REGULACE. Rozvětvené regulační obvody. rozvětvené regulační obvody dvoupolohová regulace regulační schémata typických technologických aparátů

Transkript

1 REGULACE (pokračování 2) rozvětvné rgulační obvody dvoupolohová rgulac rgulační schémata typických tchnologických aparátů Rozvětvné rgulační obvody dopřdná rgulac obvod s měřním poruchy obvod s pomocnou rgulovanou vličinou obvod s pomocnou akční vličinou poměrová rgulac Jdnoduchý zpětnovazbní rgulační obvod výměník tpla vyhřívaný parou, rgulovaná vličina: tplota na výstupu voda kondnzát I ID měří rgulovanou vličinu a z ní odvozu akční zásah FCHI / 11

2 Obvod dopřdné rgulac výměník tpla vyhřívaný parou, rgulovaná vličina: tplota na výstupu voda kondnzát měří poruchu (tplotu na vstupu), z ní odvozu akční zásah, nkorigu výsldk (obvod bz zpětné vazby) zsílní dopřdného rgulátoru s vypočt z ustálných stavů Jdnoduchý zpětnovazbní rgulační obvod s měřním poruchy výměník tpla vyhřívaný parou, rgulovaná vličina: tplota na výstupu voda FI kondnzát I součt vážný průměr měří rgulovanou vličinu (výstupní tplotu) a poruchu (průtok), z nich odvozu akční zásah (měřní poruchy urychlu rakci na ni, zpětná vazba korigu výsldk) zsílní dopřdného rgulátoru s vypočt z ustálných stavů Obvod s pomocnou rgulovanou vličinou (vlčná rgulac) výměník tpla vyhřívaný parou, rgulovaná vličina: tplota na výstupu voda C w I kondnzát měří hlavní rgulovanou vličinu (tplota) a nastavu žádanou hodnotu rgulátoru pomocné rgulované vličiny (tlak páry) odmínky: pomocná rg. vličina nvíc ovlivňována poruchami odzva na akční zásah musí být u pomocné rg. vličiny rychlší nž u hlavní rg. vličiny FCHI / 11

3 Obvod s pomocnou akční vličinou výměník tpla vyhřívaný parou, rgulovaná vličina: tplota na výstupu voda kondnzát I ID měří rgulovanou vličinu (tplota) a z ní odvozu dvoí akční zásah: průtok topné páry (hlavní akční vličina) průtok vody obtokm (pomocná akční vličina) odmínka: odzva na akční zásah u pomoc. rg. vličiny rychlší nž u hlavní oměrová rgulac směšování kapalin v určitém poměru podl průtoků kapalina 1 FI požadovaný poměr Č w směs kapalina 2 FC (Č... poměrový čln) měří dn (řídicí) průtok (kapalina 1) a podl ně a daného poměru nastavu žádanou hodnotu rgulátoru druhého (řízného) průtoku (kapalina 2); (zvláštní případ vlčné rgulac ) Dvoupolohová rgulac FCHI / 11

4 Dvoupolohový rgulátor rgulátor ovládá akční čln dvoupolohově (vypnuto / zapnuto, zavřno / otvřno,..., obcně výstup A nbo B ) rgulátor musí být vybavn hystrzí (ncitlivostí ± δ ) rost klsá v B A δ 0 +δ... rg. odchylka, v... výstup z rgulátoru (nabývá hodnot A nbo B) ypická rgulační schémata vybraných tchnologických aparátů Odpařování účl: zvýšit koncntraci pvné látky v rozpouštědl oddělním části rozpouštědla z roztoku princip: roztok s v aparátu uvd do varu a páry rozpouštědla (tzv. brýdové páry) s odváděí z prostoru nad vroucím roztokm (tzv. brýdový prostor) pryč (k dalšímu zpracování) tplotu varu možné ovlivňovat tlakm v brýdovém prostoru FCHI / 11

5 Odpařování odpařovák vyhřívaný parou C brýdová C I topná I roztok k zahuštění QC zahuštěný roztok Vsádková chmická (biochmická) rakc účl: provést kontrolovaným způsobm chmickou rakci tak, aby proběhla za požadovaných podmínk a s požadovaným výsldkm princip: do nádoby (raktoru) s napustí rakční směs, ktrá obsahu látky potřbné k rakci v potřbném množství a poměru rakc s vhodným způsobm odstartu běhm clého procsu s zaišťuí požadované podmínky (tplota, tlak apod.) a sldu s průběh rakc po dosažní požadovaného stupně přměny s rakc zastaví a obsah raktoru s vypustí a vd k dalšímu zpracování Vsádková chmická (biochmická) rakc autokláv s duplikátorm tlakování H C napouštění LI QI H topná vypouštění chladicí voda FCHI / 11

6 Kontinuální chmická (biochmická) rakc účl: zaistit kontrolovaným způsobm přísun surovin, rakční podmínky a odběr produktů pro chmickou rakci tak, aby mohla probíhat npřtržitě a dlouhodobě princip: do nádoby (raktoru) s napustí základ rakční směsi rakc s vhodným způsobm odstartu, obsah raktoru s začn promíchávat do raktoru s začn dávkovat rakční směs vhodného složní a stné množství rakční směsi s odbírá k dalšímu zpracování (obm směsi uvnitř zůstává konstantní) běhm clého procsu s udržuí požadované podmínky (tplota, tlak apod.) a sldu s průběh rakc ukonční rakc např. dáno situací, kdy už nlz podmínky procsu z různých důvodů dál udržovat Kontinuální chmická (biochmická) rakc průtočný bioraktor (frmntor) živiny SC QI plyny SC kyslina zásada odpěňovač produkt LA substrát QI QC ph vzduch biomasa QI kyslík QC topní chlazní FC Rktifikac účl: dělní směsí kapalin na dnotlivé složky princip: podstata dělní: koncntrac těkavěší složky směsi v parách větší nž v kapalné fázi, z níž s páry uvolňuí směs k dělní s přivádí zhruba do střdu kolony (tzv. nástřik) v spodní části kolony umístěn vařák, kd dochází k vypařování, část obsahu vařáku s odbírá ako dstilační zbytk páry z horní části kolony s vdou zkondnzuí, část s odbírá ako produkt (dstilát), část s vrací do vrchu kolony ako rflux kolona konstrukcí výplně umožňu intnzivní styk mzi kapalnou fází stékaící shora dolů a plynnou fází stoupaící zdola nahoru, na styku obou fází s ustavu rovnováha v rovnovážném stavu podél kolony směrm vzhůru stoupá koncntrac těkavěší složky v směsi, směrm dolů stoupá koncntrac méně těkavé složky FCHI / 11

7 Rktifikac rktifikační kolona (varianta řízní 1) QC chladicí voda dstilát FI nástřik FC topná dstilační zbytk Rktifikac rktifikační kolona (varianta řízní 2) chladicí voda dstilát FC FI nástřik C topná dstilační zbytk Rktifikac rktifikační kolona (varianta řízní 3) chladicí voda dstilát nástřik FC dc QC C topná dstilační zbytk FCHI / 11

8 REGULACE (pokračování 3) číslicové zpracování signálů číslicová rgulac adaptivní rgulátory Vzorkování signálu Číslicové zpracování signálu y spoitý signál vzorkovaný signál t... prioda vzorkování Vzorkování signálu y spoitý signál vzorkovaný signál t vzorkovací torém: < 0,5. min ( min... nmnší prioda změn signálu, ktrou chcm ště zachytit) DOORUČENÍ: volit priodu vzorkování 5-10x mnší nž vychází výpočtm podl vzorkovacího torému FCHI / 11

9 Vzorkování signálu s šumm y t Číslicová filtrac signálu Algoritmy základních dnoduchých filtrů: mdiánový filtr: vzm lichý počt naposld naměřných hodnot, sřadí podl vlikosti a prostřdní z nich výsldnou filtrovanou hodnotu klouzavý průměr: vzm určitý počt naposld naměřných hodnot, vypočt ich aritmtický průměr a tn výsldnou filtrovanou hodnotu xponnciální filtr: matmatický popis vychází z řšní rovnic pro soustavu 1.řádu dyf F + yf = ym dt (y M... měřná hodnota, y F... filtrovaná hodnota, F... čas.konstanta filtru), výsldný výpočtní vztah y = k. y + (1 k ). y FN F M F FS y FN... nová filtrovaná hodnota (v čas t), y FS... stará filtrovaná hodnota (v čas t- ;... prioda vzorkování), k F... filtrační koficint, k F (0,1) rincip číslicových rgulačních algoritmů základní vlastnosti ústřdního člnu (, I, D) zachovány, spoité matmatické oprac (intgrac a drivac) přvdny na numrické, výpočtním krokm numrických oprací prioda spouštění rgulátoru základní rovnic pro ID rgulátor s intrakcí lz určit v libovolném časovém okamžiku τ 1 v = r0 + + dt i 0 d d dt musí s určit v okolí daného časového okamžiku numrická drivac Číslicová rgulac musí s určit v clém časovém intrvalu 0 ; τ numrická intgrac podrobnosti o numrických mtodách: FCHI / 11

10 rincip číslicových rgulačních algoritmů základní vlastnosti ústřdního člnu (, I, D) zachovány, spoité matmatické oprac (intgrac a drivac) přvdny na numrické, výpočtním krokm numrických oprací prioda spouštění rgulátoru algoritmus číslicového I rgulátoru (S) výpočtní vztah pro výstup z rgulátoru (intgrac obdélníkovým pravidlm) v. = v 1 + K1.( 1) + K2 indxy:... daný okamžik (t), o 1 priodu spouštění zpět (t - ) paramtry rgulátoru (v vztahu k spoitému I rgulátoru) S K1 = r0 K2 = r0 proporcionální intgrační i rincip číslicových rgulačních algoritmů základní vlastnosti ústřdního člnu (, I, D) zachovány, spoité matmatické oprac (intgrac a drivac) přvdny na numrické, výpočtním krokm numrických oprací prioda spouštění rgulátoru algoritmus číslicového ID rgulátoru (SD) výpočtní vztah pro výstup z rgulátoru v = v 1 + K1. + K K3. 2 indxy:... daný okamžik (t), o 1 priodu spouštění zpět (t - ) o 2 priody spouštění zpět (t - 2 ) paramtry rgulátoru (v vztahu k spoitému I rgulátoru) S d S d K1 = r K 2 = r0 1 + K3 = r0 2 i S 2 i S 2 proporcionální intgrační drivační d S Činnost číslicového rgulátoru pracovní cyklus přčtní hodnoty rgulované vličiny komunikac s procsm výpočt hodnoty rgulační odchylky výpočt nové hodnoty výstupu podl rgulačního algoritmu přstavní akčního člnu komunikac s procsm čkání na nové spuštění trvá 1 priodu spouštění FCHI / 11

11 Ukázka simulac Adaptivní rgulac oužití: pro případy, kdy s dynamické vlastnosti rgulované soustavy mění (s časm, s pracovním ržimm apod.) Adaptivní rgulátory rincip činnosti adaptivního rgulátoru: automaticky přizpůsobu své dynamické vlastnosti změnám dynamických vlastností rgulované soustavy průběžně (každou priodu vzorkování nbo v dlších časových intrvalch) vyhodnocu rgulační pochod a upravu hodnoty svých paramtrů adaptační algoritmus lz vypínat a zapínat oznámka: na stných principch založno samočinné nastavování paramtrů (auto-tuning) rgulátorů rozdíl: spouští s dnorázově na příkaz oprátora rincip prác adaptivního rgulátoru (příklad J. Maršík) v + + intgrační část + proporcionální část drivační část γ β α výpočt kritéria Φ adaptační algoritmus Φ výpočt akčního zásahu: v = S + α β + γ 1 = α + α i i i = 0 S [ ( ) 1 ] 0 Φ w... míra kmitavosti čas aktuální čas FCHI / 11