Av Dr.ing. Morten Christian Svensson
Og er det alltid nødvendig med avansert prosessregulering (APC) for å hente ut det lille ekstra?
Prosessregulering består som navnet sier av to ord; prosess og regulering.
Skal vi oppnå god prosessregulering, må vi ha kunnskap både om prosessteknikk og reguleringsteknikk.
Et viktig spørsmål er om vårt utdanningssystem i dag dekker begge disse kunnskapsbehovene, og om denne kunnskapen bør sitte i ett hode, eller være en del av ett tverrfaglig team med en felles problemforståelse. I Norge er reguleringsteknikk plassert under fagparaplyen elektro, med en sterk vektlegging av reguleringsteknisk teori, basert på analyse av lineære systemer. Prosessteknikk undervises bare i begrenset omfang. Innen fagområdene prosessteknikk (maskin og kjemi, etc.) undervises det også i reguleringsteknikk, men også her er det valgt en matematisk innfallsvinkel, med vekt på enkeltsløyfeanalyse.
Avansert prosessregulering?
Kunnskap om prosessregulering, der reguleringsteknisk forståelse kombineres med prosesskunnskap, mangler både i prosessindustrien og i vårt undervisningssystem. Resultatet av dette ser vi i prosessindustrien, der både produktkvalitet og kapasitet reduseres på grunn av dårlig reguleringstekniske løsninger. Når dette først erkjennes, velges ofte dyre spesialløsninger i stedet for tradisjonell prosessregulering, til tross for at sistnevnte ofte kunne løse problemet. Flertallet regulatorer og reguleringssystem har i dag integrerte verktøy for å realisere avansert prosessregulering, men det er svært få som kan bruke disse verktøyene.
Er det meningen at våre nyutdannede ingeniører skal tilegne seg denne kunnskapen etter endt studium? Er det så enkelt som å summere reguleringskunnskap med prosesskunnskap, og få prosessreguleringskunnskap som svar? Dessverre er ikke regnestykket så enkelt. Det kreves en spesiell måte å tenke på, som er ny både for reguleringsingeniøren og prosessingeniøren, og som dessverre svært få utøvende ingeniører i prosessindustrien har.
Know-how vs know-why
Det finnes utallige tommelfingerregler i prosessindustrien. Et eksempel på en slik, er: ”Bruk likeprosentlig intern ventilkarakteristikk ved temperaturregulering”. På hvilket grunnlag er denne utledet, og gjelder den alltid? Hvorfor introduserer vi bevisst en ulinearitet i reguleringssløyfen? Hva skjer dersom du velger å bruke kaskaderegulering, eller dersom friksjonstrykktapet i rørene spiser opp hele ulineariteten som ventilkarakteristikken gir?
Hvordan bør foroverkoblingen realiseres rundt varmeveksleren; vil denne kompensere for ulineariteter som sekundærstrømmen gir, eller må vi bruke parameterstyring? Vi skiller her mellom kunnskap basert på ”know-how” og ”know-why”. I en prosessindustri i stadig endring, er det ”know-why” vi trenger for å ta de riktige beslutningene og designe de beste prosessreguleringssystemene.
Grensesvingninger
Et annet, praktisk problem prosessindustrien sliter med, er grensesvingninger. Disse blir ofte misforstått og prøvd løst med re-tuning av regulator. ”Ekspertene” glemmer ofte å tilbakestille regulatorparametrene etter å ha innrømmet at svingeproblemet ikke ble løst. Resultatet er, at i tillegg til grensesvingninger, er disse sløyfene (ofte nivå og strømning) ute av tuning, med de følger dette får.
Spesielt i papirindustrien er dette et problem, da disse svingningene tilslutt ofte er synlige som variasjoner i papirets tykkelse. Hva er grensesvingninger? Hvorfor oppstår disse, og hvordan løser en slike problem? En av våre studenter kjente igjen disse karakteristiske svingningene i en sommerjobb ved en papirfabrikk. Han gav seg ikke før han fant løsningen på problemet, som i dette tilfellet var å bytte ut en 12-bits A/D (Analog til Digital) omformer med en 16-bits i reguleringsventilens positioner. Bra jobbet for å være en ingeniørstudent; denne løsningen var langt fra triviell. Poenget var at han kjente til problemet grensesvingninger, dets årsak, og måter å løse dette på.
