Meet en regeltechniek deel 2 - Schoolzaken | MBO voor ... · 1.5 1-ste orde processen met...

Meet en regeltechniek deel 2 -1-

Meet en regeltechniek deel 2

Allround Operationeel Technicus Leerjaar 4

V 1.0 Juni 2015


Inhoudsopgave

Hoofdstuk 1 Tijdsgedrag van processen ......................................................... 5

1.1 Inleiding ..................................................................................................... 5

1.2 0-de orde processen .................................................................................. 7

1.3 0-de orde processen met voortplantingstijd .................................................. 8

1.4 1-ste orde processen ................................................................................. 10

1.5 1-ste orde processen met voortplantingstijd ................................................ 16

1.6 Hogere orde processen .............................................................................. 19

1.7 Integrerende en explosieve processen ........................................................ 22

Hoofdstuk 2 P-, I- en D-regelen (een herhaling) .............................................. 26

2.1 Inleiding .................................................................................................... 26

2.2 De proportionele regelaar ........................................................................... 26

2.3 De proportioneel integrerende regelaar ....................................................... 31

2.4 De proportioneel integrerende en differentiërende regelaar ........................... 36

2.5 Demping, doorschot en inregeltijd ............................................................... 40

2.6 Regelgedrag en stoorgedrag ...................................................................... 43

Hoofdstuk 3 Blokschema’s ........................................................................... 46

3.1. Het nut van blokschema’s .......................................................................... 46

3.2 Overdracht regels ...................................................................................... 47

3.3 Regels m.b.t. blokschema’s ........................................................................ 48

3.4 Overdracht van een regelkring .................................................................... 49

Hoofdstuk 4 Het dynamisch gedrag van een geregeld 0-de orde proces ........ 56

4.1 Het dynamische regelgedrag van een P-geregeld 0-de orde proces .............. 56

4.2 Het dynamisch regelgedrag van een PI-geregeld 0-de orde proces ............... 59


Hoofdstuk 5 Het dynamisch regelgedrag van een geregeld 1-de orde

proces .................................................................................................. 61

5.1 Het dynamische regelgedrag van een P-geregeld 1-de orde proces .............. 61

5.2 Het dynamische regelgedrag van een PI-geregeld 1-de orde proces

zonder voortplantingstijd .......................................................................... 63

5.3 Het dynamische regelgedrag van een PI-geregeld 1-de orde proces

met voortplantingstijd ............................................................................... 64

5.4 Het dynamische regelgedrag van een PID-geregeld 1-de orde proces ........... 66

Hoofdstuk 6 Het dynamische regelgedrag van een geregeld hogere orde

proces .................................................................................................. 68

Hoofdstuk 7 Instelregels voor PID-regelaars.................................................. 70

7.1. Inleiding ................................................................................................... 70

7.2. Ziegler en Nichols open loop ...................................................................... 71

7.3 Ziegler en Nichols gesloten loop ................................................................. 72

Hoofdstuk 8 Meervoudige regelkringen ......................................................... 75

8.1 Inleiding .................................................................................................... 75

8.2 Feed backregeling ..................................................................................... 75

8.3 Feed forward regeling op flow ..................................................................... 77

8.4 Feed forward regeling op flow en temperatuur ............................................. 79

8.5 Feedback regeling en feed foreward regeling gecombineerd ......................... 81

8.6 Storings-compensatieregeling ..................................................................... 83

8.7 Master-slave regeling ................................................................................. 85

8.8 Verhoudingsregeling .................................................................................. 89

8.9 Split-range regeling .................................................................................... 91

8.10 Selectie regeling ...................................................................................... 94


Hoofdstuk 9: Het fornuis (een case) .............................................................. 97

9.1 Wat is een fornuis? .................................................................................... 97

9.2 De aanvoer van lucht ............................................................................... 100

9.3 De aanvoer van de brandstof .................................................................... 101

9.4 De bediening van het fornuis .................................................................... 102

9.5 Veilig stoken van het fornuis ..................................................................... 103

9.6 Het opstarten van het fornuis .................................................................... 109

9.7 Regelsystemen ........................................................................................ 112

Hoofdstuk 10 Distributed control system (DCS) ........................................... 121

10.1 Inleiding ................................................................................................. 121

10.2 Werking van een DCS ............................................................................ 124

10.3 Verschillen DCS en SCADA systemen .................................................... 130

Hoofdstuk 11 Het fornuis in DCS ................................................................. 131

11.1 De fornuisregeling opgenomen in het DCS .............................................. 131

11.2 Signaalafhandeling ................................................................................. 135


Hoofdstuk 1 Tijdsgedrag van processen Doelstellingen: Je kan:

Processen indelen in 0-de, 1-ste en hogere orde processen; De invloed van de traagheid, voortplantingstijd en de procesversterking

aangeven op de regelbaarheid van het proces;

Zelfregelende en niet zelfregelende processen onderscheiden; Integrerende en explosieve processen herkennen aan de dynamische

proceskarakteristiek.

1.1 Inleiding In de procesindustrie zijn veel verschillende processen aanwezig welke geregeld moeten worden. Denk hierbij aan de regeling van druk, niveau, temperatuur, flow, pH e.d. Deze processen hebben elk hun eigen gedrag als er een storing of verandering van het setpoint plaatsvindt. Dit gedrag komt tot uiting in de wijze waarop de gemeten waarde verandert in de tijd. In dit hoofdstuk ga je leren welke proceseigenschappen dit gedrag bepalen. Fig 1. Een chemisch proces

Vooral de procesversterking, de dode tijd en de tijdsconstante zijn van invloed op het gedrag (en ook de stabiliteit) van deze processen.


Om deze processen optimaal te kunnen regelen is het belangrijk om deze proceseigenschappen te kennen. Zij bepalen in belangrijke mate welke instelling de regelaar moet hebben ten aanzien van de proportionele (P), integrerende (I) en differentiërende (D) actie. Er zijn verschillende soorten processen te onderscheiden n.l.:

1. Nulde-orde processen;

2. Eerste orde processen;

3. Hogere orde processen;

4. Integrerende processen;

5. Explosieve processen.

In de orde van het proces ligt de wijze van verandering van de proceswaarde (PV) vast als het outputsignaal (OUT) wijzigt. Van deze processen kun je meerdere proceseigenschappen bepalen uit de dynamische proceskarakteristiek* n.l.:

a. de procesversterking (KP);

b. de werkingsrichting;

c. de dode tijd of voortplantingstijd (symbool τV);

d. de tijdconstante of traagheid (symbool τ);

e. de verhouding van de tijdconstante en de dode tijd (τ/τ V).

Met deze eigenschappen kun je dan vervolgens weer de optimale instelling

voor de P-, I- en D-actie van de regelaar bepalen.

In dit hoofdstuk gaan we verder in op deze dynamische proceseigenschappen. * De dynamische proceskarakteristiek geeft de wijze van verandering (response) weer van de

PV van het proces weer als het outputsignaal (OUT) verandert. Op de X-as staat de tijd en op de Y-as de signalen.

Vragen: 1. Bedenk 5 verschillende fysische grootheden welke kunnen worden

geregeld in de procesindustrie. 2. Wat versta je onder het dynamische gedrag van een proces? 3. Schets in een grafiek het verloop van te temperatuur van een koelkast

in de tijd welke gedurende een minuut wordt opengedaan. De temperatuur van de koelkast was voor het openen van de deur 4˚C. Zet de tijd op de x-as.


1.2 0-de orde processen Een 0-de orde proces is een proces waarbij de proceswaarde (PV) zonder vertraging of met verwaarloosbare vertraging op een verandering van de output (OUT) reageert. Een mooi voorbeeld hiervan is de regeling van een vloeistofflow. Een vloeistof is niet samendrukbaar in tegenstelling tot een gas.

Fig 2. Regeling van de flow

Indien de regelaar op handbediening staat en er een stapsgewijze verandering van de OUT plaatsvindt (hieronder van 20 naar 80%), verandert de PV gelijk mee en dit zonder merkbare vertraging, in dit voorbeeld van 30 naar 100%. Je kunt uit deze grafiek de volgende zaken halen: 1. het is een direct werkend proces (OUT groter -> PV groter);

2. de versterkingsfactor Kp is 1,17 (𝐾𝑝 =∆𝑃𝑉

∆𝑂𝑈𝑇=

(100−30)

(80−20));

3. de traagheid of tijdsconstante is gelijk aan nul of zeer klein.

Fig 3. 0-de orde proces zonder voortplantingstijd 0-de orde processen zijn lastig te regelen door de kleine traagheid of ook wel tijdsconstante genoemd. Er hoeft maar een zeer kleine voortplantingstijd te zijn om dit proces direct instabiel te maken. In de procesindustrie komen, buiten de flowregelingen, 0-de orde processen niet vaak voor.


Vragen: 4. Hoe groot is de versterkingsfactor van een proces als de OUT verandert

van 10% naar 25% en daardoor de PV verandert van 55% naar 45%? 5. Is het proces van vraag 4 een direct of omgekeerd proces? 6. Waarom kan een proces waarbij een gasflow wordt geregeld nooit een

0-de orde proces zijn? 7. Waarom is de voortplantingstijd van figuur 3 gelijk aan nul of zeer

klein?

1.3 0-de orde processen met voortplantingstijd 0-de orde processen kunnen ook voortplantingstijd of ook wel dode tijd hebben. Een mooi voorbeeld hiervan is het onderstaande mengproces waarbij zuur water met lage pH (azijnzuur) wordt gemengd met loog. De loog-klep wordt van 20 naar 80% stapsgewijs opengezet. De PV loopt op van 30% (pH=3) naar 100% (pH=10). Het duurt in dit voorbeeld 10 seconden voordat er een merkbare verandering is van de gemeten pH. De afstand van de pH-opnemer tot de regelklep zal deze voortplantingstijd beïnvloeden maar ook de grootte van de flow.

Fig 4. Mengproces

Het zal even duren voordat de mengvloeistof met lagere pH de pH opnemer heeft bereikt.

LOOG


Fig 5. 0-de orde met voortplantingstijd

Echt 0-de orde processen met of zonder voortplantingstijd komen in de procesindustrie zelden voor. Er zijn echter een aantal processen zoals de twee hierboven beschreven welke zich bij benadering als 0-de orde processen gedragen eventueel met of zonder voortplantingstijd. 0-de orde processen met een beetje voortplantingstijd zijn lastig te regelen. De

verhouding 𝜏

𝜏𝑣 is al snel groot.

In de verhouding van de 𝜏

𝜏𝑣 ligt namelijk de regelbaarheid van het proces vast.

Er geldt de volgende stelregel:

V

10 goed regelbaar proces

V

6 matig regelbaar proces

V

3 moeilijk regelbaar proces

Vragen:

8. Waarom wordt de 𝜏

𝜏𝑣 al vrij snel klein bij een 0-de orde proces?

9. Hoe groot is de voortplantingstijd van een vergelijkbaar proces als dat

van paragraaf 1.3?

Gegeven: Binnendiameter leiding is 50,6 cm Flow is 120 m3/h Leidinglengte tussen regelklep en opnemer is 4 m.


10. Wat kun je zeggen over de regelbaarheid van een proces indien de traagheid 30 seconden bedraagt en de voortplantingstijd 4,2 seconden is?

1.4 1-ste orde processen 1-ste orde processen komen in de procesindustrie vrij veel voor. Een mooi voorbeeld hiervan is het hieronder beschreven drukproces. Een vat wordt gevuld met lucht via een regelklep, welke stapvormig verandert van 20 naar 80%. De aanvangsdruk bedraagt 30% bij een OUT van 20% en de eind-druk bedraagt 100% bij een OUT van 80%.

Fig 6. Drukregeling

Fig 7. Dynamische proceskarakteristiek


Ook hier herken je weer een direct werkend proces, een Kp van 1,17, maar nu een merkbare vertraging van een aantal seconden. De grootte van deze vertraging licht vast in de tijdsconstante, ook wel traagheid genoemd. Omdat de regelklep een hindernis (restrictie) vormt voor de luchtstroom zal deze traagheid in het systeem introduceren. Verder is tevens het volume van dit vat van invloed op de traagheid. Ook is de grootte van de afblaas flow van invloed. Een ander voorbeeld van een 1-ste orde proces is het afkoelen van een hoeveelheid vloeistof met een hogere temperatuur dan de omgeving, een kop koffie bijvoorbeeld. Wanneer we het temperatuurverloop in de tijd vastleggen, zien we de volgende grafiek ontstaan.

Fig 8. Temperatuur als functie van de tijd bij een afkoelingsproces

Het verloop van deze grafiek kan als volgt verklaard worden:

De drijvende kracht achter dit proces is het temperatuurverschil tussen de koffie (Thoog) en de omgevingstemperatuur (Tlaag), in symbolen: ΔT = Thoog – Tlaag. Dit temperatuurverschil veroorzaakt een warmtestroom ΦW. Op zijn beurt zorgt die ervoor dat het temperatuurverschil kleiner wordt. Hierdoor neemt de warmtestroom ΦW af.

THOOG

TLAAG

Warmtestroom


Het afkoelen gaat dus steeds langzamer. Dit soort processen zijn zelfregelend te noemen omdat er steeds een nieuwe evenwichtstoestand intreedt. In dit geval zal deze evenwichtstoestand plaatsvinden als de koffietemperatuur gelijk is aan de buitentemperatuur. De drijvende kracht ΔT is namelijk weggevallen. Je kunt met een grafische truc de tijdconstante uit de grafiek bepalen.

63% methode

Reken uit hoeveel 63% van de maximale verandering van de

proceswaarde is;

zoek dit punt in de grafiek;

lees de tijd af van dit punt;

dit is de tijdconstante van het proces.

In de grafiek kun je zien dat de totale verandering 70 (90–20) is. 63% van deze verandering is dus 0,63 × 70 = 44,1 ◦C. Dus T = 90 – 44,1 = 45,9 ◦C. Op deze waarde trek je een horizontale lijn. Daar waar deze lijn de grafiek kruist, trek je een loodlijn naar beneden. Op deze wijze vind je de grootte van de tijdsconstante. Hieronder kom je uit op 10 minuten.

Fig 9. Afkoelen

Behalve via de 63% methode kan de tijdconstante ook met een raaklijn bepaald worden. De raaklijn geeft de richting aan die de grootheid (in dit geval de temperatuur) zou volgen als het temperatuurverschil niet zou afnemen.


Fig 10. Raaklijn- en 63% methode

Uit deze twee grafische methoden blijkt dus beide keren dat de tijdconstante van dit proces 10 minuten is. De tijdsconstante of traagheid is een belangrijk gegeven van het proces. Deze kan groot zijn (reboiler temperatuur destillatie-unit) of kleiner (toerentalregeling motor).

Raaklijnmethode eerste orde proces

Trek een raaklijn in het startpunt van de grafiek;

kijk waar die raaklijn de lijn van de uiteindelijke waarde snijdt;

lees de tijd af van dit punt;

dit is de tijdconstante van het proces.

Deze 1-ste orde processen verlopen altijd via een e-macht. De algemene formule daarvoor is als volgt:

begin1

t

TtPV PV PV e

PVt de PV op tijdstip t; PVbegin de PV voor de verandering ΔPV het verschil tussen de PVeind en PVbegin t de tijd T de tijdsconstante of traagheid van het proces e het getal van Euler (e = 2,718…)


In het koelproces was de bepaalde tijdsconstante 10 min. Je kunt dus met bovenstaande formule op elk tijdstip de PVt berekenen. Stel dat je de PVt wil berekenen na 20 minuten.

Deze wordt dus: 20

1090 70 1 30 CtPV e

Zoals je kunt zien in de grafiek nemen we in deze berekening voor de ΔPV een waarde van -70 ◦C. Dat is het verschil nl. tussen de eind- (20 ◦C) en begintemperatuur (90 ◦C). In de grafiek kun je aflezen dat de eindtemperatuur na 20 minuten in dit voorbeeld inderdaad 30 ◦C wordt. De berekende en de bepaalde waarden komen dus overeen. Omgekeerd kun je met deze formule ook bepalen hoe lang het zal duren voordat een bepaalde temperatuur is bereikt. Stel dat je wilt weten hoe lang het duurt voordat de temperatuur 25◦C is. ΔPV =-70◦C PVt =25◦C T=10 minuten

Ingevuld geeft dit: 25 = 90 − 70 (1 − 𝑒−𝑡

10)

(1) 25 − 90 = −70 (1 − 𝑒−𝑡

10)

{90 naar de andere kant van het =-teken

(2) − 65 = −70 (1 − 𝑒−𝑡

10)

(3) −65

−70= (1 − 𝑒

−𝑡

10)

{beide zijden delen door -70}

(4) −65

−70− 1 = (−𝑒

−𝑡

10)

{1 naar de andere kant van het =-teken}

(5) −65

−70− 1 = (−𝑒

−𝑡10)

(6) − 0,0714 = (−𝑒−𝑡10)

(7) 0,0714 = (𝑒−𝑡

10)

{delen beide zijden door -1}

(8) 𝑙𝑛 (0,0714) = 𝑙𝑛 (𝑒−𝑡

10) {beide zijden natuurlijke logaritme nemen}

(9) − 2,6395 =−𝑡

10

Uitkomst: t = 26,4 𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑒𝑛.

Klopt dit met de grafiek?


Voorbeelden van eerste orde processen zonder voortplantingstijd zijn een

niveauregeling in een open vat en een temperatuurproces met directe

warmtewisseling door middel van het direct inspuiten van bijvoorbeeld stoom

in een vloeistof.

1-ste orde processen hebben altijd maar 1 tijdsconstante. Vragen: 11. Bepaal van onderstaand proces:

a. de tijdsconstante (twee methoden); b. de voortplantingstijd; c. de werkingsrichting; d. de versterking;

e. de verhouding 𝜏

𝜏𝑣.

12. Een oven heeft een begintemperatuur van 20˚C. De hoogste

eindtemperatuur bedraagt 200˚C. Als de oven “aan” wordt gezet, duurt het 10 minuten voordat de temperatuur 150˚C is. Het proces mag als een 1-ste orde proces worden beschouwd.

a. Hoe groot is de traagheid? b. Hoe groot is de voortplantingstijd? c. Toon aan dat dit een gemakkelijk te regelen proces is. d. Hoe lang duurt het voordat de temperatuur 180˚C is?

e. Schets een grafiek van dit proces (Excel kan ook). 13. Wat zijn de drijvende krachten in onderstaande processen? a. temperatuur proces; b. druk proces; c. flow proces; d. het opladen van een condensator.


1.5 1-ste orde processen met voortplantingstijd 1-ste orde processen kunnen ook voortplantingstijd hebben. Een voorbeeld hiervan is het onderstaande proces waarbij de druk wordt geregeld. Het verschil met het hiervoor beschreven proces is dat de leiding in dit voorbeeld tussen de regelklep en vat nu extreem lang is genomen. Door de voortplantingstijd van de gasflow in de leiding duurt het even voordat de druk in het vat merkbaar gaat veranderen na een verandering van de klepstand. In de praktijk zet men de regelklep vlak bij het vat en zal de voortplantingstijd daardoor altijd zeer (te verwaarlozen) klein zijn.

Fig 11. Drukproces

Grafisch gezien verloopt het drukverloop dan volgens onderstaande grafiek.

Fig 12. Bepaling van de traagheid en voortplantingstijd

Je kan heel snel zien dat de voortplantingstijd 10 seconden bedraagt en de totale verandering 70% is. 63% van 70% is 44,1%.

500 meter

70%


Dus op de waarde 30% + 44,1% = 74,1% is 63% van de totale verandering bereikt. Via de grafische 63% truc kun je dan bepalen dat de traagheid ca 5 seconden bedraagt.

De verhouding 𝜏

𝜏𝑣 bedraagt in dit voorbeeld dus 5/10 = 0,5.

Het proces is dus zeer moeilijk te regelen omdat de verhouding veel kleiner is dan 3. Om toch goed te kunnen regelen zal de regelklep veel dichter bij het vat moeten zijn gemonteerd. Natuurlijk zal geen enkele engineer een regelklep op deze grote afstand van het vat monteren. Waar het wel bij kan voorkomen is bij signaaloverdracht van een pneumatische regelaar naar een pneumatische regelklep. De klepmotor kun je beschouwen als een vat. De signaalvertraging (voortplantingstijd) in een pneumatische leiding bedraagt ongeveer 0,1 sec per strekkende meter leiding. Er treedt dan geen voortplantingstijd in het proces op, maar bij de signaaloverdracht. Vandaar dat men bijna altijd gebruik maakt van een I/P omvormer. Deze zet het 4-20 mA signaal om naar een 20-100 kPa signaal. Je hebt dan het voordeel van het gebruik van een solide pneumatische regelklep (veilige stand bij het wegvallen van het signaal) en de snelheid van het elektrische signaal. Twee vliegen in een klap dus.

Fig 13. Gebruik van een I/P omvormer


Vragen: 14. Het niveau in een vat wordt met een NC regelklep in de toevoer

geregeld. De afvoer is niet geregeld. a. Schets het verband tussen het verstellen van de regelklep naar een

grotere waarde en laat het verloop van OUT en PV zien in een grafiek.

b. Is dit een omgekeerd of direct werkend proces?

15. Hoe groot is de voortplantingstijd in een dunne pneumatische leiding

van 66 meter? 16. Welke twee parameters zijn van invloed op de traagheid bij het vullen

van een vat met een gas? 17. Wat versta je onder een I/P omvormer en waarom wordt deze

gebruikt?


1.6 Hogere orde processen

Bij hogere orde processen zijn twee of meerdere tijdsconstanten in het proces aanwezig. Een voorbeeld hiervan is de verwarming van een kamer met een radiator. Indien de gasklep van de CV installatie op bijvoorbeeld de zolder open gaat en warmte gaat produceren zal de temperatuur in de kamer gaan stijgen. Het duurt natuurlijk een tijd voordat de warmte van de CV ketel bij de radiator is. De warmte wordt verplaatst met water door de buizen van het systeem. Er zal hierdoor dus voortplantingstijd worden geïntroduceerd. Hierdoor duurt het dus enige tijd voordat er een merkbare verandering van de temperatuur zal plaatsvinden in de kamer. In de grafiek hieronder is dat weergegeven. Je ziet altijd een s-vormige curve ontstaan in het buigpunt bij deze hogere orde processen.

Fig 14. Hogere orde proces

Met een grafische truc is nu toch de voortplantingstijd en tijdsconstante te bepalen. De procedure daarvoor is als volgt: 1. Trek een raaklijn aan de grafiek in het steilste punt; 2. Bepaal de snijpunten met de beginwaarde en de eindwaarde van de PV (is hier 100%); 3. Bepaal nu de tijdsconstante en de voortplantingstijd.


Uit de grafiek kun je zien dat de voortplantingstijd ca 10 seconden bedraagt en de traagheid 45 seconden (65-20). Je vervangt met deze grafische truc het hogere orde proces door een 1-ste orde proces met voortplantingstijd en traagheid. Je bepaald hierbij dan ook de meest dominante tijdconstante. Men spreekt dan ook wel over de vervangende voortplantingstijd en de vervangende traagheid.

De verhouding 𝜏

𝜏𝑣 bedraagt in dit voorbeeld dus 45/10 = 4,5 hetgeen duidt op

een proces wat lastig te regelen is. Alle processen hierboven beschreven (0-de orde, 1-ste orde en hogere orde) zijn zogenaamde zelfregelende processen. Deze processen stellen zich na een verandering van de klepstand in op een nieuwe evenwichtswaarde waardoor de PV na verloop van tijd stabiel wordt.


Vragen: 18. Geef een voorbeeld van een 0-de, 1-ste en hogere orde proces. 19. Hieronder staan gegevens van een hogere orde proces.

a. Op tijdstip t=2 minuten werd het OUT

signaal vergroot van 10% naar 50%.

Plaats deze gegevens in een grafiek en

bepaal de tijdsconstante en de

voortplantingstijd in minuten. Wat kun je

zeggen over de regelbaarheid van dit

proces?

b. Bereken de versterkingsfactor van

dit proces.

20. Wat is een zelfregelend proces? 21. Van welke orde zijn de volgende processen en leg uit waarom:

a. het direct verwarmen van een medium met stoom; b. het indirect verwarmen van een medium met stoom.

Tijd (min) PV (%)

0 20,0

1 20,0

2 20,0

3 21,0

4 23,0

5 27,3

6 34,3

7 40,0

8 43,0

9 44,0

10 44,7

11 45,0

12 45,0

13 45,0

14 45,0


1.7 Integrerende en explosieve processen Integrerende en explosieve processen zijn niet zelfregelend. Een mooi voorbeeld van een integrerend proces is een niveauregeling waarvan de afvoer op een constante waarde vast ligt (constant draw).

Fig 15. Integrerend proces

In onderstaande figuur is een stapvormige verstelling van de klepstand weergegeven. Ook de PV verandering is geplot. Omdat de invoer constant hoger is dan de afvoer, zal het niveau stijgen met een constante waarde per tijdseenheid.

Fig 16. Integrerend proces


De verandering van de inhoud (dV) in de tijd (dt) van het vat wordt bepaald door de volgende formule:

𝑑𝑉

𝑑𝑡= 𝑄𝑖𝑛 − 𝑄𝑢𝑖𝑡

Anders geschreven: ∆𝑉 = ∫ (𝑄𝑖𝑛 − 𝑄𝑢𝑖𝑡) ∗ 𝑑𝑡𝑇

0

Het symbool d staat voor een zeer kleine verandering. In de formule staat op wiskundige wijze beschreven dat de volumeverandering (ΔV) het gevolg is van de som (integraal) van alle verschillen tussen de inflow (Qin) en uitflow (Quit) keer een zeer kort tijdsbestek (dt). Een andere vorm van een niet zelf regelend proces is een explosief proces. Een voorbeeld is een reactor waarbinnen een exotherme reactie plaatsvindt. Globaal kun je stellen dat elke chemische reactie bij een temperatuurverhoging van 10˚C twee keer zo snel verloopt. Indien de koeling van een reactor wegvalt zal de reactie steeds sneller gaan verlopen door de reactiewarmte. Het kan zijn dat dit proces dus compleet uit de hand loopt door het wegvallen van de koeling.

Fig 17. Explosief proces

Voor een optimale instelling van de P-, I- en D-acties van de regelaar is het zeer belangrijk de eigenschappen van het proces te kennen. Het volgende hoofdstuk zal op de P-, I- en D-actie ingaan.


Vragen: 22. Van welke type regelklep voor de koeling zou je gebruik maken bij een

reactor met een exotherm chemisch proces? 23. In een vat komt 1000 l/h water. Als het niveau 5,5 meter is gaat plots

een afvoerklep open en verlaat constant 1500 l/h dit vat. Na hoeveel seconden is dit vat leeg als de diameter 4 meter is?

24. Met wat voor type proces hebben we bij vraag 23 te maken?

25. Leg de formule 𝑑𝑉

𝑑𝑡= 𝑄𝑖𝑛 − 𝑄𝑢𝑖𝑡 uit.

26. Gegeven is de onderstaande proces-reponsie:

a.

b.

c.

d.

e.

f.

g.

h.

i.

a. Hoe groot is de procesversterking?

b. Is dit een direct of omgekeerd proces?

c. Hoe groot is de traagheid (bepaal)?

d. Hoe groot is de voortplantingstijd (bepaal)?

e. Wat kun je zeggen over de regelbaarheid van dit proces?

f. Wat moet de werkingsrichting zijn van de regelaar om dit proces te

kunnen regelen?

g. Van welke orde is dit proces?

27. Een keukenoven wordt aangezet op tijdstip t=0 seconden. Op dat

moment is de temperatuur 21◦C. De maximale te bereiken eindtemperatuur bedraagt 210◦C. Op tijdstip t=280 seconden bedraagt de temperatuur 80◦C. Ga ervan uit dat de oven te beschouwen is als een 1-ste orde proces zonder voortplantingstijd. Bereken:

a. De tijdsconstante;

b. De tijd die ervoor nodig is om een temperatuur van 180◦C te

bereiken.


Orde van het proces Kenmerken Opmerkingen

Nulde orde

Heeft een oneindig kleine tijdsconstante of traagheid (τ) Kan dode tijd of voortplantingstijd hebben (τV)

PV reageert direct met het veranderen van het OUT signaal Voorbeeld zonder voortplantingstijd: Flowproces met vloeistof als medium bij benadering

Eerste orde

Heeft een tijdsconstante Kan dode tijd hebben

De verhouding

V

bepaalt de

regelbaarheid van het proces

PV verandert geleidelijk na het veranderen van het OUT signaal. Dit verloopt via een e-macht.

begin1

t

TtPV PV PV e

Er zijn twee manieren om op grafische wijze de tijdsconstante te bepalen te weten de 63% methode of de raaklijn methode. Voorbeeld: 1. Regeling van niveau in een vat met ongeregelde afvoer 2. Regeling van druk in een vat 3. Temperatuurregeling met directe warmteoverdracht (stoominspuiting)

Hogere orde

Heeft twee of meer tijdsconstanten Heeft altijd dode tijd

De verhouding

V

bepaalt de

regelbaarheid van het proces

PV verandert geleidelijk na het veranderen van het OUT signaal. Met de raaklijnmethode kan de vervangende tijdsconstante en voortplantingstijd worden bepaald. Voorbeeld: Temperatuurproces met indirecte warmteoverdracht

Integrerend proces De verandering van de PV verloopt lineair in de tijd

Voorbeeld: Niveauproces met geregelde invoer en constante afvoer

Explosief proces De verandering van de PV verloopt progressief

Voorbeeld: Exotherme chemische reactie zonder koeling

0-de, 1-ste en hogere orde:

𝐾𝑝 =∆𝑃𝑉

∆𝑂𝑈𝑇

Bepaald hoeveel de PV verandert indien de OUT verandert.


Hoofdstuk 2 P-, I- en D-regelen (een herhaling) Doelstellingen: Je kan:

beschrijven hoe een P-, I- en D-regelaar wekt en combinaties ervan; van een regelaar de versterkingsfactor, de integratietijd en de

differentiatietijd instellen;

de invloed van P-, I- en D-actie op de regelbaarheid van het proces beschrijven;

de voor- en nadelen van de verschillende acties beschrijven; de begrippen inregeltijd, doorschot en demping beschrijven en

bepalen; de begrippen regelgedrag en stoorgedrag uitleggen.

2.1 Inleiding Tot nu toe heb je in hoofdstuk 2 gekeken naar de eigenschappen van processen. Deze processen worden geregeld met een regelaar. De instellingen van deze regelaar in combinatie met de proceseigenschappen bepalen de totale responsie van het geregelde proces. Eerst herhalen we de begrippen proportionele actie (P-actie). Daarna integrerende actie (I-actie) en differentiërende actie (D-actie).

2.2 De proportionele regelaar Een proportionele regelaar geeft een proportioneel (evenredig) verband tussen de geregelde grootheid PV en de output (OUT) van de regelaar. Afhankelijk van de versterkingsfactor Kp, kan de OUT sterk (Kr is groot) variëren of zwak (Kr is klein) op een verandering van de PV. Om goed te kunnen regelen wordt altijd een zogenaamde voorinstelling of BIAS van 50% toegevoegd om zowel naar boven als beneden te kunnen regelen.


In onderstaand schema zie je een mechanische niveauregelaar.

Fig 1. Mechanische regelaar

De regelwerking van deze proportionele regelaar is als volgt: Als het gemeten niveau (PV) gelijk is aan het setpoint (SP) dan staat de klep 50% open. Indien de PV groter wordt dan het SP zal de vlotter stijgen. Dit heeft tot gevolg dat de klepstandverandering twee keer zo groot is. Er zal dus meer water worden afgevoerd tot het niveau opnieuw stabiel is geworden. Deze P-actie reageert dus op een afwijking tussen de PV en het SP, ook wel de error of deviatie genoemd. De positie van het draaipunt van de hefboom bepaald in welke mate de klepstand verandert ten opzichte van de PV verandering. Je kan deze proportionele regelactie uitdrukken in een formule:

𝑂𝑈𝑇 = 𝐾𝑟 ∗ (𝑃𝑉 − 𝑆𝑃) + 𝐵𝐼𝐴𝑆 (𝑑𝑖𝑟𝑒𝑐𝑡𝑒 𝑟𝑒𝑔𝑒𝑙𝑎𝑎𝑟) OUT : outputsignaal van de regelaar Kr : regelaarversterking PV : procesvariabele (gemeten waarde) SP : setpoint (ingestelde waarde) BIAS : voorinstelling regelaar (50%)

Een nadeel van proportioneel regelen is het optreden van een zogenaamde statische afwijking of belastingsfout. Om bij een vergrootte inflow het niveau toch constant te houden zal er een vergrote outflow moeten zijn. Dat kan alleen als de klep blijvend verder open zal staan. Het niveau zal hiervoor blijvend verhoogd moeten zijn terwijl je hier het niveau aan het regelen bent. Hierdoor ontstaat de statische afwijking. Deze kan worden opgeheven met zogenaamde integrerende actie. Je gebruikt dan een proportioneel-integrerende regelaar (PI-regelaar). Zie ook de software “Model mechanische regelaar”.


De formule 𝑂𝑈𝑇 = 𝐾𝑟 ∗ (𝑃𝑉 − 𝑆𝑃) + 𝐵𝐼𝐴𝑆 geldt voor een directe regelaar. Indien de PV stijgt, zal de OUT stijgen. Voor een omgekeerde regelaar geldt de volgende formule:

𝑂𝑈𝑇 = 𝐾𝑟 ∗ (𝑆𝑃 − 𝑃𝑉) + 𝐵𝐼𝐴𝑆 (𝑜𝑚𝑔𝑒𝑘𝑒𝑒𝑟𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑔𝑒𝑙𝑎𝑎𝑟)

Anders geschreven: 𝑂𝑈𝑇 = −𝐾𝑟 ∗ (𝑃𝑉 − 𝑆𝑃) + 𝐵𝐼𝐴𝑆 Je kan de regelwerking van een proportionele regelaar ook grafisch weergeven. Er is hier voor een SP gekozen van 50% en een omgekeerd werkende regelaar.

In de grafiek is te zien dat de regelaar omgekeerd werkend is (PV groter -> OUT kleiner). De regelaarversterking Kr zal 1 zijn. Als de PV 10% groter wordt, wordt de OUT 10% kleiner. Verder kun je zien dat de BIAS ingesteld is op 50%. Als de PV gelijk is aan het SP dan is de OUT 50%. Controleer dit met de formule voor een omgekeerde regelaar.

Fig 2. Statische regelaarkarakteristiek

De regelaarversterking is het quotiënt (deling) van de verandering (Δ) van de OUT ten opzichte van de verandering van de PV. In formule:

𝐾𝑟 =∆𝑂𝑈𝑇

∆𝑃𝑉

Ook wordt in plaats van de regelaarversterking wordt soms ook het begrip proportionele band (PB) gebruikt. De proportionele band van een regelaar is het deel van de meetgebied van de regelaar dat nodig is om de klepstand over 100% te veranderen. Men noemt dit ook wel de regelgebied. De PB drukt men uit in procenten.

𝑃𝐵 =𝑟𝑒𝑔𝑒𝑙𝑔𝑒𝑏𝑖𝑒𝑑

𝑚𝑒𝑒𝑡𝑔𝑒𝑏𝑖𝑒𝑑∗ 100%

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100

PV

(%)

OUT (%)


In de bovenstaande grafiek kun je zien dat de proportionele band 100% bedraagt. Er is 100% van het meetgebied nodig om de klepstand 100% te doen veranderen. De relatie tussen de PB en de Kr is als volgt:

𝐾𝑟 =100%

𝑃𝐵 𝑜𝑓 𝑃𝐵 =

100%

𝐾𝑟

Conclusie: Een te groot ingestelde Kr of een te klein ingestelde PB kan oscillatie van het proces veroorzaken. Vragen: 1. Maak in onderstaande grafiek de statische regelaarkarakteristiek:

a. bij een PB van 50% en een setpoint van 40%, directe werking; b. bij een Kr van 4 en een setpoint van 30%, directe werking; c. bij een Kr van 0,5 en een setpoint van 50%, directe werking.

(Opmerking: GW = PV en SW = OUT)


2. Maak in onderstaande grafiek de statische regelaarkarakteristiek: a. bij een PB van 100% en een setpoint van 60%, omgekeerde werking; b. bij een Kr van 10 en een setpoint van 50%, omgekeerde werking; c. bij een Kr van 2 en een setpoint van 60%, omgekeerde werking.

3. Wat versta je onder een BIAS en waarom wordt deze gebruikt? 4. Wat kan een gevaar zijn bij een regelaar waarvan de PB klein is

ingesteld? 5. Wat is een nadeel van een proportionele regelaar? 6. Wat kun je instellen op een proportionele regelaar? 7. Het regelgebied van een proportionele regelaar bedraagt 120 cm. Hoe

groot is de proportionele band en versterkingsfactor als het meetgebied 200 cm bedraagt.

8. Is de proportionele actie een tijdsafhankelijke actie?


9. Hieronder zie je het dynamische gedrag van een P-regelaar in testopstelling (er is dus geen proces aan verbonden):

De gestreepte lijn geeft het PV signaal weer en de doorgetrokken lijn het OUT signaal. Op moment 7 seconden werd de PV stapvormig van 70 naar 30% gebracht.

a. Hoe groot is de regelaarversterking Kr? b. Wat is de werkingsrichting van de regelaar? c. Hoe groot is de PB?

10. a. Teken in de bovenstaande grafiek de responsie van een direct

werkende regelaar bij een PB van 50% op dezelfde PV verandering. b. Teken in de bovenstaande grafiek de responsie van een omgekeerd

werkende regelaar bij een PB van 200% op dezelfde PV verandering.

0%

100%

50%

0 sec 10 sec 20 sec


2.3 De proportioneel integrerende regelaar Stel je de proceskarakteristiek voor zoals te zien is in onderstaande grafiek. Het proces is direct werkend en de regelaar dus omgekeerd werkend. Het SP is 50% en de PV wordt door de statische afwijking 46%. Dit wordt weergegeven door de linker lijn en punt a. Er is dus een statische afwijking van -4%. De uitgang van de regelaar is 54%. Door I-actie wordt de regelaarkarakteristiek verschoven zodat het werkpunt op het SP komt te liggen. De situatie b wordt dan bereikt. In het werkpunt is nu de uitgang van de regelaar 57% geworden. De statische afwijking is nu opgeheven. Bij de BIAS is dus 7% door I-actie opgeteld. Indien de I-tijd klein is, zal de I-actie groot zijn en dit snel gebeuren. Indien de I-tijd groot is, zal de I-actie klein zijn en dit langzaam gebeuren.

Fig 3. Proces- en regelaarkarakteristiek gecombineerd


De I-tijd is gedefinieerd als de tijd welke de regelaar ervoor nodig heeft om de P-actie te herhalen. In onderstaand voorbeeld wordt de P-actie herhaald (regelaar in testopstelling!) in een tijdsbestek van 7 seconden. De integratietijd is dus 7 seconden.

Fig 4. Dynamisch gedrag I-actie

Op sommige PI-regelaars kun je in plaats van de integratietijd het aantal herhalingen per tijdseenheid instellen. De relatie tussen het aantal herhalingen per tijdseenheid (r) en de integratietijd is: In bovengenoemd voorbeeld is dat dus 1/7 = 0,14 herhalingen per seconden. Een te kleine I-tijd kan oscillatie van het proces veroorzaken. Let ook op dat een vergroting van de versterkingsfactor ook de I-actie doet vergroten. Dit gaat evenredig op met elkaar. Immers: als de integratietijd op 10 seconden staat, wordt de P-actie herhaald in die 10 seconden. Deze I-actie wordt ook wel automatic reset genoemd.

i

1r

0%

100%

50%

0 sec 10 sec 20 sec

P-actie

I-actie herhaald de P-actie in 7 seconden


Een grotere P-actie resulteert dus automatisch in een grotere I-actie.

Fig 5. Dynamisch gedrag I-actie

Als de I-tijd zeer groot is, zal de PI-regelaar zich gedragen als een P-regelaar. Er is dan immers geen integrerende actie. Het zal zeer lang duren voordat de P-actie wordt herhaald. In de praktijk tref je meestal PI-regelaars aan. De grootte van de I-actie kun je instellen door de integratietijd (τi) van de regelaar te veranderen. Regelaars zijn voorzien van een zogenaamde reset anti-windup. Dat betekent dat de I-actie doorloopt tot een minimale waarde van de OUT van 0% en een maximale waarde van de OUT van 100%. Buiten dit gebied stopt de regelaar met I-actie. Zie ook de software “Processimulator V3”.

Conclusies:

1. Een PI-regelaar werkt de statische afwijking weg, maar kan de regelkring instabieler maken bij te grote I-actie;

2. De PI-regelaar is de meest gebruikte regelaar; 3. Hoe groter de I-tijd, hoe kleiner de I-actie en andersom; 4. Een te kleine I-tijd geeft een grote I-actie en dat geeft kans op

oscillatie.

0%

100%

50%

0 sec 10 sec 20 sec

P-actie

I-actie


Vragen: 11. Welke instellingen op de regelaar bepalen de grootte van de

integrerende actie? 12. Als de integratietijd van een PI-regelaar 12 seconden is, hoe groot is

dan het aantal herhalingen per seconde? 13. Leg uit dat een PI-regelaar met zeer grote integratietijd zich gedraagt

als een P-regelaar. 14. Wat kan een nadeel zijn van een te groot aantal herhalingen. 15. Als er geen verschil is tussen de PV en het SP, is er dan I-actie van te

regelaar te verwachten?

16. Hieronder zie de de responsie van een PI-regelaar in testopstelling. De

gestreepte lijn geeft het PV signaal weer en de doorgetrokken lijn het OUT signaal. Op moment 7 seconden werd de PV stapvormig van 70 naar 50% gebracht. a. Hoe groot is de regelaarversterking Kr?

b. Wat is de werkingsrichting van de regelaar? c. Hoe groot is de PB? d. Hoe groot is de integratietijd? e. Hoe groot is het aantal repeats of herhalingen?

f. Teken de responsie voor een omgekeerd werkende PI-regelaar met een PB van 50% en een integratietijd van 5 seconden in onderstaande grafiek.

17. Teken in bovenstaande grafiek de responsie van een PI-regelaar met

de volgende instellingen (de PV verandert zoals bij vraagstuk 16): PB=200%, Ti=2 sec; direct werkend

0%

100%

50%

0 sec 10 sec 20 sec


2.4 De proportioneel integrerende en differentiërende regelaar Differentiërende actie reageert op een verandering van de proceswaarde PV. Deze actie geeft, afhankelijk van de richting van de verandering van de PV aan de ingang, een stijgend of dalend signaal aan de uitgang. Deze actie is echter tijdelijk van aard en sterft langzaam uit. Dit noemt men een tamme D-actie. Indien de PV verandert, zal dit door D-actie worden opgepakt en doorgegeven aan het corrigerend orgaan. De D-actie actie sterft langzaam uit indien er geen verandering meer is van de PV. Het corrigerend orgaan wordt gelijk na verandering van de PV tijdelijk wat meer of minder open of dicht gezet. De regelwerking kan hierdoor wat beter worden. D-actie treedt dus uitsluitend op indien er een verandering plaatsvindt van de proceswaarde PV. D-actie is een zeer snelle regelactie. Er zijn regelaars waarbij de D-actie reageert op de verandering van de error (PV-SP). Vaak is dit een setting op de regelaar zodat je kunt kiezen. Voor slave regelaars is het handig om op de error te regelen. De grootte van de D-actie is afhankelijk van de mate van verandering van de PV, de tijd en de grootte van de ingestelde differentiatietijd. Op onderstaand plaatje kun je de drie acties P, I en D tezamen zien.

Fig 6. De drie regelacties P, I en D tezamen

0%

100%

50%

0 sec 10 sec 20 sec

P-actie

D-actie

I-actie I-tijd


Welke conclusies kun je nu trekken uit de bovenstaande grafiek?

1. De PV wordt stapvormig verlaagd;

2. Je zien dat de regelaar omgekeerd werkend is (een dalende PV geeft

een stijgende OUT);

3. De KR is gelijk aan 1 (als je de schuine lijn doortrekt naar de verticaal,

kruist deze de OUT lijn van een ongeveer gelijke grootte als de PV

daling);

4. Er is I-actie (te zien aan de stijgende lijn);

5. Er is D-actie (te zien aan de piek boven de P-actie).

De grootte van de D-actie wordt bepaald door de instelling van de

differentiatietijd (τd) en is instelbaar op de regelaar. Maar ook door de mate

van verandering van de PV. Als de D-tijd minimaal is (geen D-actie) en de I-tijd maximaal (geen I-actie), zal de PID-regelaar zich gedragen als een P-regelaar. Er is dan immers geen integrerende en differentiërende actie. De D-tijd is de tijd die P-actie ervoor nodig heeft om de D-actie te herhalen bij een taludvormige verandering van de PV.

Op onderstaande grafiek wordt de PV talud-vormig veranderd (regelaar in testopstelling). We hebben te maken met een omgekeerd werkende regelaar. Door D-actie vind er een stap plaats op de OUT van de regelaar. Deze is in het voorbeeld 20%. Zolang de PV gelijkmatig verandert, blijft deze stap aanwezig. Binnen 10 seconden wordt deze D-stap herhaald. De Td is in dit voorbeeld dus ingesteld op 10 seconden. Je kunt ook uit deze grafiek halen dat de Kr 1 moet zijn. Een verandering van de PV (2% per seconde) geeft een gelijke verandering van de OUT (ook 2% per seconde).

Fig 7. D-actie en D-tijd

0%

100%

50%

0 sec 10 sec 20 sec

P-actie

D-actie

D-tijd


Conclusies: 1. De PI-regelaar werkt de statische afwijking weg door de I-actie.

2. Dit kan verminderde stabiliteit en traagheid veroorzaken van de

regelwerking.

3. D-actie kan in sommige gevallen verbetering hiervan opleveren. Je

spreekt dan van een PID-regelaar;

4. D-actie mis een gevaarlijke actie welke snel oscillatie kan geven.

Pas op! D-actie kan bij verkeerde instelling de regelwerking juist verslechteren. Een nadeel is dat deze actie de regelkring al snel in oscillatie kan brengen. Er ontstaat dan onvoorspelbaar regelgedrag. Verder kan de D-actie een eventuele ruis op het signaal sterk versterken. Elke piek in de ruis (is een verandering van de PV in de tijd) wordt versterkt door D-actie en dit komt tot uiting in het OUT signaal. Indien een regelklep is aangesloten, zal deze voortdurend van stand veranderen wat overbodige slijtage tot gevolg heeft. In veel gevallen wordt D-actie dan ook weggelaten. Vragen: 18. Waarom moet je altijd oppassen met D-actie? 19. Geef aan wat van toepassing is: a. een kleine PB geeft grote / kleine P-actie; b. een grote I-actie is het gevolg van een kleine / grote I-tijd;

c. een grote D-tijd geeft een kleine / grote D-actie; d. oscillatie kan worden veroorzaakt door een te grote I-actie / te

kleine I-actie; e. oscillatie kan worden veroorzaakt door een te grote PB / te kleine

PB; d. oscillatie kan worden veroorzaakt door een te grote D-tijd / te kleine

D-tijd; d. oscillatie kan worden veroorzaakt door een te grote Kr / te kleine Kr.

20. Waarom is er I-actie? 21. Waarom is er D-actie?


Samenvattend:

Actie Reageert op: Instellingen en formules Voor- en nadelen:

P-actie

Verschil tussen PV en SP ofwel de ε(error of deviatie). Is tijds-onafhankelijk.

𝑂𝑈𝑇 = 𝐾𝑟 ∗ (𝑃𝑉 − 𝑆𝑃) + 𝐵𝐼𝐴𝑆 (𝑑𝑖𝑟𝑒𝑐𝑡)

𝑂𝑈𝑇 = 𝐾𝑟 ∗ (𝑆𝑃 − 𝑃𝑉) + 𝐵𝐼𝐴𝑆 (𝑜𝑚𝑔𝑒𝑘𝑒𝑒𝑟𝑑)

Bij een grotere Kr of kleinere PB neemt de P-actie toe en wordt de statische afwijking kleiner.

R

OUTK

PV

R

100 %K

PB

Zorgt voor een statische afwijking of ook wel belastingsfout. Kan het proces, als de P-actie te groot is, instabiel maken indien er geringe dode tijd aanwezig is. Oplossing:

P-actie verminderen door de KR kleiner te maken of de PB te vergroten

I-actie

Verschil tussen PV en SP ofwel de ε. Is een tijdsafhankelijke actie.

Bij een kleinere integratietijd τi of grotere reset r neemt de I-actie toe. Reset wordt ook wel repeat genoemd.

1

ir

Pas op:

De I-actie neemt ook toe bij een kleinere PB of een grotere Kr. De I-tijd is de tijd die er voor nodig is om de P-actie te herhalen na een stapvormige verandering van de PV.

Werkt de statische afwijking weg. Kan het proces wel trager en/of instabiel maken. Oplossing:

De I-actie verminderen

door de τi groter te maken

of de r te verminderen.

D-actie

De verandering van de PV in de tijd (soms de deviatieverandering. Kun je instellen op de regelaar) Is een tijdsafhankelijke actie.

Bij een grotere τd neemt de D-actie toe.

De D-tijd is de tijd die P-actie ervoor nodig heeft om de D-actie te herhalen bij een taludvormige verandering van de PV. D-actie sterft uit in de tijd. Dit noemt men zogenaamde tamme D-actie.

Kan de response van het geregelde systeem sneller maken en het doorschot beperken door meer demping. Pas op:

Kan het proces zeer snel instabiel maken bij te grote instelling. Versterkt ruis van het PV signaal. Oplossing:

D-actie verminderen door

τd te verkleinen

Gebruik D-actie pas na een goede overweging en procesanalyse!


2.5 Demping, doorschot en inregeltijd Bij het regelen van processen bepaald o.a. de procestechnoloog binnen welke grenzen het proces zich mag (moet) gedragen. Belangrijke parameters daarbij zijn de begrippen over- of undershoot (doorschot), demping en inregeltijd. Maar er kunnen ook eisen worden gesteld aan de mate van verandering van de klepstand. De meet en regeltechnicus zal de regelaars dusdanig moeten afstellen dat er aan deze eisen zal worden voldaan. Aaneen gesloten units in een proces kunnen elkaar ook beïnvloeden. De output van unit 1 zal de input vormen van unit 2. Onderling zijn ze dus allemaal met elkaar verbonden. Daar moet allemaal rekening mee worden gehouden om de kwaliteit van de totale procesvoering optimaal te laten verlopen. De parameters doorschot, demping en inregeltijd worden in belangrijk mate bepaald door de proceseigenschappen zoals procesversterking (Kp), traagheid (T) en de voortplantingstijd (Tv). Door het slim instellen van de regelaar (P-, I- en D-actie) kun je als meet en regeltechnicus aan de eisen van de procestechnoloog voldoen. Belangrijk: Proceseigenschappen kunnen in de tijd veranderen door vervuiling van de systemen, temperatuurveranderingen (winter-zomer), modificaties aan het proces of de transmitters. Hierdoor kan het zijn dat de aanvankelijk optimale regelaar-instellingen niet langer voldoen en aangepast moeten worden. In schema ziet het er als volgt uit:

Fig 8. Invloeden van de parameters op de regelkring

SP

PV

PV

Kp, T, Tv, storingen P-, I- en D-actie


Fig 9. Doorschot, demping en inregeltijd bij regelgedrag

1. Doorschot (under- of overshoot) Er treedt een doorschot op ter grootte van b. Deze wordt uitgedrukt in % t.o.v. de uiteindelijke verandering van de proceswaarde. Een doorschot van 15% is meestal acceptabel. In het voorbeeld is dat:

𝑑𝑜𝑜𝑟𝑠𝑐ℎ𝑜𝑡 =𝑏

𝑎∗ 100% =

0,4

1∗ 100% = 40%

Dat is duidelijk teveel in dit voorbeeld en dus niet acceptabel.

2. Demping De demping wordt uitgedrukt in de verhouding van de eerste en tweede doorschot. Een demping van 0,25 is meestal acceptabel. In het voorbeeld is dat:

𝑑𝑒𝑚𝑝𝑖𝑛𝑔 = 𝑐

𝑏=

0,08

0,4= 0,2

De demping uit het voorbeeld is dus acceptabel. 3. Inregeltijd De inregeltijd is de tijd die ervoor nodig is om het proces blijvend binnen de toleranties te brengen. De inregeltijd voor dit proces bedraagt ca 200 seconden. Ook aan deze inregeltijd kunnen maximale grenzen worden gesteld.

a

b c


Vragen: 22. Bekijk onderstaande grafiek. Bepaal de demping, het doorschot en de

inregeltijd.

23. Is dit een P-geregeld proces of een PI-geregeld proces en leg uit

waarom? 24. Welke procesfactoren bepalen het doorschot, de demping en de

inregeltijd? 25. Hoe groot is hier het doorschot en de demping? 26. Wat betekent een Kr van 5? 27. Wat is de relatie tussen de PB en de Kr? 28. Waarom wordt de neiging tot oscillatie van een proces groter als de

voortplantingstijd toeneemt? 29. Wat versta je onder een statische afwijking en hoe kun je deze

opheffen?


2.6 Regelgedrag en stoorgedrag Het algemene schema voor een regelkring zie je hieronder weergegeven.

Fig 10. Schema van een meet en regelkring

Vertaald naar de praktijk kom je in het onderstaande proces de componenten uit dit schema tegen.

Fig 11. Opbouw van een meet en regelkring

In dit proces wordt water verwarmd met stoom. Afhankelijk van de hoeveelheid stoom wordt de temperatuur van het water hoger of lager.


Regelgedrag: Stel nu dat de temperatuur hoger moet zijn. Hiertoe verhoog je het SP van de regelaar van bijvoorbeeld 30˚C naar 60˚C. Het OUT signaal van de regelaar zal de klep meer open zetten waardoor er meer stoom door de leiding gaat. De temperatuur zal geleidelijk stijgen tot 60˚C. De wijze waarop dit gebeurt noemt men het regelgedrag. Dit gedrag vindt plaats door een verandering van het SP. In hoofdstuk 4 zal met name worden gekeken naar het regelgedrag van de regeling.

Fig 12. Het regelgedrag door verstellen van het SP


Stoorgedrag: De buitentemperatuur kan ook veranderen. Aangezien het temperatuurverschil tussen dat van het water en de buitenbuiten temperatuur van invloed is op de regeling kan daardoor de temperatuur ook veranderen. Er vindt dus een storing plaats op het proces. Dit noemen we het stoorgedrag van de regeling. Stel dat de temperatuur constant 60˚C is en er een plotselinge daling van de buitentemperatuur is. De watertemperatuur zal hierdoor ook gaan zakken door deze storing van buitenaf. Je krijgt dan onderstaande grafiek te zien.

Fig 13. Het stoorgedrag van de regelkring

De temperatuur zakt even en de regelaar stel de PV weer op het juiste SP in. Een storing wordt in de meet en regeltechniek vaak aangegeven met de letter Z of S. Vragen: 30. Je verdraait ’s-ochtends het setpoint van de verwarming. De

temperatuur gaat omhoog. Is dit regelgedrag of stoorgedrag? 31. De temperatuur in de winter in een kamer is constant 20˚C. Plotseling

gaat een raam open. De temperatuur gaat aanvankelijk dalen. Is dit regelgedrag of stoorgedrag?


Hoofdstuk 3 Blokschema’s Doelstellingen: Je kan:

Een blokschema maken; De regels voor blokschema’s toepassen bij een eenvoudige statische

overdracht;

Rekenen met blokschema’s.

3.1. Het nut van blokschema’s In de meet en regeltechniek kunnen de onderdelen van een regelkring in een blokschema worden weergegeven. In dit schema worden proces, opnemen, transmitter e.d. weergeven in blokken. Deze blokken hebben ieder een overdracht. Dat wil zeggen dat iedere verandering van ingang van het blok een verandering van de uitgang van dit blok geeft. Verder kunnen in deze schema’s optel- of aftrekpunten aanwezig zijn.

Fig 1. Blokschema van een regelkring

Als je het blokschema van een regelkring goed beschreven hebt, kun je hiermee van tevoren voorspellen hoe deze regelkring gaat reageren op een verandering van het setpoint of bijvoorbeeld een storing op het proces. Je kan dan modellen maken van een proces wat bijvoorbeeld gebruikt kan worden in een simulatieprogramma.


3.2 Overdracht regels Er zijn regels voor het maken van blokschema’s. Elk blok in het schema heeft een overdracht. Deze overdracht beschrijft hoe de uitgang van het blok verandert (Δ), als de ingang verandert. Je kunt dat weergeven met het volgende schema: Fig 2. Overdracht van x naar y

De verandering van y (Δy) is het gevolg van een verandering van x vermenigvuldigd met k. Wiskundig:

∆𝑦 = 𝐾 ∗ ∆𝑥 𝑜𝑓 𝐾 =∆𝑦

∆𝑥

K noemen we de statische overdracht. We kunnen dit ook toepassen bij een elektrische temperatuurtransmitter (4-20 mA) met een meetgebied van 0-120˚C. 0-120˚C 4-20 mA De statische overdracht K bedraagt hierbij:

𝐾 =20 − 4 𝑚𝐴

120 − 0℃=

16 𝑚𝐴

120℃= 0,1333 𝑚𝐴/℃

Met deze overdracht K ligt dus vast dat als de temperatuur 1˚C verandert de output 0,1333 mA. De overdracht is hierbij uitgedrukt in zogenaamde engineering units. Pas op: Met dit getal ligt niet vast hoe snel en op welke wijze deze verandering optreedt. Dat is de dynamische overdracht. Daar zijn andere wiskundige formules voor welke buiten het bestek van dit boek vallen. In hoofdstuk twee zijn we wel op de wijze van verandering ingegaan, allen niet wiskundig beschreven.

K Δx Δy

K


3.3 Regels m.b.t. blokschema’s Er zijn regels bij het gebruik van blokschema’s. Regel 1: Er zijn optelpunten welke als volgt worden weergegeven:

Er geldt hier Y=X1 + X2

Regel 2: Er zijn aftrekpunten als volgt:

Hier geldt Y=X1-X2

Regel 3: Er zijn aftakkingen mogelijk waarbij alle signalen in de vertakking gelijk zijn in grootte.

Gecombineerd kunnen deze regels leiden tot het volgende blokschema.

Hier geldt dat 𝑢𝑖𝑡𝑡𝑜𝑡 = (𝐾1 + 𝐾2) ∗ 𝑖𝑛


3.4 Overdracht van een regelkring Je kan ook een blokschema van een feedback regelkring maken. Hier zit een teruggekoppeld signaal in te weten de PV.

Fig 3. Een regelkring in blokschema

1. Het regelgedrag statisch bekeken: We gaan ervan uit dat het een proportioneel geregeld proces is en we een lineaire statische proceskarakteristiek hebben. We hebben te maken in dit voorbeeld met een direct werkend proces (Kp=1) en dus een omgekeerd werkende regelaar met een Kr van 1. Het SP van de regelaar staat ingesteld op 50%. Grafisch ziet dit er als volgt uit:

Fig 4. Statische proces- en regelaar karakteristiek gecombineerd SP=50%

Uit het blokschema kunnen we een formule destilleren waarmee we willen berekenen in welke mate de PV verandert (ΔPV) indien het SP wordt veranderd (ΔSP). De storingsinvloed ΔS1 nemen we hierbij op 0% (geen storing) en de PV is gelijk aan het SP is 50%.


ΔSP : verandering setpoint ΔPV : verandering procesvalue Δɛ : verandering van de deviatie of afwijking PV en SP ΔS1 : storingsinvloed Kr : regelaarversterking Kp : procesversterking

We willen de overdracht ∆𝑃𝑉

∆𝑆𝑃 bepalen. Omdat we kijken naar een verandering

van de PV als gevolg van een verandering van het SP spreken we hier van het statische regelgedrag. We kijken dus niet naar de verandering van de signalen in de tijd.

Fig 5. Signalen in de regelkring

Kijkend naar het schema hierboven kun je het volgende constateren:

∆𝑃𝑉 = (∆Ɛ) ∗ 𝐾𝑟 ∗ 𝐾𝑝

(1) ∆𝑃𝑉 = (∆𝑆𝑃 − ∆𝑃𝑉) ∗ 𝐾𝑟 ∗ 𝐾𝑝

(2) ∆𝑃𝑉 = 𝐾𝑟 ∗ 𝐾𝑝 ∗ ∆𝑆𝑃 − 𝐾𝑟 ∗ 𝐾𝑝 ∗ ∆𝑃𝑉

(3) ∆𝑃𝑉 + 𝐾𝑟 ∗ 𝐾𝑝 ∗ ∆𝑃𝑉 = 𝐾𝑟 ∗ 𝐾𝑝 ∗ ∆𝑆𝑃

(4) ∆𝑃𝑉 ∗ (1 + 𝐾𝑟 ∗ 𝐾𝑝) = 𝐾𝑟 ∗ 𝐾𝑝 ∗ ∆𝑆𝑃

(5) ∆𝑃𝑉

∆𝑆𝑃=

𝐾𝑟∗𝐾𝑝

1+𝐾𝑟∗𝐾𝑝


Met de formule van (5) kunnen we nu de overdracht van deze regelkring berekenen. Stel dat de verandering van het SP 10% wordt (SP van 50% naar 60%) en we willen uitrekenen hoe groot de bijbehorende verandering van de PV wordt, moeten we wel weten hoe groot de Kr en Kp is van het geregelde proces. Stel hier Kr=1 en Kp=1. We kunnen nu de getallen invullen in formule 5:

∆𝑃𝑉

10=

1 ∗ 1

1 + 1 ∗ 1=

1

2

∆𝑃𝑉 =1

2∗ 10 = 5%

De PV wordt dus 5% groter en wordt dus 55% terwijl het SP 60% wordt gemaakt. Er is dus een statische afwijking van -5%. Dat klopt ook in de grafiek. Het werkpunt (snijpunt van de twee lijnen) komt op 55% te liggen. Er is dus een statische afwijking van -5%. Immers SP=60% en de PV wordt 55%. Fig 6. Statische proces- en regelaar karakteristiek gecombineerd SP=60%


Als de regelaarversterking groter wordt, kun je zien dat de statische afwijking kleiner wordt. Stel dat de Kr=2 en Kp=1. Ingevuld in formule 5 voor een ΔSP van 10% levert dat een ΔPV op van: ∆𝑃𝑉

∆𝑆𝑃=

𝐾𝑟∗𝐾𝑝

1+𝐾𝑟∗𝐾𝑝

𝑑𝑢𝑠: ∆𝑃𝑉

10=

2∗1

1+2∗1 =

2

3 𝑑𝑢𝑠: ∆𝑃𝑉 = 6,67%

De nieuwe PV wordt dus 56,67% bij een SP van 60%. Er is hier dus sprake van een statische afwijking van 3,33%. Minder dus dan bij een Kr van 1. De conclusie is dus dat de statische afwijking kleiner wordt naarmate de Kr groter wordt.


2. Het stoorgedrag statisch bekeken: Je kunt ook kijken naar het stoorgedrag van de regelkring. Je kijkt dan

eigenlijk naar de invloed van ΔS1 op de ΔPV ofwel: ∆𝑃𝑉

∆𝑆1

We zullen deze overdracht opnieuw moeten afleiden:

Fig 7. een regelkring in blokschema

We stellen nu dat de setpointverandering gelijk is aan nul (∆𝑆𝑃 = 0). Er is

immers geen wijziging van het setpoint. (1) ∆𝑃𝑉=(-∆𝑃𝑉 ∗ 𝐾𝑟 + ∆𝑆1) ∗ 𝐾𝑝

(2) ∆𝑃𝑉 = −∆𝑃𝑉 ∗ 𝐾𝑟 ∗ 𝐾𝑝 + ∆𝑆1 ∗ 𝐾𝑝

(3) ∆𝑃𝑉 + ∆𝑃𝑉 ∗ 𝐾𝑟 ∗ 𝐾𝑝 = ∆𝑆1 ∗ 𝐾𝑝

(4) ∆𝑃𝑉(1 + 𝐾𝑟 ∗ 𝐾𝑝) = ∆𝑆1 ∗ 𝐾𝑝

(5) ∆𝑃𝑉

∆𝑆1=

𝐾𝑝

(1 + 𝐾𝑟 ∗ 𝐾𝑝)

Stel nu dat we een storingsinvloed hebben van 30% bij een Kp van 1 en een Kr van 1. ∆𝑃𝑉

30=

1

(1 + 1 ∗ 1)= 0,5 𝑑𝑢𝑠 ∆𝑃𝑉 = 30 ∗ 0,5 = 15%

Een storingsinvloed van 30% heeft dus een invloed op de verandering van de PV van 15%. Des te groter de factor 𝐾𝑟 ∗ 𝐾𝑝 is, des te kleiner is de storingsinvloed.

𝐾𝑟 ∗ 𝐾𝑝 noemen we ook wel de rondgaande versterking 𝐾0.


Deze rondgaande versterking dient dus zo groot mogelijk te zijn om de storingsinvloed te beperken. De 𝐾𝑝 is echter vaak een vast procesgegeven. De

𝐾𝑟 kunnen we vergroten op de regelaar. Wordt deze echter te groot ingesteld dan kan er oscillatie van het geregelde proces optreden. Vragen: 1. Hoe groot is de overdracht van onderstaand blok? -20 t/m 130 mbar 4-20 mA 2. Geef het blokschema van een meet en regelkring weer. 3. De Kr van een omgekeerd werkende regelaar is 4 en de Kp van het

proces is 1. a. als het SP van 50% naar 25% gaat, bereken dan de verandering

van de PV? b. De PV was 50%, bereken nu hoe groot wordt deze wordt? c. Bereken in dat geval de statische afwijking? d. Laat dit ook grafisch zien in onderstaande grafiek.

K


4. Wat versta je onder K0 en waarom moet deze zo groot mogelijk zijn? 5. Op welke wijze zou je toch de versterkingsfactor van het proces kunnen

beïnvloeden? 6. Hoe groot is de storingsinvloed van een storing van 10% op de PV

indien de Kr van de regelaar ingesteld staat op 1,5 en de Kp van het proces 1 bedraagt?


Hoofdstuk 4 Het dynamisch gedrag van een geregeld 0-de orde proces

Doelstellingen: Je kan:

De invloed van P-, I- en D-actie op 0-de orde processen uitleggen en verklaren.

4.1 Het dynamische regelgedrag van een P-geregeld 0-de orde proces

Zoals eerder gezien is een flowproces met als medium een vloeistof te benaderen tot een 0-de orde proces. De verandering van de flow gaat gelijk op met de verandering van de klepstand. Voortplantingstijd bij dit proces zal nagenoeg niet aanwezig zijn. De tijdsconstante zal voornamelijk worden veroorzaakt door de signaaloverdracht (vertraging van signalen, vollopen klepmotor etc.). Hieronder zie je een voorbeeld van de regeling van vloeistofflow in een leiding.

Fig 1. Regeling van een vloeistofflow De FIC zal omgekeerd moeten werken om te kunnen regelen. Een te hoge PV zal immers door een verkleining van de klepstand moeten worden tegengewerkt. Dat kan alleen indien de regelklep een kleinere OUT krijgt van de regelaar. De regelklep is NC uitgevoerd. Hieronder is de dynamische proceskarakteristiek te zien van dit proces. Het setpoint werd hierbij veranderd. Het flowproces is zoals je kunt zien bij benadering een 0-de orde proces. De tijdsconstante is zeer klein en wordt in belangrijke mate bepaald door de vertragingen in de klepmotor van de regelklep.


Fig 2. Dynamisch gedrag P-geregeld 0-de orde proces, Kr=1

In de grafiek is goed te zien dat er statische afwijking is. Het SP (gaat van 0 naar 1) wordt nooit bereikt. De statische afwijking is te verkleinen door de Kr

te vergroten. Er dreigt dan echter wel oscillatie van het geregelde systeem indien er toch minimale voortplantingstijd aanwezig is.


Bij een grotere Kr (hier 2) wordt de statische afwijking kleiner. Je kunt deze Kr dus niet ongelimiteerd opvoeren. Als er toch minimale voortplantingstijd is gaat het systeem gelijk oscilleren.


Conclusies: 1. Er is een grens aan de grootte van de Kr; 2. Hoe groter de Kr, hoe kleiner de statische afwijking; 3. Een proces zonder voortplantingstijd is door P-actie in theorie niet in

oscillatie te brengen; 4. Doordat er in de praktijk altijd (minimale) voortplantingstijd is er toch

grote kans op oscillatie bij 0-de orde processen.

Vragen:

1. Waarom is een proces zonder voortplantingstijd in de praktijk toch wel in oscillatie te brengen?

2. Een grotere Kr levert een kleinere statische afwijking op. Wat kan een

nadeel zijn van een te grote Kr?

3. Geef een voorbeeld van een 0-de orde proces (geen flowregeling).


4.2 Het dynamisch regelgedrag van een PI-geregeld 0-de orde proces

Als we integrerende actie (I-actie) toevoegen, zal de regelaar de statische afwijking gaan wegwerken. Des te kleiner de ingestelde I-tijd is , des te krachtiger de I-actie. Als de I-tijd te klein is, bestaat er ook een kans op oscillatie. Hieronder zie je de response van het geregelde systeem zonder I-actie.

Fig 4. Dynamisch gedrag P-geregeld 0-de orde proces, Kr=1, geen I-actie

Hieronder zie je het de response van het geregelde systeem met I-actie. Duidelijk is te zien dat de statische afwijking door de I-actie wordt weggewerkt. De PV komt na verloop van tijd op het SP.

Fig 5. Dynamisch gedrag P-geregeld 0-de orde proces, Kr=1, I-tijd is 20 seconden


Een te kleine I-tijd (dus te grote I-actie) kan problemen geven. Het geregelde systeem kan gaan oscilleren of een te grote over- of undershoot krijgen. Met teveel I-actie is een 0-de orde systeem dus wel in oscillatie te brengen.


Conclusies:

1. Er is een grens aan de kleinte van de integratietijd en dus grootte van de I-actie;

2. Met I-actie werk je de statische afwijking weg; 3. Een 0-de orde proces zonder voortplantingstijd is door I-actie wel in

oscillatie te brengen; 4. I-actie kan het geregelde proces instabieler maken.

Vragen:

4. Waarom mag de I-actie niet te groot worden?

5. Wat moet je doen met de integratietijd als door een te grote I-actie het proces gaat oscilleren?

6. In figuur 6 wordt de neiging tot oscillatie groter. Hoe kun je dat zien en

wat kun je eraan doen om dit te voorkomen?

7. Hoe groot is de demping en het doorschot van figuur 6?

8. Hoe groot is de inregeltijd van figuur 6?


Hoofdstuk 5 Het dynamisch regelgedrag van een geregeld 1-de orde proces


De invloed van P-, I- en D-actie op 1-de orde processen uitleggen en verklaren.

5.1 Het dynamische regelgedrag van een P-geregeld 1-de orde proces

Bij een 1-ste orde proces is een duidelijke tijdsconstante te onderscheiden. Een zuiver 1-ste orde proces zonder voortplantingstijd is in theorie net als een 0-de orde proces is niet in oscillatie te brengen. In de praktijk is er altijd wel een minimale voortplantingstijd aanwezig. Een mooi voorbeeld van een 1-ste orde proces is de regeling van de druk in een drukvat.

Fig 1. Regeling van de druk in een vat

In bovenstaand proces wordt gas toegevoerd naar het vat via de regelklep. Een afblaas zorgt ervoor dat er continu een beperkte hoeveelheid gas wordt afgeblazen. Bij het vergroten van de klepstand wordt er meer gas het vat ingestuwd dan dat er uit gaat. De druk zal daarom oplopen naar een nieuwe en hogere waarde. Dit is een zelfregelend proces. Afhankelijk van de grootte van het vat en de Kv-waarde van de klep, zal de druk sneller of langzamer oplopen. Met deze twee waarden ligt dus gelijk de tijdsconstante van het proces vast.



Ook bij dit proces treedt als gevolg van P-actie statische afwijking op. Er is een duidelijke tijdsconstante aanwezig (zie grafiek) van ongeveer 30 seconden. Er is geen voortplantingstijd te zien.

Aangezien de verhouding V

zeer groot is, is dit een gemakkelijk te regelen

proces.


5.2 Het dynamische regelgedrag van een PI-geregeld 1-de orde proces zonder voortplantingstijd

Op onderstaande grafiek werd I-actie aan de regelaar toegevoegd. De statische afwijking wordt nu weggewerkt in de tijd door deze I-actie waardoor de PV gelijk wordt aan het SP.


Indien de I-tijd heel klein wordt gemaakt zie je weer de neiging tot oscillatie optreden door de te grote instelling voor de I-actie.


In de praktijk neemt men 1,5 slingering als acceptabel.


5.3 Het dynamische regelgedrag van een PI-geregeld 1-de orde proces met voortplantingstijd

Voortplantingstijd is in belangrijke mate bepalend voor de regelbaarheid van het proces. In onderstaande grafieken maak je gebruik van een PI-regelaar waarbij de voortplantingstijd van het proces iedere keer wordt verdubbeld. In de praktijk kan dat natuurlijk niet.

PI-regelaar

Geen voortplantingstijd

PI-regelaar Voortplantingstijd is 5 sec

PI-regelaar

Voortplantingstijd is 10 sec


Er is duidelijk te zien dat grootte van de voortplantingstijd van invloed is op de regelbaarheid van het proces. Een gedempte trilling welke binnen 3 slingers terug is, is meestal acceptabel. Het regelgedrag van de bovenste grafiek is dus goed. Conclusies:

1. Naarmate de voortplantingstijd groter wordt neemt de neiging tot oscillatie toe;

2. De over- en undershoot worden groter bij grotere voortplantingstijd;


5.4 Het dynamische regelgedrag van een PID-geregeld 1-de orde proces

Door I-actie kan het proces instabieler worden en over- en undershoot ontstaan. In sommige gevallen verdiend het aanbeveling om differentiërende actie toe te voegen aan de regelaar. D-actie heeft een dempende werking op het geregelde proces. Indien onzorgvuldig toegepast kan D-actie juist tegengesteld werken en het proces laten oscilleren. In de grafiek waarbij PID geregeld wordt zie je duidelijk dat de regelklep een rustiger gedrag vertoond.

Fig 5. Dynamisch gedrag PI-geregeld 1-de orde proces

Fig 6. Dynamisch gedrag PID-geregeld 1-de orde proces

Conclusies: 1. I-actie kan het proces instabieler maken; 2. D-actie kan over- en undershoot verminderen door dempende werking; 3. D-actie is een gevaarlijke actie. Liever niet gebruiken.


Vragen: 1. Wat is een nadeel van P-regelen?

2. Hoe kun je het nadeel van vraag 1 oplossen?

3. Welke gevaren schuilen er in D-actie?

4. Wat versta je onder doorschot?

5. Welke mate van slingering wordt getolereerd bij het regelen van

processen?

7. Wat zijn de verschillen tussen de grafieken van figuur 5 en 6 als je kijkt naar het signaal van de PV en de OUT?

8. Hoe groot is de demping en de overshoot van figuur 5 en 6?

9. Wat kun je zeggen over de neiging tot oscillatie van een geregeld

proces indien de voortplantingstijd toeneemt bij gelijk blijvende tijdsconstante?


Hoofdstuk 6 Het dynamische regelgedrag van een geregeld hogere orde proces


De invloed van P-, I- en D-actie op hogere orde processen uitleggen en verklaren.

Hogere orde processen vertonen altijd voortplantingstijd. Hoe groter deze is ten opzichte van de traagheid, des te lastiger wordt het regelen ervan. In principe vertonen zij nagenoeg hetzelfde gedrag zoals beschreven bij PI- en PID-geregelde processen met voortplantingstijd. De scherpe kant aangegeven met een pijl verloopt dan met een gebogen lijn (zie stippellijn/pijl). Fig 1. Dynamisch gedrag PID-geregeld hogere orde proces

Hogere orde processen komen veel voor in de industrie met name in de vorm van indirecte warmtewisseling. Fig 2. Pijpenwarmtewisselaar Regeling van de temperatuur


Bij de warmtewisselaar van figuur 2 wordt bij een vergroting van de klepstand meer stoom in het systeem gebracht. De warmte welke wordt gebruikt moet zich eerst voortplanten door de pijp en daarna kan deze warmte pas worden gebruikt om het product op te warmen. Hierdoor zal voortplantingstijd worden geïntroduceerd en daarmee dus een hogere orde proces. Conclusies:

1. Hogere orde processen gedragen zich bijna hetzelfde als 1-ste orde processen met voortplantingstijd;

2. I-actie kan het proces instabieler maken; 3. D-actie kan over- en undershoot verminderen door dempende werking; 4. D-actie is een gevaarlijke actie. Liever niet gebruiken. Wordt vaak

toegepast bij temperatuurprocessen.


Hoofdstuk 7 Instelregels voor PID-regelaars Doelstellingen: Je kan:

Ziegeler en Niochols toepassen in openen gesloten loop.

7.1. Inleiding In de voorgaande hoofdstukken heb je gezien dat de stabiliteit van een

geregeld proces af hangt van de verhouding 𝜏

𝜏𝑣 en de procesversterking van

het proces. Maar ook van de versterkingsfactor, de integratietijd en differentiatietijd van de regelaar. Het regelgedrag van het proces moet zo zijn dat we een demping hebben van ca 0,25 en een maximaal doorschot van 15%. Verder dient de inregeltijd zo kort mogelijk te zijn. Vaak worden regelaar eenmalig optimaal ingesteld. Zoals eerder gesteld kunnen echter de procesomstandigheden veranderen waardoor ook de proceseigenschappen veranderen. Hierdoor is de regelaar niet langer optimaal ingesteld. Het optimaliseren van de regelaars is dus geen eenmalige zaak. Van tijd tot tijd dienen de regelaars dan ook te worden gecontroleerd op een optimale instelling. Recentelijk onderzoek heeft uitgewezen dat de meerderheid van de regelkaars niet optimaal zijn ingesteld voor het proces dat zij moeten regelen. Er kunnen grote financiële of procestechnische belangen mee gediend zijn. Bij de optimalisatie van een regelaar kun je Nichols en Ziegler gebruiken. Zij hebben omstreeks 1940 een procedure bedacht om een regelaar via twee methoden te optimaliseren. Deze procedures werken goed als het gaat om processen met voortplantingstijd en één dominante tijdsconstante. Verder dienen deze processen zelf-regelend te zijn. Indien de afstelling goed gaat is er een demping van 0,25 en een maximaal doorschot van 15% bij deze procedure. Het proces zal ongeveer binnen 1,5 periodetijd weer stabiel zijn na een SP verstelling.


7.2. Ziegler en Nichols open loop Bij een open loop afstelling wordt de regelaar op manual gezet. Bij een PV in de buurt van het setpoint wordt een stapverstoring van het setpoint gegeven. De belasting van het proces mag hierbij niet veranderen. Deze procedure gaat als volgt:

1. Zet de regelaar op manual; 2. Verander de klepstand stapvormig in de buurt van het toekomstige

setpoint; 3. Neem de stapresponsie van het proces op; 4. Bepaal uit de stapresponsie de (vervangende) voortplantingstijd, de

tijdsconstante en de procesversterking; 5. Kies welke regelactie(s) je gaat gebruiken (P, PI of PID); 6. Raadpleeg de tabel voor een optimale instelling.

Soort regelaar Kr * Kp Integratietijd Differentiatietijd

P 1 * 𝜏

𝜏𝑣 - -

PI 0,9 * 𝜏

𝜏𝑣 3,3 * 𝜏𝑣 -

PID 1,2 * 𝜏

𝜏𝑣 2 * 𝜏𝑣 0,5 * 𝜏𝑣

Voorbeeld: Van onderstaand proces werd de stapresponsie opgenomen.

Met de raaklijnmethode werd bepaald dat de voortplantingstijd 𝜏𝑣 =10

seconden en de traagheid 𝜏 = 65 seconden was. De procesversterking werd vastgesteld op 1,17. Er wordt een PI-regelaar gebruikt.


Uit de tabel moet Kp * Kr gelijk zijn aan 0,9 * 𝜏

𝜏𝑣 hetgeen overeenkomt met

0,9 ∗65

10= 5,85.

Kr * Kp = 5,85.

De Kp is bepaald op 1,17 hetgeen inhoud dat de Kr gelijk moet zijn aan 5,85

1,17=5

De proportionele band moet dus worden ingesteld op 20%.

De integratietijd 𝜏𝑖 moet worden ingesteld op 3,3 * 𝜏𝑣=33 seconden.

7.3 Ziegler en Nichols gesloten loop Deze methode maakt gebruik van een aan het proces aangesloten P-regelaar. Je brengt het proces bewust in oscillatie en afhankelijk van de periodetijd en proportionele band waarbij het proces voor het eerst stabiel gaat oscilleren stel je via de tabel de optimale instellingen in. Procedure:

1. Regel het proces zuiver proportioneel rondom het toekomstige setpoint door het uitschakelen van I- en D-actie;

2. Verklein de PB (halveringsmethode) totdat het proces voor het eerst stabiel gaat oscilleren;

3. Noteer de proportionele band waarbij dit voor het eerst plaatsvindt (PBkr);

4. Noteer de periodetijd van de slingering van het proces (Tkr); 5. Kies welke regelactie(s) je gaat gebruiken (P, PI of PID); 6. Raadpleeg de tabel voor een optimale instelling.

Soort regelaar PB Integratietijd Differentiatietijd

P 2 * PBkr - -

PI 2,2 * PBkr 0,85 * Tkr -

PID 1,7 * PBkr 0,5 * Tkr 0,12 * Tkr


Voorbeeld: Het onderstaande proces werd in oscillatie gebracht. Het leverde onderstaand plaatje op.

Fig 1. Proces in oscillatie

De oscillatie vond plaats bij een PBkr van 50%. De periodetijd Tkr is 40 seconden. Een PI-regelaar zou dus volgens de tabel moeten worden ingesteld op een PB van 2,2*50= 110% of een Kr van 0,9. De integratietijd moet worden ingesteld op 0,85*40 = 34 seconden. Fig 2. Optimaal ingesteld PI-geregeld proces


Het kan zijn dat de instellingen nog niet geheel optimaal zijn. In dat geval moet je handmatig nog bij optimaliseren. Er zijn veel meer methodieken voor het optimaliseren van een regelaar. Nichols en Ziegler is echter de meest toegepaste. In het algemeen is optimalisering een kwestie van “fingerspitzen gefül” en jaren lange praktijkervaring. Er zijn tegenwoordig ook regelaars welke zichzelf kunnen optimaliseren. In de praktijk blijken ze echter behoorlijk afwijkende instellingen te geven die niet altijd werken. Vragen:

1. Bepaal de optimale instelling van een PID regelaar als de volgende gegevens bekend zijn: PBkr=51% en Tkr=10 sec.

2. Met de raaklijnmethode werd bepaald dat de voortplantingstijd 𝜏𝑣 =12

seconden en de traagheid 𝜏 =75 seconden was. De procesversterking werd vastgesteld op 2. Er wordt een PI-regelaar gebruikt. Bepaal de optimale P en I instelling.

3. Er wordt de volgende uitspraak gedaan: “Het regelgedrag van het proces moet zo zijn dat we een demping hebben van ca 0,25 en een maximaal doorschot van 15%. Verder dient de inregeltijd zo kort mogelijk te zijn.” Maak een grafiek waarin je laat zien hoe het verloop van de PV van dit proces eruit moet zien.

4. Waarom kunnen proceseigenschappen in de loop van de tijd veranderen en welke consequenties heeft dit op langere termijn?


Hoofdstuk 8 Meervoudige regelkringen Doelstellingen: Je kan:

Feedback, feed foreward, storingscompensatie, master-slave, splitrange, verhoudings en selectieregelingen herkennen en uitleggen.

8.1 Inleiding Er zijn processen welke met een enkelvoudige teruggekoppelde regelkring lastig te regelen zijn. Soms kan met een geringe aanpassing in de regelstrategie zeer veel verbetering worden gebracht in het regelgedrag. Veel van deze regelstrategieën zijn erop gericht de storingsinvloed te minimaliseren. De invloed van storingen op de PV van het proces kan hierdoor worden beperkt. Dit hoofdstuk gaat over verschillende soorten van deze regelstrategieën.

8.2 Feed backregeling Allereerst bespreken we nog eens de feedback regeling. Hieronder zie je een fornuis met een enkelvoudige temperatuurregeling erop.

Fig 1. Feedback regeling van de temperatuur

Een product wordt op temperatuur gebracht met brandstof. De TT meet de temperatuur en bij een PV lager dan het SP zal de regelklep door de regelaar m.b.v. het OUT signaal meer open worden gestuurd. Deze PV kan bijvoorbeeld zakken als er meer doorzet in het fornuis komt. Er zal meer brandstof het fornuis ingaan en de vlam in het fornuis zal groter worden waardoor er meer


warmte-energie wordt toegevoegd aan het product. Er wordt hier dus direct op het eindresultaat (temperatuur (Tuit) van het product) terug gekoppeld. Men noemt dit feedback control. We gaan ervan uit dat de P- en I-actie van de regelaar (TC) goed staan. Kenmerken van deze regeling zijn als volgt:

1. Er wordt teruggekoppeld op het eindresultaat (temperatuur); 2. De regeling is traag omdat deze pas reageert nadat er een storing is

opgetreden; 3. De regeling kan instabiel worden (zie vorige hoofdstukken).

Vragen: (Deze vragen hebben betrekking op figuur 1) 1. Wat gebeurt er met het regelsysteem als de product temperatuur stijgt? 2. Op welk apparaat zit de SP instelling voor deze regeling? 3. De regelklep is ATO. Wat kun je zeggen over de werkingsrichting van TC? 4. Noem drie gevallen waarbij de brandstofklep meer open moet staan. 5. Wat is het nadeel van deze regeling? 6. Verwacht je bij dit proces voortplantingstijd? 7. Als de pijpen erg vervuild raken met roet, welke consequentie zal dat

hebben voor de voortplantingstijd? 8. Zal dit consequenties hebben voor de instelling van de regelaar en zo ja

welke?


8.3 Feed forward regeling op flow Een andere wijze van regelen is het zogenaamde feed foreward regelen.

Fig 2. Feed foreward regelen van de temperatuur

In deze voorwaarts gekoppelde regeling is geen regelaar opgenomen. Als er meer product het fornuis inkomt, zal de regelklep direct meer open gaan staan. Er hoeft nu dus in tegenstelling met de feedback regeling geen storing plaats te vinden voordat de regelklep wordt bijgesteld. Eigenlijk is dit geen regeling maar een sturing. In deze regeling is een rekenrelais Y opgenomen. Daarin is een formule geplaatst.

Deze formule luidt: 𝑦 = 𝐾 ∗ 𝑎 K is hier een constante, a wordt bepaald door de grootte van het flowsignaal. Het klepsignaal y wordt dus uitsluitend bepaald door de grootte van de flow. K moet proefondervindelijk of via berekening worden ingesteld. Meer product levert hier direct meer brandstof op waardoor de temperatuur (daar gaat het om) gaat stijgen. Wat zal er gebeuren met de eindtemperatuur indien de temperatuur van het ingaande product stijgt? In dit geval niets, omdat er uitsluitend geregeld wordt op de flow. Kenmerken van deze regeling zijn als volgt:

1. De regeling is zeer snel; 2. Er wordt maar op 1 storing geregeld (hier flow); 3. De relatie tussen de productflow en de hoeveelheid brandstof moet

bekend zijn en liefst lineair.


Vragen: (Deze vragen hebben betrekking op figuur 2)

1. Op welk apparaat stel je het SP in en is dit een regelaar? 2. Wat gebeurt er indien de ingaande flow van het ingaande product

toeneemt? 3. Wat gebeurt er indien de temperatuur van het ingaande product afneemt? 4. Wat is in dit proces de te verwachten belangrijkste storing? 5. Welk voordeel heeft deze regeling t.o.v. de teruggekoppelde regeling?


8.4 Feed forward regeling op flow en temperatuur Een verbetering van de regeling hiervoor is het gebruik van meerdere opnemers. In onderstaande figuur wordt ook de temperatuur in de regeling meegenomen.

Fig 3. Feed foreward met temperatuur en flow

In relais y wordt nu de tempratuur en de flow verwerkt. Beiden zijn van invloed op de instelling van de regelklep. Als de flow (a) groter wordt en/of de temperatuur (b) lager, zie je dat de regelklep direct meer open gaat staan. Dat kun je ook direct zien in de gebruikte formule:

𝑦 = 𝐾 ∗ 𝑎 ∗ (𝑆𝑃 − 𝑏) (𝑆𝑃 𝑖𝑠 ℎ𝑖𝑒𝑟𝑏𝑖𝑗 𝑒𝑒𝑛 𝑣𝑎𝑠𝑡𝑒 𝑤𝑎𝑎𝑟𝑑𝑒) Op andere storingen dan die van de ingaande producttemperatuur of productflow wordt niet geregeld. Ook deze regeling is een sturing.


Vragen: (Deze vragen hebben betrekking op figuur 3) 1. Op welk apparaat stel je de SP in en is dit een regelaar? 2. Wat gebeurt er indien de temperatuur van het ingaande product toeneemt? 3. Wat gebeurt er indien de ingaande productflow toeneemt? 4. De nominale productflow bedraagt 100 l/h. De Tin = 20ºC en de Tuit moet

300ºC zijn. De PV bedraagt 300ºC. (Veel getallen dus!) Hoe ver staat dan de klep open?

5. Met welke natuurkundige formule heb je hier te maken welke de relatie

weergeeft tussen warmte en temperatuur? 6. Wordt er op de storing van de brandstofdruk geregeld?


8.5 Feedback regeling en feed foreward regeling gecombineerd Een verdere verbetering van de regeling wordt uitgevoerd door een flowregelaar (FC) in het systeem op te nemen.

Fig 4. Feedback in combinatie met feed foreward

Signaal y wordt net als bij de voorgaande regeling bepaald door de flow en de temperatuur. Nu vormt dit signaal echter het SP voor de regelaar. Men noemt zo’n SP ook wel een remote setpoint (RSP). Dit in tegenstelling met een local setpoint. Als er meer flow is en/of een lagere temperatuur, wordt y direct hoger. Het SP van de brandstofregelaar gaat direct omhoog. Verder wordt de hoeveelheid brandstof feedback geregeld. Een drukverhoging van de brandstof zal nu een zeer beperkte flowvariatie geven omdat deze direct weggeregeld wordt. Er vindt echter nu steeds geen terugkoppeling op de temperatuur plaats. Kenmerken van deze regeling zijn als volgt:

1. RSP is remote setpoint voor de FC; 2. Drukvariatie in de brandstoftoevoer heeft geen effect omdat de flow

wordt geregeld; 3. y bepaald het setpoint van regelaar FC; 4. 3 storingen worden bij deze regeling geëlimineerd; 5. Snelle regeling; 6. Geen terugkoppeling op temperatuur; 7. Brandstofflow wordt wel feedback geregeld.


Vragen: (Deze vragen hebben betrekking op figuur 4) 1. Welk signaal bepaald het SP van FC? 2. Als V-1 een ATO klep is, welke werkingsrichting heeft FC dan? 3. Wat gebeurt er met OUT indien de y toeneemt? 4. Als de druk in de productleiding toeneemt, hoe reageert de FC daarop? 5. Ga na hoe deze regeling reageert op een druktoename in de

brandstofleiding. Maak daarbij gebruik van onderstaande oorzaak- en gevolg-tabel.

Oorzaak: Gevolg: Opmerkingen:

Druktoename brandstof aanvoerleiding

Flow neemt toe Dat kan doordat een ander fornuis bv. uit wordt genomen.

etc


8.6 Storings-compensatieregeling Bij de storings-compensatieregeling wordt ook een stuk van de regeling feed foreward geregeld in combinatie met een feedback regeling. Het feed foreward gedeelte zit nu in het OUT signaal van de feedback regeling hetgeen kenmerkend is voor deze regeling.

Fig 5. Storings-compensatieregeling

Bij deze storings-compensatieregeling wordt de product-flow gemeten en bij een verhoging van deze flow wordt direct het signaal y verhoogt door relais y. K wordt op een wijze ingesteld dat bij een nominale flow en temperatuur deze de waarde van 50% aan het OUT signaal geeft. Er wordt uitsluitend op een flowstoring geanticipeerd door het systeem. Kenmerken van deze regeling zijn als volgt:

1. Een flowvariatie wordt feed foreward en dus snel opgevangen door het regelsysteem;

2. De temperatuur wordt feedback geregeld.


Vragen: (Deze vragen hebben betrekking op figuur 5) 1. Wat kun je over de werkingsrichting zeggen van de TC indien V-1 ATO is? 2. Geef met pijltjes aan of de signalen toenemen ( ) of afnemen ( ) als de flow

afneemt en tegelijkertijd de Tuit toeneemt. Klopt dit? 3. Op welke storing wordt hier feed foreward geregeld en op welke feed back

en waarom? 4. Geef aan hoe de regeling zal reageren als de ingaande produkttemperatuur

afneemt.


8.7 Master-slave regeling Een master-slave regeling wordt ook wel een cascaderegeling genoemd. Bij deze regeling wordt de belangrijkste te verwachten storing door een slave regelaar opgeheven. Er zijn altijd minimaal twee regelaars opgenomen in deze regelstrategie.

Fig 6. master-slave regeling Bij een master-slave regeling wordt uitsluitend feedback geregeld. De slave regeling zorgt voor het constant houden van de flow en de master zorgt voor het regelen van de temperatuur. Ook bij deze regeling wordt een remote setpoint (RSP) aangeboden aan de slave regelaar. Het OUT signaal van de master is verbonden met het setpoint (SP) van de slave regelaar. Deze slave regelaar heeft dus geen vast SP. Bij deze regelaars is er behalve de standen automatic (AUTO) en manual (MAN) ook een werkstand cascade (CAS) aanwezig. Indien de slave regelaar op CAS staat, wordt van een extern SP gebruik gemaakt. Je kan daarom het setpoint van deze regelaar niet meer met de hand instellen. Een variatie van bijvoorbeeld de druk in de brandstofleiding komt niet tot uitdrukking in een flowverandering (en daardoor temperatuurverandering) omdat deze direct wordt weggeregeld.


De werkingsrichting van beide regelaars zijn als volgt te bepalen: 1. We gaan ervan uit dat de gebruikte regelklep NC is (fail-save); 2. Start bij de slave regelkring. Een te grote flow (PVflow groter) zal tot

gevolg hebben dat het OUT signaal van de FC zal moeten dalen om de regelklep meer te knijpen;

3. De slave regelaar is dus omgekeerd werkend want PVflow groter-> OUTflow lager);

4. Indien de temperatuur daalt zal er meer brandstof ingevoerd moeten worden;

5. Als de PVtemp daalt, moet het SPflow dus omhoog; 6. Het OUTtemp signaal zal dus groter moeten worden bij een dalende

PVtemp; 7. De masterregelaar TC is dus ook omgekeerd werkend.

In bovengenoemd voorbeeld wordt uitsluitend de flow als storing weggeregeld door de slave. Met een variatie in temperatuur van het ingaande product wordt in deze regelstrategie geen rekening gehouden. Een verdere verbetering vormt het onderstaande schema:

Fig 7. cascade regeling met twee slave regelingen

In deze regelstrategie worden twee slave regelaars gebruikt en één master. De temperatuur van het ingaande product wordt nu ook gemeten door de TT. Deze slave regelaar TC moet ook omgekeerd werken. Een verlaagde ingangstemperatuur moet worden gecompenseerd door een verhoogd SP op de FC. Er wordt hier dus met twee storingen rekening gehouden namelijk de ingaande temperatuur en de flow van het product.


Dit type regelstrategie komt zeer veel voor in de procesindustrie. Om te bepalen wat de werkingsrichting is van de gebruikte regelaars kan onderstaand schema behulpzaam zijn:

Werkingsrichting regelaar:

Input regelaar:

Output regelaar:

direct PV↑ SP ↑

OUT ↑ OUT ↓

omgekeerd PV↑ SP ↑

OUT ↓ OUT ↑

We kijken in de tabel naar de signalen SP, PV en OUT. Bij een NO regelklep is bij een OUT-signaal van 0% de klep 100% open. Dat is verwarrend voor veel operators. Om die reden is er dan ook in de meeste systemen voor gekozen om niet het signaal aan te geven, maar de stand van de regelklep. 0% klepstand is dicht en geheel open is dan 100%. Je kijkt dan echter naar de klepstand en dat is iets anders dan het OUT-signaal. Op het plaatje hieronder is ook een cascaderegeling te zien. Een product wordt opgewarmd met stoom. De TC is de master- en de FC de slave-regelaar.

PRODUCT AANVOER PRODUCT AFVOER

FC

TT

STOOM TOEVOER

CONDENSAAT AFVOER

FT

TC

Fig 8. cascaderegeling voor de temperatuur


Vragen: (Deze vragen hebben betrekking op figuur 6) 1. Wat gebeurt er met de regeling als de temperatuur toeneemt van de Tuit? 2. Wat gebeurt er met de regeling als de druk van de brandstof ineens

toeneemt? 3. Hoe is de werkingsrichting van FC en TC? 4. Wat gebeurt er met de OUT van een direct werkende regelaar als de PV

stijgt? 5. Wat gebeurt er met de OUT van een direct werkende regelaar als het SP

stijgt? 6. Wordt hier geregeld op een variatie van de ingaande producttemperatuur? 7. Geef met pijltjes aan of de signalen toenemen ( ) of afnemen ( ) als de

brandstofflow toeneemt en tegelijkertijd de Tuit toeneemt. Klopt dit met de werkingsrichting van FC en TC?


8.8 Verhoudingsregeling Indien we stoffen willen mengen in een geregelde vaste verhouding (ratio) kunnen we een verhoudingsregeling gebruiken. In onderstaand voorbeeld wordt brandstof in verhouding gemengd met lucht. De temperatuur van TT bepaald de hoeveelheid brandstof en daaraan is in verhouding de hoeveelheid lucht gekoppeld d.m.v. de FT-01. Relais y bepaald het setpoint van de verhoudingsregelaar FFC. Ook dit is dus een RSP. Omdat de regelklep in de luchtstroom staat noemen we deze stroom de geregelde stroom. De brandstof is de ongeregelde stroom. Op relais y wordt een verhouding ingesteld. Omdat de span van de TT en FT verschillend kunnen zijn wordt er van een speciale formule gebruik gemaakt welke bepaald op welke ratio relais y moet worden ingesteld. Deze formule is als volgt:

𝑅 =𝑔𝑒𝑟𝑒𝑔𝑒𝑙𝑑𝑒 𝑠𝑡𝑟𝑜𝑜𝑚

𝑜𝑛𝑔𝑒𝑟𝑒𝑔𝑒𝑙𝑑𝑒 𝑠𝑡𝑟𝑜𝑜𝑚∗

𝑠𝑝𝑎𝑛 𝑜𝑛𝑔𝑒𝑟𝑒𝑔𝑒𝑙𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑡𝑡𝑒𝑟

𝑠𝑝𝑎𝑛 𝑔𝑒𝑟𝑒𝑔𝑒𝑙𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑡𝑡𝑒𝑟

Stel dat er een verhouding van 1 kg brandstof moet worden gemengd met 10 lucht (1:10), de span van de luchttransmitter 0-20 kg/h is en die van de brandstoftransmitter 0-3 kg/h. Dan moet de R worden ingesteld op:

𝑅 =10

1∗

3

20=

30

20= 1,5

Fig 9. Verhoudingsregeling


Op onderstaand plaatje herken je ook een ratioregeling. Het betreft hier een destillatieproces. Hierbij wordt de refluxratio (hoeveelheid reflux/hoeveelheid afvoer) in verhouding geregeld met FY. Indien de hoeveelheid product toeneemt, zal het setpoint van de refluxflowregelaar verhoogd worden tot de verhouding weer is geoptimaliseerd. De refluxratio bepaald in hoge mate de kwaliteit van het topproduct. Een ratioregeling is altijd herkenbaar door het ratio station.

AFVOER TOPPRODUCT

AFVOER BODEMPRODUCT

REFLUX

VOEDING

FT

LC

FT

FC

REFLUX VAT FC

FY

REFLUX

PRODUCT

AFVOER

RATIO

Fig 10. destillatieproces

Vragen: (Deze vragen hebben betrekking op figuur 9) 1. Wat betekent FFC? 2. Op welk apparaat wordt de verhouding geregeld? 3. De verhouding brandstof-lucht moet worden ingesteld op 1:20. Het

meetgebied van de luchttransmitter bedraagt 0 – 1500 m3/h en die van de brandstoftransmitter 0 – 80 m3/h. Op welke ratio moet Y worden ingesteld?

4. Welke waarde krijgt de luchtstroom indien de brandstofstroom 45 m3 wordt? 5. Vertel in stappen wat er gebeurt indien de intreetemperatuur van het

product afneemt.


8.9 Split-range regeling Bij een split-range regeling gaat het OUT signaal van de regelaar naar twee of zelfs meerdere regelkleppen toe. Deze regelkleppen werken bij een bepaald gedeelte van het 4-20 mA OUT signaal.

Fig 11. split range regeling

In dit proces wordt een product opgewarmd of afgekoeld naar gelang de ingangstemperatuur ervan. De temperatuur van het uitgaande product wordt geregeld met de TC. Stel dat de ingangstemperatuur 60˚C is en het SP 50˚C. De koelwaterklep zal dan geopend moeten zijn en de stoomklep dicht. Omgekeerd geldt hetzelfde bij een te lage ingangstemperatuur. De regelkleppen zijn NO en NC uitgevoerd en met een klepstandsteller gevoelig gemaakt voor een bepaald gedeelte van het OUT signaal van de TC. Grafisch ziet dit er als volgt uit:

Fig 12. split range regeling


Te zien is dat de koelwaterklep geheel open staat bij een OUT van 4 mA. Naarmate dit signaal groter wordt, zal deze klep sluiten. Bij 12 mA staat hij geheel dicht. Voorbij de 12 mA gaat de stoomklep voor het eerst open staan tot een maximale waarde bij 20 mA. Je kan dus met dit systeem in twee richtingen actief de temperatuur regelen. De TC zal direct werkend zijn bij deze regeling. Ga dat na. Bij een overlap van de twee lijnen zal er zowel gekoeld als verwarmd worden. Dat is “energie-technisch” gezien niet handig. Het verdient dus aanbeveling dit systeem goed af te stellen.

PT

PIC

FLAREN2

Fig 13. split range regeling II

In bovenstaand voorbeeld wordt bijvoorbeeld benzine opgeslagen in een cone roof tank. Als er meer benzine in het vat wordt gepompt, zal het niveau stijgen. De druk in de kopruimte zal ook stijgen en de regelaar PIC zal de flareklep meer open zetten. Als het niveau daalt, zal de druk dalen. Aangezien het niet handig is om de tank te beluchten, zal ervoor worden gekozen stikstof in te laten. De kopruimte blijft dan zuurstofloos en het gevaar van een brand of explosie wordt voorkomen.


Fig 14. split range regeling II

Vragen: (Deze vragen hebben betrekking op figuur 11) 1. Welke actie hebben de regelkleppen van figuur 11? 2. Hoe is de werkingsrichting van de regelaar TC van figuur 11? 3. Hoe werkt de regeling van figuur 13?


8.10 Selectie regeling Bij een selectieregeling bedienen meerdere regelaars een regelklep. In het volgende voorbeeld kun je zien hoe een beveiliging kan werken van een buffervat tussen twee productie-units in.

Fig 15. beveiliging tegen overstromen vat

Unit 1 geeft zijn product af aan het vat. De flow wordt geregeld. In het OUT signaal is een driewegklep aangebracht welke onder spanning staat (engergized). In deze stand laat de driewegklep (V) het signaal door naar de regelklep. Op de magneetklep staat dus een spanning als er geen hoog niveau in het vat is. De uitgang van de LOGICS is dus een logische 1 (24 VDC). Bij het verhogen van het niveau in het vat door bijvoorbeeld een productieprobleem bij unit 2 zal eerst een alarm afgaan (vooralarm). Bij een verder verhoging zal een trip plaatsvinden. De LOGICS zal dan een 0 (0 VDC) afgeven aan de magneetklep. Deze zal gaan de weg tussen de regelaar en klep afsluiten en afblazen. De druk in de klepmotor zal dalen en de klep zal dichtvallen zodat de toevoer naar het vat onderbroken wordt. Als het niveau gedaald is, kan de operator met een resetswitch het magneetventiel resetten zodat het productieproces hervat kan worden. De waarheidstabel voor deze beveiliging ziet er als volgt uit:

lz (set) hs (reset) V

0 0 1/0 (afhankelijk voorgaande situatie)

0 1 1

1 0 0

1 1 0


Er wordt hier gebruik gemaakt van een set-dominant geheugen met een geïnverteerde uitgang. Fig 16. LOGICS voor het vat probleem

In het beschreven systeem treedt bij een trip een productiestoring op. Na een handmatige reset kan de productie verder gaan. Een verbetering is de volgende regeling:

Fig 17. selectieregeling

Bij deze regeling is gebruik gemaakt van een zogenaamde “low selector”. Een low selector laat het laagst aangeboden signaal door. Dat kan een pneumatisch of stroom signaal zijn. Er zijn ook “high selectors”, deze laten het hoogste signaal door. De schakeling hierboven werkt als volgt: Twee productie-units zijn met elkaar verbonden middels een buffervat. Onder normale omstandigheden is het niveau in het vat niet hoog en geeft de LC een hoger signaal af aan de low selector. LC moet derhalve omgekeerd werkend zijn. De flowregeling is dus actief. Als er nu een productieprobleem is in unit 2 en er daarom geen afname is, zal het niveau gaan stijgen. Unit 2 kan bijvoorbeeld een afvulmachine zijn voor bier. Als het niveau door gaat stijgen zal het signaal LT steeds groter worden en dus de uitgang van de LC steeds lager. Op enig moment wordt dit signaal kleiner dan de OUT van de FC. De regelklep zal dan aangestuurd worden door de LC.

s r

V

lz

hs


Als er wederom wordt afgenomen, zal het niveau dalen en zal de FC de regelkring weer overnemen. Er is dus een automatische beveiliging ingebouwd in het systeem welke zonder menselijk ingrijpen weer op de flowregeling wordt overgenomen. Vragen

1. Bekijk onderstaande regeling met een low selector. Beschrijf hoe deze regeling werkt.

LT

LC LS FC

FT

AFVOER

TOEVOER

SP MIN

2. Welke werkingsrichting hebben LC en FC van figuur 17 en waarom? 3. Bij welke voorwaarden gaat LC de regelklep sturen van figuur 17? 4. Als de voordruk op V-1 toeneemt (onder normale omstandigheden), hoe

reageert V-1 dan in figuur 17?


Hoofdstuk 9: Het fornuis (een case) Doelstellingen: Je kan:

de hoofdonderdelen van een fornuis beschrijven; basisvoorwaarden voor veilig stoken benoemen; controles beschrijven welke je dient uit te voeren alvorens je het

fornuis op gaat starten;

de regelingen en beveiligingen beschrijven aan de installatie; aangeven welke grootheden door veiligheden worden bewaakt; aangeven hoe de regelingen werken van een fornuis; aangeven wat de tripvoorwaarden zijn en op welke wijze deze

ingrijpen;

9.1 Wat is een fornuis? In dit hoofdstuk gaan we kijken naar de regelingen en beveiligingen van een fornuis. Een fornuis wordt gebruikt in de industrie om vloeistoffen (aardolie, benzeen, diesel) op te warmen tot een bepaalde temperatuur. Het doel is meestal de opwarming van deze vloeistof voor een volgende procesbewerking (unit operation) zoals destillatie of het uitvoeren van een bepaalde reactie. Fornuizen zijn er in diverse uitvoeringen en typen. Wij beperken ons tot een cilindrisch fornuis met een enkele hoofdbrander en een pilotbrander.

Fig 1. Fornuizen


FORNUIS

VENTILATOR

LUCHT LEIDING

HOV

TOEVOER

PRODUCT

LD STOOM

TRIPKLEP

KNOCK-OUT

VAT

STOOKGAS

FLARE

TRIPKLEP

TRIPKLEP

AFSLUITER

AFSLUITER

TRIPKLEP

STOOKGAS

REGELKLEP

MINIMUMDRUK

KLEP

LEKTEST

KLEPPILOTGAS

REGELKLEP

TRIPKLEP

TRIPKLEP

LUCHT

REGELKLEP

GROF

FILTER

STACK

SCHUIF

TRIPKLEP

PILOTGAS

LEIDING

HOOFDGAS

LEIDING

Fig 2. Fornuisinstallatie


Vragen: 1. Hoeveel tripkleppen zie je in het schema hierboven en waar komen zij

op in?

2. Wat wordt onder een stack verstaan?

3. Waarvoor dienen de symbolen boven de stack en luchtinvoer?

4. Wat is een flare en waarvoor dient deze?

5. Wat betekenen de afsluiters met de zwarte bolletjes erin?

Fig 3. Cilindrisch fornuis met tubes

In een fornuis wordt een brandstof (vloeibaar of gasvormig) verband met lucht. In de praktijk wordt vaak gebruik gemaakt van aardgas. De warmte die bij deze verbranding vrijkomt wordt gebruikt om de ingaande vloeistof te verwarmen tot een gewenste temperatuur. Zoals je zult begrijpen is er voor de beveiliging en regeling van deze installatie heel veel apparatuur en instrumentatie noodzakelijk.


9.2 De aanvoer van lucht Voor de aanvoer van lucht gebruiken we een ventilator. In de zuigleiding zorgt een klep voor de regeling van de hoeveelheid lucht welke naar het fornuis wordt geleid. Verder is een tripklep aangebracht welke dient ter afsluiting van de lucht indien er een onveilige situatie (beveiliging) ontstaat. Fig 4. Tripklep met control signaal en stuursignaal De lucht moet in een bepaalde verhouding staan tot de hoeveelheid brandstof welke wordt verbrand.

Stuursignaal


9.3 De aanvoer van de brandstof In de stookgastoevoer is een zogenaamd knock-out vat geïnstalleerd. Dit vat scheidt een eventuele vloeistof af van het stookgas. In de stookgastoevoer naar de hoofdbrander zit een lektestklep gemonteerd. Met het sluiten van deze klep kan worden gemeten of er eventuele lekken in het systeem aanwezig zijn door drukdaling van het stookgas. Voor de bewaking en regeling van het stookgas zijn verder een hoofdtripklep, een stookgas regelklep, een hoofdbranderklep, een handafsluiter, een afgasklep (tripklep) naar de fakkel gemonteerd. Tevens is een lage druk stoomleiding met een afsluiter (tripklep) aanwezig welke bij een eventuele tube-burst opengaat. Stoom sluit in dat geval de zuurstof voor het verbrandingsproces af.

Fig 5. Brander

Vragen:

6. Leg uit hoe een lektest zou kunnen werken op dit systeem?

7. Wat versta je onder een tube-burst?


9.4 De bediening van het fornuis Het fornuis wordt bediend vanuit de controlekamer vanaf het DCS. Naast het fornuis is een lokaal paneel aangebracht welke wordt gebruikt voor de opstart van het fornuis. Verder zijn er twee noodstopschakelaars aanwezig. Een lokaal en een vanuit het DCS. Tijdens het opstarten wordt een sequentie afgelopen waarbij verschillende voorwaarden gelden. Indien er niet aan de voorwaarde wordt voldaan na een bepaalde tijd, stopt de opstartprocedure. Vragen:

8. Wat is een DCS?

9. Waarom zou er een lokale noodknop zitten bij het fornuis?


9.5 Veilig stoken van het fornuis Voor een optimale verbranding gelden er een paar voorwaarden:

1. De lucht-brandstof verhouding moet goed zijn; 2. Er moet een ontstekingsbron aanwezig zijn in de vorm van een

pilotbrander; 3. Er moet een bepaalde hoeveelheid energie aanwezig zijn.

De lucht-brandstof verhouding is een belangrijk gegeven. Verbranding is uitsluitend mogelijk tussen bepaalde grenzen. Deze grenzen noemen we het explosiegebied. Dit explosiegebied is ingesloten tussen de zogenaamde LEL en UEL ofwel de lower explosion limit en upper explosion limit. Nog steeds is er wel een hoeveelheid onstekings-energie noodzakelijk om het lucht-brandstofmengsel te laten verbranden. In de praktijk wordt er altijd iets lucht overmaat gebruikt om een volledige verbranding te garanderen. Onvolledige verbranding kan koolmonoxide (CO) en roet opleveren. Indien methaan als stookgas wordt gebruikt ontstaan de volgende stoffen volgens onderstaande reactievergelijking:

CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O + warmte

Als de brandstof zwavelhoudend is ontstaan er tevens SO2 wat een bijdrage levert aan het milieuprobleem van de “zure regen”.


Fig 6. Explosiegrenzen

Om veilig te kunnen stoken met dit fornuis worden een aantal veiligheidsmaatregelen getroffen:

1. In de eerste plaats moeten bij de opstart de schoorsteenschuiven openstaan. De aangevoerde lucht en de rookgassen moeten het fornuis kunnen verlaten.

2. Voordat er opgestart wordt, dient het fornuis te worden “gespoeld” met lucht om eventueel aanwezig stookgas te verwijderen. In de praktijk gebeurt dit met een hoeveelheid welke gelijk staat met 5 keer het volume van het fornuis. Op deze wijze wordt voorkomen dat er een explosie kan ontstaan met achtergebleven stookgas. Meestal wordt ook een gastest door de operators uitgevoerd. Deze moet je doen in de dode hoeken van het fornuis.

3. Als het lucht-brandstof mengsel wordt aangestoken moet er binnen een bepaalde tijd een vlam zijn. Als dit niet het geval is, moet alles worden afgesloten.

4. De vlam moet stabiel zijn en een volledige verbranding geven door altijd iets lucht overmaat bij alle belastingscondities. Dat betekend dat


er bij een grotere brandstof vraag er ook meer lucht moet worden toegevoerd. Bij een grotere doorzet zal er in de eerste instantie meet lucht komen en daarna meer brandstof. Omgekeerd wordt bij een kleinere doorzet eerst de hoeveelheid brandstof verminderd en daar achteraan de hoeveelheid lucht.

5. Indien er beveiligingen worden aangesproken dient de toevoer van de brandstof en de lucht snel afgesloten te worden.

6. Bij een tube-burst wordt direct stoom in het fornuis gelaten. Dit om de vlam te doven. Bedenk dat er een heel brandbare stof in de tubes kan lopen zoals aardolie.

Voor dit doel is diverse instrumentatie aangebracht.

FORNUIS

VENTILATOR

LUCHT LEIDING

HOV

TOEVOER

PRODUCT

LD STOOM

TRIPKLEP

KNOCK-OUT

VAT

STOOKGAS

FLARE

TRIPKLEP

TRIPKLEP

AFSLUITER

AFSLUITER

TRIPKLEP

STOOKGAS

REGELKLEP

MINIMUMDRUK

KLEP

LEKTEST

KLEPPILOTGAS

REGELKLEP

TRIPKLEP

TRIPKLEP

LUCHT

REGELKLEP

GROF

FILTER

STACK

SCHUIF

TRIPKLEP

PILOTGAS

LEIDING

HOOFDGAS

LEIDING

FZA

001LL

PZA

002

HH

FZA

003 LL

PdZA

004

TZA

005

LL

HH

XZ

006

X = UVPZA

007LL

PZA

008LL

HH

LZA

009

HH

Fig 7. Alarmeringen en trips

Beveiligingen worden ook wel interlocks genoemd. Middels een safe-guarding PLC kunnen deze beveiligingen op juiste wijze ingrijpen. Een safe-quarding PLC


is zo geprogrammeerd dat bij onveilige situaties (gemeten door sensoren) bepaalde kleppen (tripkleppen) sluiten. In sommige gevallen kunnen ze ook open gaan (koelwatersystemen). Beveiligingssignalen zijn discrete signalen en geven in een normale bedrijfssituatie een logische 1 (bijvoorbeeld 24 VDC). Indien er een alarm optreedt, valt het signaal weg naar een logische 0 (bijvoorbeeld 0 VDC). Dit is zo uitgevoerd om bij draadbreuk te voorkomen dat het alarmeringssignaal niet zal doorkomen. Startsignalen zijn altijd als logische 1 uitgevoerd. Hieronder kun je een overzicht zien van alarmeringen en tripsituaties.

Oorzaak: Alarm Trip

Feedflow product laag Laag-laag

Ionisatie vlambeveiliging - Geen waarneming

Fornuisuitlaattemp hoog Hoog-hoog

ESD - stop

Luchtflow laag Laag-laag

Druk in fornuis hoog Hoog-hoog

Druk in hoofdgasleiding hoog Hoog-hoog

Druk in hoofdgasleiding laag Laag-laag

Niveau KO vat fuelgas hoog Hoog-hoog

Stookgasdruk in pilot leiding laag Laag-laag

Drukverschil over tube (tube burst) - Laag-laag

O2 meting laag

Schuif stack fornuis dicht

Verhouding brandstof-lucht Laag Laag-laag

Verhouding brandstof-lucht hoog Hoog-hoog


Een voorbeeld van de gebruikte beveiligings-logics kun je hieronder zien:

INPUT LOGICS OUTPUT (PLC) Fig 7. LOGICS

Indien een van de signalen wegvalt op het EN-blok zal de stookgas tripklep direct sluiten doordat het control signaal weg zal vallen.

Fig 8. Tripklep met controlsignaal en stuursignaal

Tripkleppen werken meestal op bovenstaande wijze. In een normale bedrijfssituatie laat het magneetventiel het stuursignaal door naar de klep (richting E). Omdat het stuursignaal van de regelaar (out) elektrisch is, wordt dit met een I/P-converter (stroom -> druk) omgevormd tot een druksignaal.

Stuursignaal

FZA (luchtflow) LL=0

FZA (productflow) LL=0

PZA (Druk fornuis) HH=0

PZA (stookgasdruk) HH=0

XZ (UV detectie) Brander uit=0

PZA (stookgasdruk) LL=0

& Stookgas tripklep open 0=dicht


Indien het control signaal wegvalt naar 24 VDC naar 0 VDC kan de klep ontluchten en valt deze dicht (FC). De leiding wordt nu afgesloten. Het control-signaal komt van een PLC en het stuursignaal van de regelaar. Vragen:

10. Leg uit wat een interlock is.

11. Leg uit hoe de tripklep werkt met het stuursignaal en control signaal.

12. Bepaal tussen welke grenzen de UEL en LEL (%) zitten bij een ontstekingsenergie van 0,1 mJ.

13. Geef de reactievergelijking van de verbranding van zwavel met zuurstof. Geef ook aan hoe zure regen ontstaat.

14. Welke stoffen ontstaan bij onvolledige verbranding van methaan?

15. Op welke wijze kun je testen of de gasvormige brandstof nog aanwezig is in het fornuis?

16. Waarom is een beveiligingssignaal als 1 uitgevoerd indien je een normale bedrijfssituatie hebt?


9.6 Het opstarten van het fornuis Voordat we gaan opstarten mag er geen explosief mengsel aanwezig zijn in het fornuis. Voor dit doel spoelen we het fornuis in de praktijk met lucht 5 keer het fornuisvolume. Dit volume wordt gemeten met een flowmeter in de toevoerleiding van de luchtinlaat. Uiteraard moet dan de schoorsteenschuif in de stack open staan. De positie van deze schuif wordt terug gemeld. Met de hand wordt dan door de operator nog vaak gemeten of er inderdaad geen brandstof meer aanwezig is m.b.v. een gastest apparaat. In de stookgasleiding zijn de handafsluiter en de branderklep in geval van spoelen gesloten. Deze afsluiter en klep hebben een terugmelding voor de beveiliging. Met de lektestklep wordt automatisch nagegaan of het systeem geen stookgas doorlaat naar het fornuis. Als de druk in de stookgastoevoer naar de hoofdbrander te laag of te hoog is kan de vlam doven omdat de LEL of UEL wordt overschreden. Deze gasdruk wordt ook automatisch bewaakt door het systeem. Er is een minimum drukklep aangebracht om ervoor te zorgen dat de druk niet te laag wordt bij het starten van de hoofdbrander.


De aangebrachte pilotbrander dient ervoor om de hoofdbrander aan te steken en voldoende energie te leveren om de hoofdgasbrander te laten branden. Indien de pilotbrander dooft, zal de hoofdbrander onmiddellijk doven door het sluiten van de branderklep. De pilotbrander mag pas ontstoken worden als het fornuis voldoende is geventileerd. De ionisatievlam detector zal dit waarnemen aan de hand van UV-straling van de vlam.

Fig 9. Globale opstartsequentie fornuis

Tijdens het opstarten zijn bepaalde signalen nog niet op hun conditie en zou een tripsignaal moeten optreden. In dat geval kun je het fornuis nooit starten. Er is in dit geval altijd een timer schakeling aanwezig waarbij binnen een acceptabele tijd een voorwaarde aanwezig moet zijn. Deze voorwaarden worden door de timer tijdelijk overbrugd.

Fig 10. Overbrugging met LOGICS

t 0

Vlamdetectie

(Vlam=1)

≥ 1

Ontsteking

(Start=1)

& Pilotbrander

(Aan=1)

Trip

(Geen trip=1)

Afvalvertraging


Deze overbrugging wordt ook wel een POS genoemd wat staat voor proces overide switch. Er wordt een bepaalde tijd gewacht tot een bepaalde situatie is bereikt. Er kan door deze tijdelijke overbrugging geen trip komen. POS-en kunnen ook handmatig worden overbrugd tijdens het opstarten. Behalve POS bestaat er ook MOS. Dit zijn maintenance override switchen. Deze worden gebruikt om alarmen en trip tijdens onderhoud te kunnen overbruggen. De procesvoering kan doorgaan en het onderhoud kan tegelijkertijd plaatsvinden. Uiteraard is het gebruik van MOS wel gevaarlijk. Vragen:

17. Leg uit waarom trips tijdens het opstarten moeten worden overbrugt?

18. Hoe werkt de overbrugging met de afvalvertraging van figuur 10?

19. Wat is purgelucht?

20. Wat is lockout?


9.7 Regelsystemen Behalve alarmen en beveiligingen spelen de regelingen van het fornuis een belangrijke rol bij de optimale bedrijfsvoering. 1. Pilotbrander: In de pilotgas leiding is een PICA (h/l) geplaatst om de druk in deze leiding op een constante waarde te regelen. Uiteraard is de regelklep in deze leiding FC uitgevoerd. Fig 11. Drukregeling pilotgas

Fornuis

Stookgas regelklep

B

benzeen

PCA

110


2. Minimum stookgasregeling en stookgasregeling hoofdbrander: Voor het starten van de hoofdbrander dient er een minimum druk aanwezig te zijn. PIC-10 regelt deze druk met een FC regelklep. Het setpoint van PIC-10 is op een bepaalde waarde ingesteld. De hoofdbranderdruk wordt geregeld met PCA-110. Het setpoint van deze PCA-110 wordt geregeld met FC-108. Deze twee regelaars zijn onderdeel van een master-slave regeling waarbij PCA-110 de slave is. PCA-110 staat in dat geval in cascade en heeft een remote setpoint wat wordt bepaald door de output van FC-108.

Fig 12. Master-slave regeling druk en flow

Fornuis

Stookgas regelklep

B

benzeen

Fan

Lucht regelklep

L

FT

108

FRC

108

PCA

110

SP

PV

SP


3. Temperatuurregeling productstroom: TC-128 bepaald op zijn beurt weer het setpoint van de flowregelaar FC-108. De temperatuur die TC-128 meet is de temperatuur van de uitgaande productstroom. TC-128 vormt hier de master van FC-108. Indien de temperatuur van het product toeneemt, zal de TRC-028 een afnemende output geven op het remote setpoint van FC-108. Hierdoor zal het remote setpoint van PCA-110 afnemen en vervolgens zal de output van PCA-110 de klepstand verkleinen door een afnemend signaal. Ook FC-108 staat in cascade.

Fig 13. Master-slave regeling temperatuur

Fornuis

Stookgas regelklep

B

benzeen

Fan

Lucht regelklep

L

FT

108

FRC

108

PCA

010

SP

PV

SP

TC

128


4. Regeling van de verhouding van lucht en brandstof: De lucht en het stookgas zal in een bepaalde verhouding moeten worden geregeld waarbij er altijd iets overmaat lucht moet zijn voor een optimale verbranding. Een te grote overmaat lucht kan de vlam doven. De verhouding wordt ingesteld met ratio-relais HI-111. Deze handmatig ingestelde ratio noemen we L/B. De L staat voor lucht en de B voor brandstof. Dit signaal wordt afgegeven aan reken-relais Y-114 en Y-115. Y-114 is een vermenigvuldigings-relais en de uitkomst van dit relais is L.

Immers: 𝐿

𝐵× 𝐵 = 𝐿

L vormt het setpoint voor de luchtflow regelaar F1CA-102.

Y-115 is een deler-relais. De uitkomst van Y-115 is B.

Immers: 𝐿𝐿

𝐵

= 𝐿 ∗ 𝐵

𝐿= 𝐵

B vormt het setpoint van FC-108 en bepaald dus de hoogte van de brandstof toevoer.

Fig 14. Altijd de juiste verhouding lucht-brandstof

Fornuis

Stookgas regelklep

B

benzeen

Fan

Lucht regelklep

L

FT

108

FRC

108

PCA

110

SP

PV

SP

TCA

128

FT

101

FCA

102

Y

115

Y

114

a = L

PV

HI

111b = L/B

SP

a = B

B

L

[a/b]

[a*b]


Een vergroting van de verhouding L/B (meer lucht, minder brandstof) zal door Y-114 en Y-115 leiden tot een kleinere B en een grotere L. Op deze wijze wordt de hoeveelheid lucht groter (setpoint stijgt) en de hoeveelheid brandstof kleiner (B daalt). Wat is nu ongeveer deze verhouding voor optimaal stoken? Als we uitgaan van methaan is de reactievergelijking als volgt:

CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O Aangenomen dat 1 mol van een willekeurig gas 24,5 liter gas is (T=298 K, p=105 kPa), zal 1 liter methaan verbanden met 2 liter zuurstof. In de lucht is het zuurstofaandeel grofweg 18% (v/v). Dat betekent dus dat er (2/18%) * 100% liter = 11,1 liter lucht nodig zal zijn. Met iets overmaat zal deze hoeveelheid ca 12 liter zijn. De verhouding in de volumes CH4:lucht is dus ongeveer 1:12.

Het is niet handig om met volumes te rekenen i.v.m. de afhankelijkheid van temperatuur en de druk. Het is beter om massaverhoudingen te nemen. In acht nemende dat: C = 12 gr/mol H = 1 gr/mol O = 16 gr/mol en [CH4] + [2 O2]-> [CO2] + [2 H2O] [16 gram methaan] + [64 gram zuurstof] -> [44 gram kooldioxide] + [36 gram water] 1 kg methaan reageert dus met 4 kg zuurstof indien de verbranding compleet is (stoichiometrisch). Aangezien lucht ongeveer 23% (m/m) zuurstof bevat, moet er dus ca 5 keer zoveel lucht worden verbrand. Dat houdt in dat 1 kg methaan voor een optimale verbanding ca 17,4 kg lucht nodig heeft. Nederlands aardgas bevat ca 83% methaan. De rest is stikstof en wat hogere alkanen. Er is dus (83/100)*17,4 = 14,4 kg lucht nodig. Voor optimaal stoken is ongeveer 10% luchtovermaat nodig. Dat wordt dan ca 15 kg lucht.


De massaverhouding methaan-lucht bedraagt dus 1:15 voor optimaal stoken van de ketel. De ratio welke ingesteld moet worden op HI-111, hangt behalve deze verhouding ook af van de span van de brandstof flowmeter en de lucht flowmmeter. Indien deze 0-2 kg/h voor de brandstof is en 0-30 kg/h voor de lucht moet je de ratio instellen op:

r = 𝑑𝑒𝑙𝑒𝑛 𝑙𝑢𝑐ℎ𝑡

𝑑𝑒𝑙𝑒𝑛 𝑚𝑒𝑡ℎ𝑎𝑎𝑛∗

𝑠𝑝𝑎𝑛 𝑏𝑟𝑎𝑛𝑑𝑠𝑡𝑜𝑓

𝑠𝑝𝑎𝑛 𝑙𝑢𝑐ℎ𝑡=

15

1∗

2

30= 1


5. Variërende omstandigheden: In geval van storingen (meer doorzet, lagere buitentemperatuur) zal er meer of minder brandstof-lucht nodig zijn. Aangezien er altijd iets overmaat lucht zal moeten zijn, is hier een speciale regeling voor nodig. Bij meer doorzet bijvoorbeeld zal eerst de luchttoevoer moeten stijgen en direct er achteraan de brandstof. Omgekeerd zal bij kleinere doorzet eerst de brandstof moeten verminderen en daar achteraan direct de lucht. Op deze wijze wordt de luchtovermaat altijd gegarandeerd. Voor dit doel zal de regeltechniek moeten worden uitgebreid met een hoog en een laag selector. Een hoog selector laat het hoogste signaal door en een laag selector het laagste signaal. Bedenk dat de signalen van de installatie 4-20 mA zijn. In het P&ID ziet de regeling er als volgt uit: Fig 15. Altijd overmaat lucht garantie

Hoog selector Y-111 laat het hoogste signaal (van TC-128 en FT-108) door en laag selector Y-112 het laagste (van TC-128 en Y-115).

Fornuis

Stookgas regelklep

B

benzeen

Fan

Lucht regelklep

L

FT

108

FRC

108

PCA

110

SP

PV

SP

TCA

128

FT

101

FCA

102

Y

115

Y

114

a=L

PV

HI

111b=L/B

SP

a=B

B

L

[a/b]

[a*b]Y

112

Low selector

Y

111High selector


Wat gebeurt er nu indien de doorzet wordt verhoogd? Ga erbij vanuit dat alle signalen op 50% staan en er een steady-state situatie is. De gemeten temperatuur van TC-128 zal dalen. Omdat TC-128 een omgekeerd werkende regelaar is, zal zijn output stijgen. Dit heeft tot gevolg dat de input van Y-111 en Y-112 zal stijgen. Omdat Y-111 een hoog selector is, zal de output van Y-111 stijgen met de waarde van de output van TC-128. De output van Y-112 zal aanvankelijk 50% blijven. Y-111 is immers een laag-selector. De waarde van a zal stijgen. Y-114 zal dus een hogere output geven op het setpoint van FCA-102. De luchtflow zal dus toenemen. Hierdoor stijgt de waarde van a en dus ook de output van Y-112. Het setpoint van FC-108 zal dus stijgen en dit heeft tot gevolg dat de brandstof-flow zal toenemen waarbij HI-111 de uiteindelijke verhouding weer goed regelt. De verhouding wordt hier nog steeds met de hand geregeld. Dat kan ook automatisch op basis van de emissie-gassen van het fornuis. We kunnen hiervoor een O2 of een CO meter gebruiken. Teveel O2 duidt op een te grote overmaat lucht en teveel CO duidt op een te kleine verhouding lucht-brandstof en dus onvolledige verbranding. Fig 16. De regeling compleet

In bovenstaand P&ID is de HI-111 vervangen door een QIC-21 regelaar welke zijn meetwaarde krijgt van de QT-20.

Fornuis

Stookgas regelklep

B

Fan

Lucht regelklep

L

FCA

108

FCA

108

PCA

110

SP

PV

SP

TCA

128

FT

101

FCA

102

Y

115

Y

114

L

PV

QIC

21L/B

SP

B

B

L

[a/b]

[a*b]Y

112

Low selector

Y

111High selector

QT

20

Q = O2


Q staat hierbij voor zuurstof. Als er teveel zuurstof wordt gemeten zal de regelaar QIC-20 een lagere L/B verhouding geven omdat het een omgekeerd werkende regelaar is. Op deze wijze is alles geautomatiseerd en zal de regeling aan alle eisen kunnen voldoen welke we eerder gesteld hadden: optimale verhouding lucht-brandstof, lucht overmaat, verhouding lucht-brandstof geregeld op kwaliteit emissie, terugkoppeling op temperatuur product.

Fig 17. Een zuurstoftransmitter

Vragen: 21. Welke werkingsrichting hebben de regelaars?

22. Leg in stappen uit hoe de regeling werkt indien de doorzet verlaagd

wordt?

23. De lucht regelklep is met lamellen uitgevoerd. Zoek op hoe deze kleppen werken.

24. Leg uit wat er regeltechnisch gebeurt indien de verhouding lucht-brandstof toeneemt.

25. Op welke wijze zou je de verhouding lucht-brandstof in dit systeem zichtbaar kunnen maken? Maak er ook een schema van in figuur 16.

26. Leg uit hoe een zuurstof sensor werkt. Je kan dat vinden op internet.

27. Geef de reactievergelijking van de verbranding van propaan (C3H8) met zuurstof. Hoeveel liter lucht heb je nodig (stoichiometrisch) voor de verbranding van 1 liter propaan?

28. Indien de calorische waarde van het stookgas wordt vergroot, hoe

vangt dit systeem dit regeltechnisch op?


Hoofdstuk 10 Distributed control system (DCS) Doelstellingen: Je kan:

beschrijven hoe een DCS systeem is opgebouwd; beschrijven hoe de signaaloverdracht plaatsvindt bij analoge-, digitalen

en draadloze communicatie;

beschrijven wat de werking is van een controller, multiplexer en AD/DA converter;

uitleggen wat een LAN, WAN, GUI, HMI en HART transmitter is;

verschillen beschrijven tussen een SCADA en DCS systeem.

10.1 Inleiding

Een distributed control system (DCS) is een onderdeel van een productiesysteem van de meeste fabrieken. Distributed control systems worden gebruikt in industriële en civieltechnische toepassingen om een proces te volgen, te sturen en te controleren.

Dergelijke systemen zijn digitaal en bestaan uit meetinstrumenten en corrigerende organen met bedrading verbonden via een bus, met een multiplexer en AD/DA convertors en uiteindelijk met een procescomputer met visualisatie en bediening.

De meetinstrumenten en corrigerende organen kunnen analoog (4-20 mA), maar ook digitaal. In sommige gevallen komen zelfs draadloze systemen voor. Vaak komen combinaties van deze signalen voor.

In onderstaand plaatje zijn deze signalen alle drie weergegeven. Links de analoge signalen, eventueel met HART. In het midden de digitale signalen (hier Fieldbus). Rechts de draadloze communicatie.

http://nl.wikipedia.org/wiki/Multiplexer


Fig 1. Opbouw van een DCS

Distributed control systems worden onder andere gebruikt voor:

Elektriciteitscentrales en distributiesystemen van elektriciteit Klimaatsystemen (Petro-)chemische fabrieken

Via een DCS kunnen bijvoorbeeld de functies van pompen en kleppen worden geregeld. Een DCS kan autonoom (zelfstandig) zonder operator functioneren, maar via een visualisatie kan wel een interactie worden opgezet, waardoor een operator vanaf zijn bureau kan ingrijpen, bijvoorbeeld door het veranderen van een setwaarde, zoals het gewenste flow of de gewenste temperatuur. Deze visualisatie wordt ook wel een HMI (human-machine interface) of een GUI (graphical user interface) genoemd.


Fig 2. Voorbeeld van een HMI

In de negentiger jaren zijn de oudere pneumatische regelsystemen op een paar uitzonderingen na vervangen door het DCS.


De basisfuncties van een hedendaagse DCS zijn:

PLC functies (digitale signalen) Regelen van analoge signalen: regelen van diverse procesparameters Historiek (het opslaan van de historische gegevens) Alarm management, het beheren van abnormale condities Het rapporteren naar bovenliggende systemen, zoals manufacturing

execution systems en systemen voor enterprise resource planning Een interface naar onderliggende systemen, zoals programmable logic

controllers die bijvoorbeeld allerlei beveiligende taken uitvoeren. Proces-visualisatie Veelvoud van complexe PID-regelingen scantijden van 100 tot 500 msec.

10.2 Werking van een DCS

1. Analoge signalen: Indien de signalen van analoge aard zijn, wordt er door de transmitters een 4-20 mA signaal (PV) gegeven aan de controller. Een multiplexer zorgt ervoor dat er om de beurt een signaal wordt verwerkt. Dit analoge signaal wordt eerst omgezet naar een digitaal signaal. Dit gebeurt met een AD-convertor. AD staat voor analoog-digitaal. In de controller zit regelende functionaliteit. Dat betekent dat voor iedere loop een PID-regelaar in deze controller aanwezig is. Vervolgens wordt de output (OUT) op basis van het setpoint berekend, het signaal omgezet van digitaal naar analoog en daarna doorgegeven aan bijvoorbeeld een regelklep. Daarna wordt door de multiplexer het volgende signaal doorgegeven wat op dezelfde wijze wordt afgehandeld. De scansnelheid van een regelend DCS ligt tussen de 100 en 500 milliseconden.

De computer welke hoger in de hiërarchie staat (mainframe), hoeft dus deze regelende functies niet zelf uit te voeren. Vandaar het woord “distributed control” van het DCS. Regelende taken zijn dus op deze wijze gedistribueerd naar de controller.

Wel geeft deze controller signalen uit het veld door zoals setpoint (SP), procesvalue (PV) en output (OUT). Hiermee wordt bereikt dat het hoofdsysteem ontlast wordt van zwaardere rekentaken. In de praktijk komen vaak veel regelkringen (loops) voor en dat vereist een grote rekenkracht.

De analoge signalen kunnen eventueel uitgevoerd zijn met HART*. Dit protocol heeft veel voordelen t.o.v. conventionele 4-20 mA signalen. Vooral de diagnostiek en het onderhoud worden door HART eenvoudiger.

http://nl.wikipedia.org/wiki/Manufacturing_execution_system

http://nl.wikipedia.org/wiki/Manufacturing_execution_system

http://nl.wikipedia.org/wiki/Enterprise_resource_planning

http://nl.wikipedia.org/wiki/Programmable_logic_controller

http://nl.wikipedia.org/wiki/Programmable_logic_controller


Voor de omzetting van analoge naar digitale signalen en omgekeerd wordt meestal van een 12 bits of 14 bits systeem gebruik gemaakt. Bij een 12 bits systeem is de resolutie 0,024% en voor een 14 bits systeem is dit 0,006%. In het laatste geval betekent dit dat het analoge signaal wordt omgezet in een digitaal signaal met 16383 stapjes.

Transmitters, regelkleppen en dergelijke noemt men ook wel devices.

Fig 3. Analoge signalen en de controller

De digitale communicatie van controller en mainframe verloopt via ethernet. Ethernet is een netwerkstandaard waarmee computers in een LAN (local area network) met elkaar communiceren. Een LAN wordt beperkt tot een lokaal gebied, gewoonlijk binnen één gebouw of complex (bijvoorbeeld een bedrijfsterrein). Een LAN maakt meestal gebruik van UTP kabels (Unshielded Twisted Pair kabel).

Nog hoger op kan de digitale communicatie doorgeven aan MES (manufactoring executing system) of ERP (enterprice resource planning) systemen. Met deze software kunnen de afdelingen zoals planning, maintenance e.d. hun beleid maken.

Indien nog grotere afstanden overbrugd moeten worden (tussen steden en landen) spreekt men van een WAN (wide area network). Deze signalen lopen via internet zodat alle gegevens zichtbaar zijn op grote afstand.

*HART (voor Highway Addressable Remote Transducer) is een protocol waarmee

"slimme" veldinstrumentatie in de meet en regeltechniek aangestuurd kan worden. Het

Analoge transmitter

Analoge

regelklep

LAN (ethernet) Beeldscherm voor

visualisatie van proces (HMI)

Controller

http://nl.wikipedia.org/wiki/Computernetwerk

http://nl.wikipedia.org/wiki/Computer

http://nl.wikipedia.org/wiki/Local_area_network

http://nl.wikipedia.org/wiki/Procestechniek


maakt gebruik van een digitaal signaal dat bovenop het conventionele 4-20 mA signaal

gemoduleerd wordt en waarmee in twee richtingen gecommuniceerd kan worden. Hierdoor blijft het mogelijk HART instrumentatie te gebruiken met oudere apparatuur,

nieuwe apparatuur kan echter gebruikmaken van de nieuwe functionaliteit.

Vragen:

1. Wat is het voordeel van digitale devices t.o.v. analoge devices?

2. Zoek uit welke voordelen HART biedt boven conventionele analoge transmitter.

3. Wat is het verschil tussen een LAN en WAN?

4. Wat versta je onder sample rate?

5. Naar welke binaire waarde wordt een analoog signaal van 55% omgezet bij een 14 bits AD conversie?

http://nl.wikipedia.org/wiki/4-20_mA


De communicatie verloopt dus als volgt:

Fig 4. Opbouw van een DCS

Operator station met visualisatie van o.a. proces, PV, SP, OUT en alarmeringen en events (HMI)

Digitale communicatie (ethernet)

via een LAN (UTP kabel)

Controller met multiplexer, AD/DA-convertor en o.a. PID-regelaar functionaliteit

Analoge communicatie (4-20 mA) eventueel met HART


Vaak is voor de verbinding van controller en elk device een kabel noodzakelijk. Dat betekent veel bekabeling dus.

2. Digitale signalen: Indien van digitale devices gebruik wordt gemaakt is geen AD-DA conversie noodzakelijk. Er zijn nu geen analoge signalen meer aanwezig. Alle apparatuur communiceert hierbij zuiver digitaal. Dat heeft als voordeel dat er nu van een enkele kabel gebruik gemaakt kan worden, ook wel een bus genoemd. Over deze bus verloopt de communicatie van alle devices naar de controller en terug. Dat scheelt dus enorm veel bekabeling.

Afb 5. Digitale devices

Grofweg zijn de signalen uitgevoerd met pakketjes van informatie over: waar de informatie naar toe moet (adresbus), de waarde van de informatie (databus) en hoe het gegevensverkeer wordt geregeld (controlbus). Elk device in dit netwerk heeft een uniek adres en geeft (of ontvangt) een waarde.

Globaal komt dit op het onderstaande weer:

Een transmitter geeft een getalreeks bestaande uit nullen en enen aan de controller. De controller verwerkt deze signalen op basis van het setpoint en geeft een digitale output (ook een reeks nullen en enen) naar een regelklep. Op basis van dit signaal neemt de regelklep een bepaalde stand in.


Verder zijn er tegenwoordig digitale devices waarbij de meet en regelfuncties aanwezig zijn in de devices zelf. Dit wordt “controll in the field” genoemd en komt voor bij Foundation Fieldbus apparatuur. Bij deze systemen komt het outputsignaal dus niet van de controller.

3. Draadloze systemen: Bij draadloze systemen is helemaal geen bekabeling meer noodzakelijk. Alle signalen gaan draadloos over en weer. Draadloze systemen geven dezelfde kwaliteit als traditioneel bedraade systemen maar met verhoogde flexibiliteit en lagere kosten. Vooral bij infrastructurele beperkingen kan dit een groot voordeel zijn. Signalen kunnen bijvoorbeeld lopen via wifi of radiosignalen. Er bestaat ook draadloze communicatie met HART. De voordelen van HART hebben we eerder bekeken.

Afb 6. Draadloze devices


10.3 Verschillen DCS en SCADA systemen Voor de visualisering van procesbeheersingssystemen wordt SCADA of DCS gebruikt. Er is vaak verwarring over wat deze systemen kunnen en waarvoor ze worden ingezet. SCADA systemen staan voor supervisory control and data acquisition. Een SCADA pakket geeft dus een HMI voor een besturing of regeling. SCADA wordt bijna altijd in combinatie met een PLC (programmable logic controller) gebruikt en is in hoge mate flexibel. Typische industrieën welke gebruik maken van SCADA zijn de auto-industrie, luchtvaart-industrie en assemblage bedrijven. Typische DCS gebruikers zijn de (petro)chemische industrie, de energiesector en de papier industrie. De onderstaande tabel geeft de klassieke verschillen aan tussen SCADA- en DCS-systemen.

Eigenschap: SCADA (PLC): DCS:

Marktintroductie Jaren 60 1975

Vervanging van . . . . Relais Pneumatische regelingen

Product Dingen Spul

Klassieke toepassing Auto-industrie Raffinage

Type besturing Discreet Regelend

HMI Eenvoudig grafisch Geavanceerd grafisch

Grootte/invloed Compact Groot

Kosten vooraf Relatief laag Relatief hoog

Systeem Open Gesloten (eigen systemen)

De laatste tijd zien we SCADA en DCS systemen steeds meer naar elkaar groeien tot hybride systemen wat de keuze voor een bepaald systeem dus steeds moeilijker zal maken. In de (non food) procesindustrie zul je met name DCS systemen tegenkomen.


Hoofdstuk 11 Het fornuis in DCS Doelstellingen: Je kan:

beschrijven hoe een regelstrategie kan worden opgenomen in een DCS.

11.1 De fornuisregeling opgenomen in het DCS Bij de fornuisregeling van hoofdstuk 9 hebben we de fornuisregeling bekeken. Deze gehele regelstrategie kan worden opgenomen in een DCS systeem. Fig 1. De fornuisregeling met de bijbehorende instrumentatie

Uitsluitend de transmitters en regelkleppen van de regeling staan buiten het DCS systeem. De rest van de regeling is opgenomen in functieblokken van het DCS.

Fornuis

Stookgas regelklep

B

Fan

Lucht regelklep

L

FCA

108

FCA

108

PCA

110

SP

PV

SP

TCA

128

FT

101

FCA

102

Y

115

Y

114

L

PV

QIC

21L/B

SP

B

B

L

[a/b]

[a*b]Y

112

Low selector

Y

111High selector

QT

20

Q = O2


Fig 2. Regelstrategie opgenomen in DCS systeem

De signalen van de FT-105, PT-110, QT-20 en FT-101 zullen in dit geval worden aangeboden aan de controller. Op basis van de regelstrategie worden de OUT signalen voor de brandstof- en lucht-regelklep berekend en uitgestuurd door deze controller. De complete regelstrategie is nu opgenomen in de (software)functionaliteit van de controller wat alles overzichtelijker en flexibeler maakt. Een aanpassing is nu gemakkelijk softwarematig te wijzigen. Verder kan dit proces door middel van een HMI heel overzichtelijk gepresenteerd worden op een beeldscherm. Vragen:

1. Hoeveel inputs heeft bovenstaand DCS?

2. Hoeveel outputs heeft bovenstaand DCS?


Hieronder zie je de transmitter FT-105 van het stookgas en de bijbehorende regelklep.

Fig 3. Transmitter en regelklep

De devices zijn verbonden met de junction block. Dit block vormt de remote I/O. Deze junction block is op zijn beurt verbonden met de controller. In de controller is de volgende sofware functionaliteit opgenomen:

Fig 4. Software bouwstenen


Te zien is dat een analoge ingang (AI) van (de flowtransmitter geeft de output) zijn signaal geeft een PID blok. In dit blok wordt op basis van een setpoint, de P-, I- en D-regelactie een output berekend. Deze output gaat naar een analoge uitgang (AO) waaraan de regelklep hangt. Op deze wijze kunnen van het fornuis alle transmitters FT-105, PT-110, QT-20 en FT-101 en de twee regelkleppen worden aangesloten.

Fig 5. Voorbeeld van een DCS met operator werkstation


11.2 Signaal afhandeling Signalen kunnen op verschillende wijzen worden overgedragen. Master-slave communicatie: 1. Master-slave communicatie is hier een van. In dit geval geeft de master (controller) een toestemming aan een bepaalde device (transmitter) om zijn waarde door te geven aan het netwerk waarin deze zich bevindt. Dit noemt men polling. Deze master kan ook data het netwerk opsturen welke wordt ontvangen door een slave die een regelklep kan zijn. Een zwakte van deze communicatie zit hem in het probleem van een storing in de master. De gehele netwerkcommunicatie valt hierbij stil. 2. Token passing communicatie: Bij token passing communicatie krijgt een bepaalde device het token. Hierdoor krijgt deze device permissie om data te gaan zenden. Dit device is dan de master. Deze data gaat naar de ontvanger. Binnen een bepaalde tijd krijgt een ander device het token en kan deze gaan zenden. Het probleem van het uitvallen van de master bestaat nu niet meer omdat iedere keer een ander device de master is.

Meet en regeltechniek deel 2 - Schoolzaken | MBO voor ... · 1.5 1-ste orde processen met...

Documents

Transcript of Meet en regeltechniek deel 2 - Schoolzaken | MBO voor ... · 1.5 1-ste orde processen met...