Главная Статьи Замена регулятора Р25: поиск оптимального варианта
Подписаться: Подписаться на рассылку по e-mail FACEBOOK

Замена регулятора Р25: поиск оптимального варианта

Мир Автоматизации №1 Март 2013

Дыхнилкин В.В., Онуфрик В.Б., Лукащук Р.О.

Регулирующий электронный прибор Р25, в период своего появления на свет, оказался довольно удачной и востребованной разработкой, однако он давно уже выработал свой ресурс и требует замены

Скачать в формате pdf>>
Google

Регулятор Р25 (или, если быть точнее, – регулирующий электронный прибор Р25 – так он именуется), на время своего появления на свет, оказался довольно удачной, и, соответственно, востребованной разработкой. Р25 – это регулятор производства Московского завода тепловой автоматики (МЗТА), поэтому позиционировался он как прибор для применения в системах автоматического регулирования различных теплотехнических процессов. Как пример – комплектный шкаф автоматики любого (за редким исключением) парового котла ДКВР включал в себя несколько регуляторов Р25. С другой стороны, учитывая свою достаточно высокую универсальность, Р25 использовался всюду, где нужно было «держать параметр» и где в качестве приводов использовались исполнительные механизмы с электродвигателями постоянной скорости (МЭО, ЕСПА и другие).

В общей сложности выпускалось 3 модификации прибора Р25, которые разнились типом и числом входов:

  1. Р25.1 – рассчитан на подключение до трех дифференциально-трансформаторных датчиков (входной сигнал 0…10 мГн).
  2. Р25.2 – подключение одного или двух термосопротивлений (изначально рассчитан на подключение датчиков градуировки 21 и 23, но при необходимости, путем незначительной доработки (а именно - замены двух сопротивлений внутри прибора), позволял использовать датчики и других градуировок).
  3. Р25.3 – подключение термопары ХА, ХК или ПП.

Все модификации позволяли использовать и унифицированные сигналы (0…5 мА, 0…20 мА или 0…10 В). Кроме того, каждая модификация регулятора Р25 выпускалась в двух вариантах исполнения – с индикатором положения исполнительного механизма (приборы с цифрой «2» в конце) или без него («1»).

Прибор получился действительно удачным, удобным в эксплуатации и достаточно простым в ремонте. Насчет удобства в эксплуатации читатель может и не согласится, но по большому счету, обслуживающий персонал (с кем по роду деятельности постоянно общаются авторы данной статьи) в большинстве своем признает, что, несмотря на некоторую архаичность органов настройки на лицевой панели Р25-го, настраивать на объекте этот регулятор не так уж и сложно. И назвать Р25-й «прибором с интуитивно понятным пользовательским интерфейсом» можно, пусть и с небольшими оговорками. Человек, так или иначе связанный с КИПом по роду деятельности и/или полученного образования, даже без описания на прибор, сможет самостоятельно разобраться с назначением органов настройки Р25, а заглянув в руководство по эксплуатации, - легко освоит методику проверки его работоспособности, балансировки и настройки на конкретном объекте. Да и ломались Р25-е нечасто.

Рис.1. Регулятор Р25 (по центру), универсальный контроллер МИК-51 (слева) и универсальный одноконтурный регулятор МИК-121 (справа)

Постановка задачи

Вопрос о замене регулятора Р25 на современный прибор является частично риторическим. Прежде всего, чтоб не говорили на различных форумах (а такой вопрос поднимается систематически), замены «один к одному» не существует. Опять-таки – замены на современный прибор. Р25 можно заменить на РС29 М либо на регулятор серии МИНИТЕРМ (именно они рекомендованы заводом-изготовителем); но, в первом случае, замена не оправдана, так как речь идет о современном оборудовании (РС 29 – прибор комплекса КОНТУР 2, который не намного моложе Р25-го); во втором – это, в буквальном смысле, не есть замена «один к одному».

Как зарубежное, так и украинское приборостроение выпускает довольно большую номенклатуру различных универсальных микропроцессорных регуляторов. Но когда стоит задача заменить Р25, что верой и правдой отработал не один десяток лет, на его современный аналог, разобраться во всем этом оказывается не так уж и просто. Целью, преследуемой авторами данной статьи, является именно помощь обслуживающему персоналу в вопросе успешного поиска для такой замены.

Прежде всего, необходимо составить список требований, которым должен отвечать данный прибор, чтоб переход с Р25-го на него оказался максимально простым:

  1. Прибор по входам, выходам и питанию должен соответствовать регулятору Р25 (желательно, чтоб входов и выходов было больше, и чтоб они были более универсальны по типам сигналов).
  2. Прибор должен обеспечивать характер и качество регулирования не хуже Р25-го (желательно, кроме реализованных в регуляторе Р25 ПИ-импульсной и двух/трехпозиционной структуры, иметь возможность выбора типа регулирования (аналоговое, импульсное или ШИМ) и возможность автоматической коррекции задания (по кривой либо по внешнему сигналу) исходя из нужд технологического процесса).
  3. Прибор должен иметь схожие и интуитивно-понятные органы настройки и оперативного управления, то есть – быть простым в эксплуатации, не требовать от обслуживающего персонала глубоких знаний в цифровой схемотехнике и других смежных областях.
  4. Прибор должен быть надежным, иметь длительный гарантийный термин, продолжительный период эксплуатации, а также быть рассчитанным на работу в реалиях промышленного производства (стойкость к вибрациям, широкий диапазон рабочих температур и прочее).

Новый регулятор на смену старого

Полноценную замену регулятору Р25 выпускает предприятие «МИКРОЛ» (г. Ивано-Франковск). Причем, выпускает в различных вариантах как конструктивного, так и функционального исполнения (рис.1). На сегодняшний день «МИКРОЛ» производит 11 различных типов одно- и двухканальных регуляторов и 2 модификации 8-канальных регуляторов (последние как замену Р25-му рассматривать не будем, в их разработку вложена немного другая философия и применяются они немного для других задач). Из регуляторов остановимся на МИК-121 – универсальном микропроцессорном одноконтурном регуляторе.

Как было отмечено, МИК-121 – регулятор универсальный. Настройки данного прибора настолько гибки, что позволяют сконфигурировать на нем один из 13(!) возможных вариантов регулятора, среди которых 2-х, 3-х позиционные регуляторы, регулятор соотношения, каскадный регулятор, регулятор с внешней коррекцией внутреннего задания и регулятор с внешним заданием. Выходным сигналом может быть как аналоговый, так и дискретные сигналы (ШИМ-выход, реализация 2-х и 3-х позиционного регулирования и управление исполнительным механизмом с электродвигателем постоянной скорости – МЭО).

Так как регулятор Р25 разрабатывался для применения в теплотехнических процессах, возможность и целесообразность замены будем определять на типовых задачах его применения. В качестве объекта управления возьмем паровой котел серии ДКВР (рис.2), а в частности, два важнейших контура его системы автоматики – регулятор соотношения «топливо – воздух» и регулятор питания котла.

Рис. 2. Основные контуры регулирования парового котла ДКВР

Регулятор соотношения «топливо – воздух»

Первый вариант замены регулятора Р25 на МИК-121 рассмотрим на примере контура регулирования соотношения «топливо – воздух» парового котла (рис.3). Назначение данного контура – поддерживать заданное соотношение между количеством топлива и воздуха во всем диапазоне изменения подачи топлива, которое определяется по графику. Регулятор предусмотрен для поддержания соотношения «газ – воздух» или «мазут – воздух», в зависимости от типа топлива, что используется на котле.

Рис. 3. Структурная схема регулятора соотношения «топливо–воздух»

Программная структура регулятора МИК-121 позволяет задействовать в нем готовый регулятор соотношения, функциональные возможности которого полностью перекрывают таковые у регулятора Р25 (рис.4). Регулятор воздуха является следящим; соответственно расход топлива (газа либо мазута) – это задающий параметр, который поступает на аналоговый вход №2 регулятора МИК-121. Сигнал на входе №2 нормализуется и поступает в блок коррекции, где кривую сигнала можно подправить для получения необходимой зависимости. Далее сигнал подается на сумматор, куда так же поступает нормализованный сигнал со входа №1 регулятора – импульс с датчика давления (расхода) воздуха. Сигнал рассогласования поступает на ПИД-регулятор, выход которого управляет ключами БОЛЬШЕ-МЕНЬШЕ, формирующими соответствующие сигналы управления импульсным исполнительным механизмом.

Рис. 4. Блок-схема настройки регулятора соотношения на базе МИК-121 в программе «МИК-Конфигуратор»

Регулятор «топливо – воздух» работает по графику соотношения данных параметров (газ –воздух либо топливо – воздух), получаемой после режимной наладки котла. Данный график технологами линеаризуется, дабы получить оптимальную линейную зависимость с учетом наиболее часто встречающихся нагрузок котла. Делается это по причине банальной невозможности реализации нелинейного регулятора «топливо – воздух» на обычном Р25. Все же Р25 – это только регулятор – не более и не менее. И добавить в контур регулирования какую-либо дополнительную переменную нелинейного соотношения не представляется возможным. А потребность в такой нелинейности растет прямо пропорционально росту мощности котла, так как позволяет, при правильной реализации, существенно экономить столь дорогие энергоресурсы. МИК-121, кроме того, что позволяет настроить смещение и наклон прямой на графике зависимости «топливо – воздух», по каждому из аналоговых входов имеет отдельный программный узел линеаризации, что позволяет искривить эту зависимость («топливо – воздух») исходя из оптимальности процесса сжигания топлива на котле (рис.5).

Рис. 5. График оптимального соотношения «газ–воздух» для экономии газа

Замена Р25 на ПЛК

Там, где автоматическое регулирование предполагает отработку дополнительных логических условий, использования большего числа управляемых и корректирующих сигналов либо требует внесения специфической нелинейности в процесс, необходимо использование программируемого логического контроллера (ПЛК). Причем, контроллер, помимо наличия дискретных и аналоговых входов-выходов, должен быть со все тем же «дружественным пользовательским интерфейсом» (ми ведь ищем замену регулятору, а значит, прибор должен быть контроллером по сути (по своим функциональным возможностям) и регулятором по передней панели (иметь все необходимые органы настройки и отображения)). Таким требованиям целиком и полностью соответствует универсальный контроллер МИК-51 производства предприятия «МИКРОЛ».

В контроллере МИК-51 удалось оптимально объединить «в одном корпусе» функциональную мощь современного ПЛК (универсальность в логико-дискретном и непрерывном управлении), и простоту программирования и настройки, характерную современным цифровым ПИД-регуляторам. Нетипичным (как для ПЛК) является и конструктивное исполнение его передней панели: контроллер имеет свободно-конфигурируемую панель с возможностью использования ее как простого аналога цифровой панели оператора (отображение значений тех или иных технологических параметров) и как панели отображения и настройки регуляторов и программных задатчиков.

На передней панели контроллера имеются индикаторы отображения текущего (дисплей ПАРАМЕТР) и заданного (дисплей ЗАВДАННЯ) значения регулируемого параметра с возможностью оперативного его изменения, положения исполнительного механизма (дисплей ВИХІД), органы переключения режима работы регуляторов (РУЧ-АВТ), органы непосредственного управления исполнительными механизмами в ручном режиме и индикация состояния контроллера, режимов работы регуляторов, срабатывания ключей БОЛЬШЕ-МЕНЬШЕ и многое другое. Но, прежде всего, МИК-51 – это свободно-программируемый контроллер, что имеет все необходимое для организации полноценной системы логико-программного и непрерывного управления контурами и узлами малых и средних технологических объектов. Программа для контроллера составляется на языке функциональных блоков (FBD) в редакторе АЛЬФА (бесплатно доступен на сайте предприятия «МИКРОЛ» (www.microl.ua)).

Как полноценную замену регулятору Р25 контроллер МИК-51 можно рассматривать для тех задач, где по условиям техпроцесса необходимо регулирование по трем и более параметрам, либо там, где Р25 не справляется ввиду ограниченности его функциональных возможностей. Примером может быть указанная необходимость внесения нелинейной зависимости между входными параметрами, потребность (для некоторых задач) изменения логики работы по тем или иным условиям (самоподстройка параметров ПИД-регулятора) и многое-многое другое.

Регулятор питания котла на ПЛК

Вариант замены Р25-го контроллером МИК-51 рассмотрим на примере регулятора питания котла – типового контура регулирования уровня воды в барабане парового котла, построенного по классической трехимпульсной схеме (рис.6). Регулятор питания учитывает 3 импульса, основным из которых является импульс по уровню воды в барабане котла, дополненный двумя корректирующими – импульсом по расходу питательной воды и импульсом по расходу пара. Импульсы суммируются и поступают на регулятор (рассогласование = заданное значение уровня воды в барабане котла (0 мм) – текущий уровень в барабане + расход пара – расход питательной воды). Для каждого из трех импульсов предусмотрен свой масштабный коэффициент. Выходной сигнал регулятора в форме двух дискретных сигналов поступает на исполнительный механизм типа МЭО, регулирующий орган которого установлен на линии питания котла водой.

Рис. 6. Структурная схема регулятора питания котла

Программа контроллера МИК-51, реализующая подобный трехимпульсный регулятор, представлена на рис.7. Логика работы программы целиком и полностью соответствует описанию, приведенному выше. Остановимся лишь на некоторых нюансах.

  1. Регулятор Р25 конструктивно выполнен так, что демпфирование по входных сигналах выполняется в узле регулирования, а не измерения, то есть, сглаживаются не сами измеряемые параметры, а уже готовый сигнал рассогласования, между заданием и выходом сумматора входных сигналов. В программе контроллера МИК-51 реализован несколько иной подход: сглаживание выполняется отдельно по каждому из трех входных импульсов. Раздельное демпфирование позволяет более качественно отстроить регулятор, так как появляется возможность сделать большим демпфер по импульсу уровня воды в барабане (который постоянно «дрожит») и задать меньшие значения для демпферов импульсов расхода воды и пара. Правильный подбор постоянных времени фильтров сглаживания по каждому из импульсов позволяет в значительной мере ослабить негативное влияние процесса «набухания» уровня в процессе изменения нагрузки котла на работу контура регулирования.
  2. В FBD-блоках всех типов регуляторов контроллера МИК-51 предусмотрена автоматическая балансировка. Она обеспечивает плавный переход при смене задания и отрабатывает постепенное изменение значения задания регулятора от величины текущего значения регулируемого параметра до заданного (при их неравенстве) после переключения регулятора из ручного в автоматический режим. Это еще раз доказывает, что демпфирование сигнала рассогласования в современном контроллере попросту ненужно.
  3. Заводить импульс обратной связи по положению исполнительного механизма в контур регулирования на базе МИК-51 нет необходимости. По опыту эксплуатации подобных контуров жесткая обратная связь по положению механизма приносит, в конечном счете, больше вреда, чем пользы. Она требует тщательной отстройки механической передачи на исполнительном механизме, а так как зачастую используются еще и устаревшие механизмы с реостатным или индуктивным датчиком положения, неточности и дрейф в их показаниях «не лезут» ни в какие разумные рамки. По этой причине в программе контроллера МИК-51 используется внутренняя переменная определения положения исполнительного механизма, реализованная в самом блоке импульсного ПИД-регулятора. Если обслуживающему персоналу необходимо видеть положение регулирующего органа, то можно задействовать 4-й свободный аналоговый вход контроллера и вывести значение на лицевую панель прибора.
  4. Приведенная программа составлена с упором на простоту понимания ее работы. При необходимости, ее можно значительно оптимизировать как по размеру, так и по функциональности. Например, можно реализовать самоподстройку коэффициентов регулятора в зависимости от величины рассогласования, поставив за цель обеспечить высокую чувствительность контура вблизи задания и отсутствие «расшатывания» при значительных возмущениях.

Рис. 7. Программа контроллера МИК-51, реализующая на нем регулятор питания котла.

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод об оправданности замены регулятора Р25 на программируемый контроллер МИК-51. Он полностью соответствует всем требованиям для подобной замены, как с точки зрения функциональности, так и с учетом субъективного удобства в наладке и последующей эксплуатации. МИК-51 удобен и прост, но, вдобавок, позволяет учесть множество дополнительных факторов, обеспечив тем самым качество регулирования контура, оптимальное ведение техпроцесса с точки зрения экономии энергоресурсов и надежность системы в целом.

Замена Р25-го на современную процессорную технику – это всего лишь начало, вершина айсберга. На многих производствах сохранились (и кое-как все еще работают) даже более древние приборы – те же ламповые РПИБы на тепловых электростанциях – сколько их еще «осталось в строю»? Много, очень и очень много. И замена всего этого на современное оборудование рано или поздно станет насущным на повестке дня. Не стоит опасаться перехода на новую аппаратную базу. Приведенное в данной статье описание вариантов замены устаревшего Р25 современным цифровым регулятором МИК-121 и контроллером МИК-51 является примером выполнения модернизации существующих систем управления с минимумом капиталовложений. Такая модернизация выполнена уже на сотнях паровых и водогрейных котлов различной мощности по всей Украине, начиная котельными небольших предприятий (замена Р25 на котлах ДКВР) и заканчивая тепловыми электростанциями (замена РПИБ на котлах Бурштынской ТЭС, Запорожской ТЭС, Добротворской ТЭС, Кураховской ГРЭС, Луганcкой ТЭС, Харьковской ТЭЦ-5, Херсонской ТЭЦ и т.д.).

Затраты времени и сил, необходимые для ввода в эксплуатацию модернизированной на базе этих приборов САР котлоагрегата, являются минимальными, так как все необходимое – файлы настроек конфигурации (в случае применения регуляторов МИК-121) и готовые шаблоны FBD-программ (в случае с МИК-51) – можно бесплатно скачать с сайта предприятия «МИКРОЛ». Готовые варианты программ для контроллера составлены для четырех основных контуров регулирования на котле: регулятор давления пара в барабане котла, регулятор соотношения «топливо – воздух», регулятор разрежения в топке и регулятор уровня воды в барабане котла.

Напоследок следует отметить и еще одну важную деталь. Оба прибора – и регулятор МИК-121, и контроллер МИК-51 предусматривают возможность как автономной работы (управление одним или несколькими контурами), так и позволяют построить полномасштабную распределенную систему автоматического управления узлами и целыми технологическими объектами с объединением в сеть и управлением с верхнего уровня (оба прибора поддерживают обмен данными по интерфейсу RS-485 (протокол ModBus RTU)). А это – серьезный задел на будущее, когда возникнет потребность централизованного контроля и управления всей используемой на предприятии автоматикой (посредством SCADA-системы).

Обновлено ( 25.03.2014 11:03 )  

Скачать Каталог

Каталог 2017

Скачать Презентацию

Презентация

Обсудить на форуме

Микропроцессорные регуляторы > МТР-8 підключення датчику тиску
victor@mversion.mk.ua 18-09-17 11:58
Блоки управления, блоки ручных задатчиков > БРЗ 7i
Serg747 13-09-17 09:07
Микропроцессорные технологические индикаторы > итм-10 параметрі для печи азотации.
vp 08-09-17 15:59
Микропроцессорные регуляторы > МТР-8 и таймер
victor@mversion.mk.ua 08-09-17 11:09
Микропроцессорные регуляторы > МИК-122 и БРУ-10
Andriy Gobela 02-08-17 15:15