Bezpečnost chemických výrob

N111001

Petr Zámostnýmístnost: A-72atel.: 4222e-mail: petr.zamostny@vscht.cz

Základní pojmy z regulace a

řízení procesů Účel regulace Základní pojmy Dynamické modely regulačních obvodů

Reaktor s exotermní reakcí

Qr

QC

VHRTT

TTErVHTrQ rrrr

0

00 exp

0TTKAQC

Q[kW]

T[K]

stabilníustálený stav

nestabilníustálený stav

Qr

QC

Reaktor s exotermní reakcí Dynamický systém

složení reakční směsi a teplota se mohou měnit v čase

Samovolné chování a. reaktor se ustálí ve stabilním ustáleném

stavu b. teplota neustále roste – ujetí teploty

„Přinucení“ reaktoru k jinému chování REGULACE, Řízení procesu

Proč řídit provoz zařízení Např. reaktor s exotermní reakcí

vyšší teplota = vyšší rychlost reakce při vysoké teplotě nelze dosáhnout

stabilního ustáleného stavu Provoz v nestabilním ustáleném stavu s

regulací regulace eliminuje vznikající odchylky od

ustáleného stavu

Kvalita regulace vs. efektivita procesu

Často při provozu nesmí dojít k překročení některých limitů (např. teplota)

Čím blíže k limitu lze zařízení provozovat, tím vyšší může být efektivita např. rychlost reakce roste s teplotou, ale od

nějaké teploty se začnou objevovat nežádoucí produkty

Kvalita regulace

Čas

Měř

ená

hod

not

a Limit

Terminologie Cíl regulace (Setpoint) - co se má regulací dosáhnout

(jaká hodnota) Řízená veličina – veličina, jejíž hodnota se regulací

upravuje Nastavovaná (akční) veličina – veličina, jejíž hodnotu

lze přímo nastavit (a ovlivňuje hodnotu řízené veličiny) Akční člen (actuator) – zajišťuje změnu nastavované

veličiny Senzor – zjišťuje hodnotu řízené veličiny Ovladač – dává pokyny akčnímu členu Porucha (disturbance) – odchylka od normálu, způsobí

výchylku řízené veličiny

Příklad: řízení auta Cíl regulace: udržet auto na silnici ... Řízená veličina: poloha auta na silnici Nastavovaná veličina: úhel otočení předních kol Akční člen (actuator): volant, ruce řidiče Senzor: oči řidiče Ovladač: řidič, mozek řidiče Porucha (disturbance): zatáčka na silnici

Příklad: výměník tepla Řízená veličina: teplota výstupního proudu Nastavovaná veličina: průtok chladícího

média Akční člen: regulační ventil na přívodu

chladiva Senzor: termočlánek na výstupním proudu Porucha: změna teploty vstupního proudu

Nejjednodušší regulace Stabilizace vstupů Omezená použitelnost

omezené možnosti nastavení podmínek citlivost na poruchy, nestailita

Řízení se zpětnou vazbou

Ovladač Akční č. Proces

Senzor

Řízená veličina

Nastavenáhodnota

Porucha

+-

Princip zpětnovazební regulace Aktuální hodnota řízené veličiny je měřena Aktuální měřená hodnota je porovnána s

nastavenou hodnotou Rozdíl hodnot určí akci, která se provede

Typy zpětnovazební regulace

Řízení On-Off, např. běžný termostat Ruční řízení operátorem PID regulátory

obecný regulátor se třemi složkami interpretace odchylky – proporcionální, diferenciální a integrální

Regulátory založené na modelu model vypočítá optimální regulační zásah pro

uvedení systému na požadovanou hodnotu

Regulace s dopřednou vazbou

Měření hodnot vstupních veličin Analýza poruch Kompenzace vlivů poruch nastavením akční

veličiny

Modely regulačních systémů

Regulační systémy ovlivňují proces akčním členem s vlastní dynamikou

Proces dynamicky reaguje na změny v nastavované veličině

Odezva procesu je měřena čidlem s dynamickou charakteristikou

Modely regulačních systémů jsou dynamické

Akční člen

Pneumaticky řízený ventil pro regulaci průtoku

Příklad instalace

T

F 2

T 2

Thermocouplemillivolt signal

TransmitterPneumaticController

3-15 psig

T sp

Air

F 1

T 1

Thermowell

3-15 psigAir

Dynamický model akčního členu

FFdt

dFspec

v

1

0 2 4 6 8 10Čas, s

Fspec

F

Dynamický model senzoru

dynamické chování vyjádřeno časovou konstantou

T je skutečná teplota s

Ts

s TTdt

dT

1

Dynamický model off-line analyzátoru

)()( As tCtC

Čas, s

Cmeas(t)C(t)

qA

Dynamický model úrovně hladiny

F out

F in

LLT

outinc FFdtdL

A

Dynamický model úrovně hladiny

akční člen na výtoku ze zásobníku

proces (zásobník)

senzor

outinc FFdtdL

A

outspecoutv

out FFdt

dF ,

1

sLs

s LLdt

dL

1

Cvičení Nasimulujte časovou závislost výšky

hladiny v zásobníku o vodorovném průřezu 1 m2. Přítok kolísá v rozmezí 9 – 11 l.s-1

=NÁHČÍSLO()*2+9 Odtok je regulován on/off regulací na 0 nebo

15 l.s-1 tak, aby se výška hladiny v zásobníku držela na 10 m.

Časové konstanty dynamických charakteristik senzoru a akčního členu jsou 2 a 10 s