Regelneef

Regelneef

Je staat er vaak niet bij stil maar in het dagelijks leven worden veel zaken rondom ons heen automatisch geregeld. We spoelen de wc door en horen de spoelbak vollopen met water. Als een wonder horen we de watertoevoer stoppen als de spoelbak vol is. We hebben er geen vinger naar uitgestoken! Als we het koud hebben draaien we de thermostaat een graadje omhoog en voilà de kamer wordt op een heerlijk comfortabele temperatuur gebracht en gehouden. Moderne auto’s zijn tegenwoordig meestal voorzien van cruise-control. Je stelt met een knopje op het stuur in dat je op een bepaalde snelheid wilt blijven rijden; de au to blijft onverstoorbaar doorrijden als je je voet van het gaspedaal afhaalt. Hier zit al weer wat meer technisch vernuft achter dan de vlotter van de wc, maar beiden zijn gecontroleerde situaties. Deze drang naar het automatisch regelen van zaken komt mijns inziens in eerste instantie voort uit gemakzucht. Zeg nou zelf, je kan toch ook de spoelbak zelf vol laten lopen en de kraan dichtzetten als de bak vol is, of je voet op het gaspedaal houden in plaats van dat aan de auto zelf over te laten? Toch heeft het automatiseren van alledaagse dingen ook andere gevolgen: we kunnen door automatisering de efficiency van wat wij doen behoorlijk verhogen. Stel je voor dat je elke keer als je naar de wc bent geweest de spoelbak handmatig moest bijvullen, wat een rij zou je dán bij de damestoiletten hebben in de pauze van de film of theatervoorstelling. Het gasverbruik van onze gasgestookte CV ketel is door meer geavanceerde regelapparatuur drastisch teruggedrongen en meer efficiënt geworden. Kortom: automatische regelingen zorgen ervoor dat handelingen op een efficiënte en veilige manier verlopen.

Het beheersen van processen

Logisch dus dat ook de procesindustrie regeltechniek al vanaf het prille begin heeft omarmd. Het is eigenlijk geen regeltechniek, maar meet- en regeltechniek. Zonder meting kun je namelijk ook niets sturen, niets regelen. Een goede collega van mij weet het nog krachtiger te omschrijven: procesbeheersing. Daar draait het uiteindelijk om: je wilt met je automatisering een proces tussen bepaalde grenzen houden. In de procesindustrie is meet- en regeltechniek (vaak wordt de Engelse term process control hiervoor gebruikt) essentieel voor een veilige en efficiënte bedrijfsvoering. Door meet- en regeltechniek is het mogelijk dat met een beperkt aantal mensen op een fabriek zeer complexe processen kunnen worden beheersd. Aangezien het zo’n belangrijk onderdeel is binnen het vakgebied van procestechnologie, zal ik hierover regelmatig bloggen.

Hoe werkt een regeling?

Er zijn 3 soorten basisprincipes in de meet- en regeltechniek: 1)   Handmatige regelingen 2)   Aan/uit regelingen 3)   De PID regelaar Hieronder staan een aantal voorbeelden van een simpel proces dat op deze verschillende manieren geregeld kan worden. 1) Om te beginnen met de handmatig regeling; die doet precies wat er staat. Een proces wordt door een mens met de hand geregeld. Er stroomt water ongecontroleerd in een open tank waar aan de onderkant een kraan is gemonteerd. In de industrie wordt een kraan een afsluiter genoemd en als je er mee regelt, een (juist ja) regelafsluiter of regelklep. Het water dat in het vat stroomt kan bijvoorbeeld uit een regenpijp komen die van het dak van een huis komt. De opdracht is om het waterniveau in de tank gelijk te houden. Als er een regenbui komt stroomt het water de tank in. De persoon die naast de tank staat ziet dat het niveau in de tank stijgt en draait de afsluiter open. Het water loopt nu onderuit de tank. Als het niveau nog verder stijgt draait hij de afsluiter nog verder open en stroomt er meer water uit de tank. Als er uiteindelijk evenveel water de tank in- als uitstroomt blijft het niveau vervolgens constant. Wil de persoon het niveau weer omhoog krijgen dan draait hij of zij de afsluiter weer wat dicht. Als er meer water in de tank stroomt dan dat eruit gaat zal het niveau weer stijgen enzovoort. Dit is het principe van handmatig regelen.

2) Zoals ik al zei: gemak dient de mens, dus we bedenken iets slims. We installeren een vlotter in de bak die met een stang en een scharnier aan de muur is bevestigd. Aan de arm van de vlotter maken we een schakelaar en op de kraan zetten we een magneetspoel. Als de vlotter gaat drijven wordt de schakelaar aangezet en loopt er een stroom door de spoel. Hierdoor wordt de klep opengestuurd en loopt het water er aan de onderkant weer uit. Het niveau daalt hier weer door, waardoor de schakelaar weer uit wordt gezet. De klep sluit vervolgens weer, waardoor het niveau weer stijgt enzovoort. De klep is dus óf open óf dicht, er is geen tussenweg. Dit wordt een aan/uit regeling genoemd.

3) Dit kan nog beter. Als we de schakelaar op de klep vervangen door een stang die direct de opening van de klep beïnvloedt, en daarmee de hoeveelheid water die door de klep stroomt, kunnen we nauwkeuriger regelen. Als er meer water in de tank loopt, gaat de vlotter drijven en wordt de klepopening een beetje groter, er begint al wat water uit te stromen. Stijgt het niveau verder dan gaat de vlotter verder omhoog, wordt de klepopening groter en stroomt er meer water uit. Hier zijn dus meer mogelijkheden dan open of dicht, namelijk ook een beetje open of half open. We kunnen op deze manier in porties regelen: proportioneel. Als we het vlotter en stangenmechanisme vervangen door een instrument waarmee het niveau gemeten kan worden, dit signaal aanbieden aan een instrument dat deze gemeten waarde kan vergelijken met een waarde die we willen regelen en op basis van die vergelijking de klep verder open- of dichtstuurt hebben we de meest efficiënte regeling te pakken: de PID regelaar. Hoe dit precies werkt en waar I en D voor staan (P staat voor Proportioneel, zoals ik hierboven heb uitgelegd) bespreek ik in een volgende blog. De menselijke variant van de regelaar is: regelneef…