57

Speciale regelingen

3.1 Verschil tussen enkelvoudige regeling en samengestelde regelingen

Deregelkringzoalsjehemkent,metregelaar,proces,corrigerendorgaanensensoriseenenkelvoudigeregelkring.Erzitnamelijkmaareenregelaar,eenproces,eencorrigerendorgaaneneensensorinderegelkring.

Meercomplexeregelkringenhebbenbijvoorbeeld2regelaarsof2corrigerendeorganenindekring.Ditnoemjeeenmeervoudigeregelkring.Hetspreektvoorzichdathetafstellenvaneenmeervoudigeregelkringheelwatmoeilijkeris.

3.2 Verhoudingsregeling

3.2.1 Voorbeeld 1: Chocolademelk Ineenfabriekproduceertmenchocolademelkvaneenbepaaldeconcentratie.Mendoetditdoormelktecombinerenmetchocoladepastaineenbepaaldeverhouding(bijvoorbeeld:15delenmelkvoor1deelchocopasta).Hetdebietvandechocopastaendemelkwordengemetenmetapartesensoren.

Deregelaarvandeverhoudingsregelingkanenkelingrijpenopéénvandetweeleidingen.Ophetschemaisditdeklepvandechocopasta.

Figuur31:P&IDchocolademelk(verhoudingsregeling)

melk

chocopastaFT1

FT2

chocolademelk

roerder

FfC

58Menkanditnietregelenmeteeneenvoudigeregeling,wantalshetdebietvanmelkofchocopastawijzigt,moetdeandereindejuisteverhoudingmee.

Ermoetendus2groothedengemetenworden(debietmelkendebietchocopasta)enineeneenvoudigeregelkringstaatmaaréénsensor.

Erzijnnu2uiterstesituaties:

- Als de hoeveelheidmelk stijgt, danmoet het debiet van de chocopasta ook verhoogdwordenvolgensdejuisteverhouding.

- Als de hoeveelheidmelk daalt, danmoet het debiet van de chocopasta ook verlaagdwordenvolgensdejuisteverhouding.

3.2.2 Blokschema

Figuur32:Blokschemaverhoudingsregeling

Erwordttweemaalgemeten,grootheid1(G1enG2).Deverhoudingtussendetweegroothedenwordtgenomen.Ditgetalwordtaanderegelaargegevenalsgemetenwaardex.Degewenstewaardevanderegelaarisdeidealeverhouding.

Deregelaarheeftdusnogsteeds2ingangen(gewenstewaardexengewenstewaardew)en1uitgang(regelwaardey).

Regelaar

Proces Corrigerendorgaan

Sensor2Sensor1

=x

w y

G1G2

G1G2

59Oefening

1. KijknaardeP&IDvandeproductie van chocolademelk.Vul,ophet schemahieronderdespecifieketermenvoordeverhoudingsregelingaan.

3.2.3 Voorbeeld 2: Reactievergelijking

Figuur33:P&IDProductAenBvormenC(verhoudingsregeling)

Indechemischeindustrieiseenverhoudingsregelingnodigvoorhetdoserenvanproductenvooreenreactie(reagentia).Dezemoetenvolgenseenspecifiekeverhouding(inmol)toegevoegdworden.

FrC

ProductA

ProductB

ProductC

FT1

FT2

Regelaar

Proces Corrigerendorgaan

Sensor2Sensor1

=x

w

y

15

Debietmelk‘nu’ Debietchoco‘nu’

DebietmelkFT1 DebietchocoFT2 Verhoudingmelk/choco

metenenregelen

klepchoco

FT1FT2

FfC

60Deze(fictieve)reactieis:

3A+B�3C

Indeaflopendereactiehierbovengeven3molAen1molBuiteindelijk3molC.

Detoestellendiedebietmeten,wordenuitgedruktinkg.Daarommoetendemolverhoudingenomgerekendwordennaargewichten.

Ditdoejedooraantalmolomtezettennaarkilogram,viademolmassa.

StofAheeftbijvoorbeeldeenmolmassavan120 !"#$.StofBheefteenmolmassavan240 !"#$.Daarmoetrekeningmeegehoudenworden.

Deomrekeninggebeurtzo:

3 A + 1 B � 3 C

3x120 !"#$ 1x240 !"#$

=360gA =240gB

Deverhoudingwordthierbvb.%& =()*+,* =

(+ = 1,5

Demassaverhouding ()*+,* = 1,5 isdusandersdandemolverhouding (%

1& = 3 .

Mengaataltijdwerkenmetdemassaverhouding,wantdemetingengebeurenmetmassadebietsmeters.Degewenstewaardewvanderegelaarzaldusinditgeval1,5zijn.

61Oefeningen

1. Vul hieronder het algemene blokschema in voor de verhoudingsregeling.Schrijf, in een andere kleur, de specifieke termen voor de regeling vanhierbovenerbij.

2. Methaangas (CH4) wordt verbrandmet zuurstofgas (O2) tot koolstofdioxide(CO2)enwater(H2O).Dereactievergelijkingvindjehieronder:

CH4+2O2�CO2+2H2O

Demolmassavanmethaanis16 !"#$.Demolmassavanzuurstofgasis32 !"#$.Demetingenzijnmassadebietsmetingen.Watisdegewenstewaardevandeverhoudingsregelaar?

Massadebietduskilogram

1molCH4en2molO2

Dus16gmethaanen2x32gzuurstofgas=16kgmethaanen64kgzuurstofgas

Deverhoudingis64/16=4

Regelaar

Proces Corrigerendorgaan

Sensor2Sensor1

=x

w

y

15

Debietmelk‘nu’ Verhouding‘nu’

DebietproductAFT1DebietproductBFT2

VerhoudingproductA

EnproductBmetenenregelen

klepproductA

FT1FT2

FrC

62

3.3 Split range

3.3.1 Voorbeeld 1: Koelen/opwarmen Eensplit-range-regelingiseenregelkringmeteenregelaareneensensor,maarmettweecorrigerendeorganen.

Hiergebruikjealsvoorbeeldeenreactorvat.Ditreactorvatkunjeverwarmendoorstoomdooreenwarmtewisselaartesturenenkoelendoorkoelwaterdoordedubbeletankwandtelatenstromen.Hetdoelishieromdetemperatuurop50°Ctehouden.

Alsdetemperatuurinhetreactorvatbovendegewenstewaardestijgt,wordtergekoeld.Daaltdetemperatuurechteronderdegewenstewaarde,danwordterverwarmd.

Figuur34:P&IDsplitrange-koelenenopwarmen

Hetstuurbereikvanderegelaarwordtin2gelijkestukkenverdeeldenderegelaar'weet'dathijbijtelagetemperaturenalleendestoomklepmoetbedienenenbijtehogetemperaturenalleendekoelklep.

Alsdetemperatuurlagerisdandegewenstewaarde,wordtdestoomkringingeschakeld.Alsdetemperatuurhogerisdandegewenstewaarde,wordtdekoelkringingeschakeld.Alsdeenekringisingeschakeld,isdeanderekringuitgeschakeld.Anderszoudenzeelkaartegenwerken.

Daaromspreektmenookvan‘splitrange’,gescheiden(stuur)bereik.Naargelangdeuitgestuurdewaardevany,zalheteneofhetanderecorrigerendorgaaningrijpen.

TC

TT

KOELING

KOELING

Koelwateruit

Koelwaterin

StoomuitStoomin

Reactor

633.3.2 Schema

Figuur35:Blokschemasplitrange

Erwordtdus1keergemeten,eris1regelaar.Dezeregelaarstuurtzijnstuursignaaldoornaar2corrigerendeorganen.

Oefening

1. Kijk naar de P&ID hierboven van opwarmen/koelen. Vul, op het schemahieronderdespecifieketermenvoordesplitrangeregelingaan.

Regelaar

Proces Corrigerendorgaan

Sensor

x

w

y

Corrigerendorgaan

Regelaar

Proces Corrigerendorgaan

Sensor

x

w

y

Corrigerendorgaan

50°C

temperatuurreactor‘nu’

temperatuurreactor

TT

TC

klepstoom

klepkoelwater

temperatuurreactor

metenenregelen

643.3.3 Grafiek gedrag corrigerende organen in functie van stuursignaal y

Figuur36:Grafiekcorrigerendeorganeninfunctievany

Naargelangdegemetenwaardex,zalderegelaardebeslissingnemenwatcorrigerendorgaan1(stoom)ofcorrigerendorgaan2(koelwater)zaldoen.

Eenvoorbeeldhieronder.Degemetenwaardeiskouderdandegewenstewaarde.Opbasisvanzijninstellingenbeslistderegelaaromeenstuursignaaluittezendenvan20%.Ditzelfdestuursignaalwordtdoorgestuurdnaardestoomkringendekoelkring.Maar,watzeerelkmeedoenisanders.Destoomkringgaatinditgevalopen,terwijldekoelkringdichtgaat.

Figuur37:Grafiekcorrigerendeorganeninfunctievany(x=20%)

Deklepvandestoomgaat65%open.Deklepvandekoelkringgaat0%open(volledigdichtdus).

klepstand

Stuursignaaly

open

dicht0% 50% 100%

STOOM KOEL

x<w(tekoud) x>w(tewarm)x=w(ideaal)

klepstand

Stuursignaaly

open

dicht0% 50% 100%

STOOM KOEL

x<w(tekoud) x>w(tewarm)x=w(ideaal)

20%

65%

65Eentweedevoorbeeld.Degemetenwaardeiswarmerdandegewenstewaarde.Opbasisvanzijninstellingenbeslistderegelaaromeenstuursignaaluittezendenvan60%.Ditzelfdestuursignaalwordtdoorgestuurdnaardestoomkringendekoelkring.Maar,watzeerelkmeedoenisanders.Dekoelkringgaatinditgevalopen,terwijldestoomkringdichtgaat.

Figuur38:Grafiekcorrigerendeorganeninfunctievany(x=20%)

Deklepvandekoelkringgaat20%open.Deklepvandestoomkringgaat0%open(volledigdichtdus).

3.3.4 Split range met hysteresis Omervoortezorgendatindemiddenzonejenietbijkleinevariatiesinstuurwaardeconstantopenendeensluitendekleppenkrijgt,werktmenmeteenhysteresiszone.

Figuur39:Grafiekreactiecorrigerendeorganeninfunctievany-methysteresis

klepstand

Stuursignaaly

open

dicht0% 50% 100%

STOOM KOEL

x<w(tekoud) x>w(tewarm)x=w(ideaal)

60%

20%

klepstand

Stuursignaaly

open

dicht0% 45% 100%

STOOM KOEL

55%

hysteresis

663.3.5 Split range met kruisende outputs

Figuur40:Grafiekcorrigerendeorganeninfunctievanymetkruisendeoutputs

3.3.6 Voorbeeld 2: Zuur/base IneenbuffertankkrijgenwemethylcellullosevanuiteenvoorgaandereactormeteenvariabelepH.DeklantwileenoplossingkrijgenvaneenneutralepH.DaaromgaanwedepHbijregelendoortoevoegenvanHCl(zuur)ofNaOH(base).

WemetendepHvandeinkomendevloeistofviadesensorQT.DezestuurtzijnwaardedoornaarderegelaarQC.Opbasisvandefout(x-w)zaleenbeslissinggenomenworden.IsdepHtelaag,danmoetmeerzuurtoegevoegdworden.IsdepHtehoog,danmoetmeerbasetoegevoegdworden.

Figuur41:P&IDsplitrange-zuur/base

klepstand

Stuursignaaly

open

dicht0% 45% 100%55%

hysteresis

QT

QC

InkomendmetbepaaldepH

JuistepH

klepNaOH klepHCl

roerder

67Oefeningen

1. KijknaardeP&IDhiervoorvan zuur/base.Vul,ophet schemahieronderdespecifieketermenvoordesplitrangeregelingaan.

2. Zie de grafiek hieronder. Vul de assen aan. Geef aan welke lijnen (vol ofstippellijn)staanvoorNaOHofHCl.Alsdestuurwaarde0%is,isdegemetenwaardepH0.Isdestuurwaarde100%,isdegemetenwaardepH14.

Regelaar

Proces Corrigerendorgaan

Sensor

x

w

y

Corrigerendorgaan

7

pH‘nu’

pHvoeding

QT

QC

klepbase

klepzuur

pHvoeding

metenenregelen

dicht0% 50% 100%

pH0 pH7 pH14

x

zuurbase

%klepopen

68

3. DeklantistevredenalsdewaardetussenpH6,5enpH7,5ligt.Hertekendegrafiek,rekeninghoudendmetdehysteresis.

3.3.7 Voorbeeld 3: stikstofbelegging van een tank

P&ID

Figuur42:P&IDstikstofbeleggingtank

Uitleg

Destikstofdrukwordtgemetenindetankenbinnengelezenopdedrukregelaaralsdemeetwaardex.Isdedruktehoogindetankdanzalhetontluchtingsventielmeeropengaanzodatdestikstofkanontsnappennaarbuiten.

klepstand

Stuursignaaly

open

dicht0% 45% 100%

BASE ZUUR

55%

hysteresispH0 pH6,5 pH14pH7,5

69Isdedruktelaagdanzalhetinlaatventielmeeropengaanzodatdedrukkanstijgen.Wanneerdedrukxgelijkisaandegewenstewaardedanzijnbeideventielengeslotenenisdeuitgangvanderegelaar50%.

Schema

Vul,ophetschemahieronderdespecifieketermenvoordesplitrangeregelingaan.

Grafiekklepstandinfunctievanstuurwaardey

Geefaanwelkelijnen(volofstippellijn)staanvoorV1ofV2.Alsdestuurwaarde0%is,isdegemetenwaardepH0.Isdestuurwaarde100%,isdegemetenwaardepH14.

Regelaar

Proces Corrigerendorgaan

Sensor

x

w

y

Corrigerendorgaan

ingesteldedruk

druktank‘nu’

druktankPC

PC

klepN2V1

klepafvoerV2

pHvoeding

metenenregelen

dicht0% 50% 100% x

V2V1

%klepopen

telagedruk tehogedruk

703.3.8 Oefeningen

Inverffabriekmengtmendekleurenbijtoteenbepaaldegraadvandonkerheid(ditisdegewenstewaarde).Bijhetinkomenvandereactor,wordtdedonkerheidvandekleurgemeten(QT).Menmaaktdekleurdonkerderdoortoevoegenvanzwart(klepzwart),menmaaktdekleurlichterdoortoevoegenvanwit(klepwit).

1. Vulhieronderhetblokschemaaanvandesplitrange.Schrijf,naastdealgemenetermen,ookdespecifiekewaarden/betekenisvoordezeregelingernaast.

QT

QC

rood

roodvangewenstedonkerheid

klepzwarteverf klepwitteverf

roerder

;"""""""

�

�

�

�

[Regelaar]

[Proces][Corrigerendorgaan1]

[Sensor]

gemetenwaarde(x)

gewenstewaarde(w)

stuursignaal(y)

(donkerheidmeten

enregelen)

ß

(donkerheid‘nu’)(QC)

""""""

ß

(gewenstedonkerheid)

(klepzwarteverf)

"""""""?

$

$

$

$

(donkerheid

voedingQT)

""?

$

$

$

$

$

$

[Corrigerendorgaan2](klepwitteverf)

ß

712. Tekeneengrafiek(X-as=stuurwaardeyenY-as=openenvandekleppenwiten/ofzwart,

beidetussen0en100%)vanderegelkring.Benoemdeassen.Geefduidelijkaanwaarmenspreektvanklep1enwaarmenspreektvanklep2.Wekoppelen4mAaandedonkerstekleurgemeten.20mAkoppelenweaandelichtstekleurgemeten.Destuurwaardegaatvan0%naar100%

x=donkerheid

klepzwartklepwit

%klepopen

donkerderdangewild lichterdangewild

()

�

wv

()

�

wv

dicht

0%50% 100%

__________________________________________________>

_____________________________>

---------------------------------------- ==========================