WERKBOEK DEEL 2: REGELKRING

ACTA-SIM WERKBOEK DEEL 2: REGELKRING J. BAS & C. CLERX Aanpassing J. Baeten pag. 1

1 HET INSTRUMENTATIESCHEMA...3 1.1 SYMBOLEN...3 1.2 OEFENINGEN...4 2 NIVEAUREGELKRING...5 2.1 DOELSTELLINGEN...5 2.2 GEBRUIKERS INTERFACE...5 2.3 EERSTE KENNISMAKING...6 2.3.1 Werking van de regelkring ACTA-SIM...6 2.3.2 Een eerste simulatie...6 2.3.3 De staprespons (open lus)...7 2.3.4 Identificatie uit staprespons...7 2.3.5 Alarmtest...7 2.4 GESLOTEN-LUS REGELING...8 2.4.1 Starten van het proces...8 2.4.2 De invloed van de proportionele versterking op de statische offset....9 2.4.3 De invloed van het integrerende gedeelte... 10 2.5 TUNING VAN EEN REGELKRING...11 2.5.1 Ziegler & Nichols...11 2.5.2 Hoe een tuning tot een goed einde brengen?...11 Werkboek ACTA-SIM 3 Acad. Bach. CE/BC Scahkel CE pag. 2

1 HET INSTRUMENTATIESCHEMA Wanneer men in de industrie processen op plan gaat uittekenen, dan voegt men er symbolen aan toe die de gebruikte instrumenten moeten karakteriseren. Dit levert een instrumentatieschema. Voor de goede gang van zaken zijn die symbolen gestandaardiseerd. Wat is een instrumentatieschema? Een voorstelling van een praktische installatie aan de hand van genormaliseerde symbolen. Waarvoor gebruikt men een instrumentatieschema? Om veel praktisch tekenwerk te besparen. Hoe worden de instrumentatiesymbolen getekend? Met een lettercode, geplaatst in een cirkel van 10 mm diameter. Hoe ziet de lettercode eruit? De eerste hoofdletter duidt de meetfunctie aan. De volgende hoofdletters verwijzen naar de omzetting van de gemeten waarden. 1.1 Symbolen EERSTE HOOFDLETTER = de meetfunctie F Flow debiet L Level niveau P Pressure druk R Radiation straling S Speed snelheid T Temperature temperatuur H Hand handbediening TWEEDE en eventueel VOLGENDE HOOFDLETTERS = de omzetfunctie A Alarm alarm C Controlling regelaar I Indicating indicator R Recording registratieapparaat S Switching schakelen T Transmitting overseining X overige Soms wordt een hoofdletter gevolgd door een kleine letter met een aanvullende functie. Kleine letters = aanvullende functies d differential verschilmeting q integral (i.p.v. " i ") integratiemeting r ratio verhoudingsmeting Werkboek ACTA-SIM 3 Acad. Bach. CE/BC Scahkel CE pag. 3

1.2 Oefeningen A. Wat betekent de symbolische aanduiding LIRCAS op een instrumentatieschema? L I R C A S Level Indicator Recorder Controller Alarm Switch Het is dus een niveaumeting en -regeling met registratie via een schrijver en alarmmelding. B. Wat is een TIC? T I C Temperature Indicator Controller Dit is een temperatuurregelaar die tevens de meetwaarde aangeeft. C. Wat betekent een HRC? H Hand R Record C Controller Dit is een handmatige regeling waarbij de waarde geregistreerd wordt op een schrijver Werkboek ACTA-SIM 3 Acad. Bach. CE/BC Scahkel CE pag. 4

2 Niveauregelkring 2.1 Doelstellingen Een niveauregeling uitvoeren Na deze module kan je: de verschillende elementen van de regelkring in dienst nemen met behulp van de plannen van de installatie, de productiestroom starten en stoppen, de betekenis van de verschillende regelparameters verklaren, de regelkring manueel en automatisch regelen, de regelkring zodanig instellen dat een optimaal regelgedrag bekomen wordt. 2.2 Gebruikers interface Start vloeistoftoevoer Regelklep vloeistoftoevoer Capacitieve niveaumeting Drukknop alarm uit Signaallamp alarm Regelklep uitgaande vloestofstroom Niveauregelaar tank Manueel regelen van Uitgaan vloeistofstroom Werkboek ACTA-SIM 3 Acad. Bach. CE/BC Scahkel CE pag. 5

2.3 Eerste kennismaking 2.3.1 Werking van de regelkring ACTA-SIM. Start door in het hoofdmenu Niveau aan te klikken. Het proces bevat twee regelaars, nl. L31 en H31. Zoek op in de inleiding wat de afkortingen betekenen. L31 = H31 = LIRCAS 31 = Om de begininstellingen te kunnen zien klik op Settings/Monitor. Noteer hier deze settings (instellingen):............ 2.3.2 Een eerste simulatie Stel een proportionele versterking K = 3 en een integratietijdconstante t i = 1 sec. in. Klik nu op Setting om de monitorwaarde van SP en PV te visualiseren. Zet de regelaar in de A/M-mode. De regelkring komt daardoor in een gesloten lus. Breng de SP van L31 op 50% en de OP van H31 op plusminus 10%. Start het proces en druk op de pompstart. Schets de PV van de L31 Waarom stijgt de waarde van PV voorbij de 50%? Wat stel je vast voor de OP? Hoe verklaar je dit? Het voorbij haar SP-waarde schieten van de PV-waarde noemt men doorschot. Herhaal de proef voor een OP van 50% voor H31. Je kunt de resultaten afdrukken met het commando print. Wat zie je voor wat betreft de schommelingen van de OP van L31? Hoe verklaar je dit? Werkboek ACTA-SIM 3 Acad. Bach. CE/BC Scahkel CE pag. 6

2.3.3 De staprespons (open lus) Laat het reservoir volledig leeglopen en zet de simulator daarna op halt. Zet de L31 in Manueel (M). Stel de nieuwe setpoints in op 10 % voor de Manual OP van L31 en op 0 % voor de Manual OP van H31. Druk op start en start de pomp. Breek de stijging af door de OP van L31 op nul te zetten en de OP van H31 op 100%. Het reservoir loopt nu leeg. Gebeurt het leeglopen van het reservoir ook zo rechtlijnig als het vollopen? Kun je dat verklaren? 2.3.4 Identificatie uit staprespons Laat het reservoir volledig leeglopen en zet de simulator daarna op halt. Zet de L31 in Manueel (M). Stel de nieuwe setpoints in op 20% voor de Manual OP van L31 en op 50 % voor de Manual OP van H31. Druk op start en start de pomp. Laat het proces evolueren naar een evenwicht, druk dan op Halt. Stel de Manual OP van L31 nu in op 25%. Start het proces opnieuw. Verifieer het eerste orde verloop. Meet de tijdconstante en de versterking van het proces. Is er ook een dode tijd? (Richtwaarden: K proces = uit/ in = 12.15/5 = 2.45, τ proces (bij 63% van de verandering) = 190 sec) 2.3.5 Alarmtest Test eens uit wanneer het alarm van de ACTA-SIM-installatie in werking treedt. Onder welke omstandigheden gebeurt dat? Test nu ook maar eens uit hoe je de ACTA-SIM-installatie weer in normale werking krijgt. Welke stappen moet je ondernemen? En waarom. Werkboek ACTA-SIM 3 Acad. Bach. CE/BC Scahkel CE pag. 7

2.4 Gesloten-Lus Regeling 2.4.1 Starten van het proces Stel manueel een evenwicht in: Zet de instellingen klaar: Zet de regelaar van kring L 31 op stand manueel, Zet het regelventiel L 31 half open, Zet het afvoerventiel H31 volledig open, Start de pomp en wacht voldoende lang tot de situatie gestabiliseerd is. Verander het stuursignaal (OP) naar het afvoerventiel H31 zodat een continue productiestroom behouden blijft en het niveau op 50 % behouden blijft. Op deze manier ontstaat er een evenwicht waarbij de producttoevoer = productafvoer. Het afvoerventiel H31 staat nu op.... %. Stop de simulatie. Sluit de regellus (A/M mode). Zet nu het setpoint (SP) van L31 (ook) op 50 %. Stel de versterking K in op 1 (geen I-actie noch D-actie). Start de simulatie. Hoe verklaar je dat het evenwicht behouden blijft? Tip: hoe groot is de manual reset (BIAS) voor de L31? Werkboek ACTA-SIM 3 Acad. Bach. CE/BC Scahkel CE pag. 8

2.4.2 De invloed van de proportionele versterking op de statische offset. Wat versta je onder statische offset? Verander de instellingen. Stel de versterking K in op 1 Wijzig de gewenste waarde (SP) van 50 % naar 60 %. Meet de actuele waarde PV na het bereiken van een evenwicht. Herhaal deze procedure voor versterkingen K gelijk aan 2, 3 en 7. Zorg er telkens voor dat je voor je de versterking verandert de SP terug naar 50% brengt, en daarna pas een stapvormige verandering aanbrengt aan de gewenste waarde (of set point). Registreer telkens de respons van de PV-waarde. Vergelijk gewenste waarde (SP) en werkelijke waarde (PV) met als parameter de versterking K Wat kun je daaruit besluiten? Wat kan er gebeuren als men de versterking onbeperkt blijft vergroten? Tip de versterking van het proces is niet gelijk aan 1. Om deze te bepalen moet je de identificatie uit puntje 2.3.3. en wel in open lus herhalen en dit rond het huidig werkingsregime. K_proces = (open lus) Tau_proces = (open lus) (Richtwaarden: Bij L31 op 50%, H31 op 83 %, stap -> 60%: K proces = 2, τ proces = 222 sec, t 0 = 1,5 sec) Vergelijk de gemeten resultaten van de standfout voor verschillende versterkingswaarden K met de formule: Werkboek ACTA-SIM 3 Acad. Bach. CE/BC Scahkel CE pag. 9

2.4.3 De invloed van het integrerende gedeelte Verander de instellingen. Zorg dat de PV op 50 % staat. Zet de integratietijd op 40 sec. Laat nu SP van 50 % naar 60 % veranderen. Neem de staprespons van de niveauregeling op. Herhaal deze opdracht voor een integratietijd gelijk aan: de helft van de beginwaarde, een kwart van de beginwaarde. Wat besluit je hieruit in verband met de statische offset? Wat besluit je hieruit in verband met de snelheid van de regeling? Wat gebeurt er indien de integratietijdconstante te klein wordt? Wat is een goede keuze voor de integratietijdconstante in verhouding met de tijdconstante van het proces? Werkboek ACTA-SIM 3 Acad. Bach. CE/BC Scahkel CE pag. 10

2.5 Tuning van een regelkring Meestal kent men de eigenschappen van het proces dat men wenst te regelen niet. Maar er bestaan verschillende methoden om snel tot een goede vóórinregeling te komen. 2.5.1 Ziegler & Nichols De veruit meest populaire methode werd ontwikkeld door het duo Ziegler & Nichols. Ze hebben het verband tussen de regelparameters, voor een optimaal wegregelen van een storing, vastgelegd. Dit alles is langs experimentele weg gebeurd. Hun methode bestond erin o de versterking van de regelaar zodanig op te voeren o dat de regelkring sinusoïdaal gaat oscilleren o aan een constante amplitude. Hierbij noteren we op het ogenblik van het bereiken van de constante amplitude de waarde van de proportionele versterking K = K osc en de periodeduur T = T osc van de oscillatie. De eventueel integrerende- en differentiërende instellingen van de regelaar staan hierbij af, d.w.z. t i is oneindig t d is nul Onderstaande tabel geeft de waarden voor de regelparameters volgens Ziegler & Nichols op basis van de parameters K osc en T osc weer. K t i t d P 0,5 K osc PI 0,45 K osc T osc /1,2 PID 0,6 K osc T osc /2 T osc /8 2.5.2 Hoe een tuning tot een goed einde brengen? 1. Stel de regelaar zo in dat alleen het P gedeelte functioneert. Dat doe je door: de integratietijd op oneindig te stellen of de I-actie te annuleren ( = 0 in acta-sim ) de differentiatietijd op nul te stellen. 2. De versterking K wordt langzaam vergroot (of PB verkleind) totdat de gehele regelkring een constante oscillatie vertoont. De waarde van K waarbij die oscillatie bereikt wordt, noemen we K osc. 3. Op de recorder lezen we de periodeduur ( T ) van de oscillatie af; we noemen deze T osc. 4. Afhankelijk van de keuze van het type regelaar (P, PI, PID) worden de overeenkomstige regelaarparameters uit bovenstaande tabel bekomen en ingebracht in de regelaar. 5. Simuleer het resultaat. 6. Achteraf is er nog een nacontrole nodig en moet men eventueel de parameters nog lichtjes bijstellen. (Richtwaarden, Kosc = 80, Tosc = 8,7 sec, dan PI: Kr= 36, t i = 7,25 sec) Werkboek ACTA-SIM 3 Acad. Bach. CE/BC Scahkel CE pag. 11