Меню

Термодат настройка пид регулятора



Термодат-12К5
Глава 2. Регулирование

Термодат-12К5 может регулировать температуру при помощи двухпозиционного или ПИД закона регулирования.

Наиболее простой закон регулирования температуры — двухпозиционный. На нагреватель подается полная мощность до достижения уставки, после чего подача мощности прекращается. Несмотря на это, разогретый нагреватель продолжает отдавать тепло и температура объекта какое-то время продолжает нарастать, что приводит к перегреву. При последующем остывании объекта, по достижении уставки, на нагреватель вновь подается полная мощность. Нагреватель сначала разогревает себя, затем окружающие области объекта, и, таким образом, охлаждение будет продолжаться до тех пор, пока волна тепла не достигнет датчика температуры. Следовательно, реальная температура может оказаться значительно ниже заданного значения. Таким образом, при двухпозиционном законе регулирования возможны значительные колебания температуры около заданного значения.

Повысить точность регулирования можно, применяя пропорционально-интегрально-дифференциальный закон регулирования (ПИД закон).

ПИД предполагает уменьшение мощности, подаваемой на нагреватель, по мере приближения температуры объекта к заданной температуре. Кроме того, в установившемся режиме регулирования по ПИД закону прибор определяет величину тепловой мощности, необходимую для компенсации тепловых потерь и поддержания заданной температуры.

Настройка ПИД закона регулирования Pid
Глава 2. Раздел 1. 2_P1
Параметр Значение Комментарии
ProP от 0.1°С до 2000°С Пропорциональный коэффициент
Int от 1 сек. до 9999 сек. Интегральный коэффициент
OFF Интегральная составляющая ПИД закона не используется
diFF от 0.1 до 999.9 сек. Дифференциальный коэффициент
OFF Дифференциальная составляющая ПИД закона не используется
A.tun
Автонастройка
On Выберите On для запуска процедуры автоматической настройки ПИД-коэффициентов

Для работы ПИД закона регулирования необходимо задать три коэффициента – пропорциональный, интегральный и дифференциальный. Вы можете задать эти коэффициенты вручную или прибор может определить их в автоматическом режиме.

Как настроить ПИД-регулятор в автоматическом режиме

1. В основном режиме работы прибора задайте уставку регулирования, при которой Вы собираетесь эксплуатировать печь.

2. Убедитесь, что температура в печи ниже уставки не менее чем на 10°С.

3. Войдите в раздел «Настройка ПИД закона регулирования» и присвойте параметру A.tun значение On и нажмите кнопку «Вход в режим настройки».

Прибор начнет автоматическую настройку ПИД-коэффициентов. На нижнем индикаторе уставка будет периодически сменяться словом tunE. Время автоматической настройки зависит от инерционности печи и может занять до 100 минут. Если автоматическая настройка прошла успешно, на верхнем индикаторе будет мигать rdY. Нажмите кнопку «Вход в режим настройки» и вернитесь в основной режим работы.

Для того чтобы прервать автоматическую настройку ПИД-коэффициентов, нажмите одновременно кнопки «Вход в режим настройки» и «Перебор параметров» или отключите прибор от сети.

Если прибору не удается провести автоматическую настройку ПИД-коэффициентов, на верхнем индикаторе будет мигать номер ошибки E_66. Нажмите «Вход в режим настройки» и «Перебор параметров» для возврата в основной режим работы.

Если автоматическая настройка не дает желаемого качества регулирования, либо прибор прекращает ее из-за слишком большого времени настройки, ПИД-коэффициенты следует задать вручную (смотри на сайте www.termodat.ru статью «Методы нахождения ПИД коэффициентов»).

Настройка двухпозиционного закона регулирования onoF
Глава 2. Раздел 2. 2_P2
Параметр Значение Комментарии
H.hYS от 1°С до 250°С Гистерезис нагревателя
C.hYS от 1°С до 250°С Гистерезис охладителя
H_t от 00 мин 01 сек
до 40 мин 00 сек
Минимальное время между включениями и выключениями нагревателя
C_t от 00 мин 01 сек
до 40 мин 00 сек
Минимальное время между включениями и выключениями охладителя

При двухпозиционном регулировании установите величину гистерезиса и, при необходимости, минимальное время между включениями нагревателя и охладителя.

Гистерезис необходим, чтобы предотвратить слишком частое включение нагревателя или охладителя. Выход включен, пока температура не достигнет значения уставки (при работе с нагревателем). При достижении уставки выход выключается. Повторное включение происходит после снижения температуры ниже уставки на величину гистерезиса. Гистерезис задаётся в градусах.

Читайте также:  Что выступает экономическим регулятором

Обычно значение гистерезиса равно 1…10 градусам.

H_t и C_t являются дополнительными параметрами и используются для того, чтобы не допускать слишком частые включения электромагнитного пускателя.

Например, зададим время H_t равное 5 минутам. Если температура в электропечи понизится, выход включит пускатель. Пускатель останется включенным на время не менее 5 минут (даже если печь перегрелась). После выключения пускателя он не включится ранее, чем через пять минут (даже если печь остыла).

Защита «холодного» нагревателя
(только для ПИД закона регулирования)
SF.St
Глава 2. Раздел 3. 2_P3
Параметр Значение Комментарии
SS.t от 00 мин 10 сек
до 40 мин 00 сек
Время плавного разогрева нагревателя
OFF Защита выключена

Холодный электрический нагреватель имеет низкое сопротивление, поэтому в момент включения нагреватель потребляет большой ток и на нём выделяется чрезмерная тепловая мощность. В приборе предусмотрена функция защиты холодного нагревателя. Мощность при включении электрической печи будет нарастать плавно в течение заданного времени.

Ограничение диапазона уставки регулирования SP.Sc
Глава 2. Раздел 4. 2_P4
Параметр Значение Комментарии
SCAL
Диапазон задания уставки
Full Полный диапазон уставки. Совпадает с диапазоном измерения термопары или термосопротивления
bnd Ограниченный диапазон уставки
Lo.Sc от -270 °С
до 2500 °С
Нижняя граница температуры уставки при ограничении диапазона уставки
Hi.Sc от -270 °С
до 2500 °С
Верхняя граница температуры уставки при ограничении диапазона уставки

Воспользуйтесь ограничением диапазона уставки для предотвращения ошибок оператора.

Настройка работы нагревателя HEAt
Глава 2. Раздел 5. 2_P5
Параметр Значение Комментарии
H.Ctr
Закон регулирования
Pid ПИД-закон регулирования
onoF Двухпозиционный закон регулирования
P.tYP
Метод управления нагревателем
Pdd ШИМ — широтно-импульсный метод, для всех типов выходов)
Ed РСП – метод распределённых сетевых периодов, только для Т- и С- выходов
PhAS ФИУ — фазоимпульсное управление (только для Т- выхода, подключённого к блокам типа МБТ или ФИУ)
P_Hi
Максимальная мощность
от 1 %
до 100 %
Ограничение максимальной мощности, выводимой на нагреватель
P_Lo
Минимальная мощность
от 0 %
до 99 %
Ограничение минимальной мощности, выводимой на нагреватель
H.PLS от 2 с
до 600 с
Период ШИМ

В разделе «Настройка работы нагревателя» Вы можете выбрать закон регулирования, назначить выход, который будет управлять нагревателем, и метод, при помощи которого прибор будет управлять нагревателем.

При использовании метода широтно-импульсной модуляции (ШИМ) нагреватель или охладитель включается на долю периода ШИМ. Метод может быть реализован на всех типах выходов: реле, транзисторном и симисторном. При использовании пускателей, для продления срока их службы, период ШИМ следует выбрать большим, сотни секунд. Для тиристорных силовых блоков или мощных симисторов, которым частые переключения не вредят, период ШИМ можно задать несколько секунд. Период ШИМ по умолчанию устанавливается 5 секунд для С- и Т- выходов и 120 секунд для реле.

Широтно-импульсная модуляция в Термодат-12К5

При методе равномерно распределенных рабочих сетевых периодов (РСП) ток через нагреватель периодически включается на один или несколько сетевых периодов. Мощность нагревателя испытывает меньшие колебания во времени, чем при использовании ШИМ. Этот метод очень хорош в лабораторных условиях при малых мощностях нагревателя. Не используйте метод при мощностях более 5 кВт. Недопустимо использование метода РСП при индуктивной нагрузке.

Равномерно распределенные рабочие сетевые периоды в Термодат-12К5

Фазоимпульсное управление (ФИУ) позволяет плавно изменять мощность на нагревателе. Метод реализуется только на транзисторном выходе. При этом по транзисторному выходу в цифровом виде передается требуемая мощность, а фазоимпульсное управление реализуется внешними блоками ФИУ или МБТ. Тиристоры открываются с регулируемой фазовой задержкой от 0 до 180° каждый сетевой полупериод. Метод хорошо использовать для работы с нагревателями с малой тепловой инерцией. Фазоимпульсное управление часто используют для работы с понижающими трансформаторами с низкоомной нагрузкой во вторичной обмотке.

Фазоимпульсное управление в Термодат-12К5

Параметры P_Hi и P_Lo позволяют ограничить максимальную и минимальную мощность, выводимую на нагреватель. Максимальная мощность может быть ограничена для предотвращения разрушения нагревателя при подаче полной мощности, для уменьшения скорости нагрева при слишком мощных нагревателях и улучшения точности регулирования температуры.

Читайте также:  Электрическая схема регуляторы контактной сварки

Ограничение минимальной мощности нагревателя используется реже, например, для нагревателя с сильной зависимостью сопротивления от температуры (силитовый стержень). Для увеличения ресурса такого нагревателя его нужно медленно разогревать (функция плавного разогрева), а разогретому – не давать остыть ниже некоторой температуры.

Настройка работы охладителя CooL
Глава 2. Раздел 6. 2_P6
Параметр Значение Комментарии
C.Ctr
Закон регулирования
Pid ПИД-закон регулирования
onoF Позиционный закон регулирования
rCh от 0.1 до 10.0 Соотношение мощностей, подаваемых на нагреватель и охладитель при ПИД
C.PLS от 2 с до 600 с Период ШИМ

В этом разделе Вы можете выбрать закон регулирования для охладителя. Один выход в приборе может управлять нагревателем, а второй – охладителем. При ПИД регулировании скорости нагрева и охлаждения следует сделать сопоставимыми с помощью параметра rCH. При ПИД законе мощность охладителя регулируется методом ШИМ.

Выключение регулирования Ctr
Глава 2. Раздел 7. 2_P7
Параметр Значение Комментарии
C_c YES или no Выберите YES для включения доступа в разделе SEt

Иногда бывает удобно выключить регулирование, не выключая прибор, и продолжать наблюдать за изменением температуры. Это можно делать, не входя в режим настройки прибора. Присвойте параметру C_c значение On. После этого, в основном режиме работы в разделе SEt появится параметр CtrL, с помощью которого можно включать и выключать регулирование.

Действия прибора при обрыве датчика SAFE
Глава 2. Раздел 8. 2_P8
Параметр Значение Комментарии
S.b.H
Управление нагревателем при обрыве датчика
от 1 до 100 % Мощность, выводимая на нагреватель при обрыве датчика при ПИД регулировании
OFF При обрыве датчика нагреватель выключается
On При обрыве датчика при двухпозиционном регулировании нагреватель включается
S.b.C
Управление охладителем при обрыве датчика
от -1 до -100 % Мощность, выводимая на охладитель при обрыве датчика при ПИД регулировании
OFF При обрыве датчика охладитель выключается
On При обрыве датчика при двухпозиционном регулировании охладитель включается

При обрыве термопары или термосопротивления или коротком замыкании термосопротивления, по умолчанию, прибор выключает нагреватель и включает охладитель. Иногда, для ответственных технологических процессов, разумно задать некоторую мощность на нагревателе, не допускающую остывания установки.

Источник

Что такое ПИД регулятор для чайников?

Содержание

  1. Что такое ПИД регулятор?
  2. Три коэффициента ПИД регулятора и принцип работы
  3. Настройка ПИД регулятора
  4. Назначение ПИД регулятора
  5. Пример схемы регулирования температуры

Дифференциальный пропорционально-интегральный регулятор — устройство, которое устанавливают в автоматизированных системах для поддержания заданного параметра, способного к изменениям.

На первый взгляд все запутанно, но можно объяснить ПИД регулирование и для чайников, т.е. людей, не совсем знакомых с электронными системами и приборами.

Что такое ПИД регулятор?

ПИД регулятор — прибор, встроенный в управляющий контур, с обязательной обратной связью. Он предназначен для поддержания установленных уровней задаваемых величин, например, температуры воздуха.

Устройство подает управляющий или выходной сигнал на устройство регулирования, на основании полученных данных от датчиков или сенсоров. Контроллеры обладают высокими показателями точности переходных процессов и качеством выполнения поставленной задачи.

Три коэффициента ПИД регулятора и принцип работы

Работа ПИД-регулятора заключается в подаче выходного сигнала о силе мощности, необходимой для поддержания регулируемого параметра на заданном уровне. Для вычисления показателя используют сложную математическую формулу, в составе которой есть 3 коэффициента — пропорциональный, интегральный, дифференциальный.

Возьмем в качестве объекта регулирования ёмкость с водой, в которой необходимо поддерживать температуру на заданном уровне с помощью регулирования степени открытия клапана с паром.

Пропорциональная составляющая появляется в момент рассогласования с вводными данными. Простыми словами это звучит так — берется разница между фактической температурой и желаемой, умножается на настраиваемый коэффициент и получается выходной сигнал, который должен подаваться на клапан. Т.е. как только градусы упали, запускается процесс нагрева, поднялись выше желаемой отметки — происходит выключение или даже охлаждение.

Читайте также:  Регулятор подачи топлива тнвд бош

Дальше вступает интегральная составляющая, которая предназначена для того, чтобы компенсировать воздействие окружающей среды или других возмущающих воздействий на поддержание нашей температуры на заданном уровне. Поскольку всегда присутствуют дополнительные факторы, влияющие на управляемые приборы, в момент поступления данных для вычисления пропорциональной составляющей, цифра уже меняется. И чем больше внешнее воздействие, тем сильнее происходят колебания показателя. Происходят скачки подаваемой мощности.

Интегральная составляющая пытается на основе прошлых значений температуры, вернуть её значение, если оно поменялось. Подробнее процесс описан в видео ниже.

А дальше выходной сигнал регулятора, согласно коэффициенту, подается для повышения или понижения температуры. Со временем подбирается та величина, которая компенсирует внешние факторы, и скачки исчезают.

Интеграл используется для исключения ошибок путем расчета статической погрешности. Главное в этом процессе — подобрать правильный коэффициент, иначе ошибка (рассогласование) будет влиять и на интегральную составляющую.

Третий компонент ПИД — дифференцирующий. Он предназначен для компенсации влияния задержек, возникающих между воздействием на систему и обратной реакцией. Пропорциональный регулятор подает мощность до тех пор, пока температура не достигнет нужной отметки, но при прохождении информации к прибору, особенно при больших значениях, ошибки всегда возникают. Это может привести к перегреву. Дифференциал прогнозирует отклонения, вызванные задержками или воздействием внешней среды, и снижает подаваемую мощность заранее.

Настройка ПИД регулятора

Настройка ПИД-регулятора осуществляется 2 методами:

  1. Синтез подразумевает вычисление параметров на основании модели системы. Такая настройка получается точной, но требует глубоких познаний теории автоматического управления. Она подвластна только инженерам и ученым. Так как необходимо снимать расходные характеристики и производить кучу расчетов.
  2. Ручной способ основывается на методе проб и ошибок. Для этого за основу берутся данные уже готовой системы, вносятся некоторые коррективы в один или несколько коэффициентов регулятора. После включения и наблюдений за конечным результатом проводится изменение параметров в нужном направлении. И так до тех пор, пока не будет достигнут нужный уровень работоспособности.

Теоретический метод анализа и настройки на практике применяются крайне редко, что связано с незнанием характеристик объекта управления и кучей возможных возмущающих воздействий. Более распространены экспериментальные методы на основе наблюдения за системой.

Современные автоматизированные процессы реализуются как специализированные модули под управлением программ для настройки коэффициентов регулятора.

Назначение ПИД регулятора

ПИД регулятор предназначен для поддержания на требуемом уровне некой величины — температуры, давления, уровня в резервуаре, расхода в трубопроводе, концентрации чего-либо и т.д., изменением управляющего воздействия на исполнительные механизмы, такие как автоматические регулирующие клапана, используя для этого пропорциональную, интегрирующую, дифференцирующую величины для своей настройки.

Целью использования является получение точного управляющего сигнала, который способен контролировать большие производства и даже реакторы электростанций.

Пример схемы регулирования температуры

Часто ПИД регуляторы используются при регулировке температуры, давайте на простом примере подогрева воды в ёмкости рассмотрим данный автоматический процесс.

В емкости налита жидкость, которую нужно подогреть до нужной температуры и поддерживать её на заданном уровне. Внутри бака установлен датчик измерения температуры — термопара или термометр сопротивления и напрямую связан с ПИД-регулятором.

Для подогрева жидкости будем подавать пар, как показано ниже на рисунке, с клапаном автоматического регулирования. Сам клапан получает сигнал от регулятора. Оператор вводит значение температурной уставки в ПИД-регуляторе, которую необходимо поддерживать в ёмкости.

Если настройки коэффициентов регулятора неверны, будут происходить скачки температуры воды, при этом клапан будет то полностью открыт, то полностью закрыт. В этом случае необходимо рассчитать коэффициенты ПИД регулятора и ввести их заново. Если все сделано правильно, через небольшой промежуток времени система выровняет процесс и температура в ёмкости будет поддерживаться на заданной отметке, при этом степень открытия регулирующего клапана будет находиться в среднем положении.

Источник