Bezpečnost chemických výrob N Petr Zámostný místnost: A-72a tel.:

Základní pojmy z regulace a řízení procesů  Účel regulace  Základní pojmy  Dynamické modely regulačních obvodů

Reaktor s exotermní reakcí QrQr QCQC Q[kW] T[K] stabilní ustálený stav nestabilní ustálený stav QrQr QCQC

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

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 OvladačAkční č. Proces Senzor Řízená veličina Nastavená hodnota 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

Dynamický model akčního členu

Dynamický model senzoru  dynamické chování vyjádřeno časovou konstantou  T je skutečná teplota

Dynamický model off-line analyzátoru

Dynamický model úrovně hladiny

 akční člen na výtoku ze zásobníku  proces (zásobník)  senzor

Cvičení  Nasimulujte časovou závislost výšky hladiny v zásobníku o vodorovném průřezu 1 m 2. 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