Giới thiệu: Điều khiển chính xác và mệnh lệnh của nó

Bài viết khám phá thế giới phức tạp của màn hình hiển thị kỹ thuật số kép bộ điều khiển nhiệt độ PID, tập trung đặc biệt vào các khía cạnh thủ công. Bài viết này sẽ giải thích những gì bộ điều khiển làm, làm việc như thế nào, lợi ích và tính năng khóa, mode& Manual#39; s quan trọng, các ứng dụng phổ biến và những cân nhắc thực tế khi chọn và sử dụng chúng. Bất cứ ai tham gia vào sản xuất công nghiệp, kiểm soát quy trình hoặc tự động hóa phòng thí nghiệm sẽ cần phải hiểu công nghệ này.

II. Các thành phần cốt lõi của bộ điều khiển PID hiển thị kép

Bộ điều khiển PID kỹ thuật số: Động cơ thông minh tại lõi của nó là một vi xử lý (MCU). Não số thực hiện các chức năng thiết yếu.

Chuyển đổi từ Analog sang kỹ thuật số (A/D). Chuyển tín hiệu cảm biến nhiệt độ thành các giá trị số.

Thực hiện thuật toán PID: Logic lõi cho điều khiển.

Quản lý giao diện người dùng: Điều này quản lý các tham số, cấu hình và các đầu vào được lưu trữ. Nó hiển thị các thông tin được hiển thị trên màn hình và thông dịch nút hoặc đầu vào bàn phím.

Đầu ra của mô-đun: Mô-đun ra tín hiệu điều khiển được tính vào hành động vật lý. Các mô-đun đầu ra bao gồm các rơ-le trạng thái rắn để cung cấp năng lượng cho các yếu tố làm nóng. Đầu ra bóng bán dẫn lưỡng cực được sử dụng cho các tín hiệu điều khiển tương tự, chẳng hạn như 0-10V và 4-20mA.

Màn hình kép: một sự giao tiếp rõ ràng

Đó là điểm khác biệt chủ yếu. Bộ điều khiển có hai màn hình kỹ thuật số thay vì một. Thiết kế màn hình kép mang lại một số lợi ích:

Hiển thị đồng thời thông tin: Hiển thị đầu tiên có thể hiển thị nhiệt độ quá trình thực tế trong khi thứ hai hiển thị các thiết lập và/hoặc các thông số chi tiết. (như giá trị P, I hoặc D). Nhà điều hành có thể theo dõi hiệu suất của hệ thống mà không phải liên tục chuyển đổi lượt xem.

Thông tin cụ thể cho từng chế độ: Mỗi màn hình hiển thị có thể hiển thị dữ liệu liên quan đến nhiệm vụ cụ thể, tùy thuộc vào mô hình của bộ điều khiển và chế độ hoạt động được lựa chọn (tự động hoặc hướng dẫn).

Nền tảng của kiểm soát

Các cảm biến được sử dụng để cung cấp thông tin nhiệt độ chính xác. Các cảm biến có sẵn trong nhiều loại.

Cặp nhiệt điện: mạnh, rẻ, và thích hợp cho các nhiệt độ khác nhau. Bồi thường giao kèo lạnh phải được thực hiện bởi bộ điều khiển.

Máy dò nhiệt độ chống, như PT100 / PT1000. được biết đến là chính xác và ổn định hơn so với các cặp nhiệt điện. Thường được sử dụng trong phòng thí nghiệm và các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao. Điều hòa tín hiệu là cần thiết (ví dụ: sử dụng một mạch tích hợp hoặc module đầu vào Pt100).

III. Đây là quá trình điều khiển.

Nó là thuật toán điều khiển làm cho bộ điều khiển PID có công suất thực của nó. Bộ điều khiển liên tục đo nhiệt độ của quá trình, so sánh nó với điểm đặt và sau đó điều chỉnh đầu ra của nó để giảm lỗi. Quá trình này diễn ra tự động và nhiều lần trong một phút.

Chu kỳ đo đạc: sử dụng mạch đầu vào của nó, bộ điều khiển nhận được tín hiệu gửi bởi cảm biến. Mạch chịu trách nhiệm điều hòa tín hiệu, khuếch đại và lọc (chẳng hạn như bù nối lạnh trong các cặp nhiệt điện, hoặc tuyến tính hóa của RTDs).

Tính toán nhiệt độ: Bộ xử lý số biến đổi tín hiệu điều hòa thành giá trị nhiệt độ.

Tính toán lỗi: Một phép tính nhiệt độ được thực hiện và so sánh với điểm đặt được xác định bởi người sử dụng. Sự khác biệt này được gọi là " error Signal".

Thuật toán PID: Bộ điều khiển sử dụng tín hiệu sai số để tính toán ba thành phần.

Hành động (P) tỷ lệ: thành phần đáp ứng với sai số hiện tại. Output_P tỷ lệ thuận với độ lớn của sai số. Độ lợi tỷ lệ càng cao, (Kp), càng mạnh là hành động khắc phục. Tuy nhiên, nếu nó ' s quá cao, điều này có thể gây bất ổn.

Hành động tích phân (I) : Thành phần đáp ứng với lỗi tích lũy theo thời gian. Mục tiêu là loại bỏ lỗi còn lại trạng thái ổn định, thường có thể được tìm thấy chỉ với P-action. Output_I bằng tổng các lỗi trong quá khứ, nhân với một hệ số nhất định. (Output_I là Ki * Errordt nơi Ki thu được lợi ích không thể thiếu. Hành động tích phân là rất quan trọng cho độ chính xác trong dài hạn, nhưng có thể dẫn đến một lượng lỗi quá mức nếu it' s không chỉnh đúng.

Đạo hàm hành động D: Thành phần dự báo lỗi tương lai bằng cách sử dụng tỷ lệ thay đổi cho lỗi hiện tại. Phanh được áp dụng để giảm sự phóng đại và cải thiện sự ổn định khi nhiệt độ thay đổi đột ngột. Đầu ra phụ thuộc vào sự thay đổi tỷ lệ lỗi (Output_D = Kd * de/DT nơi Kd đại diện cho lợi nhuận phái sinh). Hành động đạo hàm rất nhạy với nhiễu.

Quá trình này được gọi là điều chỉnh PID.

IV. V. Chế độ bằng tay: Ghi đè điều khiển trực tiếp

Các chế độ manual, thường có trong các bộ điều khiển tiên tiến như hai màn hình hiển thị loại bộ điều khiển PID, là một tính năng quan trọng. Chế độ này cho phép kiểm soát trực tiếp đầu ra của người sử dụng, mà không cần phải sử dụng các tính toán PID dựa trên sự khác biệt nhiệt độ quá trình.

Chế độ thủ công là gì?

Chế độ thủ công là khi người dùng nhập trực tiếp vào bộ điều khiển một giá trị mà họ xác định (thường được gọi là A ' Bias, ' A ' Thủ công, ' Hay an ' Ghi đè.'). Giá trị xác định mức đầu ra, bất kể nhiệt độ thực tế. Nó vẫn hiển thị nhiệt độ thực, nhưng không tính toán đầu ra dựa trên nó.

Chế độ thủ công: Tại sao sử dụng nó?

Chế độ thủ công rất cần thiết trong một số kịch bản:

Hiệu chuẩn: điều chỉnh tín hiệu đầu ra trực tiếp trong quá trình chuẩn hóa cảm biến và đặc tính hệ thống.

Khởi động tinh chỉnh: Thực hiện các điều chỉnh chính xác trước khi chuyển sang điều khiển tự động.

Khắc phục các vấn đề cô lập bằng cách kiểm soát đầu ra trực tiếp và quan sát phản ứng của quá trình.

Điều khiển độ ổn định: Tạm thời ghi đè dao động tự động và hành vi không ổn định.

Kiểm soát đoạn dốc: rất chậm và điều chỉnh kiểm soát trong giai đoạn khởi động hoặc tắt máy, nơi một phản ứng tỷ lệ có thể không mong muốn.

Chế độ bằng tay:

Có thể hiển thị nhiệt độ quá trình (nói chung trên một màn hình) trong khi nó vẫn tiếp tục được đo.

Bàn phím điều khiển được sử dụng để thay đổi giá trị của ' Bias hoặc điểm đặt thủ công.' (thường thông qua các phím chức năng, điều hướng menu hoặc các chức năng cụ thể).

Khi bộ điều khiển nhận lỗi nhiệt độ, nó sẽ gửi một tín hiệu chỉ tương ứng với giá trị thiên lệch được nhập bằng tay.

Điều quan trọng là hiểu sai lệch trong bối cảnh của phạm vi đầu ra (ví dụ: 0-100% trên một tiếp sức, hoặc 0-10V trên nguồn điện).

V. Những lợi ích và tính năng của điều khiển PID điều khiển lưỡng tính

Trình điều khiển PID kỹ thuật số màn hình kép cung cấp nhiều ưu điểm so với các hệ thống điều khiển đơn giản. Chúng được thiết kế cho các ứng dụng đòi hỏi nhiều tính năng phức tạp hơn.

Giao diện thân thiện với người dùng: Hai màn hình riêng biệt cung cấp thông tin trình bày rõ ràng hơn, giảm sự nhầm lẫn của người vận hành. Bàn phím cho phép điều chỉnh và sửa đổi tham số dễ dàng.

Khả năng điều khiển tiên tiến các bộ điều khiển này thường không chỉ là bộ điều khiển nhiệt cơ bản.

Tự điều chỉnh nhiều mô hình có các thuật toán xây dựng sẵn tự động tính toán các thông số PID tối ưu (Kp Ti Td) bằng cách phân tích phản ứng của quá trình. Nó giảm thiểu các kỹ năng điều chỉnh thủ công đến mức tối thiểu.

Lập trình và nhiều điểm đặt: khả năng lập trình cấu hình nhiệt độ, chẳng hạn như dốc, giữ hoặc cao nguyên. Điều này là cần thiết khi xử lý các quy trình phức tạp, như đạp xe nhiệt, lịch làm bánh, v.v.

Báo động mạnh mẽ: nhiều loại báo động (giới hạn thấp hơn, giới hạn trên, độ lệch) và hành động có thể cấu hình để cảnh báo người vận hành về độ lệch quy trình tiềm năng hoặc thực tế (ví dụ như chỉ thị ánh sáng, đầu ra chuyển tiếp, báo động âm thanh).

Giao thức truyền thông: Một số mô hình có giao diện truyền thông như Modbus RTU/TCP hoặc RS-485.

Các bộ điều khiển PID kỹ thuật số có màn hình kép là không thể thiếu cho nhiều ứng dụng do độ chính xác cao, độ ổn định và tính năng tiên tiến của chúng.

Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm: Máy PCR yêu cầu đi xe đạp nhiệt chính xác. Lồng ấp cần phải ổn định trong nuôi cấy tế bào. Quang phổ kế NMR yêu cầu môi trường được kiểm soát. Nhiệt kế đo chính xác sự thay đổi nhiệt độ.

Công nghiệp chế tạo: Các lò phản ứng hóa học yêu cầu cấu hình nhiệt độ chính xác. Sự tự phối phụ thuộc vào sự triệt sản bằng hơi nước. Các hệ thống CIP/SIP cần được làm sạch và lấp đầy ở nhiệt độ được kiểm soát. Thực phẩm, đồ uống và rượu: Khử trùng cần phải được thực hiện ở nhiệt độ cụ thể để đảm bảo an toàn thực phẩm. Quá trình lên men đòi hỏi sự lên men được kiểm soát nhiệt độ để thống nhất trong hương vị và sản lượng. Bộ tiệt trùng cần được giám sát nhiệt độ đáng tin cậy. Những đường đồ hộp yêu cầu đo nhiệt độ chính xác để niêm phong tính toàn vẹn.

VII. Làm thế nào để chọn đúng bộ điều khiển PID màn hình kép

Các tính năng của kiểm soát tay: Kiểm tra các chỉ số rõ ràng cho biết chế độ thủ công/tự động, phạm vi thiên vị điều chỉnh và có thể độc lập các kênh kiểm soát thủ công.

VIII. Cài đặt, cấu hình, và điều chỉnh

Lập kế hoạch và thực hiện là yếu tố thiết yếu cho dự án thành công.

Cài đặt phần cứng: an toàn và chính xác gắn bộ điều khiển và cảm biến. Cẩn thận theo dõi sơ đồ dây. Xem xét các yếu tố như đo cáp, che chắn và tiếng ồn trong môi trường nhiễu khi chọn thành phần.

PID điều chỉnh: Bước này thường là quan trọng nhất. Autotuning có thể làm cho điều này dễ dàng hơn, nhưng điều quan trọng là phải hiểu các nguyên tắc cơ bản. Bắt đầu với một lợi ích theo tỷ lệ thấp và thêm hành động tích phân cho đến khi bạn giảm tối đa khoảng chênh lệch. Sau đó thêm các dẫn xuất để giảm dao động. Việc điều chỉnh thủ công bao gồm các kỹ thuật như Ziegler Nichols' Đáp ứng tần số hoặc phương pháp đường cong phản ứng. Những phương pháp này yêu cầu đưa ra một sự thay đổi theo bước và phân tích phản hồi. Điều quan trọng là phải cân bằng giữa sự ổn định và khả năng đáp ứng.

IX. Giải quyết những vấn đề thường gặp

Dao động hoặc đáp ứng chậm: Xác minh các yếu tố điều khiển đang làm việc chính xác, và có thể đáp ứng nhanh chóng.

Các vấn đề về chế độ thủ công: Kiểm tra giới hạn phạm vi thiên lệch, xác minh vị trí của chuyển mạch chế độ và đảm bảo rằng mạch đầu ra hoạt động chính xác (SSR hoặc transistor). Hãy xem hai trình diễn hướng dẫn điều khiển PID bằng kỹ thuật số để có được những hướng dẫn cụ thể để nhập và điều chỉnh các giá trị thiên vị.

Truyền thông hoặc lỗi hiển thị: Xác minh kết nối dây, kiểm tra tốc độ BAUD và thiết lập giao thức và đảm bảo thiết bị được kết nối (ví dụ PC, PLC), hoạt động chính xác.

X. Kết luận: độ chính xác và điều khiển rất quan trọng.

Màn hình kỹ thuật số kép Bộ điều khiển nhiệt độ PID là một tiến bộ quan trọng trong công nghệ điều khiển nhiệt độ. Các hệ thống này kết hợp độ chính xác của thuật toán PID kỹ thuật số với độ rõ ràng và linh hoạt của hai màn hình khác nhau, cung cấp sự ổn định và thân thiện của người dùng không thể đạt được bằng các lựa chọn thay thế đơn giản hơn. Chúng được sử dụng trong nhiều phòng thí nghiệm, trung tâm nghiên cứu, cơ sở sản xuất và những nơi khác vì tính năng tiên tiến của chúng và khả năng ghi đè tác động điều khiển. Những lợi ích của việc lựa chọn và điều chỉnh các bộ điều khiển PID là đáng kể. Họ có thể cải thiện chất lượng và tính nhất quán của sản phẩm, cũng như hiệu quả hoạt động. Bài này cung cấp một nền tảng tuyệt vời để tận dụng công nghệ mạnh mẽ này.