Praktisk Prosessregulering 1:8

Prosessregulering: Sunt samliv - mellom prosess og regulering

"Tenk om vi alle hadde knapper på". Vi mener slike skruknapper som finnes på gamle regulatorer, hvor det blant annet står Gain.

Artikkelserien "Praktisk Prosessregulering" i Automatisering & Industridata fokuserer, som tittelen illustrerer, en praktisk tilnærming (ill. Conoco Phillips).
Artikkelserien "Praktisk Prosessregulering" i Automatisering & Industridata fokuserer, som tittelen illustrerer, en praktisk tilnærming (ill. Conoco Phillips).

"Tenk om vi alle hadde knapper på". Vi mener slike skruknapper som finnes på gamle regulatorer, hvor det blant annet står Gain.

Praktisk Prosessregulering

Artikkelserien ”Praktisk Prosessregulering” er utviklet av Dr.ing. Morten Christian Svensson i samarbeid med Automatisering. Her står det praktiske i fokus, framfor en teoretisk, matematisk tilnærming. Denne artikkelen dekker ”Det gode samliv mellom prosess og regulering”. I påfølgende artikler finnes temaene:

  • Fra Bernoullis ligning til mekanisk energibalanse, samt reguleringsventiler og valg av ventilkarakteristikk.
  • PID-regulator. Virkemåte og praktiske tips.
  • Ulineariteter som hjelpere. Stasjonære prosesskarakteristikker viser vei.
  • Grensesvingninger. Kjenn lusa på gangen!
  • Tuning av PID-regulator. Bare SWAG "Sientific Wild Ass Guess"?
  • Temperaturregulering i varmevekslere. ”Psykologen og psykopaten”.

Av: Dr.ing. Morten Christian Svensson

Hvor godt skulle vel ikke samlivet vårt da fungere? En hissig partner eller sjef er det bare å skru ned forsterkningen på, og krangelen er avverget.

Har du en dårlig dag, er det bare å be dine nærmeste om å foreta nødvendig justeringer!

Med denne humoristisk historien kjører vi i gang en artikkelserie om praktisk prosessregulering i Automatisering.

Prosessreguleringslover

Faget prosessregulering har i likhet med andre fag sine lover:

  • 1. lov: Velg alltid den enkleste av flere, alternative reguleringsløsninger.

Avanserte løsninger ser ofte greie ut på papiret. Men de har en lei tendens til å bli stående i manuell (les: slått av) når de møter den praktiske virkeligheten ute i prosessen. Det enkle er ofte det beste, også innen prosessregulering.

Dette er ofte en tung erkjennelse for de reinbarka kybernetiske metodistene, som gjerne vil anvende akkurat sin fantastiske metode nesten uavhengig av reguleringsproblem. Det er selvfølgelig fortsatt en utfordring å finne den enkle løsningen på akkurat ditt problem.

  • 2. lov: Du må kjenne din prosess før du kan regulere den.

Det er ikke uten grunn at Prosessregulering skrives med stor P og liten r. En god prosessforståelse er en forutsetning for å lage et godt reguleringssystem. Hva er prosessens hensikt? Hvilke prosessbegrensninger finnes?

Det er først når svarene på disse spørsmålene er etablert, at målene med reguleringssystemet kan defineres. Reguleringssystemet er kun et middel for å realisere prosessens mål, ikke et mål i seg selv. Dette glemmer mange!

  • 3. lov: De fleste prosesser er ulineære, den lineære prosessen finnes bare unntaksvis.

Ser vi i verktøykassa til automatiseringsingeniøren, er denne full av lineær metodikk. Og de samme historiene går igjen om nyutdannede ingeniører som bruker dagevis, ofte ukevis, på å tune enkle reguleringssløyfer (det tar tid å regne ut poler, tegne Bodediagrammer etc.). Overraskelsen er ikke mindre stor når de samme sløyfene viser seg å være helt ute av tuning bare etter noen uker.

Det gode samliv

Dersom vi ser på forholdet mellom reguleringssystemet og prosessen som et samliv, er det reguleringssystemet som er salderingsposten. Og som har ansvaret for at dette samlivet fungerer både i gode og onde dager.

Problemet er at mange prosesser er lunefulle, med variabelt humør (les: ulineære), og skal det gode samliv opprettholdes må reguleringssystemet kontinuerlig tilpasse seg prosessens ”personlighetsforandringer”.

En god automatiseringsingeniør er som en psykolog; han eller hun må lære seg å forstå disse personlighetsforandringene, og hva som er årsaken til disse. Først da kan han eller hun skrive ut den rette resepten. Varmevekslere er eksempler på ulineære prosesser som ofte krever spesiell oppmerksomhet, rent reguleringsmessig.

Det er strømningen som er årsak til ulineariteten, der både transportforsinkelsen, oppholdstiden og stasjonær forsterkning varierer omvendt proporsjonalt med denne. Her er det ofte ikke nok å bare korrigere for stasjonære forstekningsvariasjoner (for eksempel med bruk av lik, prosentlig ventilkarakteristikk). Parameterstyring må også ofte brukes her.

Buffertank

Det enkle er gjerne det beste, også innen prosessregulering (ill. Emerson Process Mgt.)
Det enkle er gjerne det beste, også innen prosessregulering (ill. Emerson Process Mgt.)
 

Buffertanker benyttes blant annet for å akkumulere væske for å unngå belastningsvariasjoner på nedstrøms prosess. De virker som store lavpassfiltre som jevner ut variable innstrømmer slik at utstrømmen blir jevn og fin. Vi kan benytte en nivåregulator for tanken. Skal vi bruke P, PI eller PID-regulator her? Er det greit å bruke Ziegler-Nichols tuningsregler?

Vi iler til med fasiten. I dette eksempelet bør det benyttes en P-regulator. En PI-regulator vil øke variasjonene i utstrømmen, fordi den hele tiden tar nivået tilbake til settpunktet, noe som ikke er ønskelig i vårt tilfelle. For å utnytte hele tankens kapasitet, bør vi her bruke et proporsjonalbånd på for eksempel 90 prosent. Det blir helt feil å bestrebe god nivåregulering i tradisjonell forstand. Dersom du klarer å realisere ”perfekt nivåregulering” her, kunne vi ha klart oss uten tanken (utstrøm = innstrøm).

Ulineære regulatorer, og regulatorer med parameterstyring, brukes også ofte ved buffertankregulering. Poenget er å ha lav forsterkning når nivået er innenfor akseptable grenser, og øke denne når nivået nærmer seg tankens yttergrenser. På denne måten utnytter vi hele tankens kapasitet.

Selektiv regulering

Med god prosessforståelse hører også kunnskap om prosessens driftsbegrensninger. Disse er ofte en del av sikkerhetssystemet, som stopper prosessen når det aktiveres. Finnes det alternativer til full stopp? Kan vi fortsatt produsere, men med redusert kapasitet?

En variant er selektiv regulering av buffertanken. Så lenge nivået i tanken ikke er for lavt, benyttes en strømningsregulatoren, og vi får jevn utstrøm. Blir nivået for lavt, overtar nivåregulatoren og sørger for at tanken ikke går tom.

Eksklusivt for digitale abonnenter

På forsiden nå