Szabályozástechnika alapok 2. rész

Mivel az előző két rész olvasói már majdnem mindent tudnak a szabályozástechnikából, erős vágyat érezhetnek a tanultak alkalmazására az üzem egyik szabályozókörén. Ne tegyék! Ha már megtették, remélem nem lett nagy baj. Egy szabályozókör ugyanis érzékeny jószág. De sokszor láttam felborult technológiát, pedig a kezelő "csak ezt a kis gombot csavargatta egy picit..." !

A szabályozás alapelve ugyanis az, hogy a szabályozó a szabályzott jellemzőt folyamatosan méri, majd a mért értéktől függően újra és újra beavatkozik a folyamatba. Egy kis állítás a gombocskán, a nyomás szépen beállt. Elmegyünk ebédelni, és a leves felénél már csörög is a mobil. Baj van, hullámzik a nyomás, a szelep pedig meg van bolondulva!

Mi történt? Mindenki ismeri azt a jelenséget, mikor egy koncerten sípolni kezdenek a hangfalak. Mi - magasan képzett elméleti szakemberek :-)) - azt mondjuk: "Begerjedt." Ha megértjük mi történt, a szabályozókörök világában is előbbre léptünk. Az történt, hogy a mikrofonba bejutott egy pici hang. Ez a hang az erősítőben felerősödött, kiment a hangfalakra, onnan meg vissza a mikrofonba. A mikrofonból az erősítőbe, és így tovább.

Hogy a rendszer begerjedjen, két feltételnek kellett teljesülni:

• A mikrofonra visszajutó jelnek legalább akkorának kellett lenni, mint az a jelecske volt, ami a folyamatot elindította.
• A visszajutó jelnek éppen ellenkező előjelűnek kellett lenni (gondoljunk a szinuszgörbére) mint a létrehozó jel volt.

A hangtechnikus odaszaladt a keverőhöz, lejjebb húzta a hangerőt és a sípolás elhallgatott. A mikrofonra immár nem jutott vissza akkora jel, mint egy pillanattal előbb, a kisebb mikrofonjel még kisebb hangot keltett, abból még kevesebb jutott vissza, végül a sípolás elhalkult, elhallgatott.

Ugyanez történt a szabályzókörünkkel is: Nagyon feltekertük az erősítőt (akarom mondani az erősítést), emiatt a szelep nagyot mozdult, a nyomás nagyobbat változott az ellenkező irányba, mint a folyamatot elindító változás volt, és ez egyre erősödött, de a nagy méretek miatt sokkal lassabban, mint a mikrofon esetében, végül a kör "begerjedt". Mondjuk inkább így: Elvesztette stabilitását.

Mikor stabil egy kör?

Ha a stabil állapotában (zsinórüzem) levő kört semmilyen üzemszerű technológiai hatás nem tudja úgy megzavarni, hogy a kör ne találhasson vissza egyensúlyi helyzetéhez, akkor ez a kör stabil. A szabályozót úgy kell beállítani, hogy a kör minden körülmények között stabil maradjon.

Miket lehet állítani egy szabályozón? Egy kulturált PID szabályozónak van minimum 100 paramétere, ami állítható. Most csak a három leglényegesebbel foglalkozunk, a többit későbbre hagyjuk. Fontos, hogy amiről nem tudjuk hogy micsoda, ne állítsuk el. Lehet ugyanis, hogy a hatás nem azonnal jelentkezik, de egyszer csak problémát okoz, és szakember legyen a talpán aki egy plc-n vagy dcs-en egyből kiszúrja, melyik kör, melyik modul melyik paramétere beteg...

Szóval a három leglényegesebb:

1. Az érzékenység: A külföldi titkosszolgálatok munkájának megnehezítésére ezt a gombot még csak véletlenül sem így hívják. Van ahol "GAIN" (erősítés) a neve, és van ahol "PROPORTIONAL BAND" (arányossági tartomány). Utóbbiról annyit kell tudni, hogy az erősítés reciproka (Xp=1/A). Tehát pont fordítva kell kezelni! Ha a GAIN-t növeljük, a szabályozó érzékenyebb lesz, ha az XP-t növeljük, érzéketlenebb.
2. Integrálási (ismétlési) idő: Minél hosszabbra állítjuk, annál lassabb az integrálás (lásd előző rész). Ha nincs szükségünk PI szabályozóra, állítsuk maximumra. Ilyenkor olyan, mintha nem is lenne integráló tag.
3. Differenciálási idő: Ha rövidebbre állítjuk, a differenciáló tag hatását csökkentjük. Ha túl nagyra állítjuk, minimális változás Xs-nél máris koppanásig zárja a szelepet! Igazság szerint lassabb folyamatoknál Td értékét csípőből 0-ra állítja a konfigurátor, mert egy PI szabályozó bőven elegendő a feladat megoldására.

Honnan tudjuk, mikor elég a P, mikor kell PI, vagy PID szabályozó? Ezt a szakasz jellege dönti el. Kérjük meg a szakaszt, hogy mutatkozzon be, azaz vegyük fel az ő átmeneti függvényét! Ehhez a szabályozó még egy gombját meg kell ismernünk.

Auto-manual:

A baloldali ábra bal oldalán egy zárt szabályozókört látunk. A szelepet a szabályozó automatikusan állítja a szintnek megfelelően, tehát a szabályozó "auto"-ban van. A jobboldali képen áttettük a szabályozót "manual"-ba. Bárhogy alakuljon is a szint, a szelep ott fog állni, ahová mi a szabályozón kézzel állítjuk. Úgy is mondhatjuk, hogy a zárt szabályozókört felnyitottuk.

A szakasz átmeneti függvényének felvétele: Mint azt már láttuk, az átmeneti függvény nem más, mint a szabályozott jellemző (Xs) időfüggvénye a módosított jellemző (Xm) egységnyi, ugrásszerű megváltoztatásának hatására. Ez a görbe csakis a szakaszt kell hogy jellemezze, tehát a szabályozót kézibe kell tenni mielőtt nekifognánk. Lehet, hogy a technológus ehhez nem járul hozzá, akkor baj van. (lásd később) Most olyan szakaszokról beszéljünk, melyek önbeállóak (arányos, tárolós, holtidős) és nem integrálóak.

Szóval a teendők:

• A távadó jelét és a szelepállást elkezdjük regisztrálni.
• A szabályozót áttesszük kézibe, és megvárjuk, míg a regisztrátum kisimul.
• Szabályozó kimenetén akkora ugrást állítunk, amekkorát a technológus megenged.
• Lessük a regisztálót, és addig várunk, míg Xs egy új értékre beáll.
• A kimenetet visszaállítjuk az előző értékre.
• Lessük a regisztálót, és addig várunk, míg Xs az előző értékre visszaáll.
• Visszatesszük a szabályozót automatába.

Ha minden igaz, ehhez hasonló görbét kaptunk: A regisztrátumot nyomtassuk ki.

Szerkesszük ki a Tl (lappangási idő) és Tf (felfutási idő) értékét:

Legyen: dXm=(Xm2-Xm1)/Xm1 dXs=(Xs2-Xs1)/Xs1.

A szakasz erősítése ekkor: As=dXs/dXm.

Póbálkozzunk egy PI szabályzó alkalmazásával a következő paraméterek beállítása mellett: Td = O Ti = 4 Tl Gain = (1.2*Tf) / (As*Tl) Ne feledjük: Ha szabályozónkon Xp-t lehet állítani, nem Gain-t: Xp = 1/Gain

Legyen a fenti beállítás egy kiindulópont. Innen finomítgathatjuk szabályozásunkat a következők szem előtt tartásával: Ha érzékenyebbé akarjuk tenni a kört, és növeljük az erősítést (gain), lehet hogy növelni kell az integrálási időt is, nehogy belengjen a kör. Ez visszafelé is igaz. Ha Ti értékét max.ra állítjuk, Gain-t kb. 20%-kal növelhetjük. Ekkor egy fürgébb, de maradó hibával dolgozó P-szabályzót kapunk.

Ha az eredmény így sem kielégítő, szükség lesz a differenciáló tagra is, csináljunk tehát egy PID szabályozást: Td = 0.4 Tl Ti = 3 Tl Gain = (1.2*Tf) / (As*Tl)