Làm sao để cấu hình và kết nối một bộ điều khiển PID.

Hướng dẫn này bao gồm thông tin trên dây dẫn cảm biến, điều khiển thiết bị truyền động, kết nối điện, điều chỉnh PID và thử nghiệm điều khiển nhiệt độ.

1. Giới thiệu

Bộ điều khiển PID sử dụng một thuật toán để tính các hiệu chỉnh cần thiết và áp dụng nó vào phần tử điều khiển cuối cùng, giảm thiểu sai số. Bộ điều khiển nhiệt độ PID sử dụng một thuật toán phức hợp kết hợp tỷ lệ (P), tích phân (I) và các hành động phái sinh để tính toán và liên tục áp dụng hiệu chỉnh cho phần tử điều khiển. Điều này giảm thiểu lỗi và đảm bảo sự ổn định. Bước quan trọng đầu tiên để tối đa hóa các khả năng của bộ điều khiển PID là kết nối và cấu hình chính xác nó. Hướng dẫn sẽ đưa bạn qua quá trình hoàn chỉnh của các kết nối cảm biến, điều khiển thiết bị truyền động, nguồn cung cấp điện, cấu hình, kiểm tra và xử lý các sự cố. Nó dựa trên các nguyên tắc đã được thiết lập để đảm bảo thực hiện thành công.

2. Những kiến thức cơ bản của điều khiển nhiệt độ PID

 Điểm khác biệt, hay " lỗi, " Là cái mà các bạn gọi nó.

Tác dụng tỷ lệ (P) : Thành phần điều chỉnh đầu ra theo độ lớn của sai số. Đầu ra được điều chỉnh dựa trên độ lớn của một lỗi. Một lỗi lớn sẽ dẫn đến một điều chỉnh lớn hơn trong khi một lỗi nhỏ sẽ dẫn đến một lỗi nhỏ hơn. Điều khiển tỷ lệ làm giảm sai số nhanh chóng, nhưng để lại sau một sai số dư (bù).

Hành động tích phân (I) : Hành động tích phân tính đến lỗi tích lũy. Đầu ra được thúc đẩy liên tục để loại bỏ sai số còn lại khỏi tác dụng tỷ lệ. Thành phần này ghi nhớ các lỗi quá khứ và thực hiện các điều chỉnh cho đầu ra để đạt được điểm đặt.

Tác dụng dẫn xuất (D), phần phản ứng trên tỷ lệ thay đổi trong lỗi. Hành động vi phân áp dụng một lực thích hợp cho hệ nếu nhiệt độ thay đổi nhanh chóng.

3. Đặt nền tảng cho mối quan hệ của anh

Lập kế hoạch là chìa khóa cho kết nối thành công. Giai đoạn này không nên vội vã vì nó có thể dẫn đến kết nối và cấu hình không chính xác, hư hỏng thiết bị hoặc mối quan tâm an toàn.

Xác định hệ thống của bạn: Xác định quy trình hoặc hệ thống mà nhiệt độ đòi hỏi sự kiểm soát chính xác. Nhiệt độ bình thường bao nhiêu? Cần có sự chính xác nào? Cần bao nhiêu nhiệt lượng và mất bao lâu để hệ thống phản ứng? Các thông số kỹ thuật của bộ điều khiển và thiết bị truyền động được xác định bởi thông tin này.

Chọn bộ điều khiển bên phải: Bộ điều khiển PID không phải tất cả đều bằng nhau. Hãy xem xét các yếu tố như:

Thuật toán điều khiển: Bộ điều khiển này có thuật toán PID chuẩn hay thuật toán tiên tiến không? (ví dụ Smith Predictor and filter Options) hoặc cung cấp bảo vệ chống reset chống lại Windups.

Các loại đầu vào: Đảm bảo rằng bộ điều khiển có khả năng chấp nhận các tín hiệu cảm biến mà bạn dự định sử dụng.

Bạn sẽ chọn loại đầu ra nào? Có nhiều tùy chọn, bao gồm các rơle trạng thái rắn cho quạt hoặc máy sưởi, đầu ra tiếp sức kiểm soát solenoids hoặc contactor, điều chế độ rộng xung (PWM), đầu ra được sử dụng để trực tiếp điều khiển tốc độ quạt, và điện áp Analog/dòng cho giao diện với các thiết bị hoặc bộ điều khiển khác.

Truyền thông: Có phải ứng dụng yêu cầu giao tiếp để theo dõi, ghi nhật ký, hoặc tích hợp với một hệ thống lớn hơn (ví dụ: Modbus RTU/TCP/Profibus, Ethernet/IP, vv)?

Giao diện và màn hình: Bạn cần mức độ giao diện nào?

Hiệu chuẩn là một sự cân nhắc: Hiệu chuẩn ban đầu có thể được yêu cầu tùy thuộc vào các yêu cầu của ứng dụng và trạng thái mà tại đó cảm biến/bộ điều khiển được cài đặt ban đầu. Điều này đảm bảo rằng cách đọc chính xác và kiểm soát có thể hoạt động tốt.

Nối khoảng cách đo: kết nối cảm biến nhiệt độ

Cảm biến nhiệt độ là " noSE" Của bộ điều khiển - họ đo nhiệt độ. Các cặp nhiệt điện, như Type K, E, J hoặc KJ, và các cảm biến nhiệt độ kháng, Pt100, Pt1000, là các cảm biến công nghiệp phổ biến.

Xác định các thiết bị đầu vào của cảm biến: xác định các thiết bị đầu vào được chỉ định trên bảng điều khiển PID, thường được đánh dấu ";; " THERM", hoặc " RTD".

Xác định loại cảm biến: nhớ xác định loại cảm biến mà YOU' re sử dụng. Loại cảm biến này phải được cấu hình trong bộ điều khiển.

Xem sơ đồ dây: tham khảo hướng dẫn sử dụng của bộ điều khiển PID và sơ đồ dây đi kèm. Sơ đồ sẽ cho bạn biết làm thế nào để kết nối các thiết bị đầu cuối và loại kết nối nào cần thiết (ví dụ: bốn dây cho RTDs hoặc ba dây cho các cặp nhiệt điện tiêu chuẩn). Nó cũng cho thấy sự phân cực và bất kỳ thông tin nào khác cần thiết.

Thermocouple Ex: Thường kết nối bằng cách sử dụng các đầu nối cụ thể, ví dụ BNC, DB9 hoặc các đầu cuối vít. Sơ đồ này cho thấy các dây kết nối với mỗi đầu cuối, và liệu bồi thường đường dây lạnh đã được xây dựng vào bộ điều khiển (phổ biến với bộ điều khiển điểm chuẩn) hoặc yêu cầu một cảm biến bên ngoài.

Ví dụ của RTD: có thể yêu cầu lên đến bốn dây, tùy thuộc vào yếu tố cảm biến được sử dụng và it& như thế nào#39; s phấn khởi. Sơ đồ dây sẽ làm chi tiết các kết nối thích hợp cho các phép đo điện trở chính xác.

Đảm bảo kết nối: cắt các dây cảm biến và chèn chúng vào đầu cuối. Thắt chặt ốc. Để ngăn chặn mạch ngắn, đảm bảo rằng kết nối được bảo mật và cách ly tốt. Nếu các block có sẵn, hãy sử dụng chúng. Tránh kết nối đinh vít trực tiếp để có độ tin cậy cao hơn.

Kiểm tra chuẩn hóa (tùy chọn, nhưng được khuyến nghị) : Thực hiện kiểm tra cơ bản sau khi kết nối nếu bạn có thể truy cập đến nguồn nhiệt độ đã biết và có một nhiệt kế được hiệu chuẩn. Xác minh nhiệt độ hiển thị bởi bộ điều khiển chống lại hiệu chuẩn. Điều chỉnh nhỏ có thể có thể tùy thuộc vào khả năng chuẩn hóa của bộ điều khiển của bạn.

Thực hiện lệnh điều khiển: kết nối đến phần tử điều khiển cuối cùng (Actuator).

Đó là " cơ bắp và quot; Của toàn bộ hệ thống. Bộ thu PID điều chỉnh nhiệt độ quá trình dựa trên các tín hiệu nhận được từ PID.

Xác định thiết bị chấp hành: Xác định thiết bị nào sẽ điều chỉnh nhiệt độ. (ví dụ: một máy sưởi được điều khiển bằng relay hoặc quạt được điều khiển qua PWM).

Định vị các đầu ra tìm các đầu ra của điều khiển PID, thường được đánh dấu " OUT", " AO" Or " DA" (Digital/Relay/Analog) đầu ra.

Đảm bảo đầu ra của bộ điều khiển khớp với thiết bị chấp hành: phải chắc chắn kiểu đầu ra giống như yêu cầu đầu vào.

Đầu ra tương tự (AO/DA).

Đầu ra kỹ thuật số/Relay (DA) : được sử dụng để chuyển đổi năng lượng cho các thiết bị như contactor và relays, sau đó kiểm soát tải lớn. Cần chú ý đến các xếp hạng điện áp (ví dụ: 5V logic hoặc 24V relay coil), và cấu hình dây (ví dụ: thường mở (không) so với đóng bình thường (NC). Điều quan trọng là thiết lập đầu ra của bộ điều khiển một cách chính xác (ví dụ độ dài xung và chu kỳ làm việc).

Wire Một thiết bị truyền động: cài đặt thiết bị truyền động phù hợp với datasheet của nó. Nếu bạn đang sử dụng đầu ra relay để chuyển đổi thiết bị, hãy chắc chắn rằng thiết bị được nối dây đúng giữa các thiết bị NO/COM (hoặc NC/COM tùy thuộc vào ứng dụng) của đầu ra và nguồn điện. Kết nối dây đầu vào của bộ chấp hành tương tự với dây tín hiệu từ bộ điều khiển.

Thiết lập phạm vi và quy mô đầu ra: Mở menu cấu hình của bộ điều khiển của bạn (thường thông qua màn hình LCD hoặc các nút). Dẫn tới kết quả và điều chỉnh các thông số cho phù hợp với bộ chấp hành. Thiết lập phạm vi đầu ra (ví dụ: 0-100%, 0-10V), và đảm bảo nó tương ứng với phạm vi hoạt động của thiết bị truyền động.

Kết nối năng lượng với bộ điều khiển: hệ thống nạp năng lượng

Cần phải cung cấp năng lượng ổn định để PID hoạt động. Sự căng thẳng có thể gây nguy hiểm nghiêm trọng.

Xác định vị trí đầu cuối nguồn điện. Tìm các thiết bị đầu cuối " AC IN", VAC, hoặc các thiết bị tương tự khác nằm trên mặt sau hoặc bên của bộ điều khiển.

Kết nối các đầu cuối của bộ điều khiển với nguồn điện (trực tiếp, trung lập và mặt đất). Sơ đồ kết nối nằm trong sổ tay người dùng.

Kết nối nguồn điện, thường là cáp hợp nhất từ nguồn chính AC.

An toàn và công nghệ; Phân cực: Kiểm tra mọi kết nối. Trước khi chạm vào dây điện, hãy đảm bảo rằng điện bị tắt. Kiểm tra giai đoạn của điện AC (L1 / L/N/G). Bộ điều khiển có thể bị hư hỏng do phân cực không chính xác khi sử dụng năng lượng DC.

Các thuật toán điều chỉnh PID

Controller' s thông minh sống sót trong cấu hình. Điều này đòi hỏi phải có sự chú ý.

Truy cập chế độ cấu hình: Nhập chế độ lập trình bằng cách sử dụng keyPad hoặc các nút trên bộ điều khiển của bạn, hoặc bằng cách sử dụng phần mềm giao diện PC-. Điều này có thể được chỉ ra bằng các mẫu LED cụ thể, hoặc bởi một sự thay đổi trong chế độ hiển thị.

Thiết lập các thông số PID ban đầu (điều chỉnh) : thường là phần phức tạp nhất. Thông thường, các thông số ban đầu cần phải được điều chỉnh (" Tuning") Autotune hoặc " Auto Tune", một tính năng của nhiều bộ điều khiển, thực hiện một kiểm tra tự động, bao gồm một sự thay đổi trong điểm đặt (thường với một bước nhỏ) để quan sát cách nó phản ứng. Rồi nó tính P, I và D giá trị. Tham khảo các tài nguyên điều chỉnh PID thủ công (như phương pháp Ziegler Nichols) nếu bạn thích hoặc cần nó. điều chỉnh theo độ tăng dần, bắt đầu với các giá trị bảo thủ. Hãy giám sát phản ứng của quá trình (overshoot tối thiểu và ổn định nhanh chóng). Điều quan trọng là điều chỉnh hệ thống điều khiển để đạt được một quá trình ổn định, đáp ứng và dao động tự do.

Bộ lọc đầu ra và làm giảm độ ẩm: Một số bộ điều khiển có một bộ lọc ra thiết lập làm mịn tín hiệu tiếng ồn đến từ cảm biến, ngăn ngừa các hành động thất thường. Một số bộ điều khiển có chức năng làm giảm nhiệt độ săn bắn hoặc bắn quá mức (dao động nhỏ gần điểm đặt).

Truyền động không Bumpless: Cấu hình truyền động không Bumpless nếu bộ điều khiển có khả năng. Điều này cho phép bạn thay đổi các thông số hoặc điểm đặt mà không cần tăng tín hiệu đột ngột. Nó có thể gây quá tải, hoặc thậm chí làm hỏng hệ thống của bạn.

Thiết lập Save Settings và Exit: Sau cấu hình, hãy đảm bảo cài đặt được lưu trong bộ nhớ của bộ điều khiển (kiểm tra hướng dẫn sử dụng để tìm ra lệnh Save chính xác). Loại bỏ chế độ cấu hình.

Xác minh và kiểm tra: xác nhận hiệu suất

Điều quan trọng là kiểm tra kỹ lưỡng sau khi cấu hình và kết nối vật lý để đảm bảo hiệu suất chính xác và xác minh hoạt động.

Kiểm tra bằng mắt: kiểm tra tất cả các dây dẫn để cách điện, tính chính xác và bảo mật.

Thay thế cầu chì hoặc phá tại nguồn điện.

Màn hình phản hồi ban đầu: Hãy nhìn vào màn hình của bộ điều khiển. Liệu nó có cho thấy nhiệt độ phù hợp?

Điều khiển vòng kín: sửa đổi điểm đặt (SP). Quan sát phản ứng của hệ thống. Hệ thống có thể đạt đến điểm đặt một cách chính xác không? Nó có chính xác không? Có sự dao động quá mức hoặc overshoot nào xung quanh điểm đặt không? Hãy theo dõi tốc độ tiếp cận và sự ổn định.

Điều chỉnh cuối cùng: nếu cần, tinh chỉnh các thông số của PID dựa trên hiệu suất ban đầu. Để có hiệu suất tối ưu, có thể yêu cầu điều chỉnh nhỏ. Điều này đặc biệt đúng đối với hành động không thể thiếu để giảm các lỗi trạng thái ổn định và hành động phái sinh để tăng sự ổn định.

Dữ liệu ghi nhật ký (Tùy chọn). Nếu bộ điều khiển của bạn có khả năng ghi dữ liệu, bạn có thể cho phép bộ ghi dữ liệu để ghi dữ liệu nhiệt độ và dữ liệu điều khiển đầu ra. Nó có thể rất có giá trị trong việc phân tích hiệu suất của hệ thống của bạn và để giải quyết các sự cố.

Những vấn đề thường gặp và gây rắc rối: làm thế nào để giải quyết chúng

Dù hoạch định cẩn thận, các vấn đề vẫn có thể nảy sinh. Dưới đây là một số triệu chứng có thể xảy ra và nguyên nhân tiềm ẩn của chúng.

Nhiệt độ không thay đổi/điều khiển đầu ra không hoạt động:

Xác minh rằng điểm đặt đã được thiết lập đúng cách và nằm trong phạm vi của quy trình.

Kiểm tra cấu hình đầu ra có tương thích với các yêu cầu thiết bị chấp hành không.