Что такое ПИД-регулятор температуры?
ПИД-регулирование температуры — это функция контурного управления, используемая в большинстве контроллеров процессов для повышения точности процесса. ПИД-регуляторы температуры работают, используя формулу для расчета разницы между желаемой уставкой температуры и текущей температурой процесса, а затем прогнозируют, сколько энергии нужно использовать в последующих циклах процесса, чтобы гарантировать, что температура процесса остается как можно ближе к заданному значению, устраняя влияние изменения среды процесса.
ПИД-регуляторы температуры отличаются от двухпозиционных регуляторов температуры, в которых 100 % мощности подается до тех пор, пока не будет достигнуто заданное значение, после чего мощность отключается до 0 % до тех пор, пока температура процесса снова не упадет ниже заданного значения. Это приводит к регулярным перерегулированиям и задержкам, которые могут повлиять на общее качество продукта.
Регуляторы температуры с ПИД-регулятором более эффективно справляются с нарушениями технологического процесса, которые могут казаться такими безобидными, как открытие дверцы духовки, но изменение температуры может повлиять на качество конечного продукта.
Если ПИД-регулятор температуры настроен правильно, он компенсирует возмущение и вернет температуру процесса к заданному значению, но уменьшит мощность по мере приближения температуры к заданному значению, чтобы не допустить ее превышения и риска повреждения продукта слишком большим количеством тепла.
P, I & D
ПИД-регулирование принадлежит к «оптимальной» категории теории управления, которая указывает, что определенная переменная процесса достигается оптимальным образом. Для ПИД-регулятора температуры оптимальной переменной является поддержание температуры процесса на заданном уровне в течение желаемого периода времени, избегая каких-либо серьезных изменений из-за запаздывания, перерегулирования или возмущений.
Три элемента алгоритма PID: пропорциональный, интегральный и производный. Каждый из этих элементов относится к отклонению температуры процесса от заданного значения за определенный период времени.
- Пропорциональный — разница между заданным значением и текущей температурой процесса
- Интеграл — предыдущее отклонение от уставки
- Производная — предсказанная будущая дисперсия на основе предыдущей и текущей дисперсии
Затем эти отклонения во времени рассчитываются с использованием формулы ПИД-регулятора либо вручную инженером, либо автоматически контроллером температуры, и в результате получается, какая мощность должна быть приложена к процессу для поддержания температуры на заданном уровне.
История ПИД-регуляторов температуры
Механические устройства обратной связи использовались с конца 18 го века в виде регуляторов. Они были ограничены только одним или двумя элементами из пропорциональных, интегральных или производных и изначально предназначались для поддержания постоянной рабочей скорости в паровых двигателях, которые использовались для привода заводского оборудования.
Первый полноценный ПИД-регулятор был разработан в 1911 году Элмером Сперри для ВМС США для автоматизации управления кораблем.
Сперри разработал свою систему, чтобы подражать поведению рулевых, которые были способны компенсировать постоянное отклонение, а также предвидеть, как оно изменится в будущем.
Впоследствии, в 1922 году, инженер Николас Минорский опубликовал первый теоретический анализ ПИД-регулирования, также основанный на наблюдениях за способностью рулевого приспосабливаться к изменяющимся условиям. Минорский представил способность рулевого приспосабливаться к изменяющимся условиям в виде математической формулы, которая легла в основу современного ПИД-регулирования.
Ссылка: Разработка ПИД-регулятора – Стюарт Беннетт
Различные методы настройки ПИД-регуляторов
Существует два основных способа настройки регулятора температуры с помощью значений ПИД-регулятора.
- Инженер вручную определяет переменные P, I и D и уровень мощности, необходимый в процессе для поддержания заданного значения.
- Путем ввода заданных значений и использования функции самонастройки контроллер температуры автоматически рассчитывает ПИД-регулятор для непосредственного управления процессом.
В любом случае формула ПИД обеспечивает уровень мощности, применяемой в процессе для поддержания заданного значения, которое либо вводится инженером, либо устанавливается самим ПИД-регулятором.
Чтобы узнать больше о настройке ПИД-регулятора температуры, прочитайте запись в нашем блоге «Что такое настройка ПИД-регулятора и как она работает?».
Какой ПИД-регулятор температуры?
Настройка контура ПИД-регулятора используется в различных регуляторах температуры и для различного количества контуров. Самая базовая настройка — это использование одного контроллера температуры для расчета ПИД-регулятора и управления одним процессом.
Медицинское чистящее оборудование часто использует одноконтурный ПИД-регулятор температуры, чтобы гарантировать, что процесс протекает при нужной температуре в течение времени, достаточного для надлежащей стерилизации инструментов. Датчик температуры будет измерять температуру внутри стерилизационной емкости, которую ПИД-регулятор затем будет интерпретировать и использовать для увеличения или уменьшения мощности нагревательного элемента.
Более сложная настройка ПИД-регулятора температуры – многоконтурная, при которой один регулятор температуры одновременно управляет несколькими процессами. Однако каждый процесс является дискретным и, следовательно, работает в отдельных циклах, поэтому нарушение одного процесса не повлияет на другой. Например, в пекарне может быть несколько печей, работающих с одной и той же уставкой, но не влияющих друг на друга, которые будут управляться многоконтурным ПИД-регулятором температуры.
ПИД-регуляторы с каскадными контурами управления
Некоторые ПИД-регуляторы температуры имеют расширенные возможности, которые позволяют им управлять несколькими контурами, связанными друг с другом, вместо того, чтобы каждый контур работал дискретно под централизованным управлением.
Каскадное управление — это когда два контура управления работают по отношению друг к другу в форме первичного и вторичного контуров. Первичный контур управляет основным элементом нагреваемого процесса, однако не имеет работающего на него непосредственного нагревательного элемента.
Вместо этого есть вторичный элемент, который часто представляет собой кожух вокруг первого и управляется нагревательным элементом. ПИД-регулятор измеряет как первичный, так и вторичный контуры и регулирует уровень мощности, влияющий на нагрев вторичного элемента, чтобы он, в свою очередь, нагревал первичный элемент до заданного значения.
Настройка ПИД-регулятора в каскадных контурах необходима, так как в противном случае может возникнуть чрезмерный выброс в ожидании достижения первичным элементом заданного значения. ПИД-регулятор снижает мощность по мере того, как температура приближается к заданному значению, чтобы достичь заданного значения, а затем поддерживать его. Знакомым примером этого является плавление шоколада, когда шоколад подвергается прямому воздействию тепла, он может сгореть, но его можно растопить в миске над горячей водой. Шоколад — это первичный контур, нежное вещество, которое в конечном счете необходимо нагреть, а миска с водой — это вторичный контур, промежуточное звено между подводом тепла и первичным контуром.
Каскадные контуры работают по тому же принципу, но в гораздо большем масштабе и с точным контролем температуры.
T Чтобы узнать больше о каскадном управлении и ПИД-регуляторах температуры, прочитайте запись в нашем блоге «Как работает каскадное управление?» и наш бесплатный технический документ «Улучшение качества процесса с помощью каскадного управления»
Многозонное ПИД-регулирование температуры
Многоконтурные ПИД-регуляторы температуры также полезны для управления многозонными процессами, в которых необходимо управлять одним процессом, но нагревательный элемент настолько велик, что может быть несоответствие температуры между одной областью и другой.
Например, в промышленной печи с шестью различными нагревательными элементами температура должна быть одинаковой во всей печи, но разные элементы могут привести к тому, что некоторые области будут более горячими, чем другие.
Поскольку для процесса требуется однородная температура, решение состоит в использовании многоконтурного ПИД-регулятора температуры для управления всеми шестью нагревательными элементами, поэтому фактически шесть контуров управления работают одновременно. Затем ПИД-регулятор может регулировать мощность каждого нагревательного элемента в отдельности, чтобы поддерживать заданное значение во всех зонах нагрева в духовке.
West Control Solutions предлагает широкий ассортимент ПИД-регуляторов температуры, монтируемых на DIN-панели, различных уровней, отвечающих требованиям любых промышленных процессов. См. полный ассортимент цифровых ПИД-регуляторов.
Контроллеры температуры, контроллеры процессов, регуляторы мощности, регистраторы данных и аксессуары
PM PLUS™ PID и встроенный контроллер предельных значений
PM PLUS™ от Watlow расширяет возможности пользователя благодаря интерфейсу, который обеспечивает простую настройку
Настроить
Регистратор/контроллер Eurotherm® nanodac™
Наилучшая графическая запись в сочетании с ПИД-регулятором и программами заданных значений
Контроллер температуры и процесса F4T®
Интегрированный контроллер процесса F4T® сочетает в себе гибкость модульного ввода-вывода с лучшими — непревзойденная простота использования и стильный пользовательский интерфейс с сенсорным экраном дополнительно обеспечивают индивидуальные конфигурации для удовлетворения потребностей в масштабировании широкого спектра приложений и оборудования
Настроить
Контроллеры мощности ASPYRE® DT SCR
Новое семейство интеллектуальных контроллеров мощности ASPYRE® DT от Watlow является гибким и масштабируемым, а также доступно с различными опциями, позволяющими повторно использовать одну платформу в широком диапазоне приложений, что может помочь сэкономить время и деньги.
Настроить
Контроллер Eurotherm® EPower™
Контроллер мощности EPower Advanced SCR использует новейшие технологии и инновации для управления технологическим процессом и снижения затрат на электроэнергию.
Контроллер PM LEGACY™ для монтажа на панель
Ведущий в отрасли ПИД-регулятор, обеспечивающий оптимальную производительность за счет простого управления и функций меню без сложных функций. Он идеально подходит для базовых приложений и уровней использования.
Настроить
Контроллер температуры/процесса Eurotherm® 3200
Контроллеры температуры/процесса 3204, 3216, 3208, 32h8
Контроллер EZ-ZONE® RM, монтируемый на рейку
Встроенный контроллер EZ-ZONE RM поддерживает до 152 контуров управления и может сконфигурирован как встроенный двухпозиционный или ПИД-регулятор, контроллер ограничения температуры, контроллер высокой плотности и для других функций контроллера.
Настроить
Распределенные графические регистраторы Eurotherm® 6000XIO
Регистраторы данных 6000XIO
Компактные регуляторы мощности Eurotherm® EPack™ SCR-1PH, 2PH, 3PH
Эффективное управление мощностью для электрообогрева
Eurotherm® 6100A / 6180A Безбумажный графический регистратор
Регистраторы данных Eurotherm серий 6100A и 6180A были специально разработаны для удовлетворения отраслевых требований к целостности данных в технологических записях в фармацевтической, аэрокосмической, автомобильной и пищевой промышленности.
Программируемые контроллеры Eurotherm® EPC3000
Обеспечение эффективного и безопасного процесса
Eurotherm® 6180 Графический регистратор AeroDAQ
6180 AeroDAQ
Безбумажный графический регистратор Eurotherm® 6100E
6100E – 6-канальный безбумажный графический регистратор с поддержкой Ethernet
Программируемые контроллеры Eurotherm® EPC2000
Точность в основе вашего процесса
Контроллеры мощности Eurotherm® EPack™ Lite Compact SCR
Essential Power Control
Панели управления WATCONNECT®
Панели WATCONNECT предоставляют лучшие в отрасли решения, обеспечивающие процветание вашего бизнеса.
Настроить
Мобильное приложение EZ-LINK®
Мобильное приложение Watlow EZ-LINK® позволяет пользователям легко настраивать, контролировать и настраивать контроллеры Watlow® PM PLUS™ и EZ-ZONE® PM с помощью беспроводной технологии Bluetooth®. Приложение доступно бесплатно в магазинах приложений для телефонов и планшетов и обеспечивает доступ к параметрам контроллера с полностью прописанными именами в виде обычного текста с разделами справки, объясняющими каждый параметр и параметр.
Регистратор данных D4T с INTUITION®
Регистратор данных Watlow D4T с INTUITION® Сочетает в себе гибкость модульного регистратора данных ввода-вывода с лучшей в своем классе простотой использования
Настроить
EZ-ZONE® PM Express
Прост в использовании, идеально подходит для базовых приложений или уровней использования
Настроить
Контроллер EZ-ZONE® PM для монтажа на панель
Теперь с мобильным приложением EZ-LINK™ через дополнительную связь Bluetooth® без дополнительной платы
Настроить
Модуль удаленного доступа RMA PLUS
EZ-ZONE Пользователям RMA пришлось потратить больше времени, чем хотелось бы, на подключение всей системы.
Теперь RMA PLUS предлагает стандартные современные возможности подключения устройства ко всей системе. Связь в режиме реального времени возможна через встроенный коммутатор Ethernet или USB. Пользователи также могут подключаться к сторонним и устаревшим устройствам, поскольку RMA PLUS действует как шлюз между Modbus® TCP и Modbus® RTU.
Настроить
COMPOSER®
COMPOSER® — это новое простое в использовании программное обеспечение Watlow для конфигурирования и настройки контроллеров. Используйте его для оптимизации продуктов Watlow F4T, D4T, EZ-ZONE® RM и EZ-ZONE PM для конкретных приложений. Представления для конкретных задач упрощают все аспекты ввода в эксплуатацию новых контроллеров, включая управление входами и выходами подключаемых гибких модулей, настройку таких функций, как контуры управления и сигналы тревоги, а также создание и редактирование профилей. Программное обеспечение COMPOSER доступно для загрузки здесь.
EZ-ZONE® GSD Editor
Программное обеспечение EZ-ZONE® GSD Editor позволяет пользователям создавать собственные файлы общего описания станции (GSD) для настройки связи между продуктами EZ-ZONE и другим оборудованием автоматизации, поддерживающим протокол связи PROFIBUS DP. Загрузите программу EZ-ZONE GSD Editor бесплатно.
Программное обеспечение SCADA SpecView
SpecView — это простое в использовании программное обеспечение диспетчерского управления и сбора данных (SCADA) для контроллеров Watlow, включая F4T с контроллером процесса INTUITION®, контроллером мощности ASPYRE® и контроллерами EZ-ZONE®, а также сторонние продукты. Единая точка поддержки Watlow для оборудования, программного обеспечения и приложений гарантирует квалифицированные и быстрые ответы на вопросы или проблемы. Этот пакет по конкурентоспособной цене включает проверенные на практике функции, многие из которых были предложены постоянными пользователями.
Программное обеспечение EHG® SL10
Программное обеспечение контроллера EHG® SL10 позволяет пользователю конфигурировать, контролировать, регистрировать и отображать данные от встроенных многофункциональных контроллеров Watlow EHG SL10. Программное обеспечение контроллера обеспечивает простой в использовании централизованный интерфейс для нескольких контроллеров EHG SL10. Это программное обеспечение контроллера дает пользователю возможность изменять уставки, маркировать устройства и многое другое одним нажатием клавиши.
EZ-ZONE® Configurator
EZ-ZONE® Configurator Программное обеспечение EZ-ZONE® Configurator позволяет конфигурировать продукты Watlow® EZ-ZONE, такие как ПИД-регуляторы, интегрированные контроллеры, полупроводниковые контроллеры и другие, с помощью одного простого процесса.
Его интерфейс является гибким и более удобным для чтения, чем базовый удаленный пользовательский интерфейс (RUI). Он работает без необходимости приобретения опций связи, поскольку использует стандартный протокол связи шины, который включен во все продукты EZ-ZONE. Программное обеспечение EZ-ZONE Configurator доступно для бесплатной загрузки на вкладке «Литература и загружаемые материалы» ниже.
EZwarePlus и EZware-5000
Пакеты программного обеспечения интерфейса оператора EZwarePlus и EZware-5000 создают, редактируют и управляют проектами для терминалов интерфейса оператора Silver Series и Silver Series EM (OIT). Программное обеспечение для программирования имеет большое количество встроенных экранных объектов, что делает его простым в использовании и очень мощным. При создании экранов пользователь может обращаться к обширным графическим библиотекам, импортировать пользовательскую графику и добавлять числовые дисплеи, поля ввода, аналоговые счетчики, гистограммы и графики трендов всего несколькими щелчками мыши.
