Reglun

Reglun er notuð í stýritækni til að viðhalda réttu ástandi í einhverju ferli. Reglir er reikniaðgerð í stýrikerfinu sem les inn forsendur (óskgildi og raungildi/mæligildi) og breytir stýrimerki til þess að halda raungildi jöfnu óskgildi.

Dæmi:

• Hiti í hitahringrás sem stýrt er með stjórnloka (hitaveita inn á varmaskipti)
• Þrýstingur í loftræsistokk sem stýrt er með hraðastýrðum blásara
• Hiti í loftræsistokk sem stýrt er með stjórnloka á hitahringrás (hitahringrás inn á eftirhitara)

Reglar af þessu tagi eru oft kallaðir PID-reglar (Proportional - Integral - Derivative) en ekki eru alltaf notaðar allar aðgerðir í reglinum. Algengt er að aðeins séu notaðar P og I aðgerðir reglisins, þá er reglirinn í raun PI-reglir. Ekki er farið nánar í innviði regla á þessari síðu, þeir sem hafa sérlegan áhuga á dýpri pælingum um þetta efni geta fundið meiri upplýsingar annars staðar á veraldarvefnum.

Til þess að skilja kerfið sem maður hefur umsjón með er nytsamlegt að kunna aðeins um virkni regla.

Nánari skýring

Reglir ber saman óskgildi og raungildi og notar mismun þessara stærða til að breyta útgangi sínum. Útgangurinn (oftast hliðrænn útgangur) stýrir svo viðkomandi jaðartæki sem gefur orku inn í ferlið.

Hér til hliðar eru sýndir tveir reglar fyrir innblástur í loftræsikerfi.

• Efri reglirinn heldur föstum hita á innblásturslofti. Reglirinn les inn raungildi frá hitanema í innblástursstokki og óskgildi fyrir þennan nema. Reglirinn gefur svo út stýrimerki til eftirhitara þannig að hitastigið haldist í óskgildi.

• Neðri reglirinn heldur föstum hita í rými og breytir innblásturshitanum til að halda þessu. Reglirinn samanstendur í raun af tveimur undirreglum (raðreglun - cascade control). Fyrri undirreglirinn ber hitastig rýmisins saman við óskgildi rýmisins og sendir frá sér óskgildi fyrir innblásturshitann. Óskgildi fyrir innblásturshitann er klemmt á milli efri og neðri marka til þess að koma í veg fyrir óhóflega kalt eða heitt loft í innblæstri. Næsti undirreglir ber saman óskgildið frá fyrri undirreglinum við hitastig í innblæstrinum og getur svo út stýrimerki til eftirhitara til að halda hitastiginu í óskgildi frá fyrri reglinum.

Reglar eru stilltir af sérfræðingum Iðnaðartækni við gangsetningu kerfa. Reglarnir eru stillir til þess að vera stöðugir og þannig að þeir svari sem fljótast án þess þó að þeir skjóti langt yfir eða undir mark. En vegna þessara krafna getur tekið nokkurn tíma fyrir regli að ná sínu óskgildi og stundum þarf að sýna þolinmæði eftir að óskgildi hefur verið breytt áður en ferlið nær réttu gildi. Kerfi svara stýrimerki mishratt, þannig breytist t.d. hitastig sundlaugar hægt þegar bætt er inn heitu vatni en hitastig í kælihringrás svarar yfirleitt tiltölulega hratt þegar stöðu stjórnloka er breytt.

Hversdagslegt dæmi um regli

Hraðastillir (e. Cruise Control) í bíl er reglir. Maður velur hraða sem bílinn á að halda (óskgildi), vélartölvan ber þetta gildi saman við raunhraða (raungildi) og eykur eða dregur úr eldsneytisinnspýtingu (stýrimerki) til þess að halda réttum hraða.

Dæmi: Hitareglun loftræsisamstæðu

Innblásturshitastig loftræsisamstæðu er gjarnan stýrt með varmaendurvinnslu og eftirhitara og stundum er líka kæliflötur í samstæðum. Þá gefur hitareglirinn út merki til fleiri stjórntækja og útgangsmerki reglisins er þá skipt upp til að stýra hinum ýmsu jaðartækjum eins og skýringarmyndin hér til hliðar sýnir:

• Ef reglirinn hefur lítið útgangsmerki þarf að kæla loftið og stýrimerki er sent til stjórnloka á kælielementi. Við hækkandi útgangsmerki frá regli minnkar stýrimerki til kælingar því þá er minni þörf á kælingu. Þess ber þó að geta að óalgengt er að hafa kælingu á loftræsisamstæðum á Íslandi.
• Þegar reglirinn hefur lokað kælilokanum byrjar hann að nota varmaendurvinnslu og keyrir hana til hámarksnýtingar áður en eftirhitarinn er tekinn í notkun.
• Þegar varmaendurvinnslan er komin í hámark (t.d. varmahjól á 100% hraða) tekur hitalokinn við og bætir við varma í kerfið.

Ekki er hægt að ná meiri hita út úr samstæðunni eftir að varmaendurvinnsla og hitaloki eru komin í 100%. Mikilvægt er að átta sig á þessari staðreynd, þ.e. ekki er hægt að hækka hitastig með því að hækka óskgildi ef varmagjafar eru allir komnir í fulla nýtingu. Til þess að ná hærra hitastigi úr þessu þarf að fara aðrar leiðir, s.s. að minnka loftmagn samstæðunnar eða hækka hitann á hitahringrásinni.

Skýring með hversdagslegum regli

Ef við setjum hraðastillinn á 40 hestafla bíl á 100 km/klst þá gæti gengið ágætlega að halda hraðanum inn Norðurárdalinn. En þegar við komum að Holtavörðuheiðinni hægist á bílnum einfaldlega vegna þess að vélin er ekki nógu kraftmikil til að halda hraðanum. Þá breytir heldur engu þótt við setjum hraðastillinn á 110 km/klst - bíllinn er enn jafn kraftlaus. Það sama gildir þegar tæknikerfi er komið í hámark á stýrimerki (t.d. stjórnloki 100%), þá getum við ekki fengið meira út úr kerfinu með því að hækka óskgildið, aflið í kerfinu er hreinlega ekki nægt til að viðhalda óskgildi.

Óstöðugir reglar

Þegar kerfi hefur verið í rekstri í einhvern tíma sjást stundum sveiflur eða annar óstöðugleiki í reglum. Þetta sést vel við skoðun á síritun kerfis. Ástæða þessa getur verið að kerfið er undir öðru álagi heldur en við gangsetningu. Þannig getur t.d. hitahringrás verið miklu meira notuð eða haft mikla notkun í stuttan tíma í einu. Þá getur þurft að stilla regla aftur til að þeir fylgi betur raunverulegum rekstrarskilyrðum.

Myndin hér til hliðar sýnir hitaregli sem er óstöðugur í upphafi. Óskgildið er sýnt með hvítri línu og raungildi með ljósbláum ferli. Hitastigið sveiflast langt yfir óskgildi, reglirinn bregst of harkalega við og sveiflar hitastigi langt undir óskgildi. Þessi sveifla hafði á þessum tímapunkti verið viðvarandi í kerfinu. Stillingum reglisins er svo smám saman breytt og að endingu er stöðugleiki reglisins orðinn viðunandi og sveifla á hitastiginu lítil sem engin. Eðlilegt er að minni háttar sveiflur séu til staðar en miklar sveiflur eru óeðlilegar og óæskilegar.

Ýmsar áskoranir geta komið upp við stillingar regla. Þar geta komið við sögu rangar tegundir stjórntækja, of hár eða lágur þrýstingur eða annað. Ein slík áskorun er nefnd í grein um hringrás hita- og kælikerfa

Sjálfstæðar reglaeiningar

Í stærri stýrikerfum er yfirleitt notast við regla sem eru innbyggðir í iðntölvu. Í einfaldari kerfum er hægt að leysa reglun með sjálfstæðum reglaeiningum. Þetta eru litlar tölvur sem sérhæfðar eru til að regla ákveðið ferli. Sjálfstæðar reglaeiningar eru með inngang fyrir raungildi og útgang fyrir stýrimerki og sjálft óskgildið er stillt í reglaeiningunni. Einnig er hægt að stilla PID parametra reglisins.

Sumar sjálfstæðar reglaeiningar hafa samskiptamöguleika (t.d. Modbus RTU) og er þannig hægt að samþætta þá í stærra stýrikerfi og/eða í skjámyndakerfi.

Dæmi um sjálfstæða reglaeiningu er sýnt á myndinni hér til hliðar.