Что такое каскадное управление?

Каскадное управление относится к стратегии управления процессом, в которой переменная процесса управляется путем манипулирования заданным значением связанной переменной процесса. В этой конкретной стратегии переменная интереса контролируется двумя контурами управления, работающими в тандеме. В отраслях химической промышленности часто используется каскадная система управления, чтобы уменьшить влияние помех и нарушений на основную цель контроля.

Каскадный контур управления состоит из первичного и вторичного контуров. Эти петли могут также упоминаться как внешняя петля и внутренняя петля, соответственно. Первичный цикл предоставляет вторичному циклу заданное значение или цель для процесса, связанного с первичной целью управления. Первичный цикл иногда называют главным циклом, поскольку он обеспечивает заданное значение, которому должен следовать вторичный цикл или подчиненный цикл.

Основная цель использования каскадного управления в качестве стратегии управления процессом состоит в том, чтобы позволить вторичному контуру управлять помехами, прежде чем они смогут повлиять на основную цель управления. Чтобы эта система управления работала эффективно, динамика процесса вторичного контура должна быть намного быстрее, чем динамика первичного контура. Как правило, динамика процесса вторичного цикла должна быть как минимум в четыре раза быстрее, чем динамика процесса первичного цикла.

Наиболее распространенное применение каскадного управления для большинства химических процессов включает использование регулятора потока в качестве вторичного контура. Большинство контроллеров потока имеют очень быстрое время отклика, что делает их подходящими кандидатами для вторичных циклов. Первичные петли имеют тенденцию фокусироваться на таких переменных, как температура, уровень, уровень потенциального водорода (pH) или химический состав.

Каскадное управление не обязательно ограничено системами, основанными только на двух контурах управления. Множественные каскадные схемы работают так же, как традиционные каскадные контуры управления, но имеют более двух контуров. Например, анализатор химического состава и контур управления с длительным временем простоя могут полагаться на контур регулирования температуры для устранения нарушений процесса. Контур регулирования температуры может затем полагаться на еще более быстрый контроллер, такой как регулятор потока.

Есть несколько факторов, которые имеют отношение к разработке каскадных контроллеров для данного процесса. Например, инженеру по контролю потребуется рассмотреть, сильно ли выбранный вторичный цикл оказал влияние на основной интересующий цикл. Инженеру также необходимо знать динамику процесса предлагаемой вторичной петли. Такие факторы могут определять, способна ли предлагаемая вторичная петля поглощать нарушения процесса и предотвращать их влияние на первичную петлю.