Docentenhandleiding. Antwoordenboek & software Regeltechniek

Docentenhandleiding

Antwoordenboek & software Regeltechniek

Docentenhandleiding

Productie: STC-Group, Rotterdam Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in geautomatiseerd gegevensbestand, of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen of enige andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever. © copyright 2014 STC-Group

3

Docentenhandleiding

4

Docentenhandleiding

Voorwoord Dit antwoordenboek is een onderdeel van de uitgaves meet- en regeltechniek van de STCGroup te Rotterdam. Deze serie is in eerste instantie ontwikkeld voor alle deelnemers die in hun opleiding met meet- en regeltechniek te maken krijgen. Het is ontstaan op basis van het vele lesmateriaal en practicumopdrachten die voor de opleidingen zijn ontwikkeld op gebied van meet- en regeltechniek. Door de vakdocenten voor MBO, HBO en volwassenenonderwijs van de STC-Group is getracht het lesboek voor regeltechniek zo goed mogelijk up-to-date maken. Deze docentenhandleiding is speciaal voor de docenten ontwikkeld en hoort bij het boek Regeltechniek. In deze uitgave vindt u de antwoorden van de opdrachten en een handleiding voor de bijgeleverde software. Deze zijn, eveneens als het boek, ontwikkeld door Yme Dikkerboom en Teo Kleintjes. Zij zijn langere tijd docenten meet- en regeltechniek en besturingstechniek.

STC-Group Rotterdam, mei 2014

5

Docentenhandleiding

Inhoudsopgave

Inleiding

7

1.

Opdrachten & Antwoorden hoofdstuk 1

2.


13

3.

Opdrachten en antwoorden hoofdstuk 3

18

4.


28

5.


30

6.


38

7.


41

8.


43

9.

Uitleg softwarepakket

46

1.1. 1.2.

2.1. 2.2.

3.1. 3.2.

4.1. 4.2.

5.1. 5.2.

6.1. 6.2.

7.1. 7.2.

8.1. 8.2.

9.1. 9.2.

Opdrachten hoofdstuk 1 Antwoorden hoofdstuk 1








Programma’s op de CD-rom Installatie processimulator

9

9 11

13 15

18 21

28 28

30 33

38 39

41 41

43 44

46 47

6

Docentenhandleiding Inleiding

Inleiding Zoals ook al in het voorwoord is vermeld is deze docentenhandleiding onderdeel van het boek regeltechniek voor het mbo. In deze docentenhandleiding vindt u de opdrachten die eveneens in het boek staan, de antwoorden hiervoor en ook een omschrijving van de bijgeleverde software. Ook hebben we voor u de onderdelen van het tekstboek regeltechniek hieronder uitgelegd, zodat u als docent weet hoe het boek regeltechniek in elkaar zit. Voor wie is het boek? Het boek regeltechniek is met name ontwikkeld voor studenten uit het MBO die in hun opleiding te maken krijgen met meet- en regeltechniek, maar kan uitstekend gebruikt worden voor andere studenten of als naslagwerk. Doordat het boek op een toegankelijke manier de stof uiteenzet is het voor een brede doelgroep inzetbaar. Hoe zit dit boek in elkaar? In het boek volgt eerst een afkortingenlijst met afkortingen die van belang zijn in de regeltechniek zoals deze in de hoofdstukken is beschreven. Ieder hoofdstuk dat in dit boek is beschreven heeft een vaste opbouw. Het hoofdstuk begint met een korte introductie en/of relevantie van de lesstof, hierin wordt duidelijk wat de lezer kan verwachten en wat het doel is van het hoofdstuk. Daarnaast zal het onderdeel worden ingeleid waarna de uiteenzetting van het onderwerp volgt. De hoofdstukken zijn onderverdeeld in paragrafen waar de specifieke deelonderwerpen van het hoofdstuk worden beschreven. Kernwoorden In de kantlijn van de tekst zijn blauwe woorden te vinden. Dit zijn de kernwoorden van de tekst. Deze woorden staan ook in het register en zijn dus ook gemakkelijk terug te vinden als het boek voor naslagwerk gebruikt gaat worden. Opdrachten De opdrachten staan in de laatste paragraaf van ieder hoofdstuk. De verwijzing naar de opdrachten staat tussen de tekst en ziet er als volgt uit: 

Maak nu opgave 1, 2 en 3 in paragraaf 1.4

Als een stuk tekst is behandeld wordt de lezer direct doorverwezen naar de opgaves die bij deze tekst horen. Als het boek alleen bedoelt is als naslagwerk dan kan dit uiteraard worden overgeslagen. Voorbeelden Ook staan er soms groene vlakken in de tekst. Dit zijn praktische voorbeelden om de tekst te verduidelijken of uit te leggen hoe een berekening moet worden gemaakt. Dit ziet er als volgt uit: Voorbeeld Stel dat je de PV t wil berekenen na 20 minuten. Dat betekent dat de formule wordt:



PVt = 90 − 70 1 − e 

−20 10

 30 °C = 

Formules en overzichten De oranje vakken zijn formules, korte samenvattinkjes of overzichten die worden gegeven om de voorafgaande tekst te verduidelijken:

7

Docentenhandleiding Inleiding

Korte samenvatting In sommige hoofdstukken staat nog een overzicht of een korte samenvatting. Bij welke hoofdstukken deze staan is te vinden in de inhoudsopgave. Daarnaast is er gebruik gemaakt van een register waar de belangrijkste woorden uit de tekst staan met een paginanummer waardoor ze gemakkelijk terug te zoeken zijn. Factsheets De termenvertaling en een overzicht van de formules die gebruikt zijn in dit boek zijn te vinden in het hoofdstuk factsheets, welke het laatste hoofdstuk van dit boek is. Hierin worden de belangrijkste termen in het Nederlands, Engels, Duits en Frans vertaald. Zodoende zal de lezer op de hoogte zijn van de termen die in het werkveld gebruikt worden. Ook worden de belangrijkste formules overzichtelijke gemaakt in het hoofdstuk factsheets.

8

Docentenhandleiding Opdrachten & Antwoorden hoofdstuk 1

1.

Opdrachten & Antwoorden hoofdstuk 1 Hieronder kunt u de opdrachten per hoofdstuk vinden zoals deze ook in het tekstboek Regeltechniek staan. Na deze opdrachten worden de antwoorden gegeven. Daarna komen weer de opdrachten van hoofdstuk twee, enzovoorts.

1.1.

Opdrachten hoofdstuk 1

Opgave 1- P&ID lezen 1

Onderstaand schema hoort bij een installatie voor het koelen van een warm gas met ammoniak (NH 3 ) door middel van een verdamper.

Onderdelen van de installatie: 1. Temperatuurregistratie op het meetpaneel 2. Temperatuurtransmitter 3. Drukaanwijzing ter plaatse 4. Temperatuuraanwijzing ter plaatse 5. Hogedrukbeveiliging 6. Temperatuurregelklep 7. Temperatuurregelaar aanwijzend op het meetpaneel 8. Temperatuurtransmitter

Zoek de coderingen die in het schema ontbreken en vul ze in. Vergeet hierbij niet de eventuele streepjes in de cirkels en de pijlen bij de kleppen.

9


Opgave 2 - P&ID lezen 2

Hieronder zie je nogmaals een P&ID. Dit schema hoort bij een compressor gevolgd door een warmtewisselaar.

a.

Zoek net zoals je als in opgave 1 hebt gedaan de coderingen die ontbreken in het schema en vul ze in.

b.

Als je hiermee klaar bent vul dan de missende omschrijvingen van de onderdelen in het onderstaande lijstje bij nummer 2,7,8 en 9 in.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.

Temperatuuraanwijzing ter plaatse ____________________________________ Air to close temperatuurregelklep Drukopnemer Aanwijzende druktransmitter Hoge- en lagedrukbeveiliging ter plaatse ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ Temperatuurtransmitter Aanwijzende temperatuurregelaar op lokaal meetpaneel.

Opgave 3 - P&ID maken

Bekijk het hook-up van figuur 1.8 goed en maak er een P&ID van. Teken deze P&ID.

10


1.2.

Antwoorden hoofdstuk 1

Opgave 1- P&ID lezen 1

Onderstaand schema hoort bij een installatie voor het koelen van een warm gas met ammoniak (NH 3 ) door middel van een verdamper.

Onderdelen van de installatie: 1. Temperatuurregistratie op het meetpaneel (TR) 2. Temperatuurtransmitter (TT) 3. Drukaanwijzing ter plaatse (PI) 4. Temperatuuraanwijzing ter plaatse (TI) 5. Hogedrukbeveiliging (PSV) 6. Temperatuurregelklep (TV) 7. Temperatuurregelaar aanwijzend op het meetpaneel (TIC) 8. Temperatuurtransmitter (TT)

Zoek de coderingen die in het schema ontbreken en vul ze in. Vergeet hierbij niet de eventuele streepjes in de cirkels en de pijlen bij de kleppen.

11


Opgave 2 - P&ID lezen 2

Hieronder zie je nogmaals een P&ID. Dit schema hoort bij een compressor gevolgd door een warmtewisselaar.

c.

Zoek net zoals je als in opgave 1 hebt gedaan de coderingen die ontbreken in het schema en vul ze in.

d.

Als je hiermee klaar bent vul dan de missende omschrijvingen van de onderdelen in het onderstaande lijstje bij nummer 2,7,8 en 9 in.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.

Temperatuuraanwijzing ter plaatse Temperatuuraanwijzing ter plaatse Air to close temperatuurregelklep Drukopnemer Aanwijzende druktransmitter Hoge- en lagedrukbeveiliging ter plaatse Drukopnemer Hoge- en lagedrukbeveiliging Air to close temperatuurregelklep Temperatuurtransmitter Aanwijzende temperatuurregelaar op lokaal meetpaneel.

Opgave 3 - P&ID maken

Bekijk het hook-up van figuur 1.8 goed en maak er een P&ID van. Teken deze P&ID.

FIC

FT

12


2.


2.1.

Opdrachten hoofdstuk 2 Opgave 1 – Een opnemer 1 Een opnemer meet gewoonlijk proceswaarden, dit kan bijvoorbeeld met een Pt-100 opnemer die te zien is in de afbeelding. In deze opdracht worden er temperaturen tussen 10 °C en 150 °C gemeten en omgezet naar een standaard stroomsignaal. a. b.

Teken de overdrachtskarakteristiek van de opnemer. Bereken de overdrachtsverhouding K.

Uitgang (mA)

Opgave 2 – Een opnemer 2 Van een bepaalde opnemer is de overdrachtskarakteristiek gegeven in de onderstaande figuur.

20 18 16 14 12 10 8 6 4 0

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Toerental (rpm)

Figuur 2.15 Overdrachtskarakteristiek

a. b. c.

Welk soort standaardsignaal geeft deze opnemer af? Welke grootheid wordt gemeten? Bereken de overdrachtsverhouding K.

Opgave 3 – Algemeen Beantwoord de volgende vragen met behulp van paragraaf 2.4. a. Waarom zijn de signalen gestandaardiseerd? b. Wat is “live zero” en wat is het voordeel hiervan? c. Wat is het voordeel van een 4-20 mA signaal boven de andere signalen?

Opgave 4 – De regelaar Beantwoord de onderstaande vragen met de kennis die je hebt opgedaan in paragraaf 2.5. a. Hoe kun je zien dat de regelaar van figuur 2.11 een digitale regelaar is? b. Welke grootheid wordt geregeld? c. Hoe groot zijn proceswaarde en setpoint? d. Waar zouden de pijtjestoetsen op de regelaar voor dienen? e. Waarom gebruiken we de indexletter R bij de overdrachtsverhouding van de regelaar?

13


Opgave 5 - Regelkleppen Hieronder zie je de vragen staan die bij paragraaf 2.5 horen. Maak de vragen eventueel met behulp van de tekst. a. Welke stand (open of dicht) zal de regelklep innemen van figuur 2.12. bij het wegvallen van de luchtdruk? b. Welke onderdeel van de regelklep zorgt daarvoor? c. Zou je deze klep voor koelwater of stoom gebruiken als je denkt aan de veiligheid (motiveer je antwoord)?

Opgave 6 – Regelkring De onderstaande vragen gaan over het hele hoofdstuk Regelkring. Na het maken van de vragen krijg je inzicht in wat je goed hebt gedaan en waar je nog wat aandacht aan moet besteden, en wat je goed hebt gedaan. a. Noem de vier belangrijkste procesvariabelen die worden gemeten in de procesindustrie. b. Noem twee redenen waarom meet- en regeltechniek onmisbaar is voor de procesautomatisering. c. Wat versta je onder een continu-proces? Geef er een voorbeeld van. d. Geef een voorbeeld uit de industrie van manueel regelen. e. Geef de afkortingen van proceswaarde, gewenste waarde en het stuursignaal. f. Teken het schema van een meet- en regelkring en geef de functie aan van elk onderdeel. g. Noem de meest gebruikte standaard-signalen met hun waarden. h. Leg uit wat live-zero betekent. i. Wat verstaat men onder feedback regelen en wat zijn de voor- en nadelen ervan? j. Wat verstaat men onder feed forward regelen en wat zijn de voor- en nadelen ervan? k. Op een CV installatie wordt de buitentemperatuur gemeten. Op basis van deze temperatuur wordt de temperatuur van de installatie aangepast. Is dat feedback of feed forward regelen? l. Valt cruisecontrol van een auto onder regelen of sturen en waarom? m. Waarom is feed forward regelen eigenlijk een sturing?

14


Antwoorden hoofdstuk 2 Opgave 1 – Een opnemer 1 Een opnemer meet gewoonlijk proceswaarden, dit kan bijvoorbeeld met een Pt-100 opnemer die te zien is in de afbeelding. In deze opdracht worden er temperaturen tussen 10 °C en 150 °C gemeten en omgezet naar een standaard stroomsignaal. a.

Teken de overdrachtskarakteristiek van de opnemer.

I (mA) 20 16 12 8 4 0 0

b.

50

100

150

T (°C)

Bereken de overdrachtsverhouding K.

K=

ΔUIT ∆I 20 − 4 mA mA = = ⋅ = 0,114 ΔIN ∆T 150 − 10 °C °C

Opgave 2 – Een opnemer 2 Van een bepaalde opnemer is de overdrachtskarakteristiek gegeven in de onderstaande figuur.

Uitgang (mA)

2.2.

20 18 16 14 12 10 8 6 4 0

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Toerental (rpm)

Figuur 2.15 Overdrachtskarakteristiek

a. b. c.

Welk soort standaardsignaal geeft deze opnemer af? Op de verticale as staat de uitgang, dit betekent dus een standaard druksignaal Welke grootheid wordt gemeten? De andere grootheid is een toerental n in rpm (rotations per minute) Bereken de overdrachtsverhouding K.

KP =

kPa ∆UIT ∆p 100 − 20 kPa = = ⋅ = 4,0 ∆IN ∆n 20 − 0 rpm rpm

15


Opgave 3 – Algemeen Beantwoord de volgende vragen met behulp van paragraaf 2.4. a. Waarom zijn de signalen gestandaardiseerd? Zodat instrumentatie onderling uitwisselbaar is b. Wat is “live zero” en wat is het voordeel hiervan? Het feit dat het signaal niet met 0mA maar met 4 MA start. Storingsanalyse c. Wat is het voordeel van 4-20mA signaal boven de andere signalen? Dit signaal is snel en gemakkelijk aankoppelbaar met computers en andere elektrische apparatuur.

Opgave 4 – De regelaar Beantwoord de onderstaande vragen met de kennis die je hebt opgedaan in paragraaf 2.5. a. Hoe kun je zien dat de regelaar van figuur 2.11 een digitale regelaar is? De P.V. (en dergelijke) wordt aangegeven met digits b. Welke grootheid wordt geregeld? temperatuur c. Hoe groot zijn proceswaarde en setpoint? allebei 1300 C d. Waar zouden de pijtjestoetsen op de regelaar voor dienen? Voor het vergroten en verkleinen van de setpoint e. Waarom gebruiken we de indexletter R bij de overdrachtsverhouding van de regelaar? De indexletter komt van het woord regelaar(r) Opgave 5 - Regelkleppen Hieronder zie je de vragen staan die bij paragraaf 2.5 horen. Maak de vragen eventueel met behulp van de tekst. a. Welke stand (open of dicht) zal de regelklep innemen van figuur 2.12. bij het wegvallen van de luchtdruk? dicht b. Welke onderdeel van de regelklep zorgt daarvoor? het verenpakket c. Zou je deze klep voor koelwater of stoom gebruiken als je denkt aan de veiligheid (motiveer je antwoord)? Als er bijvoorbeeld stoom door deze regelklep gaat en het signaal valt weg zal dat betekenen dat deze regelklep sluit. Dat is een veilige situatie.

Opgave 6 – Regelkring De onderstaande vragen gaan over het hele hoofdstuk Regelkring. Na het maken van de vragen krijg je inzicht in wat je goed hebt gedaan en waar je nog wat aandacht aan moet besteden, en wat je goed hebt gedaan. a. Noem de vier belangrijkste procesvariabelen die worden gemeten in de procesindustrie. Temperatuur, druk, flow en level b. Noem twee redenen waarom meet- en regeltechniek onmisbaar is voor de procesautomatisering. Het automatisch regelen van (voor mensen te) complexe processen. Het uit handen nemen van het regelwerk door een geautomatiseerd systeem. c. Wat versta je onder een continu-proces? Geef er een voorbeeld van. Een proces zonder onderscheidbare stappen. Voorbeelden hiervan zijn de productie van benzine met destillatiekolom of het continu maken van elektriciteit. d. Geef een voorbeeld uit de industrie van manueel regelen. Een voorbeeld hiervan is regelen van temperatuur met stoomklep e. Geef de afkortingen van proceswaarde, gewenste waarde en het stuursignaal. proceswaarde = PV , gewenste waarde = SP en stuursignaal = OUT

16


f.

Teken het schema van een meet- en regelkring en geef de functie aan van elk onderdeel.

g.

Noem de meest gebruikte standaard-signalen met hun waarden. 20-100 kPa, 4-20 mA, 2-10 V Leg uit wat live-zero betekent. 4-20 mA in plaats van 0-20 mA Wat verstaat men onder feedback regelen en wat zijn de voor- en nadelen ervan? Feedback regelen betekent een terugkoppeling op het eindresultaat. Een nadeel is dat er eerst een storing aanwezig moet zijn voordat er gecorrigeerd wordt, dat betekent dus dat het traag is. Een voordeel is dat bij een goede afstelling van de regelaar de PV altijd gelijk wordt aan het setpoint ongeacht de procesbelasting.

h. i.

j. Wat verstaat men onder feed forward regelen en wat zijn de voor- en nadelen ervan? Dit betekent anticiperen op een storing waardoor de regeling er snel wordt. Voordeel is dus dat de regeling er snel van wordt. Een nadeel is dat het verband tussen wat je regelt en wilt regelen bekend moet zijn. k. Op een CV installatie wordt de buitentemperatuur gemeten. Op basis van deze temperatuur wordt de temperatuur van de installatie aangepast. Is dat feedback of feed forward regelen? Feedforeward op buitentemperatuur en feed back op binnentemperatuur l. Valt cruisecontrol van een auto onder regelen of sturen en waarom? Regelen omdat er wordt terug gekoppeld op de snelheid m. Waarom is feed forward regelen eigenlijk een sturing? Omdat er niet teruggekoppeld wordt op het eindresultaat

17

Docentenhandleiding Opdrachten en antwoorden hoofdstuk 3

3.


3.1.

Opdrachten hoofdstuk 3 Opgave 1 – Een flowproces Van een proces is de (gemiddelde) overdrachtsverhouding bepaald:

K P = 20 a.

m3

h mA

Welke grootheid wordt gemeten en welk standaardsignaal geeft de transmitter af?

Bij 4 mA is de gemeten grootheid 50 m3/h. b. c.

Teken de proceskarakteristiek. Bereken tussen welke waarden de procesgrootheid kan variëren.

Opgave 2 – Een elektromotor Het toerental van een grote elektromotor varieert tussen 200 rpm en 500 rpm. De motor wordt aangestuurd met een gelijkspanning tussen 2,0 V en 10,0 V. a. b. c.

Maak een schets van de proceskarakteristiek. Bereken de procesversterking K P (wat betekent dat in woorden?). Bepaal de stuurspanning bij een toerental van 433 rpm uit de grafiek.

Opgave 3 – Rekenen aan dode tijd Een temperatuur wordt met een gasstroom geregeld via een klep die zich op 10 m van de gasbrander bevindt. De flow is 50,0 l/min en de diameter van de leiding is 15,0 cm. Bereken de dode tijd die optreedt als de klepstand plotseling verandert. Opgave 4 – Leeglopen van een vat Het vrij leeglopen van een vat met vloeistof blijkt ook een eerste-orde proces te zijn. Dit vat is te zien in figuur 3.24. leeglopen van een vat

h (m) 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

t (min)

Figuur 3.24 Temperatuur als functie van de tijd bij een niveauproces

a. b. c.

Wat is de drijvende kracht achter dit proces? Waarom neemt die kracht af tijdens het leeglopen? Bepaal de tijdconstante van dit proces via de twee grafische wijzen.

18


d.

Bereken het niveau in het vat na 20 minuten met de bepaalde tijdsconstante. Klopt dit met de grafiek?

Opgave 5 – Opwarmingsproces a. Bepaal de tijdconstante uit de grafiek in figuur 3.16. Kies zelf een methode. b. Bereken de temperatuur op t = 27 min. Controleer ook met de grafiek. c. Bereken op welk tijdstip de temperatuur nog maar 1% van de eindwaarde is verwijderd. Bij dit proces kan ook de statische procesoverdracht berekend worden uit de evenwichtssituatie. De opwarming kwam tot stand doordat het stuursignaal van regelklep van 4 mA naar 16 mA was gezet. d.

Bereken de statische procesoverdracht.

Opgave 6 – Regelkring De begintemperatuur van een oven is 20 °C en de maximumtemperatuur bij vol vermogen is 380 °C. De tijdconstante van een volle oven bedraagt 3,8 minuten. a. b. c.

Zou de tijdconstante van een lege oven hetzelfde zijn, of zou hij groter of kleiner zijn? Leg uit. Bereken de temperatuur 1,0 minuut na het aanzetten. Na hoeveel minuten is de temperatuur 40 °C ?

Opgave 7 – Thermometer tijdconstante Een kwikthermometer heeft een tijdconstante van 6,0 s. Hij wordt van kamertemperatuur 20 °C in kokend water gebracht. Hoeveel graden geeft de thermometer aan na 20,0 s?

Opgave 8 – Dode tijd In figuur 3.25 zie je een fictief opwarmingsproces.

opwarmingsproces

T (°C) 250

200

150

100

50

0 0

10

20

30

40

50

60

t (min)

Figuur 3.25 Een opwarmingsproces met dode tijd

a. b. c.

Bepaal de tijdconstante en de dode tijd van dit proces. Bereken de regelbaarheid van dit proces. Bereken de temperatuur na 25 minuten met de tijdsconstante bepaald bij onderdeel b.

19


Opgave 9 – Rekenen aan integrerend proces Het vloeistofniveau h in een vat met A = 0,85 m2 is constant op 1,50 m bij een instroom van 70 l/min. De instroom verandert abrupt (met een stap) naar 20 l/min. De uitstroom blijft gelijk (70 l/min) want die wordt geregeld via een klep en regelaar. a. b.

Hoe groot is de uitstroom? Bereken na hoeveel tijd het niveau gezakt is tot 0,75 m.

Opgave 10 – Cone roof tank De tank in figuur 3.23 heeft een diameter van 30 meter en is 10 meter hoog. a. b.

c.

Hoelang zal het duren voor deze tank vanaf leeg tot 9 m is gevuld als er een pomp water inpompt met een flow van 14 m3/h? Als de tijdsconstante van de volle tank 3 uur is en de begintemperatuur 20 °C. Hoe lang zal het duren voordat de temperatuur 50 °C? De maximale eindtemperatuur bedraagt 80 °C. Van welke orde zal dit opwarmingsproces zijn indien er indirecte verwarming plaatsvindt?

Opgave 11 – Hogere orde proces Hieronder staan gegevens van een hogere orde proces

Tijd (min) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 a. b.

PV (%) 20,0 20,0 20,0 21,0 23,0 27,3 34,3 40,0 43,0 44,0 44,7 45,0 45,0 45,0 45,0

Op tijdstip t=2 minuten werd het OUT signaal vergroot van 10% naar 50%. Plaats deze gegevens in een grafiek en bepaal de tijdsconstante en de voortplantingstijd in minuten. Bereken de versterkingsfactor van dit proces.

20


3.2.

Antwoorden hoofdstuk 3 Opgave 1 – Een flowproces Van een proces is de (gemiddelde) overdrachtsverhouding bepaald:

K P = 20 a.

m3

h mA

Welke grootheid wordt gemeten en welk standaardsignaal geeft de transmitter af?

De gemeten procesgrootheid is de flow (vloeistofstroom), de regelaar werkt met stroomsignalen. Bij 4 mA is de gemeten grootheid 50 m3/h. b.

Teken de proceskarakteristiek.

m3 ∆UIT ∆Φ = ⇒ ∆Φ = K ⋅ ∆I = 20 × 16 = 320 h ∆IN ∆I

K=

Φmax = Φmin + ∆Φ = 50 + 320 = 370 m3/h

Φ(m3h) 500 400 300 200 100 0 0

4

8

12

16

20 I (mA)

c.

Bereken tussen welke waarden de procesgrootheid kan variëren.

50 - 370 m3/h

21


Opgave 2 – Een elektromotor Het toerental van een grote elektromotor varieert tussen 200 rpm en 500 rpm. De motor wordt aangestuurd met een gelijkspanning tussen 2,0 V en 10,0 V. a.

Maak een schets van de proceskarakteristiek. Procesoverdracht elektromotor n (rpm)

600

500

400

300

200

100

0 0

2

4

6

8

10

12

U (V)

b.

Bereken de procesversterking K P (wat betekent dat in woorden?).

K =

∆UIT ∆n 500 − 200 rpm rpm = = ⋅ = 37,5 ∆IN ∆U 10 − 2 V V

In woorden: als het spanningssignaal aan de ingang verandert met 1,0 V, verandert het toerental met 37,5 rpm. c.

Bepaal de stuurspanning bij een toerental van 433 rpm uit de grafiek. Als het toerental 433 rpm is, geldt ∆n = 500 – 433 = 67 rpm

K=

∆UIT ∆n ∆n 67 = ⇒ ∆U = ⇒ ∆U = = 1,8 V K ∆IN ∆U 37,5

U = 10 – 1,8 = 8,2 V Opgave 3 – Rekenen aan dode tijd Een temperatuur wordt met een gasstroom geregeld via een klep die zich op 10 m van de gasbrander bevindt. De flow is 50,0 l/min en de diameter van de leiding is 15,0 cm. Bereken de dode tijd die optreedt als de klepstand plotseling verandert.

𝐴=

1 2 1 𝜋𝑑 = 𝜋152 = 176,7 〖𝑐𝑚〗^2 = 1,767 𝑑𝑚2 4 4

𝛷V = 𝑣 ∙ 𝐴 → 𝑣 = 𝑡=

𝛷V 𝐴

=

500

1,767

𝑑𝑚/𝑚𝑖𝑛 = 264 𝑑𝑚/𝑚𝑖𝑛

𝑠 100 = 𝑚𝑖𝑛 = 0,378 𝑚𝑖𝑛 = 22,7 𝑠 𝑣 264

22


Opgave 4 – Leeglopen van een vat Het vrij leeglopen van een vat met vloeistof blijkt ook een eerste-orde proces te zijn. Dit vat is te zien in figuur 3.24. leeglopen van een vat

h (m) 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

t (min)

Figuur 3.24 Temperatuur als functie van de tijd bij een niveauproces

a. b.

c.

d.

Wat is de drijvende kracht achter dit proces? De zwaartekracht veroorzaakt een vloeistofdruk op de zijden en de bodem van het vat. Waarom neemt die kracht af tijdens het leeglopen? De druk is evenredig met de hoogte van de vloeistofkolom dus de druk neemt af als het niveau daalt (q=k*�∆𝑝) Bepaal de tijdconstante van dit proces via de twee grafische wijzen. 1. Zie grafiek rode bol. 2. 63 % van 8 m is 5,04 m. De hoogte is dan 8 – 5,04 =2,96 m. Dit levert ongeveer 8 min op. Bereken het niveau in het vat na 20 minuten met de bepaalde tijdsconstante. Klopt dit met de grafiek? 𝑃𝑉 = 8(1 − 𝑒 grafiek.

−20 8

)=7,34 meter lager. Dat levert dus op 8-7,34=0,65 m. Klopt met de

Opgave 5 – Opwarmingsproces a. Bepaal de tijdconstante uit de grafiek in figuur 3.16. Kies zelf een methode. 63 % van 70 °C= 44,1 °C . Aflezen bij 64,1 °C geeft τ = 15 min 𝑡

𝑇(𝑡) = 𝑇eind + (𝑇begin − 𝑇eind) �1 − 𝑒 −𝜏 � b.

𝑡

𝑇(𝑡) = 20 + 70 �1 − 𝑒 −15 �

Bereken de temperatuur op t = 27 min. Controleer ook met de grafiek. t

T(t) = Teind + (Tbegin − Teind) �1 − e−τ � t

T(t) = 20 + 70 �1 − e−15 �

c.

27

T(27) = 20 + 70 �1 − e−15 � = 20 + 70(1 − 0,1653) = 78,4°C. Dit klopt.

Bereken op welk tijdstip de temperatuur nog maar 1% van de eindwaarde is verwijderd. 1% van 90 °C is 0,9 °C, dus T(t) = 89,1 °C 𝑡

𝑡

𝑡

89,1 = 20 + 70 �1 − 𝑒 −15 � → �1 − 𝑒 −15 � = 0,9871 → 𝑒 −15 = 0,012857

−

𝑡 = −4,354 → 𝑡 = 65,3 𝑚𝑖𝑛 15

Bij dit proces kan ook de statische procesoverdracht berekend worden uit de evenwichtssituatie. De opwarming kwam tot stand doordat het stuursignaal van regelklep van 4 mA naar 16 mA was gezet.

23


d.

Bereken de statische procesoverdracht.

KP =

∆PV 70 °C °C = = 5,83 ∆OUT 12 mA mA

Opgave 6 – Regelkring De begintemperatuur van een oven is 20 °C en de maximumtemperatuur bij vol vermogen is 380 °C. De tijdconstante van een volle oven bedraagt 3,8 minuten. a.

b.

Zou de tijdconstante van een lege oven hetzelfde zijn, of zou hij groter of kleiner zijn? Leg uit. Een lege oven bevat minder massa om te verwarmen en zal sneller op temperatuur zijn. De tijdsconstante zou in dit geval dan kleiner zijn. Bereken de temperatuur 1,0 minuut na het aanzetten. 𝑇(𝑡) = 20 + 360 �1 − 𝑒

c.

𝑡 −3,8 �

𝑇(1,0) = 20 + 360 �1 − 𝑒

1 3,8

−

� = 20 + 360 × 0,2314 = 103,3 °C

Na hoeveel minuten is de temperatuur 40 °C ? Deze temperatuur wordt niet bereikt.

Opgave 7 – Thermometer tijdconstante Een kwikthermometer heeft een tijdconstante van 6,0 s. Hij wordt van kamertemperatuur 20 °C in kokend water gebracht. Hoeveel graden geeft de thermometer aan na 20,0 s? 𝑇(𝑡) = 20 + 80 �1 − 𝑒

𝑡 3,8

−

𝑇(20) = 20 + 80 �1 − 𝑒

−

�

20 3,8

� = 99,6 °C

24


Opgave 8 – Dode tijd a.

Bepaal de tijdconstante en de dode tijd van dit proces.

Aflezen dode tijd τ V = 10 min en τ = 5,5 min b. c.

Bereken de regelbaarheid van dit proces.

𝜏𝑉 𝜏

=

10

5,5

= 1,18 > 0,8 dus een moeilijk te regelen proces

Bereken de temperatuur na 25 minuten met de tijdsconstante bepaald bij onderdeel b. −15

𝑃𝑉 = (240 − 20) ∗ (1 − 𝑒 5,5 )=205˚C. (hier 25-10=15 nemen i.v.m. de voortplantingstijd van 10 min). Opgave 9 – Rekenen aan integrerend proces Het vloeistofniveau h in een vat met A = 0,85 m2 is constant op 1,50 m bij een instroom van 70 l/min. De instroom verandert abrupt (met een stap) naar 20 l/min. De uitstroom blijft gelijk (70 l/min) want die wordt geregeld via een klep en regelaar. a. Hoe groot is de uitstroom? 70 l/h b. Bereken na hoeveel tijd het niveau gezakt is tot 0,75 m.

∆𝑉 = 0,75 ∗ 0,85 = 0,6375 𝑚3 50 𝑙 𝑚3 ∆𝑄 = = 0,05 𝑚𝑖𝑛 𝑚𝑖𝑛 0,6375 𝑡= = 12,75 𝑚𝑖𝑛 0,05 Opgave 10 – Cone roof tank De tank in figuur 3.23 heeft een diameter van 30 meter en is 10 meter hoog. a.

b.

Hoelang zal het duren voor deze tank vanaf leeg tot 9 m is gevuld als er een pomp water inpompt met een flow van 14 m3/h?

𝑉 = .25 ∗ 3,14 ∗ 900 ∗ 10 = 7065 𝑚3 𝑡=

7065 14

= 505 ℎ

Als de tijdsconstante van de volle tank 3 uur is en de begintemperatuur 20 °C. Hoe lang zal het duren voordat de temperatuur 50 °C? De maximale eindtemperatuur bedraagt 80 °C. 𝑡

50 = 20 + 60 �1 − 𝑒 −3 � 𝑡 50 − 20 = 1 − 𝑒 −3 60 𝑡 1 − 1 = −𝑒 −3 2 𝑡 1 − = −𝑒 −3 2

25

Docentenhandleiding Opdrachten en antwoorden hoofdstuk 3 𝑡

0,5 = 𝑒 −3

𝑡 3 𝑡 −1,204 = − 3 𝑡 = 3,612 ℎ ln(0,5) = −

c.

Van welke orde zal dit opwarmingsproces zijn indien er indirecte verwarming plaatsvindt? Het hogere orde proces, oftewel het tweede.



Het antwoord van opgave 11 is op de volgende pagina te vinden.

26


Opgave 11 – Hogere orde proces Hieronder staan gegevens van een hogere orde proces

Tijd (min) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

a.

b.

PV (%) 20,0 20,0 20,0 21,0 23,0 27,3 34,3 40,0 43,0 44,0 44,7 45,0 45,0 45,0 45,0

Op tijdstip t=2 minuten werd het OUT signaal vergroot van 10% naar 50%. Plaats deze gegevens in een grafiek en bepaal de tijdsconstante en de voortplantingstijd in minuten.

Tv = 2 min en T = 3,5 min. Bereken de versterkingsfactor van dit proces. Kp=(45-20/(50-10)=25/40=0.625

27


4.


4.1.

Opdrachten hoofdstuk 4 Opgave 1 – Aan-uit-regeling Bij deze opdracht heb je figuur 4.2 nodig uit paragraaf 4.3. Bekijk deze en maak daarna onderstaande vragen. a. Bepaal de tijdconstante van het proces. b. Bepaal de tijdsduur van inschakelen en uitschakelen.

Opgave 2 – Aan-uit-regeling Bij deze opdracht heb je figuur 4.3 nodig uit paragraaf 4.3. Bekijk deze en maak daarna onderstaande vragen. a. Bepaal de dode tijd van dit proces. b. Geef een mogelijke verklaring waarom deze dode tijd optreedt. c. Bepaal de overshoot en undershoot die optreedt, zowel in °C als in %. d. Als de waarden uit c ongeveer gelijk zijn, wat zegt dat dan over de tijdconstanten?

4.2.

Antwoorden hoofdstuk 4 Opgave 1 – Aan-uit-regeling Bij deze opdracht heb je figuur 4.2 nodig uit paragraaf 4.3. Bekijk deze en maak daarna onderstaande vragen. a. Bepaal de tijdconstante van het proces. Hier is alleen de raaklijnmethode mogelijk. De tijdconstante is 70s.

b.

Bepaal de tijdsduur van inschakelen en uitschakelen. Het inschakelen duurt: 32 s en uitschakelen: 30 s

28


Opgave 2 – Aan-uit-regeling Bij deze opdracht heb je figuur 4.3 nodig uit paragraaf 4.3. Bekijk deze en maak daarna onderstaande vragen. a. Bepaal de dode tijd van dit proces. Dit valt af te lezen van de grafiek: t v = 10s b. Geef een mogelijke verklaring waarom deze dode tijd optreedt. Er is een voortplantingstijd geïntroduceerd door de lengte van de buis. c. Bepaal de overshoot en undershoot die optreedt, zowel in °C als in %.

d.

Dit is lastig te zien door de verschoven waarden langs de y-as. De overshoot en undershoot is ongeveer 8°C. (8/70)*100%=11% Als de waarden uit c ongeveer gelijk zijn, wat zegt dat dan over de tijdconstanten? Dan zijn de constanten ook ongeveer even groot.

29


5.


5.1.

Opdrachten hoofdstuk 5 Opgave 1 – Proportionele band Bekijk figuur 5.19 en maak de opdrachten die onder de figuur staan.

PV (%)

Figuur 5.19

OUT (%)

a. b. c. d. e.

K R is ingesteld op 0,5. Laat zien dat dit klopt. Hoe groot is het setpoint? Bepaal het meetgebied en het regelgebied. Bereken de proportionele band PB. Laat zien dat de formule: klopt.

f.

Streep weg: “De versterkingsfactor is verhoogd, dat betekent dat een kleine verandering van de proceswaarde een kleine/gelijke/grote verandering geeft van het stuursignaal.”

PB =

100 %

KR

Opgave 2 – Proportionele band Als de regelaar direct werkt, is de versterkingsfactor positief en ziet de grafiek er uit als die in figuur 5.20. Maak na het bekijken de opdrachten die onder figuur 5.20 staan.

PV (%)

Figuur 5.20

a. b. c. d.

OUT (%)

Bepaal K R . Hoe groot is het setpoint nu? Bepaal het meetgebied en het regelgebied. Bereken de proportionele band PB.

30


Opgave 3 - Grafiek Vul de onderstaande grafiek in voor een regelaar met de volgende instellingen: a. SP = 20 %, K R = 1, omgekeerd werkend; b. SP = 70 %, K R = 2, direct werkend.

PV (%)

OUT (%) Opgave 4 – Werkingsrichting Als het proces in figuur 5.21 een koelwaterstroom regelt, verandert de zaak. De klep moet dan ATC (air-to-close) zijn om te sluiten bij energie-uitval.

Figuur 5.21 Een flowproces met ATC klep

a. b.

Hoe zie je dat het een ATC klep is? Beredeneer welke werkingsrichting de regelaar moet hebben.

31


Opgave 5 – Offset wegwerken door verandering van K R Bij een K R = 2 ziet de grafiek uit als figuur 5.22. De regelaarkarakteristiek is “gekanteld” om het setpoint.

Statische afwijking (offset)

werkpunt

Figuur 5.22 Verandering van de regelaarversterking

a. b. c. d. e. f. g. h.

Hoe zie je dat regelaarversterking K R inderdaad 2 is? Hoe groot is nu de PB? Bepaal de nieuwe offset. Conclusie? Wat is een mogelijk nadeel van het vergroten van de versterkingsfactor? Hoe groot zou de regelaarversterking theoretisch moeten worden om de offset helemaal weg te werken? Verklaar waarom dit wel of niet haalbaar is Hoe zou je de offset op andere manier verder kunnen verkleinen? Denk hierbij aan de bias! Wat is het nadeel van deze manier?

32


Opgave 6 – Overshoot en Demping Bekijk figuur 5.23 die hieronder is afgebeeld en maak daarna de vragen.

Figuur 5.23

a. b. c. d.

5.2.

Bepaal de tijdconstante en de dode tijd. Is dit proces moeilijk of makkelijk regelbaar? Leg uit. Bepaal de overshoot en de demping. Zijn die acceptabel? Het verloop van het stuursignaal is precies tegengesteld gericht aan dat van de proceswaarde. Leg uit hoe dat komt

Antwoorden hoofdstuk 5 Opgave 1 – Proportionele band Bekijk figuur 5.19 en maak de opdrachten die onder de figuur staan.

PV (%)

Figuur 5.19

OUT (%)

a.

K R is ingesteld op 0,5. Laat zien dat dit klopt. Kr=ΔOUT/ΔPV=(75-25)/(100-0)=50/100=0,5

b.

Hoe groot is het setpoint? Daar waar de OUT 50% is, dus 50%.

c.

Bepaal het meetgebied en het regelgebied. Meetgebied is 0-100%. Het regelgebied is 200%

33


d.

Bereken de proportionele band PB. PB = 200%

e.

Laat zien dat de formule:

PB =

100 %

klopt.

KR

PB=1--%/0,5=200% f.

Streep weg: “De versterkingsfactor is verhoogd, dat betekent dat een kleine verandering van de proceswaarde een kleine/gelijke/grote verandering geeft van het stuursignaal.”

Opgave 2 – Proportionele band Als de regelaar direct werkt, is de versterkingsfactor positief en ziet de grafiek er uit als die in figuur 5.20. Maak na het bekijken de opdrachten die onder figuur 5.20 staan.

PV (%)

Figuur 5.20

OUT (%)

a.

Bepaal K R . Kr=ΔOUT/ΔPV=(95-25)/(100-0)=70/100=0,7

b.

Hoe groot is het setpoint nu? 50%

c.

Bepaal het meetgebied en het regelgebied. Het meetgebied: 0-100% , het regelgebied (100%/0,7)=143%

d.

Bereken de proportionele band PB. 143%, hetgeen in dit geval hetzelfde is als het regelgebied.

Opgave 3 - Grafiek Vul de onderstaande grafiek in voor een regelaar met de volgende instellingen: a. SP = 20 %, K R = 1, omgekeerd werkend; b. SP = 70 %, K R = 2, direct werkend.

34


Opgave 4 – Werkingsrichting Als het proces in figuur 5.21 een koelwaterstroom regelt, verandert de zaak. De klep moet dan ATC (air-to-close) zijn om te sluiten bij energie-uitval.

Figuur 5.21 Een flowproces met ATC klep

a.

Hoe zie je dat het een ATC klep is? Dit kun je zien omdat de pijl van de klep af gericht is.

b.

Beredeneer welke werkingsrichting de regelaar moet hebben. Als de flow toeneemt moet de klep verder dicht, dus het signaal OUT moet toenemen. De regelaar moet direct werken.

Opgave 5 – Offset wegwerken door verandering van K R a.

b.

c.

d.

Hoe zie je dat regelaarversterking K R inderdaad 2 is? 𝐾R =

∆𝑂𝑈𝑇 (100 − 0)% = = 2,0 (95 − 45)% ∆𝑃𝑉

Hoe groot is nu de PB? Aflezen offset = 8% (zie figuur in de opdracht). Hij is dus minder geworden Bepaal de nieuwe offset. Conclusie? 𝑃𝐵 =

100 % 100 = = 50 % 𝐾R 2

Wat is een mogelijk nadeel van het vergroten van de versterkingsfactor? De regelaar gaat sterker reageren en dat is niet altijd gewenst omdat er dan oscillatie kan ontstaan.

35


e.

Hoe groot zou de regelaarversterking theoretisch moeten worden om de offset helemaal weg te werken? Dit zou dan oneindig groot moeten zijn.

f.

Verklaar waarom dit wel of niet haalbaar is Dit is niet haalbaar, je krijgt dan een aan-/uitregeling

g.

Hoe zou je de offset op andere manier verder kunnen verkleinen? Denk hierbij aan de bias! De bias of het setpoint zou je handmatig kunnen aanpassen

h.

Wat is het nadeel van deze manier? Je hebt geen automatische regeling meer

Opgave 6 – Overshoot en Demping Bekijk figuur 5.23 die hieronder is afgebeeld en maak daarna de vragen. a.

Bepaal de tijdconstante en de dode tijd.

Dode tijd = 10 s en de tijdconstante ook 10 s b.

Is dit proces moeilijk of makkelijk regelbaar? Leg uit. 10 𝜏 = = 1,0 < 3 𝜏𝑣 10 Omdat de verhouding kleiner is dan 3 is dit een moeilijk regelbaar proces.

c.

Bepaal de overshoot en de demping. Zijn die acceptabel?

36


𝑏 0,28 Overshoot = 𝑎 ∙ 100 % = 0,80 × 100 % = 35 % Dit is veel teveel.

𝑐 0,08 Demping = 𝑏 = 0,35 = 0,23 Dit is acceptabel

d.

Het verloop van het stuursignaal is precies tegengesteld gericht aan dat van de proceswaarde. Leg uit hoe dat komt Het proces is blijkbaar omgekeerd werkend (indirect)

37


6.


6.1.

Opdrachten hoofdstuk 6 Opgave 1 – P-geregeld en PI-geregeld eerste orde proces zonder dode tijd Hieronder zijn simulaties van een eerste-orde proces te zien zonder dode tijd met K P = 1 en tijdconstante τ = 100 s. Maak nadat je deze simulaties hebt bekeken de vragen die daar onderstaan.

a. b. c. d.

Bespreek het verschil in gedrag tussen de situaties A, B, C en D. Streep weg: “Een kleine integratietijd betekent een snelle/trage I-actie.” Neem over en vul in: “Verkleinen van de integratietijd van de regelaar leidt tot …………..… met als nadeel ……………………..”. Vul in: geen I-actie betekent eigenlijk dat τ i = ………

Opgave 2- PI-regelaars De onderstaande vragen gaan over PI-regelaars die je onder andere in paragraaf 6.4 eerder hebt gezien. Maak onderstaande vragen eventueel met behulp van figuur 6.12. Succes! a. b. c. d.

Wat is het voordeel van een PI-regelaar boven een P-regelaar? Welke 3 parameters kun je instellen op een PI-regelaar? Als de versterkingsfactor van een PI-regelaar is ingesteld op 4 en de integratietijd op 5 minuten, hoe groot is van deze regelaar dan de PB en het aantal herhalingen? Wat kan een nadeel zijn van de PI-regelaar?

Bekijk de grafiek op de volgende pagina en maak daarna de vragen 2e tot en met 2g.

38


Figuur 6.12

e. f. g.

6.2.

Hoe groot is de PB? Hoe is het aantal herhalingen ingesteld? Wat is de werkingsrichting van deze regelaar?

Antwoorden hoofdstuk 6 Opgave 1 – P-geregeld en PI-geregeld eerste orde proces zonder dode tijd Hieronder zijn simulaties van een eerste-orde proces te zien zonder dode tijd met K P = 1 en tijdconstante τ = 100 s. Maak nadat je deze simulaties hebt bekeken de vragen die daar onderstaan.

a.

Bespreek het verschil in gedrag tussen de situaties A, B, C en D. A Er is geen I-actie, en dus een grote offset B Er is een zwakke I-Actie; de offset wordt langzaam kleiner C Er is nu een matige I-actie en de offset wordt netjes weggewerkt D Er is een hele sterke I-actie waardoor er een overshoot optreedt. Dit is absoluut niet wenselijk

b.

Streep weg: “Een kleine integratietijd betekent een snelle/trage I-actie.”

39


c.

Neem over en vul in: “Verkleinen van de integratietijd van de regelaar leidt tot Het sneller wegwerken van de offset met als nadeel dat er een overshoot kan optreden.”.

d.

Vul in: geen I-actie betekent eigenlijk dat τ i = ∞ (oneindig)

Opgave 2- PI-regelaars De onderstaande vragen gaan over PI-regelaars die je onder andere in paragraaf 6.4 eerder hebt gezien. Maak onderstaande vragen eventueel met behulp van figuur 6.12. Succes! a.

Wat is het voordeel van een PI-regelaar boven een P-regelaar? Het werkt de statische afwijking weg zodat PV gelijk wordt aan SP (PV=SP)

b.

Welke 3 parameters kun je instellen op een PI-regelaar? • Werkingsrichting • Versterkingsfactor • Integratietijd

c.

Als de versterkingsfactor van een PI-regelaar is ingesteld op 4 en de integratietijd op 5 minuten, hoe groot is van deze regelaar dan de PB en het aantal herhalingen? PB=100%/4=25% en r=1/5=0,2 repeats per minuut

d.

Wat kan een nadeel zijn van de PI-regelaar? De PI-regelaar kan het geregelde proces instabieler maken

Bekijk de grafiek op de volgende pagina en maak daarna de vragen 2e tot en met 2g.

Figuur 6.12

e.

Hoe groot is de PB? PB=100%

f.

Hoe is het aantal herhalingen ingesteld? Ti= 4 minuten = ¼ = 0,25 herhaling/min

g.

Wat is de werkingsrichting van deze regelaar? omgekeerd

40


7.


7.1.

Opdrachten hoofdstuk 7 Opgave 1 – PID regelaars De onderstaande vragen gaan over de PID-regelaars. Maak de opdrachten en maak eventueel gebruik van stof die in hoofdstuk 7 is besproken. a. b. c. d. e.

Waarop reageert een D-regelaar? Waarom gebruikt men een D-regelaar? Waarom is ruis op het gemeten waarde signaal voor een D-regelaar vervelend? Welke 4 zaken kun je op een PID-regelaar instellen? Van welke drie grootheden is de mate van D-actie afhankelijk?

Gegeven is onderstaande dynamische regelaarkarakteristiek:

Figuur 7.11 f. g. h.

7.2.

Hoe groot is de differentiatietijd? Hoe groot is de PB? Geef in eigen woorden aan waarom een D-actie de PI-regelaar in sommige gevallen sneller kan maken.

Antwoorden hoofdstuk 7 Opgave 1 – PID regelaars De onderstaande vragen gaan over de PID-regelaars. Maak de opdrachten en maak eventueel gebruik van stof die in hoofdstuk 7 is besproken. a.

Waarop reageert een D-regelaar? Op een verandering van de PV in tijd.

b.

Waarom gebruikt men een D-regelaar? • Mogelijk sneller maken van het geregelde proces • minder overshoot

c.

Waarom is ruis op het gemeten waarde signaal voor een D-regelaar vervelend? Ruis is een zeer snelle verandering van de PV en deze wordt versterkt.

d.

Welke 4 zaken kun je op een PID-regelaar instellen? • Werkingsrichting • Versterking • Integratietijd

41


• e.

Differentiatietijd

Van welke drie grootheden is de mate van D-actie afhankelijk? • Verandering PV in tijd • Versterkingsfactor • d-tijd

Gegeven is onderstaande dynamische regelaarkarakteristiek:

Figuur 7.11 f.

Hoe groot is de differentiatietijd? 4 minuten

g.

Hoe groot is de PB? 50%

h.

Geef in eigen woorden aan waarom een D-actie de PI-regelaar in sommige gevallen sneller kan maken. D actie dempt de OUT waardoor er sneller een PV wordt bereikt.

42


8.


8.1.

Opdrachten hoofdstuk 8 Opgave 1 – Regelklep 1 In hoofdstuk 8 ben je alles te weten gekomen over de regelklep. Onderstaande opgaves gaan over de regelklep. Bij het beantwoorden van de vragen mag je uiteraard de tekst van hoofdstuk 8 gebruiken. a. b. c.

Van welke twee zaken is de hoeveelheid medium afhankelijk die door een klep stroomt? Is dit een NO of een NC klep en waarom? Wat is de richting van de flow van het medium door de klep heen?

Opgave 2 – Regelklep 2 Lees de vragen en maak de onderstaande opgaven die horen bij hoofdstuk 8. a. Leg in eigen woorden uit waarom een equiprocentuele klep gebruikt wordt. b. Wat versta je onder dynamische druk? c. Het drukverschil over een geheel geopende klep bedraagt 8 bar. Als de klep geheel dicht is, is het drukverschil 30 bar. Voor welke type klep kiest men hier? d. Wat is het nut van klepstandstellers? e. Wat is er fout aan de linker tekening van figuur 8.1?

Opgave 3 – Rekenen aan de regelklep Bij deze opgave is het de bedoeling dat je gegevens van de regelklep gaat berekenen. a.

b.

De K v -waarde van een klep bedraagt 10. Het medium heeft een dichtheid van 1080 kg/m3. Het drukverschil over de klep is 1050 kPa. Hoeveel medium zal er door deze geheel geopende klep stromen? Bereken het druksignaal naar de regelklep indien er een 11 mA signaal naar de I/P omvormer gaat.

Op de volgende pagina moet je bij opdracht 3c de flow berekenen die door de klep staat. Hierbij krijg je informatie over de K-waarde, het drukverschil en de dichtheid van de vloeistof.

Gegeven onderstaande klepgegevens: • K v -waarde van de klep is 25 m3/h • Drukverschil over de klep is 4 bar • Dichtheid van de vloeistof is 2,000 kg/dm3 c.

Bereken de flow in m3/h die er door de klep gaat.

Opgave 4 – Regelklep 3 Ook onderstaande vragen gaan over de regelklep. Gebruik hierbij eventueel de leertekst van hoofdstuk 8. a. Leg in eigen woorden uit waarom een equiprocentuele klep gebruikt wordt. b. Hoe kan het drukverschil zakken over de regelklep indien de klepstand groter wordt? Er bevindt zich een leidingwerk achter de regelklep. c. Leg uit wat een klep bypassen is en waarom je dit doet. d. Schets een grafiek van een lineaire regelklep waarbij het drukverschil over deze klep afneemt bij oplopende klepstanden.

43


8.2.

Antwoorden hoofdstuk 8 Opgave 1 – Regelklep 1 In hoofdstuk 8 ben je alles te weten gekomen over de regelklep. Onderstaande opgaves gaan over de regelklep. Bij het beantwoorden van de vragen mag je uiteraard de tekst van hoofdstuk 8 gebruiken. a.

Van welke twee zaken is de hoeveelheid medium afhankelijk die door een klep stroomt? • Drukverschil over de klep • De klepstand

b.

Is dit een NO of een NC klep en waarom? NC, deze klep gaat dicht indien er geen OUT signaal is.

c.

Wat is de richting van de flow van het medium door de klep heen? Van links (onder de plug) naar rechts

Opgave 2 – Regelklep 2 Lees de vragen en maak de onderstaande opgaven die horen bij hoofdstuk 8. a. Leg in eigen woorden uit waarom een equiprocentuele klep gebruikt wordt. Bij grotere doorlaten kan het drukverschil over de klep minder worden. Door de inherente klepkarakteristiek wordt hiervoor gecorrigeerd. b.

Wat versta je onder dynamische druk? Dynamische druk is druk opgewekt door beweging

c.

Het drukverschil over een geheel geopende klep bedraagt 8 bar. Als de klep geheel dicht is, is het drukverschil 30 bar. Voor welke type klep kiest men hier? Equiprocentueel. Te veel verschil in drukverschil over de klep.

d.

Wat is het nut van klepstandstellers? Het positioneren van de plug op de correcte stand en bij gebruik van split range regelingen.

e.

Wat is er fout aan de linker tekening van figuur 8.1? Flow moet van rechts (onder de plug) naar links

Opgave 3 – Rekenen aan de regelklep Bij deze opgave is het de bedoeling dat je gegevens van de regelklep gaat berekenen. a.

De K v -waarde van een klep bedraagt 10. Het medium heeft een dichtheid van 1080 kg/m3. Het drukverschil over de klep is 1050 kPa. Hoeveel medium zal er door deze geheel geopende klep stromen?

𝑄𝑣 = 10 ∗ � b.

1,050 = 9,86 𝑚3/ℎ 1,080

Bereken het druksignaal naar de regelklep indien er een 11 mA signaal naar de I/P omvormer gaat. P=(11-4)/16 * 80 + 20 = 55 kPa

Op de volgende pagina moet je bij opdracht 3c de flow berekenen die door de klep staat. Hierbij krijg je informatie over de K-waarde, het drukverschil en de dichtheid van de vloeistof.

44


Gegeven onderstaande klepgegevens: • K v -waarde van de klep is 25 m3/h • Drukverschil over de klep is 4 bar • Dichtheid van de vloeistof is 2,000 kg/dm3 c.

Bereken de flow in m3/h die er door de klep gaat. 4

𝑄𝑣 = 25 ∗ � = 35,4 𝑚3/ℎ 2

Opgave 4 – Regelklep 3 Ook onderstaande vragen gaan over de regelklep. Gebruik hierbij eventueel de leertekst van hoofdstuk 8. a. Leg in eigen woorden uit waarom een equiprocentuele klep gebruikt wordt. Bij grotere doorlaten kan het drukverschil over de klep zakken. Hierdoor laat de regelklep naar verhouding steeds minder door. Met een equiprocentuele klep wordt dit opgeheven. b.

Hoe kan het drukverschil zakken over de regelklep indien de klepstand groter wordt? Er bevindt zich een leidingwerk achter de regelklep. Er komt steeds meer dynamische tegendruk

c.

Leg uit wat een klep bypassen is en waarom je dit doet. Indien een proces door moet gaan en deklep vervangen wordt, dan wordt deze op de by pass genomen.

d.

Schets een grafiek van een lineaire regelklep waarbij het drukverschil over deze klep afneemt bij oplopende klepstanden.

45

Docentenhandleiding Uitleg softwarepakket

9.

Uitleg softwarepakket

9.1.

Programma’s op de CD-rom

Processimulator In de software staan verschillende programma’s die betrekking hebben op regeltechniek. Het belangrijkste onderdeel is de processimulator die reageert op de veranderingen die je als deelnemer / student maakt. Deze dynamische karakteristiek is handig om opdrachten in te maken of de leerstof te verduidelijken. DECBIN Dit programma kan het analoog signaal omzetten naar een binaire waarde. Dit doet hij onder verschillende resoluties die als deelnemer/student in te stellen zijn. Fluid-pressure-and-flow Deze software kan verschillende simulaties uitvoeren op het gebied van vloeistof stromen en dergelijke. De deelnemer / student kan bijvoorbeeld de leiding verbreden of verkleinen en dan kijken wat het verschil in druk en snelheid van de stroom is bij een nauwer of breder gedeelte in de waterleiding. Model mechanische regelaar Dit model is een voorbeeld van een mechanisch level P-regelaar welke te beïnvloeden valt op percentage en L/uur. On-off simulatie Deze Excel-sheet is ontwikkeld om het proces af te beelden. Als de waarden worden veranderd, dan verandert ook het visuele proces mee. PID-Regelaar Ook de PID-regelaar heeft een soortgelijke Excel-sheet waarbij waarden in het proces en bij de controller veranderd kunnen worden waardoor de visualisatie van de PID-regelaar verandert.

46

Docentenhandleiding Uitleg softwarepakket

9.2.

Installatie processimulator Een programma om verschillende processen (0-de, 1-ste en hogere orde) te regelen met een P-, PI- of PID-=regelaar. Dynamische en statisch overzicht van procesparameters. Ondersteunt de hoofdstukken over PID regelen en soorten processen. 1.

Stop de CD-rom in de CD-rom speler;

2.

Indien er automatisch geen inhoud wordt weergegeven, klik dan op de betreffende CD-rom;

3.

De volgende inhoud verschijnt:

4.

Open de map Processimulator waarbij de volgende inhoud verschijnt:

5.

Klik op setup;

6.

Aangezien het programma is gemaakt voor en onder Windows XP zal de computer vragen om de nieuwere files reeds geïnstalleerd op uw computer te behouden. Kies dus voor deze optie. Negeer de installatie van de oudere files;

7.

Ga door met de installatieprocedure;

8.

Bij “Start” en “Programma’s” is nu het programma “Processimulator V5” te vinden.

47

Docentenhandleiding. Antwoordenboek & software Regeltechniek

Recommend Documents