Bộ điều khiển PID là gì và nó hoạt động như thế nào?

1. (Phần hiểu biết về bộ điều khiển PID)

Bộ điều khiển PID là bộ điều chỉnh tự động, giúp giảm thiểu sai số giữa một biến trong quá trình (như nhiệt độ) và điểm đặt mong muốn. Điều này được thực hiện bằng cách tính liên tục ba thuật ngữ khác nhau dựa trên sai số hiện tại.

Tỷ lệ: thuật ngữ phản ứng lập tức với sai số. Đầu ra của bộ điều khiển tỷ lệ với sai số độ lớn. Càng cao...#39; lợi nhuận tỷ lệ (Kc), ' Mạnh hơn là phản ứng với độ lệch hiện tại. Tuy nhiên, tăng quá nhiều có thể gây ra dao động.

Integer (I) : Thuật ngữ này được sử dụng để giải thích cho sự tích lũy lỗi theo thời gian. Mục tiêu là loại bỏ bất kỳ lỗi còn lại ở trạng thái ổn định thông qua việc tích hợp các tín hiệu lỗi. Thông số này, ' Integral Time& (bằng tiếng Anh)#39; (Ti) xác định tốc độ mà lỗi tích lũy và ảnh hưởng đến hành động điều khiển. Việc giảm Ti cho thấy việc sửa lỗi trong quá khứ nhanh hơn.

Dẫn xuất (D) : Thuật ngữ này được sử dụng để dự đoán các lỗi tương lai dựa trên những thay đổi trong tỷ lệ lỗi. Thuật ngữ này giúp dự đoán sự thay đổi, và nó cũng có thể cải thiện sự ổn định thông qua dao động giảm. Thông số này, ' Derivative Time& (bằng tiếng Anh)#39; (Td) kiểm soát số lượng và#39; Future Action& (bằng tiếng Anh)#39; Dựa trên thay đổi lãi suất. Tiếng ồn có thể ảnh hưởng tới hành động phái sinh.

Bộ điều khiển này sau đó kết hợp ba thuật ngữ được tính toán (P, I và D) thành một tín hiệu đầu ra duy nhất điều khiển một thiết bị truyền động như hệ thống sưởi hoặc hệ thống làm mát. Các thông số P, D và I là cần thiết để đạt được hiệu suất tối ưu. Tuy nhiên, dây điện chính xác là nền tảng chính để đảm bảo bộ điều khiển nhìn thấy nhiệt độ quá trình thực tế, và thiết bị truyền tín hiệu chính xác.

2. Các thành phần quan trọng trong việc kiểm soát nhiệt độ hệ thống dẫn điện PID

(Phần: các thành phần quan trọng)

Hãy quen thuộc với các thành phần cơ bản của hệ thống kiểm soát nhiệt độ trước khi lao vào hệ thống dây điện cụ thể:

Bộ điều khiển PID: Nó là bộ não của hệ thống. Bộ điều khiển PID đo nhiệt độ, so sánh nó với điểm đặt và tính các thông số đầu ra của nó. Sau đó nó sẽ gửi một tín hiệu đầu ra đến một thiết bị.

Đầu vào dành cho cảm biến như cặp nhiệt điện hoặc RTDs. Một số mô hình có thể chấp nhận điện áp và tín hiệu hiện tại.

Đầu ra: Một relay được sử dụng để kiểm soát nguồn cung cấp cho các yếu tố làm mát/sưởi ấm. Một số bộ điều khiển có đầu ra 0-10V và cổng thông tin.

Công suất đầu vào: Đây thường là một điện áp DC có cường độ thấp (ví dụ 12-24V), hoặc công suất AC.

Giao diện/hiển thị: có màn hình LCD và các nút để thiết lập các thông số, xem trạng thái và nhập chế độ tự chỉnh.

Cảm biến nhiệt độ: Thiết bị đo nhiệt độ thực tế. Một số lựa chọn thông thường nhất là:

Các cặp nhiệt điện đáng tin cậy, phạm vi nhiệt độ lớn và tương đối rẻ. Các cặp nhiệt điện tạo ra một điện áp tỉ lệ với nhiệt độ. Các đặc tính của các loại khác nhau (ví dụ J, K và E) cũng khác nhau.

Máy dò nhiệt độ điện trở (RTDs). Tạo ra độ chính xác và ổn định cao hơn, đặc biệt ở nhiệt độ thấp. Điện trở thay đổi theo nhiệt độ. Chúng thường được sử dụng.

Nhiệt độ cao, phản ứng nhanh nhưng thường giới hạn ở phạm vi nhiệt độ nhỏ hơn. Do phản ứng phi tuyến của chúng, chúng thường được sử dụng trong nhiệt độ kỹ thuật số.

Thiết bị điều khiển cuối cùng/Thiết bị truyền động: Thiết bị được điều khiển bởi bộ điều khiển để thay đổi nhiệt độ. Có thể là:

3. Các yếu tố làm nóng: máy sưởi, máy nước nóng và nồi hơi.

Yếu tố làm mát: lạnh, quạt, lạnh hơn Peltier.

Van: Điều khiển dòng chảy của chất lỏng nhiệt/làm mát.

Thiết bị đầu ra/chuyển tiếp một trạng thái rắn hoặc chuyển tiếp cơ điện, thường nằm bên trong hoặc bên ngoài bộ điều khiển PID. Các tín hiệu đầu ra bộ điều khiển được sử dụng để bật hoặc tắt công suất. Các relays có ba liên lạc: thông thường mở (không), thường đóng (NC), và phổ biến (COM). Chúng yêu cầu cẩn thận để dây để ngăn chặn thiệt hại gây ra bởi động cơ, solenoids hoặc tải trọng khác có từ tính.

Nguồn cung cấp điện: cung cấp điện áp yêu cầu cho hệ thống điều khiển PID và thiết bị chấp hành.

Làm thế nào để kết nối bộ cảm biến nhiệt độ với bộ điều khiển PID

(Sơ đồ dây cảm biến)

Nó là phần có tác động lớn nhất đến hệ thống điều khiển, vì việc đọc không chính xác các cảm biến có thể dẫn đến hiệu suất kém.

Máy dò nhiệt độ điện trở

Các RTDs rất chính xác và có khả năng chống thay đổi điện trở của dây dẫn. Các thiết bị này đòi hỏi dòng điện liên tục để kích thích.

Kết nối cả hai giác quan dẫn, thường được chỉ định là RTD A và B song song với kích thích (RTD C), để hoàn thành mạch. Bộ điều khiển sẽ xác định độ phân cực chính xác dựa trên mạch bên trong của nó, nhưng nó thường đo điện áp trên chì cảm giác RTD. Hãy tham khảo hướng dẫn sử dụng bộ điều khiển để biết chi tiết về những sự cố gắng và kích thích. Một sơ đồ dây điện thường rất hữu ích.

Tầm quan trọng của việc sử dụng cấu hình 3 dây, bạn có thể bù đắp cho các biến thể điện trở gây ra bởi chiều dài và nhiệt độ của các dây dẫn. Các đường dây sai của một mạch có thể gây ra các lỗi đáng kể.

4. Cặp nhiệt điện

Các cặp nhiệt điện tạo ra một điện áp dựa trên sự khác biệt về nhiệt độ giữa hai điểm giao nhau. (Đầu nối nóng, đầu cảm biến; Ngã ba lạnh, thường là một tiêu chuẩn bên trong hoặc bên ngoài). Phạm vi là lớn hơn nhiều, nhưng độ nhạy thấp hơn RTDs.

Kết nối hai dây của cặp nhiệt dẫn đến các đầu cuối tương ứng với đầu vào cặp nhiệt của bộ điều khiển PID. Ko được.#39; bất kể phân cực là gì. Bộ điều khiển, hoặc một tài liệu tham khảo kỹ thuật Omega như Kỹ thuật Omega sẽ xác định cách chính xác để kết nối (+) và (-) tích cực. Một số bộ điều khiển tự động phát hiện sự phân cực.

Bồi thường tiếp xúc lạnh: Phần lớn các bộ điều khiển PID hiện đại đo và bù đắp giá trị cặp nhiệt dựa trên các phép đo nội bộ. Đảm bảo rằng cặp nhiệt điện đại diện cho nhiệt độ quá trình và it& đó#39; s không bị các nguồn khác đốt nóng.

(Tiêu đề H3)

Các nhà khảo cổ học

Nhiệt kế thường được sử dụng như nhiệt kế kỹ thuật số. Chúng thể hiện sự thay đổi rất lớn về sức đề kháng khi nhiệt độ thay đổi (hệ số nhiệt độ âm, NTC).

Dây điện thường được kết nối thông qua một mạch chia điện áp hoặc cấu hình cảm biến hiện tại. Kết nối cụ thể được xác định bởi loại đầu vào của bộ điều khiển (đo điện áp hoặc đo dòng điện).

Nhiệt độ cân nhắc và kháng thuốc không liên quan đến tuyến tính. Để kiểm soát và hiển thị nhiệt độ chính xác, hiệu chuẩn hoặc kiểm tra bảng trong bộ điều khiển thường được yêu cầu.

Kết nối của một điện áp tương tự/đầu vào hiện tại (ít phổ biến hơn cho nhiệt độ trực tiếp)

Một số bộ điều khiển PID có khả năng nhận tín hiệu điện áp trực tiếp (0-5V hoặc 0-10V), hoặc một tín hiệu dòng điện (4-20mA), từ một máy phát bên ngoài hoặc điều hòa cảm biến. Các mạch cảm biến đã bị bỏ qua.

Dây điện: kết nối theo phạm vi điện áp hoặc dòng điện. Xác minh độ phân cực chính xác của các tín hiệu điện áp. Hãy tham khảo hướng dẫn của bộ điều khiển cho các thiết lập như kiểu và phạm vi nhập liệu.

5. Làm thế nào để điều khiển PID

(Mục: Sức mạnh điều khiển)

Phần lớn CÁC PIDs độc lập cần một nguồn cung cấp riêng để hoạt động ở điện áp thấp.

Dây điện: Kết nối nguồn điện đến các thiết bị đầu cuối được chỉ định as ' Power In, ' &.#39; Vcc, ' Hoặc những thiết bị tương tự khác. Sổ tay chỉ định phạm vi điện áp.

Quan trọng: đảm bảo cung cấp điện có thể cung cấp đủ dòng điện cho cả bộ điều khiển, và bất kỳ màn hình hoặc giao diện nào được kết nối.

Đầu ra của Relay được kết nối với thiết bị truyền động.

(Phần kiểm soát đầu ra).

Đầu ra của Relay là giao diện giữa các bộ điều khiển PID thông minh và các yếu tố vật lý (sưởi ấm/làm mát).

Dây điện: kết nối các đầu ra chuyển tiếp của bộ điều khiển (thường là " COM" "; hoặc "; NC") đến mạch điều khiển cho thiết bị truyền động.

Common (COM) : kết nối thiết bị đầu cuối dương (+) của nguồn cung cấp điện cho cơ cấu chấp hành hoặc tải.

No (thường mở) : Thiết bị đầu cuối này được kết nối với COM khi relay (tín hiệu đầu ra được kích hoạt) được cấp nguồn. Sau đó mạch sẽ chuyển đến thiết bị chấp hành. Sự nung nóng thường được kích hoạt theo cách này.

NC: Thiết bị đầu cuối này được kết nối với COM khi relay mất năng lượng. Thiết bị đầu cuối này thường được sử dụng để điều khiển khóa interlock an toàn và các mạch làm mát.

Ví dụ: Kiểm soát một máy sưởi đòi hỏi một nguồn năng lượng tích cực.

Nối thiết bị đầu cuối tích cực (+) của thiết bị chấp hành với các yêu cầu; không cần trả; Chuẩn bị.

Nối dây âm (-) của thiết bị chấp hành đến nhà ga được đánh dấu ' và NC.

Kết nối công ty và dịch vụ; Đầu cuối của dây âm (-) của nguồn điện.

Kết nối dương (+), dây từ nguồn điện tới đầu ra chuyển tiếp của bộ điều khiển PID (thường thông qua các bộ truyền tải hoặc thiết bị đầu cuối tách biệt). Hãy nói tới Controller' S Manual for Information on relay output wire (hướng dẫn thông tin về hệ thống dây điện chuyển tiếp).

Quan trọng: Thông thường, điện để chạy một thiết bị truyền động (lò sưởi hoặc động cơ) đến từ một nguồn khác. Đầu ra của bộ điều khiển PID được sử dụng để điều khiển, tiếp sức. Điều này sau đó điều khiển nguồn cung cấp công suất cao cho các thiết bị chấp hành. Bộ điều khiển trực tiếp xử lý các cáp công suất cao trừ khi nó đã được thiết kế đặc biệt để làm như vậy (hiếm khi đối với các bộ điều khiển PID).

An toàn: Khi chuyển mạch, tải cảm ứng như rược và động cơ có thể tạo ra các gai điện áp. Điốt quay ngược (điốt giữa tải và nguồn cung cấp điện với cathode đối mặt với tải) bảo vệ cuộn dây của rơle từ EMF lưng có hại. Điều này thường được xây dựng trong mạch chuyển tiếp điều khiển. Luôn theo dõi giao thức an toàn khi nối nguồn điện thế cao.

6. Kết nối của một đầu vào tương tự: ít phổ biến hơn

(Ví dụ: đầu vào Analog)

Một vài bộ điều khiển PID có thể được kết nối với một tín hiệu điện áp/dòng điện bên ngoài như một đầu vào phản hồi hoặc điểm đặt.

Kết nối nguồn tín hiệu (ví dụ: máy phát cảm biến khác, hoặc một chiết áp), theo phạm vi điện áp cụ thể hoặc dòng điện. Tham khảo hướng dẫn chi tiết về trở kháng nguyên liệu.

Hệ thống chấp hành chuyển động

(Bộ phận truyền động năng lượng).

Năng lượng yêu cầu của các thiết bị truyền động (các yếu tố làm nóng, động cơ, vv). Công suất cần thiết cho một thiết bị truyền động (phần tử làm nóng, động cơ, vv) thường cao hơn nhiều so với bộ điều khiển có điện áp thấp.

Kết nối trực tiếp các đường dẫn điện của thiết bị chấp hành đến nguồn điện thích hợp (điện áp nếu thiết bị có công suất cao, hoặc điện áp thấp hơn nếu thiết bị yêu cầu nó). Bộ điều khiển PID chuyển tiếp đầu ra giữa nguồn cung cấp điện và thiết bị chấp hành. (Xem phần chuyển tiếp để biết chi tiết).

Hãy xem xét: Sử dụng dây và đầu nối được đánh giá thích hợp để đối phó với điện áp và dòng điện của thiết bị chấp hành. Hãy đảm bảo kích thước thiết bị chấp hành đúng cho ứng dụng của bạn.

It' S về dây và điều chỉnh các vòng PID

(Section Tuning & Đường dây.

Yêu cầu điều chỉnh yêu cầu: Trước hết bạn phải đảm bảo rằng bộ điều khiển của bạn nhận được một kết quả đọc chính xác, ổn định nhiệt độ của quá trình và nó đang điều khiển thiết bị truyền động của nó chuyển tiếp với tín hiệu đầu ra chính xác. Trước khi bạn đi sâu vào các phương pháp điều chỉnh phức tạp hơn như Ziegler Nichols Test hoặc tính năng tự động điều chỉnh của bộ điều khiển, bắt đầu với kiểm tra dây cơ bản. Tài liệu tham khảo về kỹ thuật điều khiển#39; s Phương pháp điều chỉnh chi tiết.

Cân nhắc về an toàn

(Mục an toàn trước tiên)

7. Các hệ thống điện cần phải thận trọng khi làm việc với chúng.

Ngắt kết nối nguồn: trước khi làm việc với dây hoặc mạch điện áp cao, luôn ngắt kết nối nguồn cung cấp chính.

Kiểm tra tính phân cực của tất cả nguồn cung cấp điện, cảm biến và thiết bị truyền động (đặc biệt là các cặp nhiệt điện) để đảm bảo rằng chúng đi đúng hướng. Độ phân cực không chính xác có thể làm hỏng hoặc thiết bị trục trặc.

Điện áp cao: Sử dụng thận trọng cực độ khi làm việc với các nguồn năng lượng hoặc thiết bị truyền động được cung cấp bởi dòng điện chính. Đeo nhóm phù hợp và thủ tục khoá/ra lệnh, nếu cần thiết.

Các bộ phận sưởi ấm nhiệt có thể rất nóng. Hãy để các bộ phận nguội xuống trước khi xử lý.

Giới hạn cho các thành phần: Đảm bảo tất cả các thành phần của bạn (dây và đầu nối), cảm biến, bộ truyền động hoặc rơ-le phù hợp với điện áp, nhiệt độ, phạm vi dòng điện, vv của ứng dụng.

Tham khảo hướng dẫn sử dụng: Luôn tham khảo sơ đồ dây, dữ liệu an toàn và các tài liệu khác được cung cấp bởi bộ điều khiển PID.

(Kết luận)