Unit Operations
Meet en Regeltechniek
Regelsysteem: besturingssysteem bestaat uit
onderling verbonden elementen en is
ontworpen om een gewenst doel te bereiken.
Regelkring: zie plaatje rechts boven. Bestaat
uit:
- Proces
- Sensor (meten)
- Ingestelde waarde (regelaar)
- Actie ondernemen (actuator)
W setpoint = gewenste waarde
X gemeten waarde
Y output naar corrigerend orgaan
Meettechniek: gaat alleen over de sensoren die een fysische grootheid (temperatuur, druk,
volume etc.) meten.
Regeltechniek: omvat alle technologie en algoritme in de regelkring.
Sturing: geen terugkoppeling aanwezig geen meetwaarde sensor open kring.
Handmatig regelen: persoon leest gemeten waarde af en regent gewenste waarde bij gesloten
kring (snelheid auto).
Automatisch regelen: gemeten sensor waarde wordt gerapporteerd aan regelaar regelwaarde
wijzigt gesloten kring.
Piping and Instrumentation Diagram: diverse
componenten en subsystemen (motoren, sensoren) en
samenhang weergegeven. Alle units staan in- en
outputs ook weergegeven.
Communicatie middel om met elkaar met andere
afdelingen te kunnen communiceren.
Symbolen P&I
Cirkel doorstreept: meetsignaal afleesbaar in
meetkamer voor meting en regeling gebeurt vanuit
meetkamer.
Gestippelde lijn: aflezing niet zichtbaar.
Regels lay-out P&ID:
- Processen en afstanden worden niet op schaal
weergegeven
- Stroomrichting is van links naar rechts
- Belangrijke processtromen worden donker
weergegeven
- Minder belangrijke processtromen licht gedrukt
- Pompen worden veelal onder aan de P&ID geplaatst
- Tanks en opslag boven de pompen
Dode tijd (Td): tijd tussen verstellen regelaar en tot wanneer je er wat van merkt.
,τ: tijdsconstante hoe lang het duurt voor het
proces op setpoint is onbruikbaar.
Kr = ΔX / ΔY
Kr: versterkingsfactor. Verhouding van gemeten
waarde ΔX op een wijziging van ΔY.
Orde van een proces:
- Eerste orde: X1 zal na versnellen van Y1 toenemen. Daarna zal X steeds trager naar de
nieuwe waarde uitlopen. Maatgetal is τ 63% van X waarde nemen, bepalen met
raaklijn (drukvat).
- Tweede orde: Versnellen Y s-curve naar nieuwe waarde. Ontstaan wanneer meerdere
processen van eerste order na elkaar zijn geschakeld (verwarmen product in een ketel
met warmtewisselaar).
Optimale regelbaarheid van processen is afhankelijk van verhouding van dode tijd tot
tijdsconstante, regels:
- Processen met zelfregeling zijn gemakkelijker te regelen dan
processen zonder zelf regeling
- Td groter grotere regelafwijking (duurt langer voor instelwaarde Y
volledige invloed heeft uitgewerkt)
- τ kleiner t.o.v. Td sneller reageren proces op storing.
τ/Td >=10 goed regelbaar
τ/Td = 6 matig regelbaar
τ/Td <=3 slecht regelbaar
Smalle vaten τau laag snel verandering zien
Aan-uit regeling: iets hoger/lager laten lopen dan setpoint zodat de
machine niet constant aan/uit hoeft te gaan. Machine kan dan langer draaien. Voordelen:
eenvoudig & goedkoop. Nadelen: enkel bruikbaar bij trage processen en lage nauwkeurigheid.
X > W uit
X < W aan
Continu regelaar
X – W = groot aan-uit
X – W = klein fijnere regeling
Voordelen: bruikbaar bij snel veranderende en complexe processen en hoge nauwkeurigheid.
Nadelen: complex en duurder.
Soorten: P, PI, PID en FUZZY regelaar.
GAP: marge te hoog/laag dan setpoint.
τau groter proces loopt wat langzamer.
Proportionele (P) regeling: processen geregeld waarbij altijd statistische afwijkingen ontstaan.
Gemeten waarde wijkt in dat geval af van de ingestelde waarde probleem oplossen door
gebruik van integrerende regelactie PI-regeling.
grootte van output via de regelaar bepaald op basis van deviatie en versterkingsfactor.
Deviatie: verschil tussen gemeten waarde en ingestelde waarde.
Bias: basisstandaard klep, vaak bij output opgeteld, vaak 50%.
Voordelen:
- Sneller maken van systeem naar mate Kr groter wordt
, - Verkleinen standfout (bias) en/of vergroten statische nauwkeurigheid naar mate Kr
groter wordt
- Goede ruisonderdrukking bij grotere Kr waarde
Nadelen:
- Mogelijk instabiel systeem bij te grote Kr waarde
- Te hevige reactie van het systeem bij te grote Kr waarde
- Geen ruisonderdrukking bij te kleine Kr waarde
- Ontstaan van standfout die groter is naarmate Kr kleiner is
Proportionele Band (PB): De ingangsvariatie van de regelaar (delta Y) waarbij deze volledig
uitstuurt. Uitgedrukt in procenten van het meetgebied. PB=100/Kr
Kr=de versterkingsfactor van de proportionele regeling van de P-regelaar.
PB te hoog versterking te laat en offset te hoog
PB te laag versterking te hoog proces kan op hol slaan.
De I-actie is afhankelijk van de tijd van de P-actie; is dus een NA-regeling om de offset in de P-
regeling weg te werken (automatische reset van bias). I regeling kijkt naar het verleden.
Tn: hersteltijd (1/Tn) snel/langzaam zijn van de herstelactie te kunnen vastleggen.
De D-actie is een VOOR-regeling (wiskundig te moeilijk; snelheid dus afgeleide) Met alleen PD
heb je nog steeds offset, dus I nodig. Nadeel D-regeling: de ruis op het signaal wordt versterkt.
Kijkt niet naar grootte van fout maar de snelheid waarmee de fout veranderd. Voorspelt
toekomst.
Keuze regelactie:
P-regeling: offset groter
naarmate T/Tv kleiner is
PI-regeling: offset kleiner,
stabilisatie duurt langer
naarmate T/Tv kleiner is.
PID-regeling: als bij PI, kortere
stabilisatie tijd.
Soorten regelkringen:
- Drukregeling
o Stroomopwaarts regeling: meetpunt in regelklep. Weerstand van procesleiding,
regelklep en handbediende zijn variabel. Reactievaten geproduceerde gas
wordt continu afgevoerd. Meer gas klep automatisch open. Producent bepaald
wat afnemer krijgt.
o Stroomafwaarts regeling: meetpunt achter regelklep. Drukregelaar houdt druk
aan afvoerzijde constant. Afnemer bepaald druk op het meetpunt. Producent
heeft geen invloed.
- Niveauregeling
o Stroomopwaarts regeling: zelfde als bij drukregeling, producent bepaalt wat
afnemer krijgt. Afnemer heeft geen invloed.
Meet en Regeltechniek
Regelsysteem: besturingssysteem bestaat uit
onderling verbonden elementen en is
ontworpen om een gewenst doel te bereiken.
Regelkring: zie plaatje rechts boven. Bestaat
uit:
- Proces
- Sensor (meten)
- Ingestelde waarde (regelaar)
- Actie ondernemen (actuator)
W setpoint = gewenste waarde
X gemeten waarde
Y output naar corrigerend orgaan
Meettechniek: gaat alleen over de sensoren die een fysische grootheid (temperatuur, druk,
volume etc.) meten.
Regeltechniek: omvat alle technologie en algoritme in de regelkring.
Sturing: geen terugkoppeling aanwezig geen meetwaarde sensor open kring.
Handmatig regelen: persoon leest gemeten waarde af en regent gewenste waarde bij gesloten
kring (snelheid auto).
Automatisch regelen: gemeten sensor waarde wordt gerapporteerd aan regelaar regelwaarde
wijzigt gesloten kring.
Piping and Instrumentation Diagram: diverse
componenten en subsystemen (motoren, sensoren) en
samenhang weergegeven. Alle units staan in- en
outputs ook weergegeven.
Communicatie middel om met elkaar met andere
afdelingen te kunnen communiceren.
Symbolen P&I
Cirkel doorstreept: meetsignaal afleesbaar in
meetkamer voor meting en regeling gebeurt vanuit
meetkamer.
Gestippelde lijn: aflezing niet zichtbaar.
Regels lay-out P&ID:
- Processen en afstanden worden niet op schaal
weergegeven
- Stroomrichting is van links naar rechts
- Belangrijke processtromen worden donker
weergegeven
- Minder belangrijke processtromen licht gedrukt
- Pompen worden veelal onder aan de P&ID geplaatst
- Tanks en opslag boven de pompen
Dode tijd (Td): tijd tussen verstellen regelaar en tot wanneer je er wat van merkt.
,τ: tijdsconstante hoe lang het duurt voor het
proces op setpoint is onbruikbaar.
Kr = ΔX / ΔY
Kr: versterkingsfactor. Verhouding van gemeten
waarde ΔX op een wijziging van ΔY.
Orde van een proces:
- Eerste orde: X1 zal na versnellen van Y1 toenemen. Daarna zal X steeds trager naar de
nieuwe waarde uitlopen. Maatgetal is τ 63% van X waarde nemen, bepalen met
raaklijn (drukvat).
- Tweede orde: Versnellen Y s-curve naar nieuwe waarde. Ontstaan wanneer meerdere
processen van eerste order na elkaar zijn geschakeld (verwarmen product in een ketel
met warmtewisselaar).
Optimale regelbaarheid van processen is afhankelijk van verhouding van dode tijd tot
tijdsconstante, regels:
- Processen met zelfregeling zijn gemakkelijker te regelen dan
processen zonder zelf regeling
- Td groter grotere regelafwijking (duurt langer voor instelwaarde Y
volledige invloed heeft uitgewerkt)
- τ kleiner t.o.v. Td sneller reageren proces op storing.
τ/Td >=10 goed regelbaar
τ/Td = 6 matig regelbaar
τ/Td <=3 slecht regelbaar
Smalle vaten τau laag snel verandering zien
Aan-uit regeling: iets hoger/lager laten lopen dan setpoint zodat de
machine niet constant aan/uit hoeft te gaan. Machine kan dan langer draaien. Voordelen:
eenvoudig & goedkoop. Nadelen: enkel bruikbaar bij trage processen en lage nauwkeurigheid.
X > W uit
X < W aan
Continu regelaar
X – W = groot aan-uit
X – W = klein fijnere regeling
Voordelen: bruikbaar bij snel veranderende en complexe processen en hoge nauwkeurigheid.
Nadelen: complex en duurder.
Soorten: P, PI, PID en FUZZY regelaar.
GAP: marge te hoog/laag dan setpoint.
τau groter proces loopt wat langzamer.
Proportionele (P) regeling: processen geregeld waarbij altijd statistische afwijkingen ontstaan.
Gemeten waarde wijkt in dat geval af van de ingestelde waarde probleem oplossen door
gebruik van integrerende regelactie PI-regeling.
grootte van output via de regelaar bepaald op basis van deviatie en versterkingsfactor.
Deviatie: verschil tussen gemeten waarde en ingestelde waarde.
Bias: basisstandaard klep, vaak bij output opgeteld, vaak 50%.
Voordelen:
- Sneller maken van systeem naar mate Kr groter wordt
, - Verkleinen standfout (bias) en/of vergroten statische nauwkeurigheid naar mate Kr
groter wordt
- Goede ruisonderdrukking bij grotere Kr waarde
Nadelen:
- Mogelijk instabiel systeem bij te grote Kr waarde
- Te hevige reactie van het systeem bij te grote Kr waarde
- Geen ruisonderdrukking bij te kleine Kr waarde
- Ontstaan van standfout die groter is naarmate Kr kleiner is
Proportionele Band (PB): De ingangsvariatie van de regelaar (delta Y) waarbij deze volledig
uitstuurt. Uitgedrukt in procenten van het meetgebied. PB=100/Kr
Kr=de versterkingsfactor van de proportionele regeling van de P-regelaar.
PB te hoog versterking te laat en offset te hoog
PB te laag versterking te hoog proces kan op hol slaan.
De I-actie is afhankelijk van de tijd van de P-actie; is dus een NA-regeling om de offset in de P-
regeling weg te werken (automatische reset van bias). I regeling kijkt naar het verleden.
Tn: hersteltijd (1/Tn) snel/langzaam zijn van de herstelactie te kunnen vastleggen.
De D-actie is een VOOR-regeling (wiskundig te moeilijk; snelheid dus afgeleide) Met alleen PD
heb je nog steeds offset, dus I nodig. Nadeel D-regeling: de ruis op het signaal wordt versterkt.
Kijkt niet naar grootte van fout maar de snelheid waarmee de fout veranderd. Voorspelt
toekomst.
Keuze regelactie:
P-regeling: offset groter
naarmate T/Tv kleiner is
PI-regeling: offset kleiner,
stabilisatie duurt langer
naarmate T/Tv kleiner is.
PID-regeling: als bij PI, kortere
stabilisatie tijd.
Soorten regelkringen:
- Drukregeling
o Stroomopwaarts regeling: meetpunt in regelklep. Weerstand van procesleiding,
regelklep en handbediende zijn variabel. Reactievaten geproduceerde gas
wordt continu afgevoerd. Meer gas klep automatisch open. Producent bepaald
wat afnemer krijgt.
o Stroomafwaarts regeling: meetpunt achter regelklep. Drukregelaar houdt druk
aan afvoerzijde constant. Afnemer bepaald druk op het meetpunt. Producent
heeft geen invloed.
- Niveauregeling
o Stroomopwaarts regeling: zelfde als bij drukregeling, producent bepaalt wat
afnemer krijgt. Afnemer heeft geen invloed.
