Week 1: Introductie regeltechniek ArcelorMital, walsen van staal https://www.youtube.com/watch?v=xao1zsvo8pc https://www.youtube.com/watch?v=zhi--waaxy0 MEET- EN REGELTECHNIEK ir. Bart Schotsman Week 1: Introductie regeltechniek Voorstelronde Werkwijze Doelstelling en doornemen studiewijzer Definities en voorbeelden Meten, sturen en regelen Blokschema s Regelkringen Pauze Voorbeeld: verwarmen van een vloeistof Opdracht 1 Voorstelronde Bart Schotsman Gestudeerd aan de TH Rijswijk, TU Eindhoven en HU Werktuigbouwkundige en onderhoudstechnoloog Getrouwd Hobbies; Muziek en motorrijden Werkzaam bij ProRail: Systeem specialist Spoor Voorheen docent Meet en Regeltechniek, projectleider en manager Monitoring Voor vragen en inleveren van opdrachten bereikbaar op: b.schotsman@hhs.nl Voorstelronde Wie ben je Waar werk je Wat zou je willen leren deze module Ben je tevreden over het succes van het regeltechnisch ontwerp in je laatste project. Doelstelling van de module RTN Student kan aan het einde van de module: conceptueel een regeling of een sturing van een proces ontwerpen. communiceren met een meet- en regeltechnicus. een niet functionerend proces analyseren. een systeem beoordelen op de onderhoudbaarheid. En begrijpt de relatie tussen gedrag van de installatie, de regeling en de componentkeuze Regeltechniek 1, college 2 1
Werkwijze Theorie; 1ste uur Werkcollege; 2de uur Vragen over huiswerk uiterlijk maandag aanleveren. Behandeling tijdens het tweede lesuur. De toets is schriftelijk, Cijfer 1-10, min 5.5 om te slagen Met huiswerkopdracht 4 kun je een bonuspunt verdienen. Huiswerk: Bestuderen literatuur en collegesheets; 4 opdrachten; Sommen maken. Woensdag 30 november; geen college DEFINITIE De Meet en regeltechniek houdt zich bezig met systemen die ten doel hebben bepaalde grootheden van een systeem volgens een vooraf opgesteld plan te laten verlopen. Dit plan kan inhouden: Constant houden: regulateursysteem Met de tijd variëren: programmaregelaar Variëren afhankelijk van een andere grootheid: volgsysteem Optimaliseren: optimaliserende regelaar. Daartoe wordt van een (ongeregeld en geregeld)systeem een model gemaakt dat de werkelijkheid zo goed mogelijk benadert. SYSTEEM Afgeschermd deel van de werkelijkheid MODEL Afbeelding van de werkelijkheid Verloop van in- en uitgang als functie van de tijd Fysische wetten Differentiaalvergelijkingen Vereenvoudiging van de complexiteit DOEL Uitgang een voorgeschreven gedrag opleggen naar ingestelde waarde regelen storingen wegregelen ingang volgen PLAN Vertalen van doelen, vaak m.b.v een criterium tijd dat de ingestelde waarde wordt bereikt goed laten volgen van een ingangsignaal doorschot constant houden van een proces uitgang Regeltechniek 1, college 2 2
Meten, sturen, regelen Meten: Vaststellen van het niveau van de natuurkundige grootheid; Enkele symbolen: F = stroming (Flow) L = niveau (Level) P = druk (Pressure) Q = kwantiteit (Quantity) T = temperatuur Deze symbolen zijn vastgestelde conventies en dien je te gebruiken in alle opdrachten; Voor het vaststellen van deze grootheden zijn verschillende opnemers beschikbaar; Weerstand, stroom of amperage zijn relatief en dienen door de leverancier te worden aangegeven (of geijkt); Belangrijke eigenschappen voor het regelen: Herhaalbaarheid; Lineariteit; Snelheid. Meten, sturen, regelen Sturen: Bij sturen wordt de storing gemeten en afhankelijk van deze storing vindt een corrigerende actie plaats. Het resultaat wordt niet teruggekoppeld. Voorbeelden: Aan/uit regelingen: automatische deuren, licht aan/uit, etc Storing zijn alle invloeden die ervoor zorgen dat de gewenste waarde niet als vanzelf gehandhaaft blijft. Regelen: Bij regelen wordt de gemeten waarde van de te regelen grootheid x vergeleken met de gewenste waarde. Bij een afwijking tussen deze twee vindt er een corrigerende actie plaats die dit verschil moet wegwerken. Er vindt terugkoppeling plaats. Belangrijk: Geregelde grootheid Corrigerende grootheid Storingen ONGEREGELD PROCES STURING RUIMTETEMPERATUUR Wanneer gaat de verwarming uit? Hoe warm is het dan in huis? Hoe ziet de grafiek van temperatuur tegen de tijd eruit. BLOKSCHEMA STURING RUIMTETEMPERATUUR Blokschema s o Sturen ingang Stuurorgaan ingreep systeem uitgang Regelen: terugkoppeling ingang afwijking regelorgaan Corrigerend orgaan ingreep systeem uitgang Regeltechniek 1, college 2 3
Blokschema s o Standaard elementen Regelorgaan Vergelijking Oefening; Cruise control o Teken het blokschema van de cruise control van een auto Corrigerend orgaan Proces Opnemer Meetelement Regelorgaan Vergelijking Meetelement Corrigerend orgaan Proces Opnemer REGELING VOORBEELD TOERENREGELING STOOMTURBINE COMBINATIE: STURING & REGELEN Pauze Over 5 minuten starten we weer. VOORBEELD: VLOEISTOF VERWARMEN Hoe snel warmt de vloeistof op? Noodzakelijk voor opdracht 1 Regeltechniek 1, college 2 4
VOORBEELD: VLOEISTOF VERWARMEN VOORBEELD: VLOEISTOF VERWARMEN Systeembeschrijving: De vloeistof wordt electrisch verwarmd. Door goed roeren is de temperatuur in het vat overal hetzelfde. Het vat is warmer dan de omgeving en er zal warmte weglekken. De warmteweerstand van het vat bepaald hoeveel er weglekt. P: toegevoerd electrisch vermogen Q: warmtestroom naar de omgeving R: warmteweerstand van de wand Tv: temperatuur vloeistof To: temperatuur omgeving Oefening: maak een blokschema en benoem daarin de blokken volgens de afgesproken standaard elementen STAP 1: STATIONAIR; maximum temperatuur toegevoegd vermogen = afgevoerd vermogen P = Q Tv - T P = 0 R T = T + PR v 0 Algebraïsche vergelijking Oefening: R = 0.05K/W, To=20ºC, P = 1 kw Hoe warm wordt de vloeistof? Bij de dynamische beschouwing kunnen de grootheden met de tijd variëren. Is het de bedoeling de temperatuur in het vat constant te houden. Dan kan dat door P te varieren. P is dan de corrigerende grootheid, Tv de geregelde grootheid, To is het stoorsignaal Oefening: maak een blokschema van het proces Energiebalans: P toe Q af = Opgeslagen energie T T P R v v o = o dtv cm dt T = T + PR PR e t cmr Dit heet ook de Afkoelingswet van Newton; zie bijv Wisfaq.nl o t cmr = T + PR( 1 e ) T = T + t = 0 t = t T= T0 + C.(1 e τ ) -t/rc 0 PR(1- e ) T = T 0 T = T 0 + PR Regeltechniek 1, college 2 5
Oefening: P =1kW, M= 100kg, c = 4.2 10 3 J/kgK Bepaal de responsiekromme (=teken de grafiek) Bepaal de tijdsconstante van het proces (=wanneer de temperatuurtoename gelijk is aan 1-1/e (in %)) Opdracht 1 Opdracht 1a: Walsproces Opdracht 1b: CV-ketel Opdracht 1c: Exponentiele vergelijkingen, vraag 1 t/m 5 Vraag 1: 10 x = 35 Vraag 2: 8-5e 3T =4 Samenvatting Definities Meten, sturen en regelen (Handboek dl 1 par 1.14.1, 1.14.2, 1.14.3, 1.15 en 1.8 t/m 1.8.3) Regelkringen Blokschema s Eerste orde proces ; opwarmen en afkoelen in tijdsdomein Logaritmische functies en e-machten (module ln x.pdf en wisfaq.nl) Huiswerk Bestuderen boek Bestuderen sheets Opdracht 1a, 1b en 1c. Maken oefeningen uit de sheets Verder zie studiewijzer Volgende week; vragen/werkcollege over opdracht 1 RUIMTETEMPERATUUR REGELING Regeltechniek 1, college 2 6