Điều khiển nhiệt độ PID điều khiển được lập trình: tối ưu hóa điều khiển chính xác

(Giới thiệu)

Kiểm soát nhiệt độ chính xác rất cần thiết trong nhiều ngành công nghiệp. Từ sản xuất đến nghiên cứu phòng thí nghiệm, hệ thống HVAC và thậm chí chế biến thực phẩm. Độ chính xác này thường đạt được bằng các cơ chế phản hồi phức tạp được gọi là bộ điều khiển. Trong số những bộ điều khiển hiệu quả nhất là bộ điều khiển tỷ lệ-tích phân (PID), nhưng không phải tất cả được tạo ra bằng nhau. Điều khiển nhiệt độ PID được lập trình có thể cung cấp một lợi thế quan trọng. Nó cho phép bạn tuỳ chỉnh hành vi của nó cho phù hợp với ứng dụng của bạn thông qua việc điều chỉnh và cấu hình. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ khám phá điều gì làm cho bộ điều khiển nhiệt độ PID có thể lập trình được. Vâng.#39; LL cũng thảo luận làm thế nào bạn có thể cấu hình thiết bị một cách hiệu quả và tại sao tính linh hoạt là quan trọng cho việc điều chỉnh nhiệt độ chính xác và đáng tin cậy. Các kỹ sư và kỹ thuật viên có thể đạt được hiệu suất tối đa bằng cách hiểu các đơn vị này.

Bộ điều khiển nhiệt độ PID điều khiển được lập trình là gì?

(Phần: định nghĩa và lợi ích cốt lõi)

Điều khiển nhiệt độ PID, còn được gọi là điều khiển nhiệt độ lập trình được, là một thiết bị điện tử tự động duy trì một tham số quá trình (thường là nhiệt độ) trong một điểm đặt bằng cách thay đổi tín hiệu đầu ra của nó theo sai số giữa biến quá trình đo được (biến quá trình PV) và điểm đặt. Một bộ điều khiển PID khác với các điều khiển bật/tắt đơn giản mà tắt hoặc bật hệ thống. Nó sử dụng ba thành phần để điều khiển thuật toán của nó.

Tỷ lệ: đáp ứng với sai số hiện tại. Đầu ra thay đổi theo tỷ lệ với độ lớn sai số. Tuy nhiên, lợi nhuận tỷ lệ cao hơn (Kp) dẫn đến sự sửa chữa mạnh hơn. Tuy nhiên, quá nhiều người có thể dẫn đến sự bất ổn.

Integer (I) : Phản ứng với sự tích lũy lỗi theo thời gian. Mục đích của chức năng này là loại bỏ bất kỳ lỗi còn lại trong trạng thái ổn định (" Offset") bằng cách tích hợp các tín hiệu lỗi. Thời gian tích phân (Ti), một tham số, xác định tốc độ mà lỗi tích lũy và ảnh hưởng đến đầu ra. Giá trị Ti nhỏ hơn có nghĩa là sửa lỗi liên tục nhanh hơn.

Dẫn xuất (D) : Phản ứng với tỷ lệ thay đổi lỗi. Tham số này dự đoán tương lai và giảm dao động để cải thiện sự ổn định. Tham số thời gian phái sinh (Td), kiểm soát số lượng ' Future Action& (bằng tiếng Anh)#39; được mong đợi dựa trên tỷ lệ lỗi.

Giao diện người dùng (UI), và khả năng cấu hình là các tính năng chính để phân biệt các bộ điều khiển có thể lập trình được. Người dùng thường có thể:

Xác định nhiệt độ mục tiêu.

Bạn có thể điều chỉnh các thông số P, I và D.

Hãy chọn chế độ điều khiển (P, PID, hoặc PI) mà bạn muốn dùng.

Giới hạn SP: thiết lập giới hạn trên hoặc dưới cho quá trình biến.

Cài đặt và kết quả báo động.

Điều chỉnh thiết bị hiển thị (ví dụ như Celsius/Fahrenheit).

Một số đơn vị có khả năng tùy chỉnh các điểm đặt hoặc thay đổi lịch biểu.

Bộ điều khiển có thể điều chỉnh chiến lược điều khiển để phù hợp với động lực của quá trình mà nó quản lý. Điều này dẫn đến độ chính xác, độ ổn định và độ thích ứng tốt hơn so với các bộ điều khiển tham số cố định.

Các tính năng chính và các thành phần của một bộ điều khiển PID được lập trình

Hiển thị giao diện: một màn hình LCD hoặc MÀN hình LED hiển thị điểm đặt, biến quá trình và các thông số khác. Điều hướng và đầu vào được thực hiện với các nút hoặc nút quay.

Đầu vào: đầu nối đến:

Đầu vào của cảm biến: nhận tín hiệu nhiệt độ như cặp nhiệt điện, máy dò nhiệt độ kháng, Pt100, hoặc thermistor. Một số đầu vào có thể được sử dụng với bất kỳ loại cảm biến nào, trong khi một số khác là cụ thể cho một số loại nhất định.

Đầu ra: Thường bao gồm:

Kiểm soát đầu ra: Đây thường là một trạng thái rắn relay (SSR), hoặc đầu ra relay cơ học. Tín hiệu đầu ra, thường được chuyển mạch bằng một rếp, điều khiển thiết bị truyền động ở cuối (lò sưởi hoặc bộ làm mát).

Đầu ra tương tự: Các mô hình ít phổ biến hơn có tín hiệu điện áp hoặc dòng điện xoay chiều đại diện cho phần trăm đầu ra.

Báo động đầu ra: Liên lạc tiếp âm riêng biệt được sử dụng để cảnh báo nhiệt độ cao/thấp.

Bộ nhớ bên trong: giữ lại các tham số được lập trình, cũng như người dùng cài đặt trước và chuẩn dữ liệu.

Tham số cho cấu hình: Các tham số người dùng có thể điều chỉnh bao gồm:

Điểm đặt (SP)

Tỉ lệ hay độ lợi

Time Integral (bằng tiếng Anh).

Thời gian phát sinh (Td)

Giới hạn điểm đặt hạ/trên

Giới hạn báo động dưới/trên

Chế độ đầu ra (ví dụ: điều khiển nhiệt, điều khiển làm mát)

Người dùng có sẵn

(H2 Hướng)

Làm thế nào để lập trình và cấu hình một bộ điều khiển PID có thể lập trình được

(Quy trình cấu hình phần).

Nhập chế độ cấu hình của một bộ điều khiển PID và sau đó các thông số điều chỉnh được yêu cầu để lập trình nó. Hãy tham khảo cẩm nang về mô hình và nhà sản xuất cụ thể của bạn để tìm ra các bước bạn cần thực hiện. Các biện pháp chung bao gồm:

Để truy cập chế độ cấu hình, bạn cần nhấn các nút cụ thể nhiều lần (ví dụ: nhấn nút Menu nhiều lần và sau đó nhấn ' Enter"). Bạn cũng có thể giữ chìa khoá trong quá trình khởi động. Thông thường, màn hình thay đổi để ' Config" Hoặc các tin nhắn khác.

Cấu hình cơ bản

Điểm đặt: vào nhiệt độ mong muốn.

Thang nhiệt độ: Chọn degC hoặc degF.

Loại cảm biến: chọn loại cảm biến phải (ví dụ như Type K Thermocouple hoặc Pt100 RTD), vì nó ảnh hưởng đến độ chính xác và phạm vi đo lường. Một số bộ điều khiển tự động phát hiện các cảm biến nhất định.

Sự điều chỉnh tham số của PID:

Điều chỉnh thủ công: Người dùng đặt các giá trị P, I và D.

Dải tỷ lệ thường dễ thiết lập hơn độ lợi (Kp). Một PB thấp hơn chỉ ra phản ứng tỷ lệ mạnh hơn. Điểm bắt đầu tốt cho PB là 100 / (độ nhạy yêu cầu).

Thời gian phân tích (Ti). Ghi thời gian của bạn trong vài phút hoặc vài giây. Giá trị Ti lớn hơn 1 cho thấy tích phân hành động chậm hơn. Các giá trị điển hình có thể nằm trong khoảng từ giây đến hàng trăm phút tùy thuộc vào tốc độ của quá trình.

Tính thời gian dẫn xuất (Td). Ghi thời gian của bạn vào từng giây. Nó làm giảm dao động. Bắt đầu với một giá trị nhỏ (ví dụ 0), và sau đó tăng nó nếu cần thiết.

Các nguồn tài nguyên như các bài viết về Control Engineering về các phương pháp điều chỉnh rất hữu ích cho các chiến lược điều chỉnh thủ công.

Autotuning: Hầu hết các bộ điều khiển hiện đại đều có Autotune hoặc " Autotune" Chức năng. Điều này bao gồm:

Bắt đầu tự động điều chỉnh.

Bộ điều khiển thực hiện một sự thay đổi nhỏ trong quá trình, thường bằng cách tăng sản lượng trong thời gian ngắn.

Phản ứng này được sử dụng để tính giá trị tối ưu cho P, I và D.

Xem chi tiết: Danh sách tập đoàn Sản xuất ' s Tài liệu hướng dẫn chi tiết về cách sử dụng Auto-Tune.

Giới hạn và đáng báo động:

Biến quá trình không được phép vượt quá nhiệt độ tối đa hoặc tối thiểu. Bộ điều khiển sau đó có thể tắt nguồn, ví dụ như tắt lò sưởi hoặc kích hoạt đầu ra báo động.

Cài đặt hệ thống báo động đầu ra.

Cấu hình đầu ra:

Xác định phạm vi đầu ra của bạn, ví dụ, từ 0% đến 100%.

Sử dụng . ^ "Bumpless Tuning&"#39; Tính năng, nếu có. Chúng cho phép bạn thay đổi các thông số hoặc điểm đặt mà không làm thay đổi tín hiệu đầu ra đột ngột (ngăn chặn sự bất ổn hoặc overshoot).

Advanced User Preset: Lưu trữ các thông số PID khác nhau cho các công thức và chế độ vận hành khác nhau để cho phép chuyển mạch nhanh.

Sưởi ấm công nghiệp: lò nướng (gốm, nung sơn, chế biến thực phẩm), lò nung, lò nung, thiết bị xử lý nhiệt.

Thiết bị phòng thí nghiệm: lồng ấp và bồn tắm nước. Các máy PCR. Máy sấy. Bình phản ứng.

HVAC Systems Advanced Climate Control Systems, thermostats Yêu cầu các điểm đặt chính xác.

Thực phẩm và đồ uống: lên men, ướp lạnh, tủ chống ẩm, bếp, tiệt trùng.

Y tế/khoa học: Thiết bị yêu cầu nhiệt độ ổn định (ví dụ như lò ly tâm và lồng ấp).

Dự án DIY: Bộ điều khiển sở thích chính xác cho lò nhỏ, đông cứng nhựa, v.v.

PID chuẩn được điều khiển nhiệt độ

(Mục: Tiêu chuẩn chọn lọc)

Khi lựa chọn điều khiển PID có thể lập trình được, bạn cần xem xét một số điều:

Khớp thông số kỹ thuật với yêu cầu ứng dụng.

Khả năng tương thích với cảm biến: Nó có thể được sử dụng để hỗ trợ cảm biến của bạn (Thermocouple hoặc RTD? Thermistor hay một thiết bị phát sóng bên ngoài?) Xác minh rằng các loại đầu vào phù hợp (ví dụ mV hoặc OHMS cho điện áp và mA, tương ứng).

Động lực học vòng điều khiển: tính đến tốc độ của quá trình. Nói chung, các quá trình nhanh đòi hỏi các hành động tích hợp và phái sinh ít hơn. Việc điều chỉnh độ cao của bộ điều khiển là thích hợp.

Giao diện người dùng (UI) : Màn hình có rõ ràng và dễ đọc không? Các nút bấm rất dễ vận hành. Có các tính năng nào (ví dụ: multiple alarms? Màn hình hiển thị? Ghi dữ liệu?)

Giá: Giá của các điều khiển PID được lập trình rất khác nhau tùy thuộc vào tính năng và chất lượng của chúng. Quyết định ngân sách, và sau đó xem xét giá trị.

Hỗ trợ và thương hiệu: Tìm kiếm các nhà sản xuất được biết là cung cấp sản phẩm chất lượng và tài liệu rõ ràng. Xác minh các tùy chọn bảo hành và dịch vụ khách hàng.

Giới thiệu: các trang như các công cụ công cụ so sánh và độ tương phản các loại bộ điều khiển khác nhau, và cũng thảo luận các tiêu chí lựa chọn.

(H2 Hướng)

Sử dụng các bộ điều khiển PID có thể lập trình được với sự cẩn thận

(Phần: Tối đa hóa hiệu suất và độ tin cậy)

Hiệu chuẩn để duy trì độ chính xác, hiệu chỉnh cảm biến nhiệt độ và bộ điều khiển theo Manufacturing turer' S Hướng dẫn hoặc tiêu chuẩn công nghiệp.

Cân nhắc về điều kiện môi trường: Đảm bảo bộ điều khiển phù hợp với môi trường trong đó nó sẽ được sử dụng (nhiệt độ, độ ẩm, bụi và tiếng ồn điện).

An toàn: Thực hiện các biện pháp phòng ngừa an toàn khi xử lý các hệ thống điện hoặc quy trình nóng. Sử dụng hệ thống báo động thích hợp.

(Kết luận)

Bộ điều khiển nhiệt độ PID điều khiển được lập trình thể hiện một tiến bộ đáng kể so với các thiết bị điều khiển đơn giản hơn. Khả năng của các bộ điều khiển được điều chỉnh và cấu hình cung cấp sự linh hoạt không phù hợp để điều khiển nhiệt độ ổn định trong nhiều ứng dụng. Hiểu được các thành phần PID, quá trình cấu hình và thực hành tốt nhất sẽ cho phép người dùng khai thác sức mạnh của nó và nâng cao hiệu quả, chất lượng và độ tin cậy của các quy trình.