Bezpečnost chemických výrob N111001

1. Bezpečnost chemických výrobN111001 Petr Zámostnýmístnost: A-72atel.: 4222e-mail: petr.zamostny@vscht.cz

2. Základní pojmy z regulace ařízení procesů Účel regulace Základní pojmy Dynamické modely regulačních obvodů

3. Reaktor s exotermní reakcí Qr Q[kW] Qr nestabilní ustálený stav stabilní ustálený stav QC QC T[K]

4. Reaktor s exotermní reakcí • Dynamický systém • složení reakční směsi a teplota se mohou měnit v čase • Samovolné chování • a. reaktor se ustálí ve stabilním ustáleném stavu • b. teplota neustále roste – ujetí teploty • „Přinucení“ reaktoru k jinému chování • REGULACE, Řízení procesu

5. Proč řídit provoz zařízení • Např. reaktor s exotermní reakcí • vyšší teplota = vyšší rychlost reakce • při vysoké teplotě nelze dosáhnout stabilního ustáleného stavu • Provoz v nestabilním ustáleném stavu s regulací • regulace eliminuje vznikající odchylky od ustáleného stavu

6. Kvalita regulace vs. efektivita procesu • Často při provozu nesmí dojít k překročení některých limitů (např. teplota) • Čím blíže k limitu lze zařízení provozovat, tím vyšší může být efektivita • např. rychlost reakce roste s teplotou, ale od nějaké teploty se začnou objevovat nežádoucí produkty

7. Kvalita regulace

8. Terminologie • Cíl regulace (Setpoint) -co se má regulací dosáhnout (jaká hodnota) • Řízená veličina – veličina, jejíž hodnota se regulací upravuje • Nastavovaná (akční) veličina – veličina, jejíž hodnotu lze přímo nastavit (a ovlivňuje hodnotu řízené veličiny) • Akční člen (actuator) – zajišťuje změnu nastavované veličiny • Senzor– zjišťuje hodnotu řízené veličiny • Ovladač – dává pokyny akčnímu členu • Porucha (disturbance) – odchylka od normálu, způsobí výchylku řízené veličiny

9. Příklad: řízení auta • Cíl regulace: udržet auto na silnici ... • Řízená veličina: poloha auta na silnici • Nastavovaná veličina: úhel otočení předních kol • Akční člen (actuator): volant, ruce řidiče • Senzor: oči řidiče • Ovladač: řidič, mozek řidiče • Porucha (disturbance): zatáčka na silnici

10. Příklad: výměník tepla • Řízená veličina: teplota výstupního proudu • Nastavovaná veličina: průtok chladícího média • Akční člen: regulační ventil na přívodu chladiva • Senzor: termočlánek na výstupním proudu • Porucha:změna teploty vstupního proudu

11. Nejjednodušší regulace • Stabilizace vstupů • Omezená použitelnost • omezené možnosti nastavení podmínek • citlivost na poruchy, nestailita

12. Řízení se zpětnou vazbou Porucha Nastavená hodnota + Proces Ovladač Akční č. - Řízená veličina Senzor

13. Princip zpětnovazební regulace • Aktuální hodnota řízené veličiny je měřena • Aktuální měřená hodnota je porovnána s nastavenou hodnotou • Rozdíl hodnot určí akci, která se provede

14. Typy zpětnovazební regulace • Řízení On-Off, např. běžný termostat • Ruční řízení operátorem • PID regulátory • obecný regulátor se třemi složkami interpretace odchylky – proporcionální, diferenciální a integrální • Regulátory založené na modelu • model vypočítá optimální regulační zásah pro uvedení systému na požadovanou hodnotu

15. Regulace s dopřednou vazbou • Měření hodnot vstupních veličin • Analýza poruch • Kompenzace vlivů poruch nastavením akční veličiny

16. Modely regulačních systémů • Regulační systémy ovlivňují proces akčním členem s vlastní dynamikou • Proces dynamicky reaguje na změny v nastavované veličině • Odezva procesu je měřena čidlem s dynamickou charakteristikou • Modely regulačních systémů jsou dynamické

17. Akční člen Pneumaticky řízený ventil pro regulaci průtoku

18. Příklad instalace

19. Dynamickýmodel akčního členu

20. Dynamickýmodel senzoru • dynamické chování vyjádřeno časovou konstantou • T je skutečná teplota

21. Dynamický model off-line analyzátoru

22. Dynamický model úrovně hladiny

23. Dynamický model úrovně hladiny • akční člen na výtoku ze zásobníku • proces (zásobník) • senzor

24. Cvičení • Nasimulujte časovou závislost výšky hladiny v zásobníku o vodorovném průřezu 1 m2. • Přítok kolísá v rozmezí 9 – 11 l.s-1 • =NÁHČÍSLO()*2+9 • Odtok je regulován on/off regulací na 0 nebo 15 l.s-1 tak, aby se výška hladiny v zásobníku držela na 10 m. • Časové konstanty dynamických charakteristik senzoru a akčního členu jsou 2 a 10 s