공정제어 애플리2 시뮬레이션

소개글

공정제어 애플리2 시뮬레이션에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1.Abstract

2.Introduction

3.result

4.conclusion

본문내용

extractor> <그림 3-2 turn off extractor>
위 그림에서 알 수 있듯이 Square Root Extractor를 사용하였을 때에는 선형적인 그래프가 나오지만, 사용하지 않았을 때에는 선형적이지 않은 모습을 볼 수 있다. 이것은 위의 식2-1에서 유량과 압력 차의 관계를 생각해보면 이해할 수 있다. 녹색불을 끄고 작동하게 되면 유량과 압력 차의 관계에서 Squre Root가 사라진 값으로 결정되어 선형성이 무너지게 된다.
또한, Square Root Extractor를 작동하였을 때는 = +4 식에 의해서 전류값도 구할 수 있는데 초기에 압력차이를 25.0kPa로 주었으므로, I = 12.0 mA의 결과가 나오는 걸 확인할 수 있었다. 반면에 Squre Root Extractor를 작동하지 않자, = +4 이 적용되어 I = 8.0 mA의 값이 나온 것을 확인할 수 있다.
그리고, 위 그림에서 알 수 있듯이 Square Root Extractor를 제거하면 오차가 발생하는데, 유량을 최대로 늘리거나 최소로 줄일 때 그 오차가 줄어들다 0에 수렴하는 것을 알 수 있었다.
3.2 Orifice Size
3.2.1 Undersized
Orifice size가 normal 상태에서는 Actual Flow rate와 Measured Flow가 일치했었는데, Orifice size를 undersized 로 바꾸자 Measured Flow가 더 크게 측정되는
현상을 볼 수 있었다. 이것은 라는
(2-9) 식에서 Orifice size의 단면적인 A2 의 크기가 작아지면, 결국 Cv 값이 작아지게 되고, △P의 값이 커지게 된다. 따라서 실제 유량보다 더 크게 측정이 된다. 실제로 Cv값은 normal 상태에서 50이었고, Undersized 에서는 그 값이 40으로 감소했다.
또한, Actual Flow rate의 값을 점차 크게 해주었더니 400 l/min 부터는 다른 모든 값들이 최대값을 보이면서 더 이상 변화하지 못했다. 이 오차를 줄여보고자 DP Cell(P/I)의 span 값을 늘려주었더니 점차 오차가 줄어들어 span=156일 때 일치하는 모습을 볼 수 있었다. 하지만, 오차가 사라져도 Actual Flow Rate의 증가에 따라서 다른 값들이 변하지는 않았다. 이것은 Orifice에서 0 to 100 kPa로 range가 정해져 있기 때문에 span이 156일 때 의 유량을 받아줄 수 없다.
3.2.2 Oversized
이번에는 Orifice size를 oversized로 바꾸어 주었다. 예상했던 바와 같이 Undersized일 때와는 반대되게 A2 의 값이 증가하여 Cv 값이 65 라는 값으로 증가하게 되었고, 이에 따라 △P가 감소했다. 결과적으로 Measured Flow 의 양이 실제 값이 줄어즐게 되었다.
이번에는 Measued Flow가 더 양이 Actual Flow Rate보다 더 작게 측정되기 때문에 500.0 L/min 까지 증가시켜주어도 다른 값들이 saturate 되지 못하였다. 그래서 이번에는 DP Cell(P/I) 의 span 값을 감소시켜 주었더니 점차 오차가 줄어드는 것을 관찰할 수 있었다. span 값이 60정도 되자 Actual Flow 와 Measured flow가 일치되는 것을 볼 수 있었다.
3.3 Noise filtering
전류를 전압으로 바꾸는 과정에서는 완벽한 조건이 아닌 경우에는 noise가 생길수가 있기 때문에 noise filtering을 해 준다. 위 그림에서 볼 수 있듯이 nose level이 1%에서 10%로 커지면서 Actual Flow에 대한 Measured flow의 진동이 심해지는 것을 관찰 할 수 있다. 이에 대해서 nose level이 10%일 때 nose filter를 light에서 heavy까지 변화시켜 보았더니 filteringd의 정도가 강할수록 진동이 감소하는 것을 관찰할 수 있었다.
그 다음으로 nose level이 10%일 때, 각 nose filter 별로 유량의 변화를 주었더니 새로운 유량에 도달하는 시간은 heavy일 때 가장 길었고, medium, light 순이었다. 결국, filtering의 정도가 세지면 결과 값이 실제값에 가까워지지만 유량이 변화했을 때 새로운 목표값에 도달하는 response time이 길어진다는 것을 알 수 있다.
4. Conclusion
DP(Differential Pressure) cell을 이용해서 측정된 Orifice의 압력강하를 이용해 유량을 계산을 할 수 있다. 이 때 유량과 △P의 관계가 Square root 관계이기 때문에 이것을 고려해야 하며, 따라서 Square Root Extractor의 기능이 존재한다.
Orifice size에 따라서 실제 유체 양과 다른 값이 나올 수 있다는 것을 알았다. 또한 이것을 span의 변화를 통하여 실제값과의 오차를 줄일 수도 있었고 , 그 한계 또한 있었다. 하지만, 이것은 orifice가 공정에서 변화 했을때 DP cell을 조절해서 flow rate을 좀더 정확하게 측정할 수 있다는 것을 의미 한다. 결국, 공정에 있어서 적절한 orifice의 크기가 매우 중요하다는 것을 알수 있다.
Filtering에서는 오차를 줄이기 위해서 무조건 강한 filtering을 하는 것이 좋은 것은 아니라는 것을 알 수 있었다. 하지만, 오차가 생길 때 filtering을 해야 하기 때문에 공정의 상황에 따라 적절한 filtering의 정도를 선택해야 할 것이다. Filtering이 강할수록 새로운 유량 값에 대한 response time이 늦은 반면 필터링을 통한 실제값과 측정값의 오차를 줄일 수 있다.
Orifice는 간단한 장치이며 DP Cell 을 이용해 물리적인 값을 제어기가 인지할 수 있는 신호로 전환하는 과정과 그 특성을 simulation을 통해서 알아보았다. 이 때 중요하게 고려해야 할 점들이 DP cell에서 Square root extractor 고려, 공정에서의 적절한 orifice의 크기, 그리고 상황에 따라 적절한 filtering 이라는 점을 알았다.

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