.2.29 Bezpečnos hemikýh výrob N Základní pojmy z regulae a řízení proesů Per Zámosný mísnos: A-72a el.: 4222 e-mail: per.zamosny@vsh.z Účel regulae Základní pojmy Dynamiké modely regulačníh obvodů Reakor s exoermní reakí Reakor s exoermní reakí Q C Q r KA T r T Q r Q C T Hr Vr Q[kW] E T T r exp RTT sabilní usálený sav Hr V Q C Q r nesabilní usálený sav T[K] Dynamiký sysém složení reakční směsi a eploa se mohou měni v čase Samovolné hování a. reakor se usálí ve sabilním usáleném savu b. eploa neusále rose ujeí eploy Přinuení reakoru k jinému hování REGUACE, Řízení proesu Proč řídi provoz zařízení Např. reakor s exoermní reakí vyšší eploa = vyšší ryhlos reake při vysoké eploě nelze dosáhn sabilního usáleného savu Provoz v nesabilním usáleném savu s regulaí regulae eliminuje vznikajíí odhylky od usáleného savu Kvalia regulae vs. efekivia proesu Časo při provozu nesmí dojí k překročení někerýh limiů (např. eploa) Čím blíže k limiu lze zařízení provozova, ím vyšší může bý efekivia např. ryhlos reake rose s eploou, ale od nějaké eploy se začnou objevova nežádouí produky
.2.29 Terminologie Cíl regulae (Sepoin - o se má regulaí dosáhn (jaká hodnoa) Řízená veličina veličina, jejíž hodnoa se regulaí upravuje Nasavovaná (akční) veličina veličina, jejíž hodnou lze přímo nasavi (a ovlivňuje hodnou řízené veličiny) Akční člen (auaor) zajišťuje změnu nasavované veličiny Senzor zjišťuje hodnou řízené veličiny Ovladač dává pokyny akčnímu členu Poruha (disurbane) odhylka od normálu, způsobí výhylku řízené veličiny Příklad: řízení aua Cíl regulae: udrže auo na silnii... Řízená veličina: poloha aua na silnii Nasavovaná veličina: úhel oočení předníh kol Akční člen (auaor): volan, rue řidiče Senzor: oči řidiče Ovladač: řidič, mozek řidiče Poruha (disurbane): zaáčka na silnii Příklad: výměník epla Řízená veličina: eploa výsupního proudu Nasavovaná veličina: průok hladíího média Akční člen: regulační venil na přívodu hladiva Senzor: ermočlánek na výsupním proudu Poruha: změna eploy vsupního proudu Nejjednodušší regulae Sabilizae vsupů Omezená použielnos omezené možnosi nasavení podmínek ilivos na poruhy, nesailia Řízení se zpěnou vazbou Prinip zpěnovazební regulae Nasavená hodnoa + - Poruha Ovladač Akční č. Proes Řízená veličina Akuální hodnoa řízené veličiny je měřena Akuální měřená hodnoa je porovnána s nasavenou hodnoou Rozdíl hodno určí aki, kerá se provede Senzor 2
.2.29 Typy zpěnovazební regulae Řízení On-Off, např. běžný ermosa Ruční řízení operáorem PID reguláory obený reguláor se řemi složkami inerpreae odhylky proporionální, difereniální a inegrální Reguláory založené na modelu model vypočíá opimální regulační zásah pro uvedení sysému na požadovanou hodnou Regulae s dopřednou vazbou Měření hodno vsupníh veličin Analýza poruh model daabáze člověk Kompenzae vlivů poruh nasavením akční veličiny Modely regulačníh sysémů Regulační sysémy ovlivňují proes akčním členem s vlasní dynamikou Proes dynamiky reaguje na změny v nasavované veličině Odezva proesu je měřena čidlem s dynamikou harakerisikou Modely regulačníh sysémů jsou dynamiké Auomaiké měření veličin Čidla ermočlánky, lakové senzory, auomaiké váhy, kondukomery mají určiou dynamikou harakerisiku Analyzáory periodiký odběr a analýza vzorků mají určiou prodlevu Dynamiká harakerisika senzoru Dynamiký model off-line analyzáoru dts Ts T T s» dynamiké hování vyjádřeno časovou konsanou» T skuečná eploa» T s snímaná eploa Cs( C( A) C( C meas ( A Čas, s 3
.2.29 Akční člen Příklad insalae 2 T T 2 3-5 psig Thermowell T Air Thermoouple millivol signal T sp Pneumai Conroller 3-5 psig Transmier Air Pneumaiky řízený venil pro regulai průoku Časová harakerisika akčního členu Dynamiký model úrovně hladiny d v spe in T spe 2 4 6 8 Čas, s A d in Dynamiký model úrovně hladiny d A d v ds s, spe in s akční člen na výoku ze zásobníku proes (zásobník) senzor Cvičení Nasimuluje časovou závislos výšky hladiny v zásobníku o vodorovném průřezu m 2. Příok kolísá v rozmezí 9 l.s - =NÁHČÍSO()*2+9 Ook je regulován on/off regulaí na nebo 5 l.s - ak, aby se výška hladiny v zásobníku držela na m. Časové konsany dynamikýh harakerisik senzoru a akčního členu jsou 2 a s 4
.2.29 PID Reguláory Rovnie PID reguláoru Zavedeny ve 4. leeh minulého soleí jednoduhé robusní ověřené Dnes voří asi 8 % insalovanýh reguláorů proporionální, difereniální a inegrální složky regulae e ( y( ( y se y řízená veličina e odhylka řízené veličiny K nasavovaná veličina K proporionální zesílení reguláoru τ I inegrační čas τ D derivační čas I D d Účinek PID reguláoru Příklad: regulae hladiny ( ( K K I I D d s obráeným účinkem D d in T C» Poziivní účinek nasavované veličiny na odhylku» průok rose, hladina rose» Použí reguláor s přímým účinkem nasavovaná veličina e odhylka řízené veličiny s přímým účinkem Příklad: regulae hladiny Nasyení reguláoru in T C Negaivní účinek nasavované veličiny na odhylku průok rose, hladina klesá Použí reguláor s obráeným účinkem Akční veličina může praova pouze v určiém rozmezí eoreiká hodnoa ( ( ( max max min * ( * ( použiá hodnoa max ( ( min * ( min 5
.2.29 Vliv proporionální složky Vliv inegrální složky unke Posunuje řízenou veličinu směrem k nasavené hodnoě inenziou úměrnou regulační odhyle Výhody přímý jednoduhý opravný účinek snadná implemenae i bez elekroniky Nevýhoda neřeší regulační odhylku v usáleném savu (offse unke eliminuje dlouhodobé rendy v řízené veličině (offse může bý nenulový v usáleném savu Výhoda násroj k eliminai offseu Nevýhody způsobuje nesabiliu (osilae) zpožděná odezva, nuno kombinova s P- reguláorem Unášení inegrae Řízená veličin a Unášení inegrae Proiopaření vypnuí inegrae při změnáh savu zařízení najíždění odsávky vypnuí inegrae při nasyení reguláoru Čas Načení velké inegrační odhylky v okamžiku, kdy sysém přehází mezi savy při nasyení reguláoru Vliv derivační složky unke d d / predikuje budouí sav d sysému Výhoda zvyšuje robusnos současné ( budouí ( d ) Nevýhody zvyšuje osilae obsahuje-li měřený signál šum ilrování měřenýh veličin y ( f y ( ( f ) y ( f s ilrování redukuje dopad šumu meodou klouzavýh průměrů ilrování měření řízené veličiny způsobuje prodlevu v regulai f- fakor filrování (-) f 6
.2.29 Typiké odezvy zpěnovazebního řízení Bez řízení sysém dosáhne nového usáleného savu Proporionální zryhlená dynamika sysému, menší offse PI eliminuje offse, vyvolá osilae PID zmenší osilae zryhlí účinek Proporionální řízení Čas Bez řízení 7