Reaktionsbehälter

Das Anlagenbild Reaktionsbehälter (<proj_path>/panels/mainpanels/reactor.pnl) zeigt einen chemischen Reaktionsbehälter mit Mantelwärmetauscher zur Gewährleistung idealer Reaktionsbedingungen und thermischen Stabilisierung. Das Anlagenbild ist über die "Geografische Übersicht" oder die Direktanwahl-Schaltflächen erreichbar.

Über eine Speisepumpe P1 wird der Behälter R01 mit dem Primärmedium befüllt und über ein Regelventil V1 erfolgt der Ablauf. Das Dosierventil V4 injiziert kleine Mengen an reaktionsfördernden Stoffen. Das System P1 - R01- V1 wird in einem kontinuierlichen Prozess betrieben. Das Rührwerk M1 sorgt für die gleichmäßige Vermischung des Primärmediums mit den injizierten Reaktantien sowie für den thermischen Ausgleich innerhalb des gesamten Volumens.

Der Mantelwärmetauscher wird über den geregelten Zufluss eines Kühl- und eines Heizmediums betrieben. Das Ventil V2 bestimmt den Heißmedienzustrom (Vorlauf heiß), während V3 den Zustrom des Kühlmediums (Vorlauf kalt) definiert. Im Wärmetauscher mischen sich die Medien und ergeben so eine resultierende Wärmetauschertemperatur, welche sodann auf den Reaktionsbehälter wirkt. Der Rücklauf erfolgt ungeregelt (es existiert jedoch ein Hand-Absperrorgan welches nicht in die Automatisierungstechnik eingebunden ist).

Aufgrund verfahrenstechnischer Randbedingungen muss zu jedem Zeitpunkt gewährleistet sein, dass je nach zu produzierendem Stoff eine gewisse Mindestmenge im Reaktionsbehälter zu keinem Zeitpunkt unterschritten wird. Andererseits existiert jeweils eine maximale Füllmenge, die sich aus einer erforderlichen Ausgleichsreserve für die reaktionsbedingte Expansion des Reaktionsgutes ergibt.

Der Pegel im Behälter wird permanent gemessen über den Zufluss durch P1 geregelt. Zusätzlich sind Minimal- und Maximalalarme für den Füllstand vorgesehen. Die Abflussmenge hängt vom nachgelagerten Verarbeitungsprozess ab und ist diskontinuierlich. Sie tritt somit als Störgröße im Regelkreis auf.

Der flexibel verwendbare Reaktionsbehälter kann sowohl für endotherme wie auch für exothermeReaktionen inklusive notwendiger äußerer Stabilisierung eingesetzt werden. Die Temperatur des Reaktorinhalteswird permanent gemessen und durch das Rührwerk M1 im gesamten Volumen als annähernd gleich angenommen. Die Gewährleistung einer prozessbedingten Solltemperatur erfolgt durch Regelung der beiden Vorlaufventile für den Zustrom von Heiz- und Kühlmedium (V2, V3). Die Temperaturregelung wirkt direkt auf das Ventil V2, wobei in der Steuerung für V3 jeweils der inverse Stellgrad erzwungen wird (z.B. V2 = 80 % geöffnet -> V3 = 20% geöffnet).

Simulation

Die Simulation des Reaktionsbehälters erfolgt in einem Control-Manager (-f pid_scripts.lst). Hier läuft je ein Skript für das Tankmodell und ein anderes für die Reaktionen der Geräte. Die Regelung selbst erfolgt in dem PID-Manager (WCCOApid.exe).

Über die Schaltfläche Simulation links unten kann die Simulation gestartet werden. Die Schaltfläche öffnet folgendes Fenster zum starten der Simulation.

Anmerkung:

Beachten Sie, dass für den Betrieb des Reaktionsbehälters und der Regelung folgende Einträge in der WinCC OA Console gemacht und die Manager gestartet werden müssen. Diese funktionieren derzeit nur, wenn Sie die Versions-Erweiterungen installiert haben. Wie Sie die Demo-Erweiterungen installieren wird im Kapitel Eigenschaften-Panel beschrieben. WCCOActrl -f sim.lst Die Regelung wird durch einen Manager (WCCOAPID.exe) vorgenommen: WCCOAPID -num x

Ein: Startet die Simulation. Der Behälter R01 wird mit dem Primärmedium erfüllt und das Rührwerk M1 sorgt für die gleichmäßige Vermischung des Primärmediums. Im Wärmetauscher mischen sich die Medien und ergeben so eine resultierende Wärmetauschertemperatur, welche sodann auf den Reaktionsbehälter wirkt.

Aus: Beendet die Simulation.

Zykluszeit: Definieren Sie hier die Zykluszeit in Millisekunden.

Max. Änderung des Istwertes pro Zyklus: Definieren Sie hier, wieviel der Istwert maximal innerhalb eines Zyklus ändern darf.

Abbildung 2. Anlagenbild Reaktionsbehälter

Das Regelkreis-Symbol neben den Pegel- und Temperatur-Anzeigen öffnet eine detaillierte Anzeige (siehe Abbildung TICA02).

Wie aus der obigen Abbildung ersichtlich, sehen Sie hier den Istwert, können den Sollwert direkt in dem Eingabefeld definieren oder über den Pfeil ändern sowie die Stellgröße einstellen. Zusätzlich werden die Fehler als Prozentzahl angezeigt.

Mit der Schaltfläche aktivieren oder deaktivieren Sie die Regelung. Wenn Sie die Regelung deaktivieren, wird auf manueller Betrieb gewechselt. Wenn der manuelle Betrieb aktiviert ist, können Sie die Stellgröße manuell ändern.

Zeigt oder verbirgt den Schleppzeiger des Istwerts (siehe Abbildung: TICA02 oben).

Öffnet das unten angezeigte Fenster in dem Sie die Reglerparameter einstellen können und eine Trendansicht sehen. Für die PID-Regelung wurden unterschiedliche Regeleinstellungen zusammengestellt und gespeichert. Die Regeleinstellungen sind LICA-Konfigurationen. Diese zeigen die Funktionstüchtigkeit der Regelstrecke und die Auswirkungen verschiedener Reglerparameter auf das Streckenverhalten.

Abbildung 4. Regeleinstellungen - TICA02

Die verschiedenen LICA-Konfigurationen wählen Sie aus der Combobox neben dem Speichern-Symbol. Drücken Sie danach und bestätigen Sie Ihre Auswahl.

Speichert eine Konfiguration.

Löscht die ausgewählte Konfiguration.

Im oberen Bereich des Panels können Sie die Regelstrecke-Anzeige starten und stoppen und näher betrachten. Dabei stehen Ihnen die folgenden Schaltflächen zur Verfügung:

Startet und stoppt die Regelstrecke-Anzeige.