vad är Cascade Control?
i enslingskontroll ställs kontrollens börvärde in av en operatör, och dess utgång driver ett slutligt styrelement. Till exempel: en nivåregulator som driver en reglerventil för att hålla nivån vid dess börvärde.

i ett kaskadstyrningsarrangemang finns det två (eller flera) styrenheter av vilka en styrenhets utgång Driver börvärdet för en annan styrenhet. Exempelvis: en nivåregulator som driver börvärdet för en flödesregulator för att hålla nivån vid dess börvärde. Flödesregulatorn driver i sin tur en reglerventil för att matcha flödet med det börvärde som nivåregulatorn begär.

styrenheten som kör börvärdet (nivåstyrenheten i exemplet ovan) kallas primär -, yttre eller huvudstyrenheten. Styrenheten som tar emot börvärdet (flödesregulatorn i exemplet) kallas sekundär -, inre-eller slavstyrenheten.

vilka är fördelarna med Kaskadkontroll?
det finns flera fördelar med kaskadkontroll, och de flesta av dem kokar ner för att isolera en långsam kontrollslinga från olinjäriteter i det slutliga styrelementet. I exemplet ovan isoleras den relativt långsamma nivåkontrollslingan från eventuella reglerventilproblem genom att den snabba flödeskontrollslingan hanterar dessa problem.

Föreställ dig att reglerventilen har ett stiktionsproblem (se blogg om ventilproblem.) Utan flödeskontrollslingan kommer nivåkontrollslingan (som driver den klibbiga ventilen) kontinuerligt att oscillera i en stick-glidcykel med en lång (långsam) period, vilket sannolikt kommer att påverka nedströmsprocessen. Med snabbflödeskontrollslingan på plats kommer den klibbiga reglerventilen att få den att svänga, men vid en mycket kortare (snabbare) period på grund av det inneboende snabba dynamiska beteendet hos en välinställd flödesslinga. Det är troligt att de snabba svängningarna kommer att dämpas av nedströmsprocessen utan att ha mycket negativ effekt.

eller föreställ dig att reglerventilen har en icke-linjär flödeskaraktäristik (se blogg om ventilproblem.) Detta kräver att styrslingan som driver den avstäms för att upprätthålla stabilitet i hela det möjliga flödesområdet. (Naturligtvis finns det bättre sätt att hantera olinjäriteter, men det är ämnet för en annan blogg.) Om nivåregulatorn direkt driver ventilen måste den avstämmas för att bibehålla stabiliteten – vilket möjligen resulterar i mycket dålig nivåkontroll. I ett kaskadstyrningsarrangemang med en flödeskontrollslinga som driver ventilen kommer flödesslingan att avstämmas för att bibehålla stabiliteten. Detta kommer att resultera i relativt dålig flödeskontroll, men eftersom flödesslingan är dynamiskt så mycket snabbare än nivåslingan påverkas nivåkontrollslingan knappast.

När ska Cascade Control användas?Kaskadkontroll ska alltid användas om du har en process med relativt långsam dynamik (som Nivå, Temperatur, komposition, fuktighet) och ett vätske-eller gasflöde, eller någon annan relativt snabb process, måste manipuleras för att kontrollera den långsamma processen. Till exempel: ändra kylvattenflödeshastighet för att styra kondensortrycket (vakuum) eller ändra ångflödeshastighet för att styra värmeväxlarens utloppstemperatur. I båda fallen bör flödeskontrollslingor användas som inre slingor i kaskadarrangemang.

har Cascade Control några nackdelar?
Kaskadkontroll har tre nackdelar. En, det kräver en ytterligare mätning (vanligtvis flödeshastighet) för att fungera. Två, det finns en extra kontroller som måste ställas in. Och tre, kontrollstrategin är mer komplex – både för ingenjörer och operatörer. Dessa nackdelar måste vägas mot fördelarna med den förväntade förbättringen av kontrollen för att avgöra om kaskadkontroll ska genomföras.

När ska Cascade Control inte användas?Kaskadkontroll är endast fördelaktig om dynamiken i den inre slingan är snabb jämfört med den yttre slingan. Kaskadkontroll bör i allmänhet inte användas om den inre slingan inte är minst tre gånger snabbare än den yttre slingan, eftersom den förbättrade prestandan kanske inte motiverar den extra komplexiteten.

förutom de minskade fördelarna med kaskadkontroll när den inre slingan inte är signifikant snabbare än den yttre slingan finns det också en risk för interaktion mellan de två slingorna som kan leda till instabilitet – speciellt om den inre slingan är inställd mycket aggressivt.

hur ska Kaskadkontroller ställas in?
ett kaskadarrangemang bör ställas in med början med den innersta slingan. När den är inställd placeras den i kaskadkontroll eller externt börvärde, och sedan är slingan som kör sin börvärde inställd. Använd inte kvartsamplituddämpande inställningsregler (som de omodifierade Ziegler-Nichols och Cohen-Coon-reglerna) för att ställa in kontrollslingor i en kaskadstruktur eftersom det kan orsaka instabilitet om processdynamiken i de inre och yttre slingorna är likartade.