Dette afsnit beskriver de grundlæggende begreber og diagrammer der bruges i reguleringsteorien. Med grundlægende begreber menes at disse skal være på plads og forstået før studerende kan komme videre i procesfaget. I afsnittet bliver følgende begreber og diagrammer gennemgået: (klik på emne til at få den fulde forklaring eller se et video )
PLC: Forkortelse for Programmable Logic Controller. PLC er en programmerbar enhed der er udviklet til at arbejde med industrielle processer til automation. en PLC har nogle (eller mange) fysiske indgange ( trykknapper, sensorer og lignende) og nogle (eller mange) fysiske udgange (ventiler, motorer og lignende). Før PLC’en kom til arbejdedes der med mekaniske relæer til at styre industrielle processer. PLC’en er meget mere fleksibel og tager ikke lige så meget plads i el-skabet som en rellæstyring.
P&I-diagrammer:
Kontinuerte signaler: Et kontinuert signal (tidssignal) har værdier for alle tidspunkter i et interval og kan indeholde uendelige mange værdier i området. Kontinuerte signaler er altid tidsafhængige signaler dvs. funktion af tiden. I reguleringsteorien kan disse signaler være, for eksempel, målte temperatur signaler, tryk signaler, flow signaler og bliver disse målt og omformet til f.eks. 4-20mA signaler der kan så bruges videre i processen. Før en PLC kan arbejde med disse signaler skal de omdannes til diskrete signaler, dvs. samples. I denne forklaring skelnes der ikke mellem analog og kontinuerte signaler men ser dem som en og den samme signaltype.
Diskrete signaler: Et diskrete signal er en sekvens eller en række af signalværdier defineret i diskrete tidspunkter. I reguleringsteorien er repræsenterer diskrete signaler samplede kontinuerte signaler og er tiden mellem hvert signalværdi samplingstiden. Når et kontinuert signal skal læses af en PLC (eller PC) tages der “stikprøver” af signalet med faste intervaller. I denne forklaring skelnes der ikke mellem digitale og diskrete signaler men ser dem som en og den samme signaltype.
De grundlæggende systemtyper (processer): De grundlæggende systemtyper er forstærkende systemer (forstærker), dødtids systemer, integrerende systemer, differentierende systemer, 1. ordens systemer og 2. ordens systemer. Benævnelsen fås fra systemernes trin-svar (efter trin-input). Systemer kan indeholde flere af de grundlæggende systemtyper. For eksempel kan 1. ordens system have forstærkning og dødtid.
Inverse og direkte processer: Hvordan skal regulatorens udgangssignal, CV, skal reagere på ændring i PV. Skal CV øges når PV øges (Direkte Proces) eller skal CV mindskes når PV øges (Invers Proces)?
Tidskonstant: Tidskonstant defineres som den tid der går fra processen (1. ordens proces) får et trin-input (CV) indtil processen når 63,2% af sit slutværdi (PV). Tidskonstanten viser hvor hurtig (eller langsom) processen er.
Proces forstærkning: Viser hvordan processen reagerer til trin-input. Forholdet mellem ændringer i PV og ændringer i CV når processen har nået sit slutværdi efter trin-input. Viser processens følsomhed overfor ændringer i CV. Procesforstærkningen vises altid med enheder.
Dødtid: Dødtid i en reguleringssløjfe defineres som den tid der går fra signal fra en regulator (CV) gives til et handleorgan indtil sensor (Transmitter) registrerer ændring i processen. Dødtid kan være destabiliserende for en reguleringssløjfe og der skal tages hensyn til dødtiden ved indregulering af en proces.
Reguleringsblokdiagrammer: Disse viser hvordan de forskellige funktioner, signaler, handleorganer påvirker hinanden. Reguleringsblokdiagram kan indeholde forskellige signaler; Diskrete (digitale) signaler, kontinuerte (analog) signaler samt fysiske signaler (flow, tryk, modstand mm).
PV: Proces Værdi – Det målte værdi fra processen (den Regulerede Størrelse). Denne værdi bliver så transmitteret til Regulatoren.
CV: Controller Value – Er det styresignal der bliver sendt fra regulatoren til handleorganet. Dette signal har ofte betegnelsen u.
Den Regulerede Størrelse: Den fysiske størrelse der skal reguleres. Dette kan være væske i en tank, temperatur i et værelse, flow i et rør etc.
Den Styrende Størrelse: Denne betegnelse er ikke meget brugt men bruges for den størrelse handleorganet sender til processen (væske flow, varme etc.)
ADC: Analog to Digital Converter. I reguleringsfaget er ADC en del af indgangsenheden (modulen) til PLC’en. Denne enhed ændrer eller omformer det analoge signal, (f.eks. 4-20 mA signal) til et digitalt signal som PLC kan aflæse og arbejde med.
DAC: Digital to Analog Converter. I reguleringsfaget er DAC en del af udgangsenheden (modulen) fra PLC’en. Denne enhed ændrer eller omformer det digitale signal til et analoge signal (f.eks. 4-20 mA signal) som kan bruges som indgangssignal til et handleorgan.
Sampling: En digital maskine (PLC, PC) kan ikke arbejde direkte med kontinuerte signaler, kun diskrete signaler. Sampling betyder at der tages en “stikprøve” af signalet dvs. det kontinuerte signal laves om til et diskrete signal.
Trin-Input: Når processens egenskaber skal undersøges bruges der ofte trin-input til processen og trin-svaret undersøges. Med trin-input menes der at, enten uden regulator eller med regulator i manual mode, ændres CV signalet (manuelt) og PV signalet (trin-svaret) undersøges.
Trin-Svar: Når processens egenskaber skal undersøges bruges der ofte trin-input til processen og trin-svaret undersøges. Med trin-input menes der at, enten uden regulator eller med regulator i manual mode, ændres CV signalet (manuelt) og PV signalet (trin-svaret) undersøges.
Statisk og dynamisk analyse: Til at finde egenskaber for en given proces (system) bruges der statisk og dynamisk analyse. Denne analyse kan kan også bruges til at finde ud hvis der arbejdes med en lineær, delvis lineær eller ikke lineær proces eller hvis en given proces er invers eller direkte samt hvor voldsomt processen reagerer til et input signal.
Lineær Proces: Til at proces kan anses for værende lineær skal 3 betingelser være opfyldte og kan disse undersøges med at påvirke processen med trin-input og undersøge trin-svaret. Dette skal gøre med et trin-input med jævne intervaller (10%, 20%, 30% ..) og trin-svaret undersøges så ved hvert trin-input. I det lineære område skal proces forstærkning være (nogenlunde) den samme, tidskonstanten skal være (nogenlunde) den samme og dødtiden skal være den samme. Da dødtiden er en fysisk størrelse antages den ofte som værende konstant, dog gælder dette ikke alle processer.
1. ordens processer og 1. ordens respons: Der er en stor forskel på begreberne 1. ordens proces og 1. ordens respons. 1. ordens proces er en proces der kan beskrives med en første ordens differentiel ligning. 1. ordens respons er når processen ønskes indreguleret uden oversving dvs. responset ligner trin-svar fra en 1. ordens proces.
2. ordens processer og 2. ordens respons: Der er en stor forskel på begreberne 2. ordens proces og 2. ordens respons. 2. ordens proces er en proces der kan beskrives med en anden ordens differentiel ligning. 2. ordens respons er når processen ønskes indreguleret med oversving dvs. responset ligner trin-svar fra en 2. ordens udæmpet proces.
Tilsyneladende dødtid: Tilsyneladende dødtid kan bruges når der arbejdes med 2. ordens processer. Dette begreb skal bruges med omhu da her er ikke tale om en aktuel dødtid.
Opvoksningstid: Opvoksningstid kan bruges når der arbejdes med 2. ordens processer. Opvoksningstid defineres som tiden fra der gives trin-input til systemet indtil slutværdien nås (for første gang i underdæmpede systemer). Opvoksningstid, stidetid og tidskonstanten kan siges værende relaterede størrelser hvor alle siger noget om hvor hurtig processen er.
Proportionalbånd:
Forstyrrelser i reguleringssystemer: Alle påvirkninger der har indflydelse på den regulerede størrelse (PV) som regulerings processen skal søge at modvirke, kan siges værende forstyrrelser.
Indregulering: Processen ved at finde de helt rigtige værdier/parametre for en regulator der passer til den proces regulatoren skal arbejde med.
Selvregulerende processer: Selvregulerende processer defineres som værende processer der, efter et trin-input, når et stationært slutværdi. Et lokale er en selvregulerende proces. Når et trin-input gives til disse processer, energi tilføres systemet (skruet op for varmen), vokser trin-svaret indtil det når et stationært værdi.
Integrerende processer: Integrerende processer defineres som værende processer der, efter et trin-input, IKKE når et stationært slutværdi men vokser indtil de når sit maksimale værdi. Tanker, med fast afløb (eller uden afløb), er integrerende processer. Med at give et trin-input til disse processer, når de er stationære, vokser de indtil tanken er helt fyldt op (hvis afløbet ikke ændrer sig).