Làm thế nào lập trình bộ điều khiển nhiệt độ PID: Hướng dẫn toàn diện

Học lập trình A Bộ điều khiển nhiệt độ PIDVới hướng dẫn toàn diện này. Hiểu các nguyên tắc điều khiển PID, kết nối, lập trình, và xử lý sự cố để kiểm soát nhiệt độ chính xác.

  1. Giới thiệu

Bộ điều khiển PID (Proportional-Integral-Derivative) là một cơ chế phản hồi vòng điều khiển được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển công nghiệp, được sử dụng cho điều chỉnh nhiệt độ chính xác trong nhiều ứng dụng khác nhau, từ các thiết bị gia dụng đến các quy trình công nghiệp phức tạp. Trong bài báo we' LL cho thấy cách bạn có thể lập trình một bản thân, bao gồm các khái niệm cơ bản cũng như thực hiện thực tế.

  2. Hiểu được sự điều khiển PID

Điều khiển PID bao gồm ba hành động riêng biệt, tỷ lệ, tích phân và đạo hàm. Trong khi kiểm soát tỷ lệ tập trung vào các lỗi hiện tại trong khi tích phân các lỗi quá khứ. Đạo hàm dự đoán những tương lai dựa trên xu hướng tích lũy các lỗi theo thời gian. Kết hợp các thành phần này giúp đạt được sự điều chỉnh nhiệt độ bằng cách điều chỉnh đầu ra kiểm soát theo cách giảm thiểu sự khác biệt giữa điểm đặt và lỗi nhiệt độ thực tế.

  3. Những thành phần cần thiết

 Để lập trình bộ điều khiển nhiệt độ PID, những mục sau đây sẽ là cần thiết. * Bộ điều khiển PID: Thiết bị chính chịu trách nhiệm thực hiện thuật toán của nó để điều khiển.

Cảm biến nhiệt độ: 

để ghi lại chính xác và theo dõi kết quả đo nhiệt độ. Thông thường một cặp nhiệt điện hoặc RTD được sử dụng.

Bộ phận làm nóng hoặc thiết bị làm lạnh:

được dùng để điều chỉnh nhiệt độ.

Cung cấp điện:

Dùng để cấp năng lượng cho bộ điều khiển và các thành phần khác.

Microcontroller (Tùy chọn) : 

Đối với các thiết lập tùy chỉnh, một Arduino hoặc vi điều khiển tương tự có thể hữu ích như là một phần của giải pháp.

  4. Kết nối bộ điều khiển PID

Nối dây bộ điều khiển PID một cách đúng đắn là chìa khoá để nó hoạt động thành công và có thể thực hiện sau các bước này:

Kết nối một cảm biến nhiệt độ:

 Gắn nó vào đầu vào thích hợp của nó trên bộ điều khiển PID.

Dây một phần tử làm nóng/làm mát: 

Nối vào đầu ra của bộ điều khiển.

Cuối cùng, Kết nối quyền lực: 

Đảm bảo tất cả các thành phần được kết nối với một nguồn năng lượng thích hợp.

Cân nhắc về an toàn:

Để tự bảo vệ mình và giảm các lỗi điện tiềm ẩn, bao gồm các cầu chì hoặc bộ ngắt mạch như một biện pháp bảo vệ.

  5. Lập trình bộ điều khiển PID

Lập trình bộ điều khiển PID thiết lập bộ điều khiển PID yêu cầu thiết lập nhiệt độ mong muốn (điểm đặt), cấu hình các thông số PID, và kiểm tra các kịch bản khác nhau cho đến khi đạt được hiệu suất tối ưu. Here' s Nó nên tiến triển như thế nào:

Hãy chọn nhiệt độ bạn mong muốn:

để nhập nhiệt độ đích vào bộ điều khiển.

Tuỳ biến các thông số PID: 

Điều chỉnh tỷ lệ (P), tích phân (I), và đạo hàm (D) tương ứng - nhiều bộ điều khiển cung cấp các tính năng điều chỉnh tự động để làm cho bước này đơn giản hơn

Khi hoàn thành, việc hiệu chuẩn sẽ bắt đầu: 

Một lần nữa, truyền nhiệt độ mục tiêu mong muốn là bước đầu tiên; Một khi các thông số PID được điều chỉnh sau đó có thể được điều chỉnh hơn nữa bằng cách đơn giản di chuyển các thanh trượt trong các điều khiển PID của chúng; Chỉ cần điều chỉnh thủ công một lần.

Cấu hình các thông số PID sau đó có thể được cấu hình; Bước này thường cần điều chỉnh tỷ lệ, tích phân (I), và đạo hàm (D).

Cấu hình các thông số PID cho điều khiển PID thích hợp sau đó được điều chỉnh bằng cách di chuyển thanh trượt giữa các giá trị tỉ lệ, tích phân, đạo hàm có thể dễ dàng điều chỉnh trong khi nhiều bộ điều khiển cung cấp các tính năng tự động điều chỉnh để đơn giản hóa bước này; Một khi điều chỉnh các tính năng điều chỉnh tự động để đẩy nhanh bước này.

Điều chỉnh P, các giá trị vi phân tích hợp cũng nên được điều chỉnh để điều chỉnh các tính năng Auto Tune Auto Auto Tune các tính năng để giúp điều chỉnh bước này như một phần. Để bước cuối cùng sẽ tự động điều chỉnh các tính năng điều chỉnh tự động có thể đơn giản hóa các bước điều chỉnh trong khi một số có các tính năng điều chỉnh tự động làm cho các tính năng điều chỉnh tinh vi để tự động hóa quá trình

Điều chỉnh thủ công:

Thay vì điều chỉnh tự động, điều chỉnh thủ công các thông số PID bằng thử và sai số cho đến khi có thể đạt được điều khiển ổn định.

Sau khi lập trình đã hoàn tất, điều bắt buộc là hệ thống phải được kiểm thử và hiệu chuẩn: bước này có thể bao gồm cả kiểm thử thủ công và các hệ thống chuẩn hóa máy tính.

Thử nghiệm ban đầu: 

Chạy và quan sát hiệu suất kiểm soát nhiệt độ.

Điều chỉnh các thông số PID: 

Điều chỉnh các cài đặt PID để giảm thiểu sự phóng đại và dao động.

Theo dõi và dữ liệu nhật ký: 

Thực hiện các điều chỉnh khi cần thiết thông qua ghi dữ liệu bằng cách theo dõi thay đổi nhiệt độ theo thời gian, theo dõi thay đổi thông qua ghi nhiệt độ.

Bộ điều khiển PID hiện đại có tính năng tiên tiến được thiết kế để cải thiện chức năng:

Tích hợp với các hệ thống khác: 

Khi kết nối với PLC hoặc hệ thống SCADA để điều khiển tập trung.

Giám sát và điều chỉnh từ xa: 

Sử dụng các khả năng mạng để theo dõi và kiểm soát từ xa của bộ điều khiển. 3. Tích hợp với các hệ thống khác

Tính năng an toàn: 

Thực hiện báo động và tắt tự động để đề phòng chống quá nóng hoặc các rủi ro khác.

Những vấn đề và giải pháp chung với bộ điều khiển PID và những giải pháp của họ:

Dao động trong điều hòa nhiệt độ (thông số PID). 2 Đáp ứng chậm, tăng độ lợi tỷ lệ hoặc giảm thời gian tích phân và/hoặc độ lợi tỷ lệ hoặc thời gian tích phân khi cần thiết (giảm độ lợi tỷ lệ tốt hơn). 3. Hệ thống không ổn định, kiểm tra các vấn đề liên kết hoặc trục trặc của cảm biến như là vấn đề.

  6. Kết luận

Lập trình bộ điều khiển nhiệt độ PID bao gồm hiểu các nguyên lý điều khiển PID, chọn các thành phần đúng, dây dẫn thích hợp, và điều chỉnh các thông số PID. Với việc thiết lập và hiệu chuẩn cẩn thận, bạn có thể đạt được sự kiểm soát nhiệt độ chính xác cho các ứng dụng khác nhau. Những cải tiến trong tương lai có thể bao gồm tích hợp các tính năng nâng cao hơn và tăng cường độ tin cậy của hệ thống.