8. Meet- en regeltechniek, een proces besturen

Om proces te kunnen regelen  te regelen grootheid (bv. de temperatuur) eerst meten met sensor. Vervolgens :werkelijke waarde vergeleken met gewenste waarde. Als verschil: werkelijke waarde is lager dan gewenste waarde werkelijke waarde is hoger dan gewenste waarde  regelsysteem van het proces moet op juiste manier reageren. meer grootheden geregeld regelsysteem complexer.  ( negatieve terugkoppeling)

regelen Biologische processen Bv. hoeveelheid glucose in bloed. Opname glucose : Bij eten voedsel dat koolhydraten bevat, bv. brood,  koolhydraten door enzymen in het speeksel en in het darmsap afgebroken tot glucose. In wand van dunne darm wordt glucose opgenomen in het bloed Een constante glucoseconcentratie van het bloed is erg belangrijk. ( voor hersenen: kunnen alleen glucose gebruiken als brandstof) moet altijd voldoende glucose in het bloed, niet teveel en niet te weinig teveel glucose in het bloed is schadelijk voor bloedvaten en zenuwen.  concentratie van glucose in bloed blijft ongeveer constant, (rond de 5 mmol per liter bloed. )  

Regeling glucose gehalte bloed Wat bij te lage concentratie glucose?

regeling glucoseconcentratie bloed door 2 hormonen in alvleesklier: De α−cellen maken insuline de β−cellen maken glucagon. Deze cellen ‘meten’ het glucosegehalte van bloed in de haarvaatjes glucosegehalte > 5,5 mmol /l (teveel :kort na maaltijd rijk aan koolhydraten)  scheiden de α−cellen insuline uit. De levercellen (en ook spier− en vetcellen) door insuline aangezet om glucose op te nemen uit het bloed en om te zetten in glycogeen.  glucosegehalte van het bloed daalt. glucosegehalte onder de 4 mmol /l ( te laag)  scheiden de β−cellen glucagon uit. Glucagon komt met de bloedstroom in lever. Levercellen breken glycogeen af tot glucose en geven glucose aan het bloed af. De glucoseconcentratie van het bloed stijgt.

8.2 Een proces regelen Het regelsysteem van de broodbakmachine Figuur 26: de gewenste waarde van de geregelde grootheid valt binnen bepaalde marges. 8.2 Een proces regelen vooraf vast te stellen nauwkeurigheid Het regelsysteem van de broodbakmachine  temperatuur gedurende een bepaalde tijd constant te gehouden. twee verschillende temperaturen en tijdsduren: temperatuur en tijdsduur tijdens het rijzen Temperatuur en tijdsduur tijdens het bakken Ook afhankelijk van het soort brood dat je gaat bakken. Tijdsduur en temperatuur van het bakproces van verschillende soorten brood vastgelegd in verschillende broodbakprogramma’s.   klok instelling van de timer voor verschillende soorten brood ligt vast in de programmatuur. De temperatuur bij broodbakmachine geregeld door aan− en uitschakelen van verwarmingselement. bij andere apparaten (andere processen) kan de te regelen grootheden druk, elektrische spanning, vloeistofstroom of lichtintensiteit zijn.

Geregeld proces Met een geregeld proces  gewenste waarde van de te regelen grootheid bereiken - binnen bepaalde marges   Bij het regelen van een proces heb je te maken met: 1.een belangrijke, meetbare, fysische grootheid (parameter) 2.het meten en verwerken van de meetgegevens van die fysische grootheid 3.het vergelijken van de meetgegevens met het vooraf opgestelde plan 4.het regelen (het ingrijpen in het proces) een gesloten kring: je gaat opnieuw meten (anders weet je niet of regelen succesvol was) en stappen 2, 3 en zo nodig 4 blijven herhalen   regeltechniek belangrijk bij het automatiseren van een proces,  om zeker te zijn dat de door jou gewenste waarde van een grootheid wordt bereikt. geregeld proces: je kijkt voortdurend of het goed gaat en grijpt in waar het moet.

8.3 Een ongeregeld proces wanneer je de gastoevoer verandert  het duurt even duurt eer er een verandering in de temperatuur plaatsvindt,. =reactietijd. Bij een niet geregeld proces wordt niet ingegrepen, er is geen gewenste eindtoestand gegeven. Er wordt alleen een proces op gang gebracht en eventueel gemeten. Bv pan melk op het vuur zet en vervolgens vergeet ongeregeld proces.  

niet geregeld proces niet geregeld proces = zonder gesloten kring, bekerglas met water en dompelaar  het water wordt elektrisch verwarmd Roeren water in hele bekerglas dezelfde temperatuur .  wordt warm en zal water gaan koken. ervoor zorgen dat het niet gaat koken  de spanning op de dompelaar te verlagen. bekerglas zal warmte afstaan aan de omgeving, eindsituatie: toegevoerde energie = afgevoerde energie. De temperatuur van het water verandert dan niet meer. = evenwichtstoestand of statische toestand genoemd   bij rendement van 100% (geen verliezen ) dan geldt formule   waarin: Q = toegevoerde warmte in joule (J) P = het vermogen in joule per seconde (J/s) of Watt (W) ∆ t = een tijdsinterval bij het meten in seconden (s) m = massa in kilogrammen (kg) c = soortelijke warmte van de stof (J/ kg K) ∆ T = toename van de temperatuur in kelvin (K).

8.4 Een geregeld proces Binnen meet- en regeltechniek wordt heel veel met blokschema’s gewerkt technicus snel inzicht in het geregelde proces. maken van een meet- en regeltechnisch blokschema van een proces = modelleren blokschema (binnen de meet- en regeltechniek) broodbakmachine Hoe wordt de temperatuur geregeld tijdens het bakproces in de broodbakmachine? instellen temperatuur in die je wilt hebben =ingestelde temperatuur Ti. Meten van de geregelde temperatuur Tg in de broodbakmachine. verschil Ti en Tg  ε  verschil actie . actie Tg te laag  verwarmingselement ingeschakeld temperatuur stijgt Ti bereikt geen verschil meer tussen Ti en Tg verwarmingselement weer uitgeschakeld. Tm = de werkelijke temperatuur van Tg.

Regelkring sensor. temperatuurmeting gebeurt met sensor die op een weerstand is aangesloten sensor + weerstand  gemeten temperatuur omgezet in overeenkomstige spanning (die door een formule beschreven wordt). O.a. ook bij coach De spanning wordt ingelezen door de microcontroller verschil Ti en Tg bepaald Tg >of =Ti  ε  verwarmingselement uitgeschakeld met aan/uit-regeling (tweestandenregelaar),

8.5 De aan/uit-regeling Meettechniek =nodig om de grootheid (bijvoorbeeld de temperatuur) met voldoende nauwkeurigheid te kunnen meten. Met regeltechniek =in staat om processen te automatiseren. ongeregeld proces. figuur hoe eindtemperatuur bereikt wordt. Geregeld proces regeling aangebracht om de temperatuur op gewenste waarde in te kunnen stellen, bv. met aan/uit-regeling (tweestandenregelaar)  verloop zal er anders uitzien. bekerglas met water: Ti bereikt  de weerstand spanningsloos gemaakt  warmtetoevoer stoppen water koelt af. Tg te veel daalt,  volle spanning weer ingeschakeld  water weer verwarmd Deze regeling wordt de aan/uit-regeling genoemd.

broodbakmachine bedoeling dat de temperatuur gedurende een bepaalde tijd constant  brood goed gebakken. bereikt door het toepassen van een meet- en regeltechnische oplossing: de tweestanden-(aan/uit)-regelaar. ( relais) deel van de stuurprint met daarop het relais dat de spanning op het verwarmingselement in- of uitschakelt

relais onder besturing van de microcontroller. Wanneer sensorsignaal dat in de microcontroller binnenkomt, aangeeft dat Tg <Ti wordt de 230V door het relais geschakeld. Het verwarmingselement wordt heet  de temperatuur stijgt. Wanneer Ti bereikt is  wordt de 230V weer uitgeschakeld.   sensor kapot  probleem. De sensor geeft dan geen juiste informatie, waardoor de microcontroller “denkt” dat hij moet blijven verwarmen. Gevolg: de temperatuur wordt veel te hoog, waardoor er brandgevaar kan ontstaan. beveiligingen opnemen( maximaal temperatuurzekeringen)  brandgevaar beperkt.  in geval van oververhitting de beveiliging smelten  geen stroom meer verwarmen stopt definitief. Het apparaat zal nu gerepareerd of vernieuwd moeten worden.

andere huishoudelijke apparaten Voor verwarming aan/uit-regeling. magnetron op half vermogen  schakelt telkens aan en uit. Alleen bij vol vermogen is hij continu ingeschakeld. Strijkijzer, wasmachine , koelkast Aan/uit-regelingen: over het algemeen weinig complex en daarom goedkoop. Continu-regeling is nauwkeuriger, maar duurder. Bij huishoudelijke apparatuur niet al te hoge eisen gesteld aan nauwkeurigheid van de regeling, aan/uit-regeling voldoende.

8.6 broodbakmachine als model van procesvat in industrie In het volgende experiment ga je de broodbakmachine nabootsen,  je gaat in een bekerglas dezelfde processen uitvoeren als die in de broodbakmachine plaatsvinden. Je weet inmiddels dat de broodbakmachine de volgende handelingen verricht: roeren verwarmen temperatuur meten. simuleren m.b.v. het programma Coach. De bedoeling is dat je custardvla gaat maken. Je gebruikt het programma Coach om het hele proces aan te sturen.