Регулирование нагрева ёмкости с рубашкой

[Crew]

Доброго времени суток форумчане!
Нужен Ваш опытный совет. Стоит следующая задача: есть ёмкость 300л с рубашкой заполненной теплоносителем. Имеются датчик в самой ёмкости измеряет температуру продукта и в рубашке температуру теплоносителя, нагрев рубашки осуществляется ТЭНАМИ,через регулятор мощности аналогово (0-10В). Находящийся внутри продукт должен нагреваться до определённой температуры и удерживаться определённое время, затем охлаждаться. Погрешность температуры +/- 1-2 градуса. Хочу регулировать нагрев тэнов и самого теплоносителя ПИД регулятором, но судя по всему необходимо выставлять дельту между рубашкой и продуктом внутри, из за этого возможны тепловые забросы при нагреве. Подскажите как грамотно организовать регулирование для достижения необходимой температуры? Регулятор должен иметь обратную связь по температуре рубашки или по продукту :):):) Варианты про то что можно собрать на двухпозиционных регуляторах не рассматриваем)

[kon48]

По продукту. Например, таким образом работают некоторые типы пастеризаторов при поддержании постоянной температуры пастеризации.
Сложнее с охлаждением. За счет чего будет выполняться охлаждение продукта?
Если это естественное охлаждение или охлаждение в другой емкости, то опять же все хорошо работает по продукту.

[maximov2009]

Добрый день. Судя по всему у Вас заквасочный танк для какого нибудь кумыса. Так бы сразу и писали, а то от таких абстрактных задач одни непонятки. Начинают обычно с одного, заканчивают чуть ли не противоположным.
Ваша задача уже обсуждалась на форуме - поищите.
Решается всё достаточно просто. Нагреваете теплоноситель до температуры продукта, может чуть больше, неизвестно как у Вас теплообмен осуществляется. Когда продукт достигает нужной температуры - включается таймер выдержки. По окончании времени - отключается нагрев, сливается теплоноситель, а в рубашку подаётся охладитель.
В идеале рубашка делается в виде 2 контурного теплообменника. По одному контуру, по другому охладитель.
Или проблема в чём то другом?
С уважением.

[and909]

У нас для этих целей тоже стоят емкости с рубашкой, для нагрева стоит блок ГВС - пар греет теплоноситель - теплоноситель подается в рубашку, температура теплоносителя регулируется простеньким ТРМ, ИМ - отсечной клапан на пару.
Для охлаждения в рубашку подается централизованная ледяная вода (без регулятора). Температура продукта контролируется визуально и теплоноситель переключается мануально.:D

[lara197a]

Обычно теплоемкость носителя не значительна, по сравнению с теплоемкостью бака с продуктом.
Большого заскока Т не будет. максимум сотые-десятые градуса.

[Santi]

По моему опыту, если использовать не контроллер, а терморегуляторы, то нужны 2 терморегулятора.
1-й ПИД-регулятор, к которому подключаются датчик температуры продукта.
2-й терморегулятор, к которому датчик теплоносителя в рубашке. можно 2-х позиционный для ограничения перегрева рубашки. Перегрев рубашки опасен во-первых из-за возможности закипания (в случае с водой) и из-за возможного перегрева продукта, но тут надо смотреть действительно ли
"теплоемкость носителя не значительна, по сравнению с теплоемкостью бака с продуктом".

Далее контакты этих обоих терморегуляторов включаются последовательно и этой последовательной цепочкой включается нагрев.
В Ваше сообщении управление нагревом 0-10 В. В этом случае ПИД-регулятор (продукт) взял бы с этим выходом, а 2-м терморегулятором (в рубашке) размыкал бы этот выход, обеспечивая 0 В.

[Crew]

Продукт охлаждается за счёт охлаждения теплоносителя через радиатор с вентилятором. Переключение контуров происходит в ручную кранами к сожалению. Пока у меня такое видение давать приращение на температуру рубашки например на 2-3 градуса больше чем сам продукт и по достижению нужной температуры продукта обрубать нагрев. Т.к при одинаковой уставке температуры продукта и рубашки очень долго будет выходит на рабочий режим. Теплоноситель масло и продукт жир.
Уважаемый Santi мне не очень понятно смысл регулирование по продукта т.к температура теплоносителя может уходить намного выше чем сам продукт, и пока нагреется продукт у масла уже будет отсечка по перегреву. Хочется просто добиться максимально точного регулирования температуры.

[capzap]

на одном регуляторе это не сделать, тут нужны два кaнaла, с выходами РИ, первый будет настроен на температуру продукта и его выход должен прекращать регулирование теплоносителя, а второй соответственно по ПИД закону будет держать нужную уставку теплоносителя, будет долго выходить на заданную продукт, просто поднимите уставку теплоносителя

[maximov2009]

Хочется просто добиться максимально точного регулирования температуры.
Добрый день. Честно говоря не могу понять в чём именно суть Вашего вопроса. Поэтому все и дают разные советы.
На самом деле всё достаточно просто. У нас применяются разные системы. Выбрать уже Ваша задача.
1. Если Вы хотите быстрого нагрева - теплоноситель нагревается до максимума и регулируется именно МАКСИМАЛЬНЫЙ нагрев теплоносителя, чтобы не закипел и не взорвался. При этом нагрев продукта ведётся достаточно быстро и отключается по достижении уставки ПРОДУКТА. Но инерционный перегрев продукта при этом ОЧЕНЬ большой. Поддерживать температуру продукта в таком режиме практически нереально. Дикие скачки будут.
2. Если необходим ТОЧНЫЙ нагрев ПРОДУКТА - регулируется температура теплоносителя, равная или чуть больше, заданной температуры продукта.
При этом перегрева практически не наблюдается, но процесс гораздо медленнее. Но в этом режиме мы можете смело, по достижении уставки продукта, поддерживать его в таком состоянии сколько Вам нужно.
Выбирайте что Вам нужно.
С уважением.

[Santi]

Уважаемый Santi мне не очень понятно смысл регулирование по продукта т.к температура теплоносителя может уходить намного выше чем сам продукт, и пока нагреется продукт у масла уже будет отсечка по перегреву. Хочется просто добиться максимально точного регулирования температуры.
Температура в рубашке д.б. больше, чем продукта, иначе время нагрева будет стремиться к бесконечности, а с учетом тепловых потерь вообще не достигнет заданного значения. Теперь повнимательней на мое предложение. Пока температура продукта отличается от заданной более чем на полосу пропорциональности, нагрев будет максимальным и ограничивается только 2-м терморегулятором. Температура в рубашке - максимально допустимая. Это позволяет уменьшить время разогрева. Когда входим в полосу пропорциональности мощность нагрева падает, температура в рубашке падает, скорость разогрева уменьшается. Чем ближе температура продукта к заданной, тем ниже мощность нагрева, тем меньше температура в рубашке и разница между рубашкой и продуктом. Если ПИД-регулятор настроен правильно, то на этапе выхода к заданной температуре, мощность нагрева и разница температур рубашки и продукта будет только для компенсации потерь.
Важно правильно подобрать полосу пропорциональности и я бы начинал именно с П-регулятора, включая И, когда уже с П все отлажено. Ну а Д уже вообще бы не использовал. В большинстве случаев достаточно П-регулятора, ну а если используется ПИ, то важно ограничить зону накопления интеграла, т.е. чтобы интегральная ошибка накапливалась не все время разогрева, а только ближе к последнему этапу. К сожалению в большинстве регуляторов параметр "зона наколпления интегральной ошибки" отсутствует. В некоторых ОВЕНовских ПИД-регуляторах есть дискретный вход запуска регулирования, возможно он отключает и накопление интегральной ошибки, но на мой вопрос о влиянии этого входа на ПИД-регулятор от поддержки я ответа не получил, хотя этим вопросом занималось несколько их специалистов. Похоже они и сами не знают как их регуляторы работают.

Что касается необходимости использования ПИД-регулятора для рубашки, считаю это необязательным, поскольку ПИД (или ПИ)-регулятор нужен только на последнем этапе разогрева и там он д.б. именно по самому важному параметру, т.е. по температуре продукта. Но хуже не будет, кроме только ненужных сложностей объединения сигналов 2-х ПИД-регуляторов в один выход 0-10В.

[Crew]

Уважаемый,Santi я совсем запутался с полосами пропорциональности.. Алгоритм в итоге получается следующий: я сначала максимально нагреваю температуру рубашки вместе с этим постепенно растёт температура продукта.Далее в какой то момент мне нужно включить ПИ регулятор по продукту и уже управлять с него всем процессом? Мне непонятно просто управление по продукту... Положим мне нужно 80 градусов продукт, максимум температура рубашки 100 градусов. Я включаю нагрев теплоноситель в рубашки намного быстрее достигнет критической температуры при которой будет отключаться нагрев,тем временем продукт ещё даже близко не будет возле необходимого значения. ПИ регулятор будет греть на всю катушку и будет огромное перерегулирование, а погасить инерцию за счёт охлаждения не выйдет так как тут переключение происходит мануально.

Поэтому в моём понимании регулирование по теплоносителю более рационально что ли...

[maximov2009]

Добрый день. При всём уважении, Вы по моему сами себе создаёте проблемы на ровном месте. Тем более, что у Вас я так понял нет пока готового регулирующего прибора.
Вам нужно всего-навсего ТРМ с БЫСТРЫМ ВЫХОДОМ на уставку и ПИД регулятором. Она (он) полностью осуществит Ваш алгоритм. Быстро нагреет до уставки и будет поддерживать температуру в рубашке.
А на контроль температуры продукта или другую ТРМ или использовать 2 канальную ТРМ для регулировки теплоносителя и сработки по продукту.
Дальше, если помню Вам нужно выдержку, для этого реле времени, или использовать что то типа ТРМ 151, 251 (если правильно номера навскидку) где можно задать программу уже с выдержкой времени.
Настройку ПИД регулятора с быстрым выходом на уставку, удобнее сделать в автоматическом режиме, чем подбирать коэффициенты вручную.
Так что Вам только грамотно подобрать тип ТРМ и всё.
Если уж хотите самими сделать всё на свободно программируемом устройстве (ПР, ПЛК). Тогда и нужно прорабатывать весь алгоритм. А если уж использовать ТРМ, то там уже всё продумано.
С уважением.