PID Sıcaklık kontrolü - Ayrıntılı kılavuz

Meta başlık:PID Sıcaklık kontrolü: Adım 7, Yapılandırma, Ayarlama ve En İyi Uygulamalar Açıklama Meta: Siemens ile PID Sıcaklık kontrolü Adım 7. Kapsamlı kılavuz, endüstriyel sıcaklık regülasyonu için kurulum, konfigürasyon ve ayarlamayı içerir.

1. Giriş

Anahat Genel Bakış: sıcaklık kontrolüne ve PID'deki rolüne genel bakış.

İçerik:

Birçok endüstriyel uygulamada ve laboratuvar ortamında, hassas sıcaklık kontrolü esastır.

Siemens Step 7 yazılımı, Siemens Programlanabilir Mantık Denetleyicileri için popüler bir programlama aracıdır. Yazılım, sıcaklık PID kontrolü de dahil olmak üzere çeşitli kontrol stratejilerini uygulamak ve yapılandırmak için güçlü araçlar sağlar. Bu nedenle otomasyon mühendisleri ve teknisyenleri, Adım 7 ortamında PID kontrolörlerinin ayarlanması ve konfigürasyonu konusunda uzmanlaşmalıdır. Bu kılavuz, PID Sıcaklık Kontrolünü uygulamak için Siemens Adım 7'nin nasıl kullanılacağına dair adım adım, kapsamlı bir açıklama sağlayacaktır. İlk kurulumdan ayarlama ve sorun gidermeye kadar her şeyi kapsar. Temel kavramlar, PLC programlama yeteneklerini geliştirmek isteyenlerin bunları kolayca anlayabilmelerini sağlamak için açık ve anlaşılması kolay bir dille açıklanacaktır.

1. PID Kontrolünü Anlama

Genel Bakış: P, I ve D bileşenlerinin yanı sıra temel parametreleri ve uygulamaları açıklar.

İçerik:

PID kontrolleri, hatanın istenen bir ayar noktası (hedef) ile gerçek bir proses değişkeni (sıcaklık) arasındaki fark olarak hesaplanmasına dayanır. Hata sinyali daha sonra Oransal İntegral ve Türev olmak üzere üç farklı matematiksel bileşen kullanılarak işlenecektir. Bu matematiksel bileşenlerin kontrol eylemlerini nasıl etkilediğini anlamak önemlidir.

Oransal (P). Hata ile doğru orantılı bir sonuç üretir. Hata daha büyük olduğunda çıktı daha fazla değişir. P kontrolü hatayı azaltsa da, sistem genellikle hedef dışı kalır ve tam ayar noktasına ulaşamaz. Oransal Kazanç Kp, P yanıtlarının duyarlılığında belirleyici faktördür. Kp ne kadar yüksek olursa, hatalara verilen yanıt o kadar güçlü olur. Bu, daha hızlı bir ayarlamaya yol açabilir, ancak salınım riskini de artırabilir.

İntegral terimi (I), saf P kontrolüne özgü kararlı durum ofsetini ele alır. Bu terim, kümülatif hatanın değerini bütünleştirir. Bu birikmiş hata, çıktıyı ayarlamak için kullanılır. İntegral Zaman Sabiti Ti, integral aksiyonlarının hızını belirler. İntegral zaman sabiti (Ti), integral eyleminin hatalara ne kadar hızlı yanıt verdiğini belirleyen bir değerdir.

Türev (D), hatanın değişme hızını dikkate alarak gelecekteki hataları tahmin eder. Terim, bir hatanın değişme oranını ölçer ve bu değişiklikle orantılı olarak düzeltici önlemler alır. Bu tahmin yeteneği, Türev Zaman Sabiti'nden etkilenir. Türev etkisi, salınımları azaltmaya, kararlılığı artırmaya ve yüksek atalete sahip süreçleri azaltmaya yardımcı olan daha yüksek bir Td ile güçlendirilir. Türev eylem, ölçüm gürültüsüne duyarlıdır, bu da aşağıdaki durumlarda düzensiz davranışa neden olabilir:#39; dikkatli bir şekilde ayarlanmamış.

PID denklemi bu üç unsuru birleştirir:

Çıkış = Kp * (Hata + (1/Ti) * Hata dt + Kd * d(Hata)/dt)

Nerede:

Çıkış, bir ısıtma elemanı gibi bir aktüatöre gönderilen sinyali temsil eder.

Hata, ayar noktası (sıcaklık) ile proses değişkeni arasındaki fark olarak tanımlanır.

Kp, orantılı kazancı temsil eder.

İntegral zaman sabiti 'dir.

Kd, türev kazancı temsil eder.

Hata Dt, zaman içindeki integral hatasıdır.

d (Hata)/dt, hatadaki değişim oranıdır.

PID kontrolleri, ısıtma fırınları ve fırınlar dahil olmak üzere çeşitli uygulamalarda kullanılır. Ayrıca su ısıtıcılarına, kimyasal reaksiyonlara veya soğutma sistemlerine de uygulanabilirler. PID'nin sağlam, doğru ve kararlı kontrol sağlama yeteneği, endüstriyel otomasyonda çok önemlidir.

3. Sistemin kurulması

Genel bakış: Gerekli donanımın (sensörler ve aktüatörler) tanımı ve kurulumunun yanı sıra ilk yazılım yapılandırması (Adım 7 Kurulum) ve fiziksel bağlantı.

İçerik:

Adım 7 yazılımında PID'yi yapılandırmadan önce fiziksel bir sistem gereklidir. Donanım bileşenleri, örneğin bir sıcaklık algılama cihazı, sıcaklığı etkileyebilecek bir aktüatör ve mantığı yürüten bir Siemens PLC içerir. Sensörlerin (örn. termokupl veya RTD) ve aktüatörlerin (örn. ısıtma elemanı, soğutma fanları) seçimi uygulamaya bağlıdır.

Bu sensör, fiziksel sıcaklık ölçümünü PLC'nin işleyebileceği bir elektrik sinyaline dönüştürür. Sinyal genellikle PLC Analog Giriş modülünün kabul ettiği aralığa sığacak şekilde şartlandırılır (yükseltilir, filtrelenir). PLC'nin Analog Çıkış modülü, ısıtma veya soğutma hareketini düzenlemek için kullanılan kontrol sinyalini gönderir. Bu sinyal 0 ila 10 volt ve 4 ila 20 miliamper arasında değişebilir.

Sistemi kontrol eden Programlanabilir Lojik Denetleyicidir. PLC, AI modülü aracılığıyla sıcaklık sensörünün şartlandırılmış sinyalini alır. Daha sonra, ayar noktası değerine ve ölçülen değere dayalı bir PID algoritması yürütür ve AO Modülü aracılığıyla aktüatöre karşılık gelen bir sinyal gönderir. PLC ve sensörlerin yanı sıra aktüatörler için de güç gereklidir.

Siemens Step 7 yazılım ortamının bir bilgisayara yüklenmesi gerekir. Mühendisler daha sonra kontrol programlarını oluşturabilir, yapılandırabilir ve PLC donanımına indirebilir. Adım 7, PLC mantığını programlamak için gereken araçları ve blokları içerir. Bu, PID kontrolü için gerekli blokları içerir. Adım 7, donanım için doğru sürümde kurulmalıdır. Yazılım daha sonra modülleri yapılandırmak ve kontrol uygulamasını oluşturmak için kullanılır.

Fiziksel bağlantı, ilk kurulumun son aşamasıdır. Kablolar, PLC AI modülünden aktüatöre ve ayrıca PLC AO modülü arasında geçmelidir. Doğruluğu engelleyebilecek gürültüyü azaltmak için, kabloların özellikle sıcaklık sensörleri için güvenli sonlandırmaları ve ekranlamaları olmalıdır. Tüm cihazların güç bağlantıları da güvenlik standartlarına göre doğru şekilde yapılmalıdır. Fiziksel yapılandırma, yazılım yapılandırmasının temelini oluşturacağı için çok önemlidir.

7. Adımda, PID'yi yapılandırın

Genel Bakış: Adım 7 Projesi oluşturma, PID Blokları ekleme, parametreleri yapılandırma (Kp Ki Kd Ayar Noktası Giriş/Çıkışı) ve sinyal bağlantılarını kurma adımları.

İçerik:

Siemens Step 7, PID kontrollerini yapılandırmak için bir dizi farklı yol sağlar. Yazılım ve#39; Fonksiyon Blokları en önemlileridir.

7. adımda bir proje oluşturun. İlk adım, Adım 7'de yeni bir proje oluşturmaktır. Bu, projenin yapısının kurulmasını, donanım konfigürasyonlarının tanımlanmasını (AI ve AO gibi bağlı PLC modellerini ve modüllerini belirlemeyi) ve ayrıca program için semboller ve değişkenler oluşturmayı içerir. Yapılandırılmış yaklaşım, kontrol mantığının açık olmasını sağlar ve organize etmeye yardımcı olur.

Bir sonraki adım, programınıza PID blokları eklemek olacaktır. Siemens Step 7, kütüphanesinde PID blokları sağlar. Bunlar genellikle & etiketli menüde bulunur.#39; Fonksiyon Blokları veya Blokları. PID algoritması bu bloklarda somutlaşmıştır. Ana programda bir PID kontrol bloğu veya bir örnek oluşturun. Bloğun girişleri ve çıkışları bağlı olmalıdır. Bunlar daha sonra gerçek proses değişkenlerine ve ayar noktasına bağlanacaktır.

PID parametre yapılandırması önemli bir adımdır. PID örneğinin parametreler veya özellikler penceresinde, oransal kazanç (Kp), integral zaman sabiti (Ti) ve türev zaman sabiti (Td) tipik olarak ayarlanır. Bu değerlerin denetleyicinin performansı üzerinde büyük bir etkisi vardır. Ziegler Nichols, Kp, Kd ve Ki'nin başlangıç değerlerini belirlemek için yaygın bir yöntemdir. Bu, kritik salınım periyodunun ve kontrolörden elde edilen kazancın ölçülmesini ve Kp, Kd ve Ki değerlerinin hesaplanmasını içerir. Başlangıç değerleri, uygulamaya veya deneyime de dayalı olabilir.

PID kontrolörü tarafından korunması gereken hedef sıcaklık olan ayar noktası (SP) da ayarlanmalıdır. Ayar noktası, PID kontrolörünün ulaşmayı hedeflediği hedef sıcaklıktır. Ayar noktaları, programlamada bir sabit olarak tanımlanabilir veya HMI girişi (İnsan-Makine Arayüzü) aracılığıyla veya başka bir sistemle iletişim yoluyla dinamik olarak değiştirilebilir.

Ölçülen sıcaklık olan Proses Değişkeni girişi (PV) de PID'ye bağlanmalıdır. AI modülü, bu girdinin geldiği yerdir. Sensör sinyallerini alır ve bunları PLC aralığı içinde sayısal değerlere dönüştürür.

PID modülünden gelen çıkış (OUT) AO Modülüne bağlanmalıdır. Çıkış sinyali (genellikle sayısal bir değer), işlemin sıcaklığını değiştirmek için aktüatör tarafından gönderilecektir. Bu çıkış aralığı, AO Modülünün hem özelliklerine hem de gereksinimlerine uygun olmalıdır. Eğer ' Otomatik Ayar" özelliği, PID'nin Adım 7 bloklarında mevcuttur, bu' Bunu ayarlamak önemlidir. Bu, sürecin dinamiklerine bağlı olarak Kp, Kd ve Ki değerlerini otomatik olarak hesaplayacaktır.

PID denetleyici ayarı

Anahat Ziegler Nichols metodu ve manuel ayarlama tekniklerinin bir açıklaması. Ayrıca, optimum performans için Kp, Kd ve Ki'nin nasıl ayarlanacağı.

İçerik:

PID parametrelerinin ilk yapılandırması yalnızca başlangıcı temsil eder; Optimum performans elde etmek için dikkatli bir ayar gereklidir. Kp, Kd ve Ki değerleri, sistemin değişime duyarlı olduğundan, ayar noktasına doğru bir şekilde ulaştığından, salınım olmadan kararlı kaldığından ve kararlı durum hatalarına sahip olmadığından emin olmak için ayarlanır. Ziegler Nichols yöntemi veya manuel ayarlama iki ana yaklaşımdır.

Ziegler Nichols yöntemi, kararlı bir sistem gerektiren sistematize edilmiş ampirik bir yaklaşımdır. Bu işlemin iki adımı vardır. İlk olarak, sistemin nihai kazancını (Ku) ve ardından nihai periyodu belirleyin. Nihai kazanç (Ku), bir adım değişikliğinden sonra sistemin salınım olmadan çalışacağı maksimum kazançtır. Ku ve Pu'yu bulmak için çok yüksek bir Kp değeri seçilir (kritik kazanç) ve sistem tutarlı bir periyotla (Pu) salınana kadar manuel olarak ayarlanır. Ku daha sonra bu kritik kazanca eşittir ve Pu bu salınımların periyodudur. Amaç, sapmaları düzeltmek için yeterince hızlı, ancak salınımlara neden olacak kadar hızlı olmayan bir yanıt elde etmektir. Makul bir Kp bulunduğunda, İntegral eylemi (Ki) tanıtılır ve herhangi bir kararlı durum hatasını ortadan kaldırmak için ayarlanır. Son olarak, Türev eylem (Kd), öncelikle salınımları sönümlemek ve yanıtı önemli ölçüde yavaşlatmadan kararlılığı artırmak için dikkatli bir şekilde eklenir. Bu yinelemeli süreç, sabır ve sistemin dikkatli bir şekilde gözlemlenmesini gerektirir#39; davranışı, genellikle HMI tarafından veya Adım 7'de görüntülenen grafiksel eğilimleri kullanarak.

Test ve Kalibrasyon

Anahat: Adım 7'de simülasyonların çalıştırılması, gerçek donanımla pratik testler ve doğruluk için kalibrasyonun önemi.

İçerik:

PID denetleyicisini Step 7 yazılımı içinde yapılandırdıktan ve ayarladıktan sonra, amaçlandığı gibi çalıştığından ve gerekli doğruluk düzeyine ulaştığından emin olmak için sistemi kapsamlı bir şekilde test etmek ve kalibre etmek çok önemlidir.

Test başlangıçta Step 7 ortamında bulunan simülasyon araçları kullanılarak gerçekleştirilebilir. Birçok PID bloğu, kontrol mantığını çevrimdışı olarak test etmenize olanak tanıyan simülasyon yetenekleri içerir. Simüle edilmiş ayar noktası değişiklikleri veya yük bozulmaları uygulayabilir ve sistemi gözlemleyebilirsiniz.#39; Step 7 Comfort veya WinCC Comfort yazılımında görüntülenen grafiksel eğilimlere ilişkin yanıtı. Bu simülasyon aşaması, olası programlama hatalarını belirlemeye, ayar parametrelerini doğrulamaya ve sistemi anlamaya yardımcı olur.#39; Canlı donanımı bağlamadan önceki davranışı. Simülasyon değerli olsa da, gerçek sürecin dinamiklerini ve potansiyel doğrusal olmayanlarını tam olarak kopyalayamaz.

Bir sonraki kritik adım, gerçek donanım kurulumu ile pratik testtir. Sistem fiziksel olarak bağlandıktan ve PLC programlanmış kontrol mantığını çalıştırdıktan sonra, gerçek çalışma koşulları altında performansını gözlemlemeniz gerekir. Ayar noktasını uygulayın ve sıcaklığın nasıl tepki verdiğini gözlemleyin. Kararlılığı, aşmayı, yerleşme süresini (sıcaklığın ayar noktası etrafında belirli bir aralıkta kalması için geçen süre) ve kararlı durum hatasını kontrol edin. Sistemin nasıl iyileştiğini görmek için mümkünse kontrollü bozulmalar uygulayın. Gerçek yanıtı simülasyon sonuçlarıyla karşılaştırın ve gerekirse PID parametrelerinde daha fazla ince ayar ayarlaması yapın. Bu yinelemeli test ve ayarlama süreci, güvenilir ve etkili sıcaklık kontrolü elde etmek için hayati önem taşır.

Kalibrasyon, ölçüm sisteminin doğruluğunu sağlayan son kritik adımdır. Doğru kalibrasyon, PID kontrolörünün doğru sıcaklık değerlerine yanıt vermesini garanti ederek güvenilir kontrol performansı sağlar.

Sorun Giderme ve Bakım

Anahat: Yaygın sorunlar (kararsızlık, salınım, yavaş yanıt, ofset) ve nedenleri, düzenli bakım ipuçları ve güvenlik hususları.

Dikkatli konfigürasyon ve ayarlama ile bile, PID sıcaklık kontrol sistemleri sorunlarla karşılaşabilir. Yaygın sorunları ve bunların olası nedenlerini tanımak, etkili sorun giderme için çok önemlidir. Sorun giderme genellikle donanımın, yazılım yapılandırmasının ve ayarlama parametrelerinin sistematik olarak kontrol edilmesini içerir.