Säätöpiirin hyvyys
| Sivusto: | KEUDA |
| Kurssi: | Verkkomateriaali - PROSESSIN OHJAUS |
| Kirja: | Säätöpiirin hyvyys |
| Tulostanut: | Vierailija |
| Tulostettu: | tiistai 4. helmikuu 2025, 02.59 |
1. Häiriöt säätöpiirissä
Kaikki tapahtumat, jotka aiheuttavat sen, että mittaus eroaa asetusarvosta, luokitellaan säätötekniikassa häiriöksi. Niinpä asetusarvon muutoskin on häiriö.
Säädön tarkoituksena on poistaa häiriö eli pitää mittaus halutussa asetusarvossa. Normaalissa ajotilanteessa häiriöt ovatkin ns. syöttö- tai kuormitushäiriöitä, joiden vaikutus säädettävään suureeseen pitää eliminoida.
Syöttöhäiriöllä tarkoitetaan esim. tilannetta, kun raaka-aineen laatu tai määrä muuttuu tai esim. höyryn lämpötila muuttuu.
Kuormitushäiriöllä taas tarkoitetaan prosessin läpiajossa tapahtuvia muutoksia
Säätöpiirin hyvyyttä tarkastellaan muuttamalla asetusarvoa (säädin automaatilla) ja seuraamalla, miten mittaus seuraa muutosta. Tällöin säätöpiirin hyvyyden tarkastelussa voidaan käyttää laskennallisia menetelmiä tai arviointi tapahtuu pelkästään silmämääräisesti.
2. Hyvä säätö silmämääräisesti arvioiden
Hyvä säätö tarkoittaa, että
-
- mittaus saavuttaa uuden asetusarvon mahdollisimman nopeasti (nousuaika T1->T2 mahdollisimman pieni)
- ylitys (Y1) on sopivan kokoinen (mahdollisimman pieni)
- mittaus asettuu uuteen asetusarvoon eikä jää värähtelemään
- ei jää pysyvää poikkeamaa eli mittaus saavuttaa asetusarvon.
Vasemmanpuoleisessa kuvassa on tehty asetusarvon muutos hetkellä T1 (SP1 -> SP2), jonka seurauksena mittaus on lähtenyt seuraamaan hyvin uutta asetusarvoa. Mittaus on saavuttanut ensimmäisen kerran uuden asetusarvon SP2 hetkellä T2 ja on sen jälkeen asettunut kahden ylityksen (Y1 ja Y2) jälkeen uuteen asetusarvoon.
Oikeanpuoleisessa kuvassa on kuvattu kaksi tilannetta. Toisessa (katkoviiva) mittaus on ylittänyt uuden asetusarvon ja jäänyt värähtelemään, joka on epähaluttu tilanne. Toisessa taas mittaus ei ole edes saavuttanut uutta asetusarvoa vaan on on jäänyt pysyvä poikkeama.
3. Hyvän säädön 1/4 -sääntö
Ziegler ja Nichols ovat kehittäneet ns. 1/4 -säännön:
Hyvässä säädössä mittauksen yliheilahdus pienenee aina 1/4 seuraavalla jaksolla!
Ziegler ja Nichols ovat kehittäneet ns. 1/4 -säännön: Hyvässä säädössä mittauksen yliheilahdus pienenee aina 1/4 seuraavalla jaksolla!
Kuvassa Y2-ylitys pitäisi olla 1/4 Y1-ylityksestä voidaksemme puhua hyvästä säädöstä.
Säätöpiiri viritetään usein toimimaan näin, mutta joskus yliheilahduksia ei sallita laisinkaan.
Esim. joissakin prosesseissa lämpötilan täytyy seurata tarkasti asetusarvoa ja ylitykset voivat olla kriittisiä tuotteen laadulle. Lisäksi prosessin ajo liian korkeilla lämpötiloilla kuluttaa energiaa
4. Kuormitushäiriö
Kuormitushäiriöllä tarkoitetaan prosessin läpiajossa tapahtuvia muutoksia.
Esim. käyttövettä käytetään päivällä paljon, yöllä vähän tai öljynjalostamossa tehdään polttoöljyä talvella enemmän kuin kesällä. Prosessin on mukauduttava näihin vaihteluihin.
Jos viritys on hyvä asetusarvohäiriölle, se ei yleensä ole hyvä korjaamaan esim. kuormitushäiriöitä. Virityksessä siis täytyy asettaa tärkeysjärjestys.
Kuvissa on tapahtunut kuormitushäiriö.
-
- Ensimmäisessä kuvassa säädin on poistanut häiriön vaikutuksen suhteellisen lyhyessä ajassa eikä poikkeamaa ole jäänyt.
- Jälkimmäisessä kuvassa sen sijaan säädin ei ole pystynyt kokonaan poistamaan häiriön vaikutusta. Häiriö on vaikuttanut voimakkaammin ja pitemmän aikaa ja säätöön on jäänyt pysyvä poikkeama.
5. Tehtävä
Kuvassa on tehty asetusarvon muutos hetkellä T1. Ohjauksen (vihreä) skaala 0-100%, mittauksen (musta) ja asetusarvon (punainen) 20-70 ºC.
- Selitä, mitä kuvassa tapahtuu.
- Mikä on nousuaika?
- Paljonko on pysyvä poikkeama?
6. Tehtävän vastaukset
Vastaus 1:
Säädin on automaatilla. Hetkellä T1, kun mittaus (musta) ja asetusarvo (punainen) ovat päällekkäin, on tehty asetusarvon muutos 40 ˚C:sta 55 ˚C:een. Sen seurauksena säädin on lisännyt ohjauksen (vihreä) hetkellisesti maksimiin eli 100%:iin ja sitten se asettuu vähitellen n. 70%:iin. Tämän seurauksena mittaus eli kohteen lämpötila on lähtenyt nousemaan. Se ylittää kerran asetusarvon ja lopulta se saavuttaa lämpötilan 54,5 ˚C. Eli mittaus ei saavuta asetusarvoa vaan jää ns. pysyvä poikkeama (0,5 ˚C).
Vastaus 2:
Hetkellä T1 kun asetusarvon muutos on tehty, mittaus ei ole reagoinut muutokseen lainkaan. Tätä aikaa, kun mittaus ei vielä tajua asetusarvon muutosta, sanotaan kuolleeksi ajaksi. Tässä se on kolmasosa ruudukon verran (tässä vastausta ei voi antaa sekunteina, sillä piirturin nopeutta ei ole annettu). Nousuaika on aika, joka kuluu, kun mittaus lähtee nousemaan ja saavuttaa ensimmäisen kerran asetusarvon. Tässä nousuaika on n. puoli ruutua.
Vastaus 3:
Sitä asetusarvon ja mittauksen eroa, joka jää säätöön, kun mittaus ei saavutakkaan asetusarvoa, sanotaan pysyväksi poikkeamaksi. Kuvassa pysyvä poikkeama on 0,5 ˚C.