راه‌اندازی پروژه های نفت و گاز

درخواست کن، باور کن ، دریافت کن.

 

Tuning

تنظیم پارامترهای سه گانه كنترلی تحت عنوان Tuning در صنعت مطرح است . بطور كلی Tuning برای یك حلقه كنترل ساده انجام می‌شود، یعنی اگر حلقه كنترل ما بصورت تركیبی (مثلا آبشاریCascade  ) باشد ابتدا حلقه Slave  بطور جداگانه و سپس حلقه Master (باز بطور جداگانه) تنظیم و روی حالت Auto قرار داده می‌شود و در آخر بعد از حصول اطمینان از ثبات وضعیت فرآیند دو حلقه كنترل با هم مرتبط می‌شوند.  در اینجا سعی شده تا Tune كردن یك حلقه كنترل مستقل تشریح شود.

در اینگونه حلقه‌ها بعلت اینكه هیچگونه وابستگی به دیگر حلقه‌های كنترل وجود ندارد، فقط تنظیمات ابتدائی روی پارامترهای PID انجام می‌شود.

 

روشهای معمول برای Tuning

معمولا به سه روش زیر عملیات Tuning سیستم كنترل انجام میشود.

- روش تجربی

- روش علمی (دانشگاهی)

Self Tune/Auto Tune-

مراحل Tuning به روش تجربی:

1-     تنظیم سرعت كنترلر با تنظیم پارامتر Kp.

2-     تنظیم عكس العمل كنترلر نسبت به تغییرات پریودیك مقدار  PVنسبت به SP با تنظیم Ti(Reset)

3-        تنظیم عكس العمل كنترلر نسبت به تغییرات ناگهانی مقدار  PVنسبت به SP با تنظیم Td(Rate)

4-  Fine Tune (تكرار مراحل بالا)

 

-   تنظیم سرعت كنترلر:

با توجه به رابطه كلی كنترل كننده مد PID

m(t)=Kp {e(t) + 1/Ti. e(t). d(t) + Td . [de (t)/ d(t)]}

 

ابتدا برای تنظیم سرعت PID Controller باید مقدار Ti را روی حداكثر ومقدار Td را روی حداقل قرار داد، آنگاه تنها مد P كنترل كننده ما فعال است:

m(t)= Kp e(t)

با تغییر و تنظیم Kp مطابق با خواست بهره‌بردار و مطابق با تغییر شرایط فرآیند، به مقدار بهینه سرعت دست پیدا می‌كنیم.

 

-   تنظیم عكس العمل كنترل كننده نسبت به تغییرات پریودیك:

1-مقدار Kp روی مقدار تنظیم شده باقی می‌ماند.

2-مقدار Td روی حداقل قرار داده می‌شود (برای حذف آن در این مقطع):

 

m(t)=Kp {e(t) + 1/Ti. e(t). d(t) }

 

3-حال با داشتن یك كنترلر مد PI، می‌توان با تغییر مقدار Ti و كاهش دامنه تغییرات پریودیك به یك تنظیم بهینه و قابل قبول بهره‌بردار دست یافت.  در صورت لزوم در تنظیم سرعت كنترل كننده نیز می‌توان تجدید نظر كرد (هر چند در این مقطع توصیه نمی‌شود).

 

-   تنظیم عكس العمل كنترل كننده نسبت به تغییرات ناگهانی:

1-مقدار Kp و Ti روی مقدار تنظیم شده باقی می‌ماند.

2-با داشتن یك كنترل كننده مود PID حال فقط تنظیم Td باقیمانده است كه بایستی با اعمال تغییرات ناگهانی در SP، عكس العمل كنترلر رامشاهده و مطابق با خواست بهره‌بردار نسبت به تغییر پارامتر Td اقدام نمود.

نكته:  آیا در زمان Normal Operation اعمال تغییر ناگهانی در پارامترهای كنترلی عملی است؟

Fine Tune -

در این مرحله، بایستی با هماهنگی بهره‌بردار مجدداً سرعت پاسخگوئی كنترلر/ سرعت كاهش دامنه مقدار پریودیك خطا و سرعت پاسخگوئی كنترلربه تغییرات ناگهانی، با مرور به روش سعی و خطا اصلاح شود.  در ضمن نیازی به تكرار گامهای قبلی نیست و ترجیحاً بایستی به PID Controller بصورت یك مجموعه نگاه شود.

 بدیهی است بهترین پاسخ زمانی است كه دامنه تغییرات بعد از چند پریود به صفر نزدیك شود یا به حداقل برسد

 

 

 

 

روش علمی Tuning

مبنای روش علمی Tuning بر این اصل استوار است كه تابع انتقال (Transfer Funcion) تمام عناصر موجود در یك حلقه كنترل را  (اعم از اجزاء كنترل یا عناصر فرآیند) بصورت یك مجموعه كامل محاسبه كرده و در نهایت پارامترهای PID Control از این مدل ریاضی استخراج می‌شود.

برای اینكه در این روش به یك نتیجه بهینه برسیم، باز لازم است كمی هم به روش سعی و خطا اتكا داشته باشیم.

باتوجه باینكه پارامترهای فرآیندی همواره درحال تغییر می‌باشد، برای محاسبه مقادیر صحیح پارامترهای كنترلی در هر زمان، بدست آوردن تابع انتقال در همان مقطع اجتناب ناپذیر می‌باشد.  در كل می‌توان مدعی شد كه این روش، یك روش آكادمیك و آزمایشگاهی بوده و در Plantهای تولیدی نمی‌تواند كاربرد داشته باشد.

Self Tune/Auto Tune

در سیستم‌های كنترل مدرن كه براساس میكروپروسسور كار می‌كنند، مجبور به تنظیم پارامترهای كنترلی توسط دست نیستیم.  در اینگونه سیستم‌ها Tuning توسط خود سیستم انجام می‌شود و كاربر یا اپراتور مجبور به انجام تنظیمات نیست.  هر دو روش با توجه به مدل ریاضی و روش علمی، پارامترهای كنترلی را از طریق محاسبه تابع انتقال مجموعه، محاسبه می‌كند.


ملاحظه می شود كه باز شدن شیر زمانی اتفاق می افتد كه سطح مایع در مخزن قدری از نقطه تنظیم پایین تر رود.  متقابلا" بسته شدن شیر، زمانی اتفاق می افتد كه سطح مایع در مخزن از SP كمی بالاتر قرار گیرد. مجموع این دو مقدار (هرچند ناچیز) كه درعمل هم وجود دارد بدلیل ساختمان و مكانیزم سوئیچ ها بوده و در كنترل فرآیند ایجاد Offset  می كند. شاید وجود Offset  در كنترل سطح آب یك مخزن رو باز زیاد مشكل ساز نباشد، اما در فرآیندهای پیچیده تر و بویژه فرآیندهای شیمیایی این اتفاقات قابل توجیه نیست.

قطعا ایراد ذكر شده چیزی از توانایی های سیستم كنترل ناپیوسته نمی كاهد و این روش دارای كاربردهای زیادی بویژه اتوماسیون صنعتی و سیستم های Interlock  می باشد و معمولا این روش با سیستم های كنترل پیوسته مشتركا كاركنترل یك واحد صنعتی را بعهده دارند. ا ز طرفی بدیهی است زمانیكه فرآیند ما از نوع فرآیند پیوسته باشد، در این حالت بایستی از یك سیستم كنترل پیوسته با هدف كنترل خودكار فرآیند بهره ببریم.

كنترل كننده های پیوسته:

یك سیستم كنترل پیوسته دارای ویژگی های زیر است :

1-   عنصر اولیه یا سیستم اندازه گیر توانایی اندازه گیری مقدار واقعی PV، تبدیل آن به سیگنال استاندارد و بیان مقدار آن بین صفر الی صد در صد را دارد.

2-   برخلاف كنترل كننده های ناپیوسته، در اینجا فرآیند با مدل های پیچیده ریاضی شبیه سازی شده و كنترل كننده توانایی آنالیز تغییرات خطا و تحت كنترل در آوردن روند تغییرات خطا را دارد. در نهایت كنترل كننده با بكارگیری توابع پیچیده ریاضی وظیفه كنترل فرآیند را بعهده میگیرد.

3-   عنصر نهایی یا محرك نیز با بقیه سیستم هماهنگ بوده و توانایی پذیرش تغییرات بین صفر تا صد درصد را دارد.

بعبارتی در یك سیستم كنترل پیوسته، بطور مداوم و بدون وقفه مقدار كمیت تحت كنترل اندازه گیری می شود. مقدار اندازه گیری شده (PV) بامقدار مطلوب(SP) مقایسه شده و مقدار خطا همواره محاسبه می شود . حال كنترل كننده براساس تغییرات خطا و با رجوع به پیشینه تغییرات خطا ، محرك و به تبع آن فرآیند را تحت كنترل خواهد داشت . تغییرات خطا در تمام لحظات مد نظر می باشد و مقدار لحظه ای خطا اهمیت چندانی ندارد چون كنترل كننده به تغییرات خطا نسبت به زمان مراجعه می كند. تغییرات خطا نسبت به زمان با متغیر (t)e  نمایش داده می شود.

 

كنترل كننده بعنوان یك جعبه سیاه با ورودی سیگنال خطا (t)e و خروجی (t)m برای پردازش ورودی دارای یك تابع با سه Term  است :

 

 

m(t)=Kp {e(t) + 1/Ti. e(t). d(t) + Td . [de (t)/ d(t)]}

 

سه عبارت یا سه عاملی كه در پردازش سیگنال پیوسته نقش دارد عبارتنداز:

1-   پارامتر تناسبی (Proportional) KP

2-  پارامتر انتگرالی (Reset) KI

3-   پارامتر مشتق گیر(Rate) KD

در عمل اگر سه عبارت بالا را با تركیب های مختلف درجعبه سیاه خود تعبیه كنیم، به حالت های مختلف می رسیم كه همان مودهای كنترل است .

-كنترل كننده مود P

-كنترل كننده مود PI

-كنترل كننده مود PID

لازم به توضیح است كه گاهی مود چهارمی هم مطرح می شود (مود PD) كه تركیبی از عامل تناسبی و عامل مشتق نیز است .این مود بصورت تابع ریاضی قابل بیان است اما بعنوان كنترل كننده مود PD  نمی تواند كارائی داشته باشد.

بطور تجربی می توان گفت معمولا" عامل مشتق گیر بدون حضور عامل انتگرال گیر مفهومی ندارد . در سیستم كنترل DCS  و همچنین FCS  فرآیندهای دما را با PID  كنترل می كنیم. اما در ابتدا همین فرآیند بصورت PD  كنترل می شود و بعد از گذشت چند لحظه بطور خودكار PD  به PID  تبدیل می شود.

 

1-كنترل كننده مود P :

-با توجه به رابطه كلی كنترل كننده های پیوسته چنانچه سه ضریب ثابت بصورت زیر انتخاب شود:

-مقدار متناسب باشد   Kp     

-خیلی بزرگ باشد          Ti

-خیلی كوچك باشد    Td         

آنگاه رابطه كلی كنترل بشكل زیر ساده می شود:

                                                m(t)=K p.e(t)

یعنی خروجی كنترل كننده بصورت خطی با مقدار خطا نسبت مستقیم دارد. در اینجا مقدار ثابت Kp  بعنوان  ضریب تقویت Gain تعریف می شود.

                                                G=Kp=m(t)/e(t)

تغییر دادن Gain  باعث می شود عكس العمل كنترل كننده و به تبع آن سرعت پاسخگوئی سیستم كنترل به تغییرات فرآیند نیز تغییر كند. بدیهی است با توجه به رابطه خطی و مستقیمی كه Gain  با خروجی كنترل كننده دارد ، هر چه مقدار Gain افزایش یابد سرعت كنترل كننده نیز افزایش می یابد. بطور كلی رابطه بین خروجی كنترل كننده، Gain  و سیگنال خطا بدینگونه  است .

سرعت پایینIf Gain   <1   , Then     m(t)  < e(t)     

If Gain   =1   , Then     m(t)  = e(t)     

سرعت بالاIf Gain  > 1   , Then     m(t)  > e(t)     

 

بدیهی است نمی توان مدعی شد كه هر چه سرعت كنترل كننده بالاتر باشد، پاسخ سیستم هم بهتر خواهد بود. با توجه باینكه از كنترل كننده درچه مواردی استفاده شده باشد و همچنین بسته به نوع فرآیند، میزان Gain  دارای مقادیر مختلفی است كه نمی توان به آن یك مقدار كلی و در نتیجه عمومیت داد. معمولا" در بیشتر فرآیندها با افزایش Gain  سیستم به سمت ناپایدار سوق پیدا می كند


  • کل صفحات:2  
  • 1
  • 2
  •   

همه پیوندها
شبکه اجتماعی فارسی کلوب | Buy Website Traffic | Buy Targeted Website Traffic