Thiết lập bộ điều khiển nhiệt độ PID để điều khiển chính xác

1. Mở đầu: Hiểu biếtĐiều khiển nhiệt độ PID

Trong nhiều ứng dụng - từ các thí nghiệm khoa học, đến các quy trình công nghiệp đòi hỏi kiểm soát nhiệt độ chính xác và các sản phẩm hàng ngày như incubators và máy In 3D - khả năng điều chỉnh nhiệt độ chính xác là cần thiết. Để đạt được và duy trì một nhiệt độ chính xác, cần có một hệ thống tinh vi. Trong số những phương pháp hiệu quả nhất có sẵn, điều khiển PID (tỷ lệ-tích phân) nổi bật lên. Thuật toán PID được thực hiện trong một đơn vị điều khiển cho phép điều chỉnh nhiệt độ chặt hơn bằng cách điều khiển các yếu tố làm nóng và làm mát. Bộ điều khiển PID thường xuyên tính toán sự chênh lệch nhiệt độ giữa điểm đặt và nhiệt độ thực tế. Sau đó nó thay đổi công suất đầu ra cho bộ chấp hành. Ba phần của nó, tích phân tỷ lệ và đạo hàm làm việc cùng nhau để tối ưu sai số nhiệt độ này. Bất cứ ai muốn tự động hoá nhiệt độ một cách đáng tin cậy phải biết cách thiết lập và hiệu chỉnh một bộ điều khiển PID. Hướng dẫn này hướng dẫn bạn qua tất cả các bước cần thiết để thiết lập một hệ thống PID có chức năng. Nó bao gồm lựa chọn, cài đặt, cấu hình và điều chỉnh linh kiện.

2. Các thành phần cốt lõi

Sự thành công của một hệ thống PID dựa trên Xie Tong, hoặc synergy (của một số thành phần). Mọi thành phần đóng một vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hệ thống hoạt động đúng cách. Bộ điều khiển PID là bộ não trung tâm của hệ thống. Bộ điều khiển hiện đại có phạm vi từ các đơn vị analog cơ bản với các núm và màn hình đến các thiết bị kỹ thuật số cung cấp các chức năng lập trình, kết nối USB và Ethernet và giao diện đồ họa. Bộ điều khiển, bất kể thuộc loại của nó, nhận dữ liệu nhiệt độ và xử lý nó với thuật toán PID để tạo ra một tín hiệu đầu ra. Đầu ra thường là một trạng thái rắn tiếp sức hoặc tiếp sức mà quay/tắt nguồn vật lý. Nó cũng có thể là một điện áp analog hoặc một rơle trạng thái rắn. Bộ truyền động, hoặc yếu tố làm nóng/làm nguội là những gì bộ điều khiển. Dải nhiệt điện, mô-đun Peltier (còn được gọi là bộ làm mát nhiệt điện), quạt ép khí và vales solenoid kiểm soát chất lỏng nóng hoặc lạnh là tất cả các ví dụ. Điều quan trọng là phải chọn một thiết bị chấp hành có xếp hạng công suất thích hợp và các đặc điểm hoạt động cho hệ thống của bạn. Bước đầu tiên để cấu hình PID thành công là hiểu các chức năng và tương tác của các thành phần cốt lõi.

3. Chuẩn bị trước khi lắp đặt vật lý

Để đảm bảo an toàn, hiệu quả và để thiết lập dễ dàng hơn, tất cả việc chuẩn bị được thực hiện tỉ mỉ trước khi bắt đầu với việc lắp ráp. Khi xử lý các hệ thống kiểm soát nhiệt độ và điện, an toàn phải là một ưu tiên. Bắt đầu bằng việc tìm hiểu nhu cầu năng lượng của bộ điều khiển và bộ truyền động. Kiểm tra điện áp, dòng điện và công suất của bạn có phù hợp với thông số trong cả hướng dẫn sử dụng của bộ chấp hành và bộ điều khiển không. Làm nền đúng các thiết bị điện cũng rất quan trọng để đảm bảo vận hành an toàn và ngăn ngừa thiệt hại. Tham khảo những hướng dẫn và tiêu chuẩn về an toàn thích hợp trong khu vực và đơn xin việc. Tạo một danh sách đầy đủ các vật liệu và công cụ cần thiết. Bộ điều khiển PID, bộ cảm biến nhiệt độ được chọn và bộ truyền động sưởi ấm/làm mát thường được bao gồm. Ngoài ra, bất kỳ loại cáp nào cần thiết (cáp điện và dây cảm biến cũng như cáp điều khiển đầu ra), tất cả các đầu nối và công cụ cài đặt cụ thể như tuốc nơ vít, dây thoát và pliers. Điều quan trọng là phải có mọi thứ sẵn sàng trước khi bắt đầu cài đặt. Điều này sẽ ngăn chặn sự chậm trễ và sai sót. Điều quan trọng là phải hiểu ứng dụng và#39; s Yêu cầu. Hãy xem xét khoảng nhiệt độ cụ thể và các đặc tính của tải trọng của bạn. Nhiệt độ sẽ thay đổi nhanh bao nhiêu? Quy trình & quy trình là gì#39; Nhạy cảm với dao động nhỏ? Quán tính nhiệt là gì? Những câu hỏi này giúp đoán trước các vấn đề tiềm năng và chọn các chiến lược điều chỉnh thích hợp.

4. Lắp đặt hệ thống vật lý và dây điện

Bước tiếp theo là lắp đặt các bộ phận. Bắt đầu bằng cách chọn một locati0N thích hợp để gắn điều khiển PID. Bộ điều khiển nên có thể tiếp cận để theo dõi và điều chỉnh, nhưng được bảo vệ khỏi bụi, độ ẩm và thay đổi nhiệt độ cực cao có thể ảnh hưởng đến các chỉ số đọc hoặc hoạt động. Sử dụng phần cứng gắn kết với bộ điều khiển. Kết nối cảm biến nhiệt độ một khi nó được gắn vào. Kết nối cảm biến với các đầu vào của bộ điều khiển theo hướng dẫn của nhà sản xuất. Cài đặt cảm biến đồng thời trong locati0n lý tưởng của nó. Trong nhiều trường hợp, cần phải đặt cảm biến khi tiếp xúc hoặc gần một đối tượng hoặc môi trường cần điều chỉnh nhiệt độ. Điều này sẽ đảm bảo nó đại diện chính xác nhiệt độ ở các khu vực mong muốn. Để ngăn chặn mạch ngắn hoặc ngắt kết nối ngẫu nhiên, các kết nối phải được cách ly và bảo mật. Kết nối các đầu ra của bộ điều khiển với actuator' S (phần tử làm nóng/làm mát). Khả năng đầu ra của bộ điều khiển (relays hoặc SSRs) sẽ quyết định loại kết nối nào bạn sử dụng. Yêu cầu thiết bị chấp hành. Đảm bảo rằng tất cả các giao thức an toàn điện được tuân thủ khi kết nối thiết bị truyền động với nguồn cấp điện của nó. Nếu có thể, hãy chú ý kỹ lưỡng đến cực phân cực. Xác minh tất cả các kết nối sau khi hoàn thành chúng. Kiểm tra từng sợi dây với sơ đồ dây trong hướng dẫn sử dụng cho thiết bị truyền động và bộ điều khiển để đảm bảo rằng nó được kết nối an toàn. Hãy kiểm tra dây dẫn lỏng lẻo, dây dẫn không bị lộ hoặc bị phân cực sai. Kết nối nguồn điện với bộ điều khiển một khi bạn hài lòng rằng dây điện trong tình trạng tốt. Trong quá trình thử nghiệm và cấu hình ban đầu này, bộ điều khiển nên được khởi động.

5. Cấu hình ban đầu trong phần mềm điều khiển/giao diện

Bước đầu tiên trong quy trình thiết lập là giao diện phần mềm hoặc bộ điều khiển. Một khi việc lắp đặt đã hoàn thành và hệ thống được khởi động (thiết bị chấp hành ban đầu có thể phải được gỡ bỏ vì lý do an toàn trong quá trình cấu hình), bạn có thể bắt đầu thiết lập ban đầu thực tế. Bộ điều khiển PID hiện đại có menu trực quan và đồ họa, trong khi bộ điều khiển analog cũ hơn có thể yêu cầu điều chỉnh thủ công. Đặt các thông số cơ bản trước. Hãy quyết định xem bạn có muốn dùng nhiệt độ hay không. Bộ điều khiển sau đó phải xác định loại cảm biến nào được kết nối. Có thể chọn thông qua một thực đơn, ví dụ " Thermocouple Type K" Hoặc &Quot; RTD Pt100". Điều quan trọng là phải xác định chính xác loại cảm biến cho bộ điều khiển để nó có thể giải thích tín hiệu cảm biến. Sau khi hoàn thành các cài đặt này, nhập nhiệt độ mục tiêu vào bộ điều khiển. Hệ thống sẽ nhằm mục đích duy trì nhiệt độ này một khi quá trình điều chỉnh được hoàn thành. Sau khi lưu thiết lập, bạn có thể thực hiện những quan sát ban đầu bằng cách xem màn hình của bộ điều khiển khi nó xử lý các dữ liệu đầu vào của cảm biến. Hệ thống có thể cố gắng để đạt được điểm đặt của nó. Đây là một dấu hiệu tốt cho it' s Làm việc. Điều chỉnh tham số PID là bước tiếp theo.