PID Denetleyici Nedir ve Nasıl Çalışır?

1. (PID denetleyicisini anlama bölümü)

PID kontrolü, bir prosesteki bir değişken (sıcaklık gibi) ile istenen ayar noktası arasındaki hatayı en aza indiren otomatik bir regülatördür. Bu, mevcut hataya dayalı olarak sürekli olarak üç farklı terim hesaplanarak yapılır.

Orantılı: Terim hatalara anında yanıt verir. Kontrolörün çıktısı, büyüklük hatası ile orantılıdır. & ne kadar yüksekse#39; Oransal kazanç (Kc),' Daha güçlü olan, akım sapmasına tepkidir. Bununla birlikte, çok fazla kazanç salınımlara neden olabilir.

Tamsayı (I): Terim, zaman içindeki hata birikimini hesaba katmak için kullanılır. Amaç, hata sinyallerinin entegrasyonu yoluyla herhangi bir kararlı durum kalıntı hatasını ortadan kaldırmaktır. Bu parametre, ' İntegral Zaman ve#39; (Ti), bu hatanın birikme hızını belirler ve denetleyici eylemini etkiler. Daha düşük bir Ti, geçmiş hataların daha hızlı düzeltildiğini gösterir.

Türetilmiş (D): Terim, hata oranındaki değişikliklere dayalı olarak gelecekteki hataları tahmin etmek için kullanılır. Bu terim, değişiklikleri tahmin etmeye yardımcı olur ve ayrıca salınımları sönümleyerek kararlılığı artırabilir. Bu parametre, ' Türev Zaman' (Td), & miktarını kontrol eder#39; Gelecekteki Eylemler ve#39; oran değişikliklerine göre. Gürültü, türev eylemi etkileyebilir.

Bu kontrolör daha sonra hesaplanan üç terimi (P, I ve D) bir ısıtma sistemi veya soğutma sistemi gibi bir aktüatörü kontrol eden tek bir çıkış sinyalinde birleştirir. P, D ve I parametreleri, optimum performans elde etmek için gereklidir. Bununla birlikte, doğru kablolama, kontrolörlerin gerçek proses sıcaklığını görmesini ve aktüatörlere doğru şekilde sinyal vermesini sağlayan temel temeldir.

2. Temel BileşenlerSıcaklık KontrolüPID Kablolama

(Bölüm: Temel Bileşenler)

Belirli kablolamaya dalmadan önce bir sıcaklık kontrol sisteminin temel bileşenlerine aşina olun:

PID kontrolörü: Sistemin beynidir. PID kontrolörü sıcaklığı ölçer, bunu ayar noktasıyla karşılaştırır ve çıkış parametrelerini hesaplar. Daha sonra bir cihaza bir çıkış sinyali gönderir.

Girişler Termokupllar veya RTD'ler gibi sensörler için tasarlanmıştır. Bazı modeller voltaj ve akım sinyallerini kabul edebilir.

Çıkışlar: Soğutma/ısıtma elemanlarına giden güç kaynağını kontrol etmek için bir röle kullanılır. Bazı kontrolörlerde 0-10V çıkışlar ve iletişim bağlantı noktaları bulunur.

Giriş Gücü: Bu genellikle düşük yoğunluklu bir DC voltajı (örn. 12-24V) veya AC gücüdür.

Arayüz/Ekran: Parametreleri ayarlamak, durumu görüntülemek ve otomatik ayar moduna girmek için bir LCD ekran ve düğmeler içerir.

Sıcaklık sensörü: Gerçek sıcaklıkları ölçen bir cihaz. En yaygın seçeneklerden bazıları şunlardır:

Termokupllar Güvenilir, geniş sıcaklık aralığı ve nispeten ucuz. Termokupllar, sıcaklıkla orantılı bir voltaj üretir. Farklı türlerin özellikleri (örneğin J, K ve E) de çeşitlidir.

Direnç sıcaklık dedektörleri (RTD'ler). Özellikle düşük sıcaklıklarda daha fazla doğruluk ve kararlılık sağlar. Elektrik direnci sıcaklıkla değişir. Yaygın olarak kullanılırlar.

Termistörler Yüksek hassasiyet, hızlı tepki, ancak genellikle daha küçük sıcaklık aralıklarıyla sınırlıdır. Doğrusal olmayan tepkileri nedeniyle, dijital sıcaklık ölçerlerde yaygın olarak kullanılırlar.

Son Kontrol Elemanı/Aktüatör: Sıcaklık değişimi için kontrolör tarafından manipüle edilen cihaz. Olabilir:

3. Isıtma Elemanları: Isıtıcı, su ısıtıcısı ve kazan.

Soğutma Elemanı: Chiller, fan, Peltier soğutucu.

Valfler: Isı/soğutma sıvılarının akış kontrolü.

Çıkış Aygıtı/Rölesi - Genellikle PID kontrol cihazının içinde veya dışında bulunan katı hal veya elektromekanik röle. Denetleyici çıkış sinyalleri, gücü açmak veya kapatmak için kullanılır. Rölelerin üç kontağı vardır: Normalde Açık (NO), Normalde Kapalı (NC) ve Ortak (COM). Motorların, solenoidlerin veya manyetik olan diğer yüklerin neden olduğu hasarı önlemek için kablolamada özen gerektirirler.

Güç kaynağı: PID kontrol sistemine ve aktüatörlere gerekli voltajı sağlar.

Sıcaklık sensörü PID kontrol cihazına nasıl bağlanır

(Bölüm : Sensör Bağlantı Şeması)

Sensörlerin yanlış okunması düşük performansa yol açabileceğinden, kontrol sistemi üzerinde en büyük etkiye sahip olan kısımdır.

Rezistans Sıcaklık Dedektörleri

RTD'ler çok hassastır ve kurşun telin direncindeki değişikliklere karşı dirençlidir. Bu cihazlar uyarma için sabit akım gerektirir.

Kablolama Devreyi tamamlamak için, uyarmaya (RTD C) paralel olarak genellikle RTD A ve B olarak adlandırılan her iki algılama kablosunu bağlayın. Kontrolör, dahili devresine göre tam polariteyi belirleyecektir, ancak tipik olarak RTD algılama kablosundaki voltajı ölçer. Pin çıkışları ve uyarma ile ilgili ayrıntılar için kontrol cihazınızın kılavuzuna bakın. Bir bağlantı şeması genellikle yardımcı olur.

Önem 3 telli bir konfigürasyon kullanarak, kurşun tellerin uzunluğu ve sıcaklığından kaynaklanan direnç değişikliklerini telafi edebilirsiniz. Bir devrenin yanlış kablolanması önemli ölçüm hatalarına neden olabilir.

4. Termokupllar

Termokupllar, iki bağlantı noktası arasındaki sıcaklık farkına dayanan bir voltaj üretir. (Sıcak bağlantı, sensör ucu; soğuk bağlantı, genellikle dahili veya harici bir standart). Aralık çok daha büyük, ancak hassasiyet RTD'lerden daha düşük.

Kablolama Termokupl uçlarının iki kablosunu PID kontrol cihazı termokupl girişine karşılık gelen terminallere bağlayın. yapmaz' Polaritenin ne olduğu önemli değil. Kontrolör veya Omega Engineering gibi bir Omega Engineering referansı, (+) ve (-) pozitif uçları bağlamak için doğru yolu belirleyecektir. Bazı kontrolörler polariteyi otomatik olarak algılar.

Soğuk Bağlantı Kompanzasyonu: Modern PID kontrolörlerinin çoğu, dahili ölçümlere dayalı olarak termokupl değerlerini ölçer ve telafi eder. Termokuplun proses sıcaklıklarını temsil ettiğinden ve#39; başka kaynaklar tarafından ısıtılmıyor.

(H3 Başlığı)

Termistörler

Termistörler yaygın olarak dijital termometreler olarak kullanılır. Sıcaklık değiştiğinde dirençte aşırı bir değişiklik gösterirler (negatif sıcaklık katsayısı, NTC).

Kablolama Tipik olarak bir voltaj bölücü devresi aracılığıyla veya akım algılama konfigürasyonunda bağlanır. Özel kablolama, kontrolörün giriş tipine göre belirlenir (voltaj ölçümü veya akım ölçümü).

Dikkat edilmesi gerekenler: Sıcaklık ve direnç doğrusal olarak ilişkili değildir. Doğru sıcaklık kontrolü ve gösterimi için genellikle kontrolörde kalibrasyon veya arama tabloları gereklidir.

Analog voltaj/akım girişinin bağlantısı (doğrudan sıcaklık için daha az yaygındır)

Bazı PID kontrolörleri, harici bir vericiden veya sensör koşullandırıcıdan doğrudan voltaj sinyali (0-5V veya 0-10V) veya akım sinyali (4-20mA) alabilir. Sensör devresi atlanır.

Kablolama : Voltaj aralığına veya akım aralığına göre bağlayın. Voltaj sinyallerinin doğru polaritesini doğrulayın. Giriş türü ve aralığı gibi ayarlar için oyun kumandanızın kılavuzuna bakın.

5. PID denetleyicisine nasıl güç verilir

(Bölüm: Denetleyici Gücü)

Bağımsız PID'lerin çoğu, düşük voltajda çalışmak için ayrı bir kaynağa ihtiyaç duyar.

Kablolama: Güç kaynağınızı & olarak belirtilen terminallere bağlayın.#39; Güç Girişi,' ' Vcc,' veya diğer benzer terminaller. Kılavuz, voltaj aralığını belirtecektir.

Önemli: Güç kaynağının hem denetleyici hem de bağlı tüm ekranlar veya arabirimler için yeterli akım sağlayabildiğinden emin olun.

Röle çıkışı aktüatöre bağlanır.

(Bölüm Çıkış Kontrolü).

Röle çıkışları, akıllı PID kontrolörleri ile fiziksel elemanlar (ısıtma/soğutma) arasındaki arayüzdür.

Kablolama: Kontrolörün röle çıkış terminallerini (tipik olarak "COM", "NO" veya "NC") aktüatörün kontrol devresine bağlayın.

Ortak (COM): Güç kaynağının pozitif (+) terminalini aktüatöre veya yüke bağlar.

Hayır (Normalde açık): Bu terminal, röleye (çıkış sinyali etkinleştirildi) güç verildiğinde COM'a bağlanır. Devre daha sonra aktüatöre gider. Isıtma genellikle bu şekilde etkinleştirilir.

NC: Bu terminal, rölenin enerjisi kesildiğinde COM'a bağlanır. Bu terminal genellikle güvenlik kilitlerini ve soğutma devrelerini kontrol etmek için kullanılır.

Örnek: Bir ısıtıcıyı kontrol etmek pozitif bir güç kaynağı gerektirir.

Aktüatörün pozitif (+) terminalini "NO" terminaline bağlayın.

Aktüatörün negatif kablosunu (-) & ile işaretlenmiş terminale bağlayın.#39; NC.

"COM" terminalini güç kaynağının negatif kablosuna (-) bağlayın.

Güç kaynağından gelen pozitif (+) kabloyu PID kontrol cihazının röle çıkış girişine bağlayın (genellikle jumperlar veya terminaller aracılığıyla ayrı). Denetleyiciye bakın' Röle çıkış kablolaması hakkında bilgi için s kılavuzu.

Önemli: Genellikle, bir aktüatörü (ısıtıcı veya motor) çalıştırmak için gereken güç başka bir kaynaktan gelir. PID kontrolörünün çıkışı, röleyi kontrol etmek için kullanılır. Bu daha sonra aktüatör için yüksek güç kaynağını kontrol eder. Denetleyicinin, bunu yapmak için özel olarak tasarlanmadığı sürece (nadiren PID denetleyicileri için) yüksek güçlü kabloları doğrudan kullanması önerilmez.

Güvenlik: Anahtarlandığında, röleler ve motorlar gibi endüktif yükler voltaj yükselmelerine neden olabilir. Geri dönüş diyotları (katot yüke bakacak şekilde yük ile güç kaynağı arasındaki diyot) rölenin bobinini zararlı geri EMF'den korur. Bu genellikle kontrolör röle devrelerine yerleştirilmiştir. Yüksek voltajlı şebeke gücünü kablolarken daima güvenlik protokolünü izleyin.

6. Analog Giriş Bağlantısı: Daha Az Yaygın Senaryo

(Bölüm: Analog Giriş)

Birkaç PID kontrolörü, geri besleme girişi veya ayar noktası olarak harici bir voltaj/akım sinyaline bağlanabilir.

Kablolama Sinyal Kaynağının (örn. başka bir sensör vericisi veya bir Potansiyometre) belirtilen voltaj aralığına veya akıma göre bağlanması. Giriş empedansı ile ilgili ayrıntılar için kılavuza bakın.

Elektrikli Aktüatör Sistemi

(Aktüatör Gücü Bölümü).

Aktüatörlerin ihtiyaç duyduğu güç (ısıtma elemanları, motorlar vb.). Bir aktüatör (ısıtma elemanı, motor vb.) için gereken güç, tipik olarak düşük voltajlı bir kontrolörünkinden çok daha yüksektir.

Kablolama Aktüatörün güç kablolarını doğrudan uygun güç kaynağına bağlayın (şebeke voltajı cihaz yüksek güce sahipse veya cihaz gerektiriyorsa daha düşük voltaj). PID kontrolör röle çıkışı, güç kaynağı ve aktüatör arasında geçiş yapar. (Ayrıntılar için röle bölümüne bakın).

Şunları göz önünde bulundurun: Aktüatörün voltajı ve akımı ile başa çıkmak için uygun şekilde derecelendirilmiş kablolar ve konektörler kullanın. Aktüatör boyutunun uygulamanız için doğru olduğundan emin olun.

Bu' PID döngülerinin kablolanması ve ayarlanması hakkında her şey

(Bölüm Ayarlama ve kablolama)

Ayarlama Gereksinimi: Öncelikle kontrolörünüzün prosesin doğru, sabit bir sıcaklık okumasını aldığından ve aktüatör rölesini doğru çıkış sinyaliyle çalıştırdığından emin olmalısınız. Ziegler Nichols çarpma testleri veya denetleyicinin otomatik ayar özelliği gibi daha karmaşık ayarlama yöntemlerine dalmadan önce, temel kablolama kontrolüyle başlayın. Bkz. Kontrol Mühendisliği' Ayrıntılı ayarlama yöntemleri.

Güvenlikle İlgili Hususlar

(Önce Bölüm Güvenliği)

7. Elektrik sistemleri, onlarla çalışırken dikkatli olunması gerekir.

Gücü kesin: Kablolama veya yüksek voltajla çalışmadan önce devreler, daima ana beslemenin bağlantısını kesin.

Doğru yönde olduklarından emin olmak için tüm güç kaynağının, sensörlerin ve aktüatörlerin (özellikle termokuplların) polaritesini kontrol edin. Yanlış polarite, ekipmana zarar verebilir veya arızalanabilir.

Yüksek voltaj: Şebeke akımıyla çalışan güç kaynakları veya aktüatörlerle çalışırken çok dikkatli olun. Gerekirse uygun KKD ve kilitleme/etiketleme prosedürlerini kullanın.

Isı Isıtma bileşenleri aşırı derecede ısınabilir. Kullanmadan önce bileşenlerin soğumasını bekleyin.

Bileşenler için sınırlar: Tüm bileşenlerinizin (kablolar ve konektörler), sensörlerinizin, aktüatörlerinizin veya rölelerinizin uygulamanın voltajına, sıcaklığına, akım aralığına vb. uygun olduğundan emin olun.

Kılavuzlara bakın: Her zaman PID denetleyicisi tarafından sağlanan kablo şemalarına, güvenlik veri sayfalarına ve diğer belgelere bakın.

(Sonuç)