Hopp til innhold

Fagartikkel

Regulatoren

Regulatoren sammenligner er-verdi (PV) og skal-verdi (SV), og behandler avviket ved hjelp av P-, I- og D-ledd. Hensikten er at prosessen til enhver tid gir ønsket resultat, uavhengig av ytre forstyrrelser.

LK20

Regulatorens P-ledd

Proporsjonal operasjon (P-leddet) tar utgangspunkt i størrelsen på avviket mellom skal-verdi (SV) og er-verdi (PV). Regulatorens utgang (MV) er proporsjonal med avviket.

Proporsjonal-båndet uttrykkes som en prosent i forhold til det totale omfanget på inngangssignalet. Med et P-bånd på 10 prosent betyr det at 10 prosent endring på signalet fra transmitteren vil medføre at utgangen på regulatoren, og dermed reguleringsventilen, har brukt opp hele sitt område, altså 100 prosent åpning på ventilen.

P=1F·100 % der F er forsterkningen av avviket.

Dette betyr at et P-bånd på 100 prosent gir en forsterkning på 1 (eller ingen forsterkning), og et P-bånd på 1 gir en forsterkning på 100. Ved å minke P-båndet økes forsterkningen, og vi får en raskere regulering/kraftigere virkning fra P-leddet.

Med P-regulering vil det alltid være et avvik (det er dette som gir P virkning). Avviket kan minskes ved at P-båndet gjøres mindre (stor forsterkning, lite avvik). Hvis P-båndet gjøres for lite, vil det oppstå selvsving/jaging i prosessen.

Eksempel på P-regulering

Ta utgangspunkt i en nivåregulering der nivået ligger på 50 prosent, det vil si at vi har balanse mellom den mengden som renner ut av tanken, og den mengden som renner inn via reguleringsventilen. Reguleringsventilen har 50 prosent åpning. Systemet er i balanse.

Hvor stort blir avviket hvis belastningen økes med 10 prosent og vi har et P-bånd på 50? Når det renner 10 prosent mer ut, må reguleringsventilen på innløpet åpnes 10 prosent mer. Utgangen på regulatoren må da øke signalet ut med 10 prosent. Med et P-bånd på 50 får vi en forsterkning på 2, dvs at avviket i nivå må bli 5 prosent.

Hvor stort blir avviket hvis belastningen økes med 10 prosent og vi har et P-bånd på 100? Når det renner 10 prosent mer ut, må reguleringsventilen på innløpet åpnes 10 prosent mer. Utgangen på regulatoren må da øke signalet ut med 10 prosent. Med et P-bånd på 100 får vi en forsterkning på 1, det vil si at avviket i nivå må bli 10 prosent.

Hvor stort blir avviket hvis belastningen økes med 10 prosent og vi har et P-bånd på 25? Når det renner 10 prosent mer ut, må reguleringsventilen på innløpet åpnes 10 prosent mer. Utgangen på regulatoren må da øke signalet ut med 10 prosent. Med et P-bånd på 25 får vi en forsterkning på 4, det vil si at avviket i nivå må bli 2,5 prosent.

Regulatorens I-ledd

Ved å kombinere integral operasjon (I-leddet) med proporsjonal operasjon reduseres avviket i forhold til den tid det er avvik. (I-leddet bruker informasjonen om gjennomsnittsfeilen over en tidsperiode).

Styrken på I-leddets virkning indikeres med I-tid, som er den tiden det tar før I-leddets bidrag er like stort som bidraget fra P-leddet. Dess kortere I-tiden er, dess sterkere blir virkningen fra I-leddet.

Hvis I-tiden blir for kort, oppstår det selvsving/jaging i prosessen.

Regulatorens D-ledd

Proporsjonal og integral operasjon baserer seg på prosessrespons. Dette medfører en forsinkelse i reguleringen.

Derivativ operasjon (D-leddet) kompenserer for dette. Ved raske endringer i prosessverdien reagerer D-leddet ved å øke utgangen kraftig slik at prosessverdien raskt kommer tilbake til utgangspunktet. D-leddets respons avhenger av hvor raskt et signal endres; dess raskere endring, dess større virkning fra D-leddet. (D-leddet bruker informasjonen om feilendringshastigheten.)

Styrken på D-leddet indikeres ved D-tid, som er den tiden det tar før D-leddets bidrag er like stort som bidraget fra P-leddet. Dess lengre D-tiden er, dess større blir D-leddets virkning. D-leddet kan også medføre selvsving/jaging.

Regulatorens PID-respons

PID-operasjon kombinerer alle tre operasjonene. P-leddet bidrar med effektiv regulering uten selvsving, I-leddet bidrar med å fjerne avviket, og D-leddet tar seg av raske forstyrrelser slik at disse ikke får innvirkning på prosessreguleringen.

Regulatorens direkte og reverserte utgangsoperasjon

Utgangen til en PID-regulator kan settes opp til direkte eller reversert operasjon.

Direkte operasjon

Utgangen øker når prosessverdien øker. Ved nivåregulering med FC-ventil der ventilen sitter på tankens utløp, skjer følgende:

  • nivået stiger
  • PV øker
  • regulatorens utgang øker
  • ventilen åpnes mer (slipper ut mer væske fra tanken)
  • nivået stabiliseres (synker)

Reversert operasjon

Utgangen minker når prosessverdien øker. Ved nivåregulering med FC-ventil der ventilen sitter på tankens innløp, skjer følgende:

  • nivået stiger
  • PV øker
  • regulatorens utgang minker
  • ventilen stenges mer (slipper mindre væske inn i tanken)
  • nivået stabiliseres (synker)

Konfigurering av regulator

Nødvendig konfigurering av regulatoren:

  • Inngangstype
    • Type io; 1-5v
    • 4-20ma- TC
    • RTD
  • Utgangens operasjon
    • Direkte eller
    • reversert (default)
  • Regulatorens visning/display
    • Skalering i prosent
    • trykk
    • nivå (mm)

Ulike regulatorer fra ulike produsenter kan kreve varierende grad av konfigurering. Se vedlagt eksempel på regulator fra Omron.

Filer

Sist oppdatert 06.04.2020
Skrevet av Rune Mathisen og Haldor Hove

Læringsressurser

Kontinuerlig regulering