De inbedrijfstellingsoftware – functies van het programma

Regelaars zoals de JUMO IMAGO 500, de JUMO DICON touch en ook de JUMO-dTRON serie hebben een speciale softwaretool in het setup-programma, die controle en documenteren van de inbedrijfstelling vergemakkelijkt.

Deze start-up software maakt visualisatie en opslag van analoge- en binaire signalen mogelijk, terwijl het systeem geoptimaliseerd wordt.

Vooral bij complexe processen is een visuele weergave van de belangrijke procesgegevens in real time bijna onmisbaar voor de regeltechnicus.

Voor de systeemoptimalisatie is slechts één van de bovengenoemde controllers, een PC of laptop met setup-programma en een interfaceverbinding - via een setup-kabel met RS232- of USB-interface - nodig.

Deze verbinding is sowieso nodig voor de setup-programmering en is daarom algemeen beschikbaar.

Belangrijke instellingen zoals vrije signaalkeuze voor de weergave van de individuele analoge en binaire waarden in het apparaat, zoomen, verschillende printopties, tonen of verbergen van afzonderlijke

curven, vrije schaalverdeling en kleurselectie zijn standaardfuncties van deze softwaretool.

De belangrijkste taken van het programma zijn:

• bewaking en documentatie van de optimaliserings- of zelfoptimaliseringsfase
• het genereren van een setpointverandering  om de kenmerken van de regelkring te bepalen en vast te leggen op basis van het gedrag van het systeem
• vergelijking van verschillende controleresultaten met verschillende controleparameters
• steekproefsgewijze controle van de kwaliteit tijdens de productiefase of bij wisseling van tools
• opslag van dit gegevensbestand voor snelle verzending per e-mail naar een deskundige.

Het programma biedt niet alleen praktische voordelen, maar heeft ook vele andere voordelen - vooral kostenvoordelen - ten opzichte van de conventionele procesbewaking, bijv:

• geen extra registratie-apparaten en andere randapparatuur nodig voor de inbedrijfstelling
• slechts weinig tijd nodig voor de montage en bedrading van het meetapparaat
• er hoeven geen verdere sensoren aan het systeem of analoge signalen van de besturingseenheid te worden aangesloten
• grote tijdsbesparing door eenvoudige plug-and-play van de interfacekabel
• alle belangrijke procesgegevens in één oogopslag
• Gelijktijdige registratie van de systeem- en de inbedrijfstellingsgegevens

Startup programma - gebruiksaanwijzing - Voorbeeld: JUMO IMAGO 500

Algemene opmerking over optimalisatie

Optimalisatie van de regelaar is de aanpassing van de regelaar aan het gewenste proces of het regeltraject. De regelparameters moeten zo worden gekozen dat het best mogelijke gedrag van de regelkring wordt bereikt onder de gegeven bedrijfsomstandigheden. Dit meest gunstige gedrag kan echter op verschillende manieren worden gedefinieerd, bijvoorbeeld als een snel bereiken van de referentievariabele bij kleine overschrijdingen, of een overschrijdingsvrije start met een iets langere insteltijd. Als verwacht wordt dat de regelaar zich alleen als een grenscontact (zonder cyclusgedrag) gedraagt, is het niet nodig om te zoeken naar de optimale instelling voor de proportionele band, de differentiatietijd en de integratietijd. In plaats daarvan moet alleen de schakeldifferentie worden ingesteld.
In de meeste gevallen kan de regelaar zelf de regelparameters bepalen via de zelfoptimalisatie (autotuning), als het proces zelfoptimalisatie toelaat. Als alternatief kan de optimale parameterinstelling "handmatig" worden bepaald, door middel van experimenten en empirische vergelijkingen (zie formules in de bijlage).

Bij het verwisselen van regelaars of bij identieke regelinstallaties kunnen de regelparameters ook direct worden geaccepteerd of ingevoerd.

Na het handmatig instellen van de parameters mag de zelfoptimalisatie niet meer worden gestart, anders worden de instellingen door de zelfoptimalisatie overschreven.

Regelaarkenmerk / effectiviteit (definities/selectiecriteria)

Inverse: De regelaaruitgang Y is groter dan 0, of het relais wordt bekrachtigd, wanneer de proceswaarde kleiner is dan de instelwaarde (bijv. verwarming).

Direct: de regelaaruitgang Y is groter dan 0, of het relais wordt onder spanning gezet, wanneer de proceswaarde groter is dan het setpoint (bijv. koeling).

Waarom is een driepuntsregelaar ongeschikt voor aandrijving?

De driepuntsstappenregelaar heeft net als de driepuntsregelaar twee schakelende regeluitgangen, maar deze zijn speciaal ontworpen voor motoraangedreven actuatoren, bijv. voor het openen en sluiten. Als voor de driepuntsregelaar een continu uitgangssignaal nodig is om een bepaalde regeluitgang te behouden, kunnen we zien dat bij de modulerende regelaar de elektrische aandrijving in de bereikte positie blijft staan als er geen verder signaal van de regelaar komt.

Zo kan de aandrijving bijvoorbeeld 60 % open blijven, hoewel deze op dit moment niet door de regelaar wordt bediend.

Wat wordt bedoeld met digitaal ingangsfulter (dF)?

Het digitale ingangsfilter (dF) wordt gebruikt om de ingangssignalen te dempen en werkt op het display en de regelaar. Hoe groter de waarde voor "dF", hoe groter de demping van het ingangssignaal. Een extreem hoge of lage waarde kan een negatief effect hebben op de controlekwaliteit. In de meeste gevallen kan de standaardinstelling voor "dF" worden gebruikt.

Wat wordt bedoeld met driepuntsregelaar?

Driepuntsregelaars hebben twee uitgangen die ofwel schakelend ofwel continu kunnen zijn (relaiscontact of bijv. 4 - 20 mA).  Driepuntsregelaars worden gebruikt als de stuurvariabele door twee tegengesteld werkende aandrijvingen moet of kan worden beïnvloed. Dit kan bijvoorbeeld een airconditioningskast zijn met thyristor vermogensschakelaar voor elektrische verwarming en een magneetventiel voor de koeling. In dit voorbeeld moet een driepuntsregelaar met een continue uitgang voor de verwarmingsfunctie (1 regelaaruitgang) en een schakeluitgang voor de koelfunctie (2 regelaaruitgangen) worden gebruikt. Bij driepuntsregelaars kunnen de parameters proportionele band, reset-tijd, afgeleide actietijd en hysteresis die bekend zijn van de tweepuntsregelaar vaak afzonderlijk worden ingesteld voor beide werkingsrichtingen. Bovendien heeft de driestappenregelaar de parameter contactafstand.

Wat wordt bedoeld met driepuntsstappenregelaar?

Driepuntsstappenregelaars hebben twee schakelende regeluitgangen en zijn speciaal ontworpen voor het aansturen van aandrijvingen die bijvoorbeeld een klepventiel kunnen "openen" en "sluiten".

Regelbare aandrijvingen:
Wisselstroomaandrijving, gelijkstroommotor, driefasenaandrijving, hydraulische cilinder met magneetkleppen enz.

Wat wordt bedoeld met een cascaderegeling?

Cascaderegeling kan de regelkwaliteit aanzienlijk verbeteren. Dit geldt met name voor de dynamische werking van de regelkring, dat wil zeggen de overgang van de procesvariabele na setpointveranderingen of verstoringen.

Voorbeeld 1: Schematische opbouw van een cascade

Chocolade moet voor de verwerking worden verhit tot vs = 40 °C. De temperatuur van de chocolade mag nergens hoger zijn dan 50 °C (zelfs niet in de buurt van de verwarming). Hij wordt daarom verwarmd op een waterbad.

De cascaderegeling wordt gebruikt om een snelle stabilisatie te bereiken.

Regelaar 1 is altijd de hoofdregelaar, regelaar 2 altijd de slaaf.

De instelwaarde voor de slave-regelaar wordt geproduceerd door standaardisatie van de uitgang.

Hierbij wordt aan de uitgangsvariabele y1 een setpoint met de eenheid van de proceswaarde x2 toegekend (hier: 0 ... 100 % komt overeen met 0 ... 50 °C).

Verklaring van de symbolen
A2   - Uitgang 2
E1   - Analoge ingang 1
E2   - Analoge ingang 2
R1   - Regelaar 1
R2   - Regelaar 2
w ₁   - Ingestelde waarde regelaar 1
w ₂   - Ingestelde waarde regelaar 2
x ₁    - Gemeten waarde regelaar 1
x ₂    - Gemeten waarde regelaar 2
x _w1 -  Regelafwijking regelaar 1
x _w2 -  Regelafwijking regelaar 2
y ₁    - Instelwaarde 1
y ₂    - Instelwaarde 2; 1. Uitgang regelaar 2
v _s    - Temperatuur van de chocolade
v _w    -Temperatuur van het waterbad

Voorbeeld 2: Opbouw van een trimcascade

Twee ladingen chocolade moeten worden verwarmd tot 40 °C en 50 °C. De chocoladetemperatuur mag nergens (zelfs niet in de buurt van een verwarming) meer dan 10 °C hoger zijn dan de ingestelde waarde. Hij wordt dus verwarmd op een waterbad.

Trimcascaderegeling wordt gebruikt om een snelle stabilisatie te bereiken zonder doorschieten en zonder de regelaarconfiguratie te wijzigen (conversie van de uitgang) bij een verandering van het setpoint (wijziging van de batch).

Regelaar 1 is altijd de hoofdregelaar, regelaar 2 altijd de slaafregelaar.
Het setpoint voor de slaafregelaar wordt geproduceerd door de conversie van de uitgang en de toevoeging van het setpoint van de hoofdregelaar (w₁).

Bij setpointconversie wordt de regeluitgang y1 omgezet in een waarde met de eenheid van de proceswaarde w2. Deze komt overeen met het maximaal toegestane temperatuurverschil  (± | x₁ - w₁ |; hier: 0 ... 100 % = -10 tot +10 °C).

Wat wordt bedoeld met contactafstand?

Als de bestuurde variabele binnen een gedefinieerd interval rond de referentievariabele beweegt, binnen de contactafstand Xsh, is er geen output actief. Uitzondering: driepuntsregelaar met I- en D-component. Alleen de proportionele component is inactief binnen de contactafstand.
Deze contactafstand is nodig, zodat wanneer de stuurvariabele instabiel is, er geen constante omschakeling is tussen de twee gemanipuleerde variabelen, bijvoorbeeld verwarmings- en koelregister. De term dode band wordt ook gebruikt voor de contactafstand. Een te kleine dode band kan zinloos energie in een systeem vernietigen.

Wat is een hersteltijd?

Het I-component van het uitgangssignaal van een regelaar zorgt ervoor dat het uitgangsniveau van de regelaar continu verandert totdat de werkelijke waarde het setpoint heeft bereikt.
Zolang er een regelafwijking is, wordt het uitgangsniveau naar boven of naar beneden geïntegreerd. Hoe langer er een regelafwijking is op een regelaar, hoe groter de integrale invloed op het uitgangsniveau. Hoe groter de regelafwijking en hoe korter de aanpassingstijd, des te sterker (sneller) het effect van het I-component.
Het I-component zorgt ervoor dat deze gecorrigeerd kan worden zonder een permanente regelafwijking. De reset-tijd is een maat voor hoe sterk de duur van de regelafwijking is inbegrepen in de controle. Een grote aanpassingstijd betekent dat het I-component weinig invloed heeft en vice versa. In de gespecificeerde tijd Tn (in sec.) wordt de gemanipuleerde variabele verandering veroorzaakt door het P-component (xp of pb) opnieuw opgeteld. Er is dus een vaste relatie tussen het P- en I-componenten. Als het P-component (xp) wordt gewijzigd, betekent dit ook een veranderd tijdgedrag, met een constante waarde van Tn.

Wat is een proportioneel bereik (Xp1, Xp2)?

Bij een zuiver proportionele regelaar (P-regelaar) gedraagt ​​de gemanipuleerde variabele (regelaaruitgang Y) zich evenredig met de regelafwijking binnen het proportionele bereik (Xp). De versterking van de regelaar kan via het proportionele bereik worden aangepast aan het gecontroleerde systeem. Als een klein proportioneel bereik wordt geselecteerd, is een kleine regelafwijking voldoende om 100% output te bereiken, d.w.z. de versterking neemt toe met een kleiner proportioneel bereik (Xp). De regelaar reageert sneller en heftiger in een klein proportioneel bereik. Als het proportionele bereik te klein is, trilt de regellus. Een verandering in het proportionele bereik verandert ook in dezelfde mate het I- en D-gedrag van een PID-regelaar.

Als het proportionele bereik op nul is ingesteld, is de regelstructuur niet effectief. Dit betekent dat de regelaar werkt als een puur grenscontact. De ingestelde hysterese of het schakelverschil is effectief, maar er wordt geen rekening gehouden met de instellingen voor doorlooptijd en resettijd.
Voor alle soorten regelaars, behalve de driepuntsregelaar, is alleen het proportionele bereik Xp1 relevant. Alleen bij de driepuntsregelaar zijn afzonderlijke instellingen voor het proportionele bereik nodig voor de twee actierichtingen (bijv. Xp1 voor verwarming en Xp2 voor koeling).

Wat is schakelverschil / hysterese?

Het schakelverschil staat ook bekend als hysterese en is alleen relevant voor schakelende regelaars met een proportioneel bereik = 0.
Voor regelaars met een omgekeerde werkingsrichting (bijv. Verwarmingsregeling), geldt de volgende relatie voor het standaardgedrag:
Het schakelverschil ligt onder het setpoint. Dit betekent dat de regelaar uitschakelt bij overschrijding van het setpoint. Het wordt pas weer ingeschakeld als de werkelijke waarde onder het inschakelpunt is gezakt, dat onder het setpoint ligt met de hoeveelheid schakelverschil.
Bij regelaars met directe actierichting (bijv. Koeling) ligt het schakeldifferentieel standaard boven het setpoint. Net als bij de regelaar met omgekeerde actierichting ligt het uitschakelpunt precies op het setpoint. Het wordt echter weer ingeschakeld, verschoven door het schakelverschil, boven het setpoint.

Wat is de looptijd van de aandrijving (tt)?

De looptijd van de servomotor is een door de servomotor gespecificeerde variabele en is daarom alleen relevant voor de driepuntsstappenregelaar of continue regelaar met geïntegreerde klepstandsteller.
Onder de looptijd van de aandrijving moet de tijd worden ingesteld die de aandrijving nodig heeft om in één doorloop het bruikbare activeringsbereik te passeren.
De looptijd van de aandrijving kan niet door zelfoptimalisatie worden bepaald en moet vóór de optimalisatie worden ingesteld.
Met de looptijd van de actuator ontvangt de regelaar informatie over het effect van de stuurimpulsen. Met een looptijd van de aandrijving van bijvoorbeeld. 20 seconden, de procentuele verandering in uitgangsniveau, met dezelfde bedieningspuls, veel groter dan in een actuator met bijvoorbeeld 100 seconden looptijd.
Bij het selecteren / dimensioneren van actuatoren moet worden opgemerkt dat een korte looptijd van de actuator, bijvoorbeeld minder dan 10 seconden, leidt tot grote outputniveaus en dus tot een lagere regelnauwkeurigheid. Als je aanneemt dat 0,5 seconden als de kortste activerende pulstijd zou resulteren in slechts 20 activeringsstappen met een actuatordraaitijd van 10 seconden. Dit betekent dat het uitgangsniveau alleen kan worden gewijzigd in stappen van 5%.
Actuatoren met een zeer lange looptijd van de actuator kunnen daarentegen nadelig zijn in termen van dynamiek omdat de besturing het uitgangsniveau slechts relatief langzaam kan veranderen.
Problemen door te korte looptijden van de aandrijving komen in de praktijk vaker voor dan problemen die het gevolg zijn van te lange looptijden van de aandrijving.

Wat is een continue regelaar met een geïntegreerde klepstandsteller?

De "traploze regelaar met geïntegreerde klepstandsteller" voor korte klepstandsteller bestaat uit een traploze regelaar met geïntegreerde klepstandsteller. In tegenstelling tot de driepunts-stapregelaar is een uitgangsniveau-terugkoppeling voor de klepstandsteller absoluut noodzakelijk.
De klepstandsteller regelt de rotatie van de motoraandrijving met de klok mee of tegen de klok in via 2 schakeluitgangen.
De positie van de motoractuator wordt geregistreerd en vergeleken met de gemanipuleerde variabele (yR) van de continue regelaar.

Wat is retentietijd?

De intensiteit van het D-component (differentiële component) wordt ingesteld via de retentietijd. Het D-component van een regelaar met PID- of PD-structuur reageert op de veranderingssnelheid van de werkelijke waarde.
Bij het naderen van het setpoint "remt" het D-component en kan zo voorkomen dat de geregelde variabele het setpoint overschrijdt.
Het D-component heeft in principe de volgende effecten:
Zodra de gecontroleerde variabele verandert, gaat het D-component deze verandering tegen.
Voor een regelaar met een omgekeerde actierichting (bijv. Verwarming) zou dit bijvoorbeeld betekenen:

• Als de gecontroleerde variabele afneemt als gevolg van een storing in het geregelde systeem, vormt het D-component een positief uitgangsniveau, wat de reductie van de gecontroleerde variabele tegengaat.
• Als de gecontroleerde variabele toeneemt als gevolg van een storing in het gecontroleerde systeem, vormt het D-component een negatieve output die de toename van de gecontroleerde variabele tegenwerkt.
• Hoe groter de instelling voor de doorlooptijd (waarde in seconden), hoe groter het dempingsgedrag.

Wat is een tweepuntsregelaar?

De tweepuntsregelaar (AAN / UIT-regelaar) schakelt de uitgang uit wanneer de referentievariabele (setpoint) wordt bereikt. Als de referentievariabele onder een bepaalde tolerantie valt die kan worden ingesteld (xsd, schakelverschil, hysterese), wordt de uitgang weer ingeschakeld. Het heeft daarom maar twee schakeltoestanden. Men vindt hun gebruik bijvoorbeeld in temperatuurregeling, waarbij de verwarming of koeling alleen wordt in- of uitgeschakeld.
Een tweepuntsregelaar met dynamiek kan bijvoorbeeld ook werken met een P-, I- of D-component.

Wat is cyclustijd (Cy)?

De schakelperiode wordt gespecificeerd in seconden en definieert de tijd voor een complete schakelcyclus bestaande uit de aan en uit tijden.

Literatuur over het onderwerp

• Control Engineering - Basic principles and tips for practitioners