Barošanas vadības īstenošana DCS platformās

Kad barošanas vadība ir pareizā izvēle

Barošanas vadība ir efektīva, ja izpildās trīs nosacījumi. Pirmkārt, traucējums ir reāllaikā izmērāms. Otrkārt, traucējums iedarbojas pirms vai vienlaikus ar tā ietekmi uz kontrolēto mainīgo. Treškārt, procesa aizture no traucējuma līdz kontrolētajam mainīgajam ir garāka nekā traucējuma pieauguma ātrums. Degvielas gaisa vadība katlos atbilst visiem trim nosacījumiem — degvielas plūsmas pieprasījuma izmaiņas ir ātras, izmērāmas ar degvielas plūsmas raidītāju, un skābekļa sensora reakcijas aizture ir 8–15 sekundes.

Tikai kaskādveida atgriezeniskā saite rada O2 svārstības ±1,5% slodzes rampu laikā. Pievienojot barošanas vadību, tas samazinās līdz ±0,3–0,5%. Tomēr barošanas vadība nav piemērota, ja traucējuma mērījums ir trokšņains vai neuzticams. Pirms izmantošanas kā barošanas vadības ieeju, piemērojiet pirmās kārtas filtru ar laika konstanti 2–5 sekundes traucējuma mērījumam.

Lead-Lag filtra izstrāde

Barošanas vadības dizaina kodols ir lead-lag dinamiskais kompensators. Pārejas funkcija ir:

G_FF(s) = K_FF × (T_lead × s + 1) / (T_lag × s + 1)

Aprēķiniet K_FF no procesa pastiprinājuma attiecības: K_FF = (K_process_traucējums) / (K_process_manipulētais). Degvielas gaisa cilpā, ja 1% degvielas plūsmas pieaugums prasa 0,95% gaisa plūsmas pieaugumu, tad K_FF = 0,95.

Nosakiet T_lead un T_lag no soļu testa datiem. Ja degvielas plūsmas izmaiņas sasniedz degļus 2 sekundēs un ietekmē O2 12 sekundēs, bet gaisa vārsta izmaiņas ietekmē O2 8 sekundēs, nepieciešamais lead ir aptuveni 12 − 8 = 4 sekundes. Iestatiet T_lead = 4 s. Iestatiet T_lag = procesa laika konstantei gaisa līdz O2 ceļam, parasti 5–8 sekundes. Sāciet ar T_lag = 6 s un pielāgojiet nodošanas laikā.

Izpilde Emerson Ovation sistēmā

Emerson Ovation izmanto funkciju bloku diagrammas (FBD) vidi vadības stratēģijas konfigurēšanai. Ovation OCC100 kontroliera bibliotēkā ir LEADLAG bloks un FFWD_ADDER bloks. Pieslēdziet traucējuma mērījumu (degvielas plūsmas PV) LEADLAG bloka ieejai. Iestatiet LEAD parametru uz T_lead (4 s) un LAG parametru uz T_lag (6 s). Pieslēdziet LEADLAG izeju un PID izeju FFWD_ADDER blokam. Iestatiet GAIN_FF parametru uz K_FF (0,95).

Rūpīgi konfigurējiet barošanas vadības ieslēgšanas/izslēgšanas loģiku. Pievienojiet LOGIC bloku, kas atslēdz LEADLAG izeju, kad traucējuma mērījuma signāla kvalitāte ir SLIKTA vai NEPĀRLIECINOŠA. Ovation sistēmā pārbaudiet STATUS izejas tapu traucējuma mērījuma AI blokā. Kad STATUS nav LABS, iestatiet LEADLAG izeju uz nulli, izmantojot MUX bloku. Tas novērš Ovation kontroliera pielietošanu bojātai barošanas vadības korekcijai.

Izpilde GE Mark VIe sistēmā

GE Mark VIe izmanto Toolbox ST lietojumprogrammas vidi. Diskrētā laika lead-lag vienādojums ir:

y[n] = (T_lead / (T_lead + T_scan)) × (x[n] − x[n-1]) + (T_lag / (T_lag + T_scan)) × y[n-1] + K_FF × x[n]

100 ms uzdevuma rāmī, ar T_lead = 4 s un T_lag = 6 s, koeficienti ir: lead koeficients = 0,976, lag koeficients = 0,983. Saglabājiet x[n-1] un y[n-1] RETAIN mainīgajos, lai saglabātu filtra stāvokli kontroliera restartu laikā uz Mark VIe UCSC kontroliera.

Izmantojiet Mark VIe FFWD_GAIN parametru bloku, lai mērogotu lead-lag izeju pirms tās summēšanas ar PID izeju. Mark VIe PID bloks ir aprīkots ar īpašu FFWD ieejas tapu. Pieslēdziet mērogojamo lead-lag izeju šai tapai. Mark VIe iekšēji summē FFWD ieeju ar PID kontroliera izeju un automātiski nodrošina beztraucējumu pāreju režīmu maiņas laikā.

Nodošanas validācija

• 1. solis: Veiciet traucējuma soļu testu ar izslēgtu barošanas vadību. Ierakstiet maksimālo PV novirzi un atjaunošanās laiku. Tas ir atgriezeniskās saites vadības pamatveiktspējas līmenis.
• 2. solis: Ieslēdziet barošanas vadību. Atkārtojiet traucējuma soli. Mērķis: maksimālā novirze samazināta vismaz par 50% un atjaunošanās laiks samazināts vismaz par 30%. Ja uzlabojums ir mazāks par 30%, pielāgojiet K_FF (+10%, ja korekcija nepietiekama) vai T_lead (+2 s, ja korekcijas maksimums iestājas par vēlu).
• 3. solis: Pārbaudiet barošanas vadības signāla kvalitātes kļūdu apstrādi. Piespiediet AI bloka kvalitāti uz SLIKTA inženierijas darba stacijā. Apstipriniet, ka barošanas vadības izeja pāriet uz nulli vienas kontroliera skenēšanas cikla laikā (maksimāli 100 ms).
• 4. solis: Dokumentējiet galīgās K_FF, T_lead un T_lag vērtības instrumentu datu lapā un DCS konfigurācijas pārvaldības sistēmā. Ierakstiet soļu testa rezultātus kā nodošanas pamatlīmeni turpmākām veiktspējas pārbaudēm.

Nobeigums un rīcības ieteikumi

Barošanas vadība ir spēcīgs papildinājums PID atgriezeniskajai saitei procesos ar ātriem, izmērāmiem traucējumiem. Vispirms aprēķiniet K_FF, T_lead un T_lag no procesa soļu testa datiem pirms jebkādu vērtību ievadīšanas — minēti parametri dod sliktus rezultātus. Otrkārt, īstenojiet traucējuma signāla kvalitātes uzraudzību gan Emerson Ovation, gan GE Mark VIe, lai novērstu trokšņa iekļūšanu raidītāja kļūmju laikā. Validējiet veiktspēju ar kvantificētiem soļu testa datiem — barošanas vadības īstenojums, kas nesamazina maksimālo novirzi vismaz par 50%, jāpielāgo, nevis jāatstāj ekspluatācijā. Pārskatiet barošanas vadības pastiprinājumu un lead-lag parametrus ikgadējās instrumentu kalibrācijās — K_FF vērtība, kas der nodošanas brīdī, pēc trīs gadu aprīkojuma nolietošanās var atšķirties par 15–20%.

Autors: Guo Peilin ir rūpnieciskās automatizācijas inženieris ar vairāk nekā 10 gadu pieredzi PLC, DCS un vadības sistēmās.