Yleinen malliprediktiivinen säädin. Funktiolohko Siemens PLC. SoftControl Oy

Transkriptio

1 Yleinen malliprediktiivinen säädin Funktiolohko Siemens PLC SoftControl Oy

2 1.0 Malliprediktiivinen Säädin Yleistä Sovellus Kuvaus Muuttujat Säätimen viritys...6 SoftControl Oy 2-6

3 1.0 Malliprediktiivinen Säädin 1.1 Yleistä Yleisen malliprediktiivisen säätimen (GPC) periaatteen esitteli D.W Clarke Automatica lehdessä vuonna 1987, jonka jälkeen siitä on tullut suosituin malliprediktiivinen (MPC) säätömetodi sekä teollisuus-, että akateemisiin sovellutuksiin. Säätötapaa on sovellettu monissa teollisuuden prosesseissa, joissa se on havaittu hyvin toimivaksi ja robustiksi. Säädintä voidaan käyttää ratkaisemaan mitä erilaisimpia säätöongelmia, tarvitaan vain käyttäjän tieto prosessista ja säädettävän kohteen tuntemus. Malliprediktiivisen säätimen (MPC) periaate on laskea tulevaisuuden toimisuureita siten, että ne minimoivat kustannusfunktion yli ennustehorisontin. 1.2 Sovellus Säädinlohkon toiminta perustuu sille tosiasialle, että suurin osa teollisuusprosesseista voidaan kuvata muutamalla suureella, jotka ovat yksinkertaisia Ziegler-Nichols tyyppisiä suureita jota prosessin käyttäytymisestä voidaan havaita. Käyttämällä näitä arvoja GPC:n soveltaminen ja viritys on yhtä helppoa kuin perinteisen PID-säätimen. Säädinlohkossa on käytetty ns. esilaskettua GPC, jolloin joka säätökierroksella tapahtuva laskenta on minimoitu. Esilasketun GPC laskenta-algoritmien määrä on huomattavasti pienempi kuin standardi GPC:llä (Standardi GPC = flops, Esilaskettu 80 flops). Johtuen pienestä laskenta-algoritmien määrästä, lohkoa voidaan soveltaa suoraan PLC:n ohjelmakiertoon, jossa se aiheuttaa noin saman kuormituksen kuin perinteinen PID-säädin. SoftControl Oy 3-6

4 1.3 Kuvaus Asetus- ja mittausarvopiirien lisäksi säädin toteuttaa Yleisen malliprediktiivisen säätimen jatkuva-toimisella lähdöllä (analogilähtö) jota voidaan muuttaa käsisyöttöarvolla. Seuraavassa on kuvaus säätimen toiminnoista : Asetusarvo Asetusarvo annetaan reaalilukuna SP_INT tuloon. Mittausarvo Mittausarvo annetaan reaalilukuna PV_INT tuloon. Säädin käyttää sisäisesti lukualuetta 0-100, joten mittausalue on skaalattava muuttujilla PV_FAC ja PV_OFF oikeaksi. Sisäisesti käytetty muuttuja on PV_IN*PV_FAC + PV_OFF. esim. mitta-alue => PV_FAC = 4.0 ja PV_OFF=0.0. Käsiajoarvo Kun säädin kytketään tilaan KÄSI, saa säätimen lähtö saa arvon Y_MAN. Säätimen lähdössä ei tapahdu sysäyksiä kytkettäessä säädin KÄSI/AUTO. Toimisuure Säätimen lähtöä voidaan rajoittaa muuttujilla LMN_HLM ja LMN_LLM Prosessisuureet Prosessin parametrit saadaan askelvastekäyrän mukaan seuraavasti : ,2% ,3% taud t 1 tau t 2 time Prosessin askelvaste SoftControl Oy 4-6

5 Vahvistus : K = Mittausarvo Toimisuure Aikavakio : tau = 1,5* ( t t ) 2 1 Kuollut aika : taud 1 1,5* t1 t 3 = 2 Säätimen parametri K on prosessin vahvistus, parametri tau on prosessin aikavakio τ ja parametri taud on prosessin kuollut aika τ d. Parametrivirhe Kuollut aika on liian suuri. Suhteen taud on oltava pienempi kuin 30. h 1.4 Muuttujat Muuttuja Kuvaus Oletus Datat. Tyyppi Attr. COM_RST Uudelleenkäynnistys suoritettu FALSE BOOL IN PV_IN Mittausarvo REAL IN PV_FAC Mittausarvokerroin 1.0 REAL IN PV_OFF Mittausarvo offset 0.0 REAL IN SP_INT Asetusarvo 0.0 REAL IN AUTO Säädin KÄSI/AUTO (FALSE=AUTO/TRUE=MAN) FALSE BOOL IN Y_MAN Käsiajoarvo 0.0 REAL IN LMN_LLM Lähdön minimi 0% REAL IN LMN_HLM Lähdön maksimi 100% REAL IN K Prosessin vahvistus 1.0 REAL IN Tau Prosessin aikavakio 1.0 REAL IN taud Prosessin kuollut aika 1.0 REAL IN h Näytteenottoaika (synkronointi) 1.0 REAL IN LMN Toimisuure REAL OUT LMN_PER Toimisuure (periferia) DEC OUT state Säätimen tila (TRUE=MAN/FALSE=AUTO) BOOL OUT par_err Parametrivirhe BOOL OUT SoftControl Oy 5-6

6 1.5 Säätimen viritys Säätimen viritys tehdään tekemällä askelvastekoe tai selvitetään muulla tavalla prosessin vahvistus, aikavakio ja kuollut aika. Virheet parametreissa voivat aiheuttaa säädettävän suureen rauhattomuutta, usein virhe on kuollen ajan tulkinnassa, muuttamalla sitä prosessista saadun arvon ympäristössä rauhoittaa säätösuureen. Koska säädin toimii ripeästi asetusarvon askelmuutoksiin, on syytä varsinkin pitkän aikavakion ja kuolleen ajan prosesseissa käyttää askelmuutoksen nousunopeuden rajoitusta. SoftControl Oy 6-6