consiglio PID AB- miscelazione in linea

[toni_unitn]

Salve

 

purtroppo o per fortuna devo fare la miscelazione in linea di due prodotti. Le due tubazioni passano attraverso due flussimetri massici e, attraverso due valvole proporzionali, finiscono in un serbatoio. Ci sarà da impostare come setpoint la percentuale voluta del prodotto 2 rispetto al prodotto 1 (Kg/h). Normalmente c'è solo il prodotto 1 e la proporzionale la utilizzo per mantenere costante il livello nel serbatoio, tramite un PID. Ora però c'è questa complicazione in più.

 

Pensavo di continuare a gestire la valvola 1 come al solito, e fare un secondo PID per gestire la valvola 2, usando come  variabile di processo la lettura del flussimetro 2. Il dubbio che mi viene è che il setpoint del PID sarà appunto la percentuale voluta del flusso del prodotto 1, ma questo sarà variabile, in funzione di come sta lavorando la valvola 1. 

 

per cui si tratterà di un problema di inseguimento e non più una "risposta al gradino".

 

Normalmente io i PID li utilizzo per applicazioni dove il setpoint è costante, qualcuno sa darmi indicazioni se per far lavorare i PID con setpoint che variano continuamente ci sia da prendere accorgimenti particolari e, in particolare, i PID di AB? qualcuno ha esperienza in materia?

 

grazie 1000 in anticipo

[Livio Orsini]

Non conosco i PID AB.

 

In linea generale io userei un riferimento per i 2 PID, ripartito in proporzione della miscelazione, Questo riferimento "generale" può essere ricavato dalla differenza tra livello reale e livello terorico del serbatio.

 

Dovresti dare qualche dato in più sul controllo di livello.

[toni_unitn]

Buonasera Livio e grazie per aver risposto. Il serbatoio è pressurizzato e ha una sonda di pressione in basso e una in alto.Il livello lo misuro attraverso la differenza tra le due sonde e lo mantengo costante con un pid che governa la valvola proporzionale. Le sonde servono anche per mantenere costante la pressione (c'é una serie di valvole di carico e scarico aria governate da un altro pid). Il controllo livello e pressione sono ormai assodato, e In questa particolare applicazione, dovendo gestire anche un secondo prodotto da miscelare in proporzione costante, sono stati aggiunti i due flussimetri di cui parlavo prima, oltre alla seconda valvola proporzionale. Quindi tu i flussimetri non li utilizzeresti?

[Livio Orsini]

13 ore fa, toni_unitn scrisse:

Quindi tu i flussimetri non li utilizzeresti?

 

No, li utilizzererei come retro azione dei 2 anelli interni di regolazione.

 

Cerco di chiarire un po' meglio.

 

Tu ha 2 variabili da controllare. il livello del serbatoio e la composizione del liquido che lo riempe.

L'anello più esterno controlla illivello del serbatoio, confronti il valore di riferimento con il valore reale e dallo scostamento ricavi un'indicazione della portata di liquido da immettere. Se il liquido fosse unico avresti solo questa regolazione, questa informazione servirebbe a determinare l'apertura della valvola di immissione.

Ma il liquido che entra nel serbatoi è la somma di 2 liquidi che sono ripartita secondo un  determinata proporzione.

Dividi questa informazione in due secondo il criterio di proporzionalità impostato. Queste 2 informazioni saranno i riferimenti dei 2 regolatori che controllano le 2 valvole. Nei 2 anelli si confronteranno i 2 riferimenti con i 2 segnali dei 2 flussimetri; l'uscita dei regolatori determinerà il posizionamento delle valvole.

Quindi avrai in totale 3 anelli: uno principale più esterno a cui seguono 2 anelli in parallelo.

 

Questo a grandi linee dovrebbe essere la strategia di controllo.

Io studierei anche l'applicazione di feed forward, usando i regolatori PID solo come correttori per aggiustamenti fini.

 

Non conoscendo il processo nei dettagli, e non conoscendo nemmeno come lavorano i PID di AB, non posso dare indicazioni più particolareggiate..

[toni_unitn]

ma giusto per capire, tu ci vedi qualcosa di sbagliato nel gestire la valvola del prodotto principale come regolazione di livello e quella del prodotto 2 per regolare il flusso del prodotto 2 in base alla misurazione che mi arriva dal flussimetro 1? 

[Livio Orsini]

Ragionaci un po' e vedrai che una regolazione siffattaè in .... contraddizione.

In pratica il secondo anello, quello che regola il prodotto 2, si comporta come disturbo del primo anello.

Modificato: 27 maggio 2019 da Livio Orsini

[toni_unitn]

la "contraddizione" che potrebbe esserci è che io regolo il livello con una sola valvola ma in realtà le condotte che vanno al serbatoio sono 2.

Il problema che io trovo nel metodo che mi hai suggerito è che non mi è chiaro, dal riferimento calcolato dal pid esterno di livello, come spartirlo in due setpoint di portata dato che non ho idea di quanto spingano le pompe delle due condotte, che non ho io in gestione. Quello che potrei fare è fare eventualmente delle misure usando i flussimetri e tenendo aperte al massimo le valvole, ma chi mi garantisce che le portate non vengano mai modificate da chi gestisce le pompe?

Modificato: 27 maggio 2019 da toni_unitn

[batta]

Quote

Il problema che io trovo nel metodo che mi hai suggerito è che non mi è chiaro, dal riferimento calcolato dal pid esterno di livello, come spartirlo in due setpoint di portata dato che non ho idea di quanto spingano le pompe delle due condotte, che non ho io in gestione.

Il PID del controllo livello non ti darà più, come ora, il riferimento per la valvola proporzionale, ma la portata complessiva richiesta in kg/h.

Ripartisci questa portata sui due liquidi in base alla proporzione impostata, ed hai il set point dei due successivi PID. La variabile di processo di questi due PID sarà il valore letto dai rispettivi massici. Le uscite dei PID piloteranno le due valvole proporzionali.

Per quanto riguarda le pompe che, purtroppo, non gestisci tu, bisognerebbe sapere che tipo di pompe sono e come vengono gestite. Io vorrei sperare che mantengano costante la pressione, e che si fermino o che mettano il liquido in ricircolo se non c'è richiesta di prodotto.

Poi, soprattutto se sono pompe volumetriche (es. pompe a lobi) e se ogni pompa serve solo la tua valvola proporzionale, si potrebbe eliminare la valvola proporzionale e pilotare direttamente la pompa. Se la pompa serve anche altre utenze, ovviamente questa soluzione non è adottabile.

[Livio Orsini]

1 ora fa, batta scrisse:

Poi, soprattutto se sono pompe volumetriche (es. pompe a lobi) e se ogni pompa serve solo la tua valvola proporzionale, si potrebbe eliminare la valvola proporzionale e pilotare direttamente la pompa.

 

Concordo con tutto quanto scritto da Batta.

Purtroppo toni_unitn non è molto prodigo di particolari e di dati; è un po' un "vizio" comune a molti utenti, propongono il problema, ma sono restti a dare informazioni.

[toni_unitn]

Io purtroppo non ho idea di che pompe ci siano, e purtroppo credo non sia cosa semplice saperlo con precisione prima di essere in loco (cioè dall'altra parte del mondo). Se le informazioni che vorreste avere sono riguardanti le pompe, non le ho date semplicemente perché non le ho nemmeno io. Al momento posso lavorare solo sulle valvole. Almeno finché non verrà fuori che il sistema non funziona.Comunque continuo a non aver chiaro come ripartire il riferimento non avendo la certezza sulla portata delle pompe: se devo avere un rapporto di concentrazione del 30 per cento ma per assurdo ho una pompa che spinge cento volte l'altra, non posso semplicemente dare il 70 percento del riferimento del pid di livello alla valvola 1 e il 30 alla valvola 2. Secondo me mi mancano dei dati... O sbaglio? 

Modificato: 27 maggio 2019 da toni_unitn

[batta]

Quote

se devo avere un rapporto di concentrazione del 30 per cento ma per assurdo ho una pompa che spinge cento volte l'altra, non posso semplicemente dare il 70 percento del riferimento del pid di livello alla valvola 1 e il 30 alla valvola 2. Secondo me mi mancano dei dati... O sbaglio? 

Infatti nessuno ti ha suggerito di fare una cavolata simile.

Provo a ripetermi, aggiungendo dei numeri di esempio.

Dunque, tu ora hai un PID al quale passi come set point il livello da mantenere e come variabile di processo il livello attuale. Questo PID pilota direttamente quella che attualmente è l'unica valvola proporzionale.
Questo PID andrà modificato. La sua uscita non sarà più il riferimento per la valvola proporzionale, ma la portata istantanea richiesta, in kg/h, per mantenere il livello.
Non ho la minima idea delle grandezze in gioco, quindi butto dei numeri a caso solo per fare un esempio.

Supponiamo che il PID del controllo del livello ti dica che hai bisogno di una portata di 100 kg/h e che questa portata debba essere ripartita in proporzioni 70% e 30% dei due liquidi.
Al PID che andrà a pilotare la valvola proporzionale del primo liquido dovrai passare come set point 70 kg/h, e all'altro PID 30 kg/h.
Le variabili di processo di questi due PID saranno le letture istantanee dei due massici.
Le uscite dei due PID andranno a pilotare le rispettive valvole proporzionali.
In questo modo una variazione della pressione in linea verrà compensata dai PID, che hanno come obiettivo il mantenimento della portata impostata.

[toni_unitn]

ho capito che il pid di livello deve essere modificato ma non ho capito come: il setpoint dovrà essere in mm, non mi è chiaro quale dovrebbe essere secondo te la variabile di processo...adesso è il livello reale del serbatoio ...

Modificato: 28 maggio 2019 da toni_unitn

[Livio Orsini]

29 minuti fa, toni_unitn scrisse:

.adesso è il livello reale del serbatoio ...

 

Forse il tuo problema sta a monte, forse non hai molta dimestichezza con i sistemi di controllo ad anello chiuso.

 

La tua variabile di processo continua ad essere il livello del serbatoio, ma per controllare questa variabile devi avvalerti dell'intermediazione di altre 2 varibili.

Non so se conosci un poco come funziona un azionamento con motore elettrico.

La variabile di controllo è la velocità del motore; hai un anello esterno che confronta la velocità reale del motore con il valore di riferimento, l'anello di controllo da come uscita un riferimento di corrente che a sua volta è la variabile di processo di un secondo anello, più interno, che controlla la corrente del motore. Dall'esterno tu vedi solo il controllo di velocità.

 

Nel tuo caso l'uscita dell'anello di controllo del livello dovrà essere una portata o un flesso, ma è comunque un numero, un valore.

Questo valore sarà diviso in proporzione alla percentuale voluta e i 2 valori risultanti saranno i 2 riferimenti di flusso, che confrontati con le 2misure di flusso piloteranno le 2 valvole.

 

Man mano che l'errore di livello diminuisce, il numero in uscita dal primo regolatore diminuirà, quindi diminuiranno i 2 riferimenti di portata.

[toni_unitn]

41 minuti fa, Livio Orsini scrisse:

Nel tuo caso l'uscita dell'anello di controllo del livello dovrà essere una portata o un flesso, ma è comunque un numero, un valore.

Questo valore sarà diviso in proporzione alla percentuale voluta e i 2 valori risultanti saranno i 2 riferimenti di flusso, che confrontati con le 2misure di flusso piloteranno le 2 valvole.

 

Ok, allora il pid di livello manterrà la stessa variabile di processo, la stessa variabile di controllo, e la sua uscita andrà semplicemente divisa in due fattori che avranno tra loro il rapporto voluto. Quindi il PID di livello in se non va modificato, è solo la sua uscita che va a pilotare i due pid interni di portata anzichè la valvola.

 

Ho capito (spero) 😀

 

grazie 1000 a tutti

[Livio Orsini]

Attenzione che avendo 2 regolatori in cascata bisogna poi avere le bande passanti dei 2 tipi, molto differenti.

Se vuoi stare tranquillo è necessario che il regolatore esterno (quello attuale) abbia un tempo di risposta circa 10 volte più lento di quello dei 2 regolatori interni.

ottimizzando bene l'intero sistema si può anche ridurre al rapporto di 3 a 1 (dato indicativo), ma comunque sempre significativamente più lento.

Modificato: 28 maggio 2019 da Livio Orsini

[batta]

Quote

Quindi il PID di livello in se non va modificato, è solo la sua uscita che va a pilotare i due pid interni di portata anzichè la valvola.

La variabile di processo rimane sempre il livello, ma probabilmente dovrai modificare i parametri del PID, perché dovrai uniformare le unità di misura.
I massici ti forniscono valori di flusso in kg/h, e questi valori saranno le variabili di processo dei due PID interni. Se la variabile di processo è in kg/h, anche il set point dovrà essere in kg/h. Visto che il set point dei due PID interni viene calcolato ripartendo in modo proporzionale il valore in uscita dal PID esterno, significa che il PID esterno dovrà fornire un valore in kg/h.
Se ora il tuo PID ti dà in uscita un valore 0..100% e, supponiamo, la portata massima (somma dei due prodotti) è di 500 kg/h, dovrai modificare questo PID in modo da adattare l'uscita ai nuovi valori. Cambieranno quindi i limiti e i parametri del PID.
In alternativa, puoi mantenere questo PID inalterato e moltiplicare il valore in uscita 0..100% per una costante, in modo da convertire l'uscita da percentuale a flusso, per poter essere utilizzata come set point dei due PID interni.

Se dovesse ancora non essere chiaro, mi arrendo.

[Livio Orsini]

1 ora fa, batta scrisse:

In alternativa, puoi mantenere questo PID inalterato e moltiplicare il valore in uscita 0..100% per una costante, in modo da convertire l'uscita da percentuale a flusso, per poter essere utilizzata come set point dei due PID interni.

 

Questa è la soluzione più rapida per effettuare la modifica; inoltre consente un facile ritorno alle origini.