапаном...
На фото их два - второй с токовым выходом 4-20mA - будет работать в "правильной" схеме управления давлением в кубе ( об этом чуть позже)

[attach=5]

[attach=6]

Блок-схема управления паровым отбором до дефлегматора (картинка слева)
Электрическая схема соединений - справа..
Прибор позволяет работать как в режиме "нагреватель", так и в режиме "холодильник". Обратите внимание что выходные реле работают строго в противофазе.
Таким образом, при уменьшении разности температур между дефлегматором и телом колонны прибор будет подавать команду на прикрытие крана отбора в соответствии с настройками ПИД алгоритма, увеличивая флегмовое число и поддерживая отбор оптимальным..К моменту "невозврата" температуры кран отбора будет уже закрыт.

Если в цепь чёрного провода поставить размыкающий тумблер, можно организовать режим ручного управления краном, когда электрическое управление будет отключено. Это понадобится на этапе отбора голов. Сам шаровый кран имеет "махоятку" для ручного открытия-закрытия в случае отказа электромотора привода или пропажи питающего напряжения.

P.S.
Схема на момент написания поста находится в режиме отладки..
Грабли, которые проявятся в процессе настройки, позднее будут описаны...

GrOV · 05-03-2012, 11:53:31

Регулировка подачи бражки в НБК

[attach=1]

[attach=2]

Блок-схема на картинке справа. Схема соединений - слева.
После пргрева НБК паром включаем подачу бражки. ПИД регулятор будет поддерживать температуру сливаемой барды на уровне уставки регулируя расход поступающей в колонну бражки.(см. насос переменной производительности)
http://labspirt.com/forum/index.php?topic=883.msg17023#msg17023
При необходимости осмотическую помпу можно заменить перильстатическим насосом и подобрать необходимые ПИД коэфициенты.

Эту же схему можно использовать для поддержания нужной температуры воды в дефлегматоре..
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Внимание!
Откорректированная информация по контролю подачи ..

GrOV · 05-03-2012, 14:53:49

управление давлением в кубе с компенсацией теплопотерь и стабилизацией скорости пара в колонне .

В ТРМ 212ИР есть интересная функция - управление выходным(регулируемым) параметром в зависимости от измеряемого сигнала на втором входе.
Применяется в "погодозависимых" системах отопления или кондиционирования...
Эту функцию можно использовать для управления давлением в кубе.
В документации на ТРМ212 приводится рисунок поясняющий принцип этой функции:

[attach=1]

[attach=2]

Измеряя параметр по входу 1 прибор регулирует выходной сигнал удерживая заданную пользователем уставку.(картинка 1, слева)
Измеряя параметр по входу 2 прибор корректирует уставку в соответствии с графиком заданным пользователем..(картинка 1, справа) Точек коррекции в памяти прибора может быть до десяти.
Из инструкции ясно, что корректирующая поправка может быть как положительной, так и отрицательной..

Если применять эту функцию для условий ректификации, понадобится приблизительно такой вид графика коррекции:
(вообще график должен начинаться с точки пересечения координат, но я сместил его чуток вниз - для наглядности)

[attach=3]

При повышении температуры в кубе и стабилизации давления растёт скорость пара... :(
Следовательно, необходимо её снижать.
На картинке видно, что при начале ректификации (82С*, точка 1) предзахлёбное давление будет одно (для примера- 25 мм ртути), а при 99С* оно должно быть более низким ( пускай 18 мм. ртути, точка n-1)..
Цифры с потолка, важен принцип...
Прибор позволяет изменять уставку давления динамически - в процессе работы...
Нужно только замерить при обкатке колонны захлёбное давление в начале и конце процесса и забить их в прибор.
Кроме того, если при использовании РМ-2 скорость пара таки зависит от увеличивающихся с ростом температуры теплопотерь, то в этом варианте подобные "возмущения" корректируются...

Теперь о том, как это сделать:

[attach=4]

К входу 1 прибора подключаем MPX 5010 DP, к входу 2 - LM35 в гильзе, которую помещаем в куб в жидкую фазу...Прибор накладывает ограничение: - при таком включении оба входа должны измерять величины одной физической природы - в нашем случае - напряжения от 0,2 до 1 вольта (по обеим входам)...Изменения входного напряжения на 0,01 вольта при определённых настройках в приборе будут соответствовать 1 мм.тр.ст и 1 С* соответственно...
Задав программно испльзование графика коррекции с отрицательной поправкой к измеряемому значению получаем искомое - давление будет плавненько (1024 шага в пределах регулирования) снижаться от начала к концу процесса...
Только один раз при настройке его будет необходимо измерить в начале и конце процесса и ввести в прибор. Используя все 10 точек графика коррекции в памяти можно построить достаточно сложный график, удовлетворяющий требованиям ректификатора .

Этот регулятор давления находится в стадии отладки...

О граблях в работе и о программных параметрах для работы напишу позднее - после окончания отладки...
=============================================

Отчёт о работе регулятора здесь

GrOV · 06-03-2012, 14:25:17

Резерв

Андрей1973 · 30-04-2012, 20:40:51

красивый получился вариант с автоматической регулировкой подачи бражки в нбк.
если не трудно,скажи,как помпа от обратного осмоса качает бражку из муки.
спасибо.

GrOV · 02-05-2012, 00:01:58

Андрей1973, Из муки не пробовал- работаю только с сахарной...С последней на "ура"....

GrOV · 12-10-2012, 13:52:24

Прицепил простенькую SCADA - визуализатор к блоку управления о ктором писал выше...
Теперь появилась возможность протоколировать параметры... ;)

В графике на картинке регистрируется Тдеф, Т2/3, давление в системе и мощность( в %) нагревателя...
Позже добавлю состояние (откр/закр) клапана отбора и другие параметры которые понадобятся...

Внизу четыре стрелочных прибора - для удобства - чтоб не шарить глазами по дисплеям контроллеров...
[attach=1]

Это пробный вариант - чтоб убедиться в работоспособности...
Термосопротивления по очереди опускал/вынимал из чашки с тёплой водой...
Мощность ограничил программно на уровне 75%, давление (избыточное) ес-но ноль, т.к куб на даче...
Грызу руководство, чтоб добавить элементы управления... ;)
В общем, в делах весь - двигаюсь помаленьку...

Андрей1973 · 16-10-2012, 21:02:37

Собрал атоматику для подачи бражки в НБК.
Долго ковырялся с настройками,переставлял датчик температуры и,наконец,всё заработало.
GrOV,спасибо.
А где кнопка поблагодорить?

GrOV · 17-10-2012, 00:29:39

Цитата: Андрей1973 від 16-10-2012, 21:02:37
Собрал атоматику для подачи бражки в НБК.
Долго ковырялся с настройками,переставлял датчик температуры и,наконец,всё заработало.
GrOV,спасибо.
А где кнопка поблагодорить?

Рад за тебя!! Есть с кем пообсуждать нюансы! :D
И я собрал...На СКАДЕ прогоняю различные настройки ПИД коэфициентов...Гнать буду в эти выходные на новой НБК...
Расскажи о своей системе - какой насос, ТСП, значения ПИД?
Автонастройку запускал? Если да - поделись пожалуйста полученными в результате АН параметрами :) ::)

GrOV · 17-10-2012, 14:26:05

Nick.Mih., Спасибо , дружище... :) ;)

Собрал автоматику подачи бражки в НБК...Сделал пару опытов с чайником вместо колонны :o, т.к. последняя на даче... ;)

Цель - посмотреть в реальном времени как влияют управляющие параметры контроллера на форму выходного сигнала...

[attach=1]

[attach=2]

На картинке слева - внешний вид блока управления - как всегда - в пластиковом электрощитке, справа - ТСП Pt100 - датчик температуры, и, "жертва" опытов - чайник :D

[attach=3]

Легенда: температура в чайнике(ака колонне) - красная линия, уставка - коричневая, выходная величина ( в % от полного напряжения сети) - синяя...Последняя управляет производительностью осмотического насоса
Подачу браги имитировал опусканием/доствавнием ТСП в воду и вкл/выкл чайника - такой вот примитив ;)
Для начала проверил работу на заводских установках "по умолчанию" - P=30, i=100, d=20.
Видно, что вначале ощутимый заброс по количеству подаваемой бражки(причём бражка начала подаваться до достижения температуры уставки! Это не гуд!!)...Потом весьма нестабильная подача и в конце, когда температура опустилась ниже уставки, около полутора минут льём недоотжатую бражку в каналью...
В общем - неудовлетворительное регулирование...

[attach=4]

[attach=5]

В качестве экперимента уменьшил заводские настройки в 10 раз - картинка слева..Четко видно, что реакция прибора стала чрезмерно быстрой и "перерегулированной" ..Такой вариант тоже не подходит..
На картинке справа - поднял "пропорциональную" составляющую до 30 (P) - уже лучше..Но уж больно долго снижается подача после прохода уставки "вниз"и график какой-то "негладкий" - рваный(шумный)...Тоже не идеально... :(

[attach=6]

Уменьшил интегральную составляющую до 5-ти, дифференциальную - до единицы...
Наконец-то график начинает принимать желаемую форму - плавное нарастание подачи бражки и резкий спад при понижении т-ры барды - защита от пролива браги по колонне вниз и недоотжатия...Кстати негладкость графика слегка уменьшилась...

[attach=7]

Стала интересна природа "негладкости" графика - букварь "И.В. Анисимов - Автоматическое регулирование процесса ретификации_1961".. пишет ( на стр. 66) что в этом виновата дифференциальная составляющая.Избавился от неё сделав d=0, прибор превратился в ПИ - регулятор. ;)
Удобно, блин... :)
График стал гораздо глаже - почти нет возмущений..Осталось сделать линию спада покруче...

[attach=8]

[attach=9]

Картинка слева - пропорциональный регулятор - i=0 и d=0 ( сделал такую конфигурацию ради интереса).
Видно,что надо подбирать полосу пропорциональности(Р)..Это можно попробовать исправить..Линия спада крутовата, что сделает процесс регулировки слегка рваным...Думается, что при соответствующих настройках, дешёвый ТРМ201 с токовым выходом и в паре с SSR решит такую задачу( П- регулятор)...Пусть не идеально, но решит...

На картинке справа, похоже, нужный результат - плавное увеличение подачи бражки и крутой, но достаточно гладкий спад при провале температуры ниже линии уставки...Р=30, i=2.5, d=0...
Думаю, что искомые настройки хоть и не будут достигнуты из-за отсутсвия колонны, то хотя бы понятно куда наступать...

На реальном прогоне попытаюсь довести настройки до удовлетворительных - посмотрим что получится...
О результатах отпишусь...
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

22.10.2012.

Прогнал регулятор в реальных условиях...Цифры, приведённые выше, весьма отличаются от реальных (P=410, i=117, d=16...) в связи с тем, что не учтено время запаздывания колонны...
Наилучшая стабильность регулирования получилась по температуре пепред дефлегматором, наихудшая по температуре барды.
Мдя...Чайник с колонной не сравнить... :o :(

Игорь · 17-10-2012, 15:26:45

На мой взгляд, пытаться нащупать настройку трех коэффициентов вслепую - занятие неблагодарное.
Наверное есть смысл сделать предварительные замеры, а потом по имеющимся методикам искать правильные коэффициенты.
Предварительные замеры сводятся к тому, что нужно ввести систему в "релейный режим" - интегральную и дифференциальную составляющкю исключить, а коэффициент пропорциональности задать максимальным, то есть чтобы система работала как .... как регулятор температуры в утюге - включено - выключено.
Пусть поработает так какое-то время, установится какой-то колебательный режим. Вот его и надо "обмерить" - вычислить периодичность колебаний (сколько времени проходит от включения до нового включения) и максимум залетов измеряемой величины вверх и вниз.
Зная период и залёты, можно выставить предварительные коэффициенты достаточно точно, потом останется слегка их поднорректировать по форме итогового графика.