Techniek 4 - Les 3

• Techniek
• MBO
• Studiejaar 2

Planmatig samenwerken 3 - Les 1

Weekplanning

Wk 1: Geautomatiseerde processen

Wk 2: Besturingstechniek

Wk 3: Meet- en regeltechniek

Wk 4: Regelaars

Wk 5: Proces in de praktijk (herhaling en samenbrengen)

Wk 6: Proces in de praktijk (herhaling en verdieping afwijkingen)

Wk 7: Eindopdracht

Lesindeling:

• Theorie
  
• Praktijk: Meet & regel in actie

Lesplanning

• Terugkijken naar les 2

Wat is besturingstechniek?

signaalgever

Actuator

Besturing

Cilinder

Drukknop

Laptop

Motor

Pomp

Scada

Sensor

camera

HMI

Proces

Plaats de onderdelen op de juiste plaats

Signaalgever

Actuator

Besturing

Leerdoelen (theorie)

Jij:

• Benoemt de onderdelen van de meet- en regelkring;
  
• Legt de werking uit van de onderdelen van de meet- en regelkring.

Lesplanning

• Rol meet- en regeltechniek
• Soorten regelkringen
• Onderdelen en werking regelkring
• Praktijk: Meten & regelen in de praktijk 

Wat is meet- en regeltechniek?

Meet-en regeltechniek: Wat is dat?

Meet- en regeltechniek is de techniek waarmee een systeem gemeten en bijgestuurd wordt om een gewenst resultaat te bereiken.

Het bestaat uit:

• Meettechniek: sensoren meten procesgrootheden zoals temperatuur, druk, pH, gewicht.
  
• Regeltechniek: vergelijkt de gemeten waarde met de gewenste waarde en stuurt bij als er een afwijking is.
  

Voorbeeld meet- en regeltechniek

Een klassiek voorbeeld is een thermostaat: 

als de temperatuur te laag is, schakelt het systeem de verwarming in; bij te hoge temperatuur schakelt het uit.

In een voedingsfabriek betekent dit:

• Het constant houden van temperatuur in een pasteurisatieproces.
  
• Het automatisch bijsturen van een doseerpomp op basis van gewicht.
  
• Het bewaken van hygiëne via pH-waarden in reinigingsprocessen.
  

Voorbeeld meet- en regeltechniek

• Regelaars zorgen ervoor dat een proces binnen vooraf ingestelde grenzen blijft. 
• Ze vergelijken een gemeten waarde met een gewenste waarde (de setpoint) en sturen het proces bij als er een afwijking is.
  

Voorbeelden:

• Een temperatuurregelaar die een oven aanstuurt.
  
• Een pH-regelaar die een reinigingsmiddel doseert.
  
• Een niveau-regelaar die een tank vult tot een bepaald niveau.
  

Lesplanning

• Rol meet- en regeltechniek
• Soorten regelkringen
• Onderdelen en werking regelkring
• Praktijk: Meten & regelen in de praktijk 

Opdracht

Beantwoord de onderstaande vragen voor de beschreven situaties.

1. Wat gebeurt er?
   
2. Waarom is het aan/uit?
   

• Koelkast: schakelt in als het te warm wordt en schakelt uit als het koud genoeg is.
  
• Waterkoker: schakelt uit, zodra het water kookt.
  
• Ovenlampje: gaat aan als de deur opengaat en gaat uit als de deur sluit.
  

Wat zijn regelingen?

Een regeling is een systeem dat een proces automatisch stuurt, zodat een bepaalde waarde (bijvoorbeeld temperatuur, druk, snelheid) zo dicht mogelijk bij een gewenste waarde blijft. Het fysieke systeem waarin de regeling wordt uitgevoerd, heet een regelkring.

Regeling = software/logica

Regelkring = hardware/verbindingen

Hoe werkt het?

• De regelaar ontvangt de setpoint (gewenste waarde) en de gemeten waarde.
• Hij berekent de afwijking.
• Op basis van de regeltechniek bepaalt hij de actiewaarde.
• De actuator voert de actie uit, waardoor het proces verandert.
• De sensor meet opnieuw → gesloten kring.

Welke regelingen ken jij al?

Aan/uit-regeling

• Een aan/uit-regeling is een regelaar met een besturend element (uitvoerorgaan/acurator) dat twee standen kent: aan of uit / open of dicht.
  
• Daarom wordt deze regeling ook wel een tweestandenregeling genoemd.
  

Voorbeeld: Een koelkast die inschakelt als de temperatuur boven een drempel komt en uitschakelt als die onder een andere drempel zakt.

Voor- en nadelen

Voordelen	Nadelen
• Eenvoudig qua opzet.	• Alleen bij trage processen.
• Goedkope regelaar en corrigerend orgaan.	• Twee actiegrenzen (ontstaat ‘dode zone’).

Dode zone

Het gebied waarin de regelaar niet schakelt, ook al wijkt de gemeten waarde af van de gewenste waarde.

Waarom bestaat die zone?

• Om te voorkomen dat de regelaar te vaak schakelt bij kleine afwijkingen.
  
• Het zorgt voor stabiliteit en minder slijtage van componenten.
  

Dode zone

Hoe werkt het?

Stel: je hebt een thermostaat met een setpoint van 20 °C,

en een dode zone van ±1 °C.

• Onder 19 °C → verwarming schakelt aan.
• Boven 21 °C → verwarming schakelt uit.
• Tussen 19 en 21 °C → geen actie (dode zone).

Proportionele regeling

De regeling reageert op de grootte van de afwijking. Hoe groter de fout hoe groter de bijsturing.

• Fout = Setpoint – Gemeten waarde.
• De regelaar berekent een correctie die evenredig is aan deze fout.
• Dit zorgt voor een geleidelijke bijsturing, in tegenstelling tot de abrupte aan/uit regeling.

Voorbeeld: Een verwarmingssysteem waarbij de toevoer van warmte toeneemt naarmate de temperatuur verder onder de gewenste waarde ligt.

Vorm van regeltechniek waarbij het uitgangssignaal van de regelaar proportioneel (evenredig) reageert op de fout tussen de gemeten waarde en de gewenste waarde (setpoint). Hoe groter de fout, hoe sterker de bijsturing.

Opdracht

Je werkt in een chocoladefabriek waar de temperatuur van een smeltketel geregeld moet worden. De gewenste temperatuur is 45°C. De dode zone is ±2 °C.

Vragen:

1. Beschrijf wat er gebeurt bij een aan/uit-regeling als de temperatuur 43°C. is. En bij 47°C?
2. Beschrijf wat er gebeurt bij een proportionele regeling bij 43°C en 47°C.
3. Welke verschillen zie je in beide reacties?
4. Waarom zou een proportionele regeling beter zijn in dit proces?

Uitwerking (voor docent)

1. Bij 42°C (onder het setpoint van 45°C) schakelt het systeem aan om te verwarmen.

Bij 47°C (boven het setpoint) schakelt het systeem uit om niet verder te verwarmen.

Er is geen geleidelijke bijsturing: het is óf aan, óf uit.

2. Bij 42°C is de fout 3°C → het systeem stuurt matig bij.

Bij 47°C is de fout 2°C → het systeem vermindert de warmte of koelt licht.

De bijsturing is geleidelijk en afhankelijk van de grootte van de fout.

In tegenstelling tot de aan/uit regeling, is er geen abrupte schakeling.

3. Chocolade is gevoelig voor temperatuurwisselingen.

Een proportionele regeling zorgt voor stabielere temperatuur en voorkomt oververhitting of onderkoeling.

Dit leidt tot betere productkwaliteit en minder energieverbruik.

PID-regeling

PID staat voor:

Samen zorgen deze drie componenten voor een stabiele, nauwkeurige en snelle regeling.

P=Proportioneel	Stuurt bij op basis van de grootte van de fout (verschil tussen gemeten waarde en gewenste waarde). Hoe groter de fout, hoe sterker de bijsturing.
I=Integrerend	Corrigeert op basis van de opgetelde fout over tijd. Helpt om blijvende afwijkingen weg te werken.
D=Differentiërend	Reageert op de snelheid van verandering van de fout. Voorkomt dat het systeem te veel doorschiet.

Voorbeelden PID-regeling

• Temperatuurregeling in een pasteurisatieproces: PID zorgt dat de temperatuur snel en stabiel op de juiste waarde komt.
• Drukregeling in een verpakkingslijn: voorkomt pieken en dalen die de verpakking kunnen beschadigen.

Uitwerking (voor docent)

1. Bij 42°C (onder het setpoint van 45°C) schakelt het systeem aan om te verwarmen.

Bij 47°C (boven het setpoint) schakelt het systeem uit om niet verder te verwarmen.

Er is geen geleidelijke bijsturing: het is óf aan, óf uit.

2. Bij 42°C is de fout 3°C → het systeem stuurt matig bij.

Bij 47°C is de fout 2°C → het systeem vermindert de warmte of koelt licht.

De bijsturing is geleidelijk en afhankelijk van de grootte van de fout.

In tegenstelling tot de aan/uit regeling, is er geen abrupte schakeling.

3. Chocolade is gevoelig voor temperatuurwisselingen.

Een proportionele regeling zorgt voor stabielere temperatuur en voorkomt oververhitting of onderkoeling.

Dit leidt tot betere productkwaliteit en minder energieverbruik.

Door te spelen met de P, de I en de D kun je de procesaanpassing doen die jij wilt. Snelle, langzamer, overschieten ed.

Lesplanning

• Rol meet- en regeltechniek
• Soorten regelkringen
• Onderdelen en werking regelkring
• Praktijk: Meten & regelen in de praktijk 

Wat is het doel van een regelkring?

Regelkring

• Een systeem waarin de gemeten waarde van een grootheid automatisch wordt vergeleken met de ingestelde waarde.
  
• Een systeem dat het proces bijstuurt wanneer een afwijking gemeten wordt.

Onderdelen regelkring

• Meetorgaan (meet de proceswaarde)
  
• Regelaar (berekent de actie)
  
• Uitvoerorgaan (Actuator) (voert de actie uit)
  
• Proces (het te regelen systeem)
  
• Terugkoppeling (meetwaarde terug naar regelaar

Onderdelen regelkring

Voor de afkortingen in het blokschema geldt:

• SP = ingestelde waarde (Set Point)

• output = uitgangssignaal van de regelaar

• PV = proceswaarde (Process Value)

• E = regelafwijking SP-PV (Error Signal).

Soorten regelkringen

Terug gekoppelde regelkring (feedback control):	Voorwaarts gekoppelde regeling (feed forward control):
Automatische regelkring waarbij terugkoppeling plaatsvindt.	Indien er een grote storing dreigt, heeft de opnemer dit al aan het begin gedetecteerd.
Bij een teruggekoppelde regelkring wordt een verstoring of afwijking in de proceswaarde (PV) direct opgemerkt, waardoor de regelaar direct een reactie geeft aan het corrigerend orgaan om de afwijking op te heffen.	Er vindt een snelle correctie plaats, zodat dit geen invloed heeft op de proceswaarde.

Bekijk de regelkring. Voor welke processen is deze geschikt?

Bekijk de regelkring. Voor welke processen is deze geschikt?

Lesplanning

• Rol meet- en regeltechniek
• Soorten regelkringen
• Onderdelen en werking regelkring
• Praktijk: Meten & regelen in de praktijk 

Leerdoelen (praktijk)

Jij:

• Registreert en controleert juist en nauwkeurig de meetgegevens;
  
• Signaleert en rapporteert afwijkingen van meet-, productiewaarden en/of het uiterlijk van het product volledig en nauwkeurig volgens richtlijnen.

Opdracht

Neem de praktijkopdracht door; Meet & regel in actie. Voer deze uit tijdens de  Integrale Opdracht.