Was ist Kaskadenkontrolle?
Kaskadenregelung bezieht sich auf eine Prozessregelstrategie, bei der eine Prozessvariable durch Manipulieren des Sollwerts einer verwandten Prozessvariablen geregelt wird. Bei dieser speziellen Strategie wird die interessierende Variable durch zwei Regelkreise gesteuert, die zusammenarbeiten. In der chemischen Prozessindustrie wird häufig ein Kaskadenregelungssystem verwendet, um die Auswirkungen von Störungen und Störungen auf das primäre Regelungsziel zu verringern.
Ein Kaskadenregelkreis besteht aus einem Primärkreis und einem Sekundärkreis. Diese Schleifen können auch als äußere Schleife bzw. innere Schleife bezeichnet werden. Die Primärschleife liefert der Sekundärschleife einen Sollwert oder ein Ziel für einen Prozess, der mit dem primären Steuerungsziel zusammenhängt. Die Primärschleife wird manchmal als Master-Schleife bezeichnet, da sie einen Sollwert liefert, dem die Sekundärschleife oder Slave-Schleife folgen muss.
Der Hauptzweck für die Verwendung der Kaskadensteuerung als Prozesssteuerungsstrategie besteht darin, dem Sekundärkreis die Steuerung von Störungen zu ermöglichen, bevor diese das primäre Steuerungsziel beeinflussen können. Damit dieses Steuerungssystem effektiv arbeitet, muss die Prozessdynamik des sekundären Regelkreises viel schneller sein als die Dynamik des primären Regelkreises. In der Regel muss die Prozessdynamik der Sekundärschleife mindestens viermal schneller sein als die Prozessdynamik der Primärschleife.
Die häufigste Anwendung der Kaskadenregelung für die meisten chemischen Prozesse ist die Verwendung eines Durchflussreglers als Sekundärkreislauf. Die meisten Durchflussregler haben eine sehr schnelle Reaktionszeit und eignen sich daher für Sekundärschleifen. Die Primärschleifen konzentrieren sich in der Regel auf Variablen wie Temperatur, Füllstand, potenzielle Wasserstoffwerte (pH-Werte) oder chemische Zusammensetzung.
Die Kaskadenregelung ist nicht unbedingt auf Systeme beschränkt, die nur auf zwei Regelkreisen basieren. Mehrere Kaskadenanordnungen funktionieren auf dieselbe Weise wie ein herkömmlicher Kaskadenregelkreis, haben jedoch mehr als zwei Schleifen. Beispielsweise kann ein Analysator und Regelkreis für chemische Zusammensetzungen mit einer langen Totzeit auf einen Temperaturregelkreis angewiesen sein, um Prozessstörungen zu vermeiden. Der Temperaturregelkreis kann dann auf einen noch schnelleren Regler angewiesen sein, beispielsweise einen Durchflussregler.
Es gibt mehrere Faktoren, die für die Entwicklung von Kaskadenreglern für einen bestimmten Prozess relevant sind. Beispielsweise müsste ein Regelungsingenieur prüfen, ob eine ausgewählte Sekundärschleife einen starken Einfluss auf die interessierende Primärschleife hat. Der Ingenieur müsste auch die Prozessdynamik der vorgeschlagenen Sekundärschleife kennen. Solche Faktoren könnten bestimmen, ob die vorgeschlagene Sekundärschleife in der Lage ist, Prozessstörungen zu absorbieren und zu verhindern, dass sie die Primärschleife beeinflussen.