PID-regulering for dummies er utviklet for deg som ønsker en bedre forståelse av PID-regulering uten å fortape deg i komplekse tekniske begreper.
Enten du er tekniker eller student innen instrumentering, er denne artikkelen ment å være en ressurs som vil veilede deg mot kunnskap om pid-regulatoren.
Du får lære om reguleringens opprinnelse, hvordan PID fungerer, viktigheten av PID-regulering i ulike bransjer og tips til hvordan du kan optimalisere prosessen.
Det er vanskelig å diskutere PID-regulering uten å berøre dens historie. På begynnelsen av 1900-tallet observerte Nicolas Minorsky at skipene ikke klarte å holde en konstant kurs til tross for kontinuerlig innsats fra losene.
Minorsky utviklet deretter en løsning på dette behovet: en automatisk styreenhet som ved å utnytte forskjellene mellom ønsket retning og faktisk kurs kunne justere roret for å sikre jevnere navigering.
Dette var grunnlaget for PID-styringen, og den har hatt stor innvirkning på styringen av industrielle prosesser.
For å forstå hvordan en PID-regulator fungerer, kan vi se på et enkelt og vanlig eksempel på en reguleringssløyfe - en keramikkovn.
Temperaturen inne i ovnen må holdes på et konstant settpunkt , for eksempel 800 °C.
I stedet for et enkelt av/på-kontrollsystem (ovnen er enten slått av eller på), vil PID-temperaturregulatoren holde temperaturen konstant for å unngå avvik som kan forringe kvaliteten på produktet i ovnen.
Slik fungerer det.
Starten av kontrollprosessen involverer en termoelement temperatursensor som overvåker temperaturen inne i ovnen.
Denne temperaturmålingen sammenlignes med temperaturinnstillingspunktet (800 °C i dette eksempelet).
Differansen mellom disse to verdiene, kjent som feilen, sendes til PID-regulatoren, som formulerer en korreksjonshandling på utgangen for å redusere feilen.
Denne korreksjonen er et produkt av tre funksjoner eller størrelser: Begrepene proporsjonal (P), integral (I ) og derivert (D) danner akronymet PID (Proportional Integral Derivative).
Den proporsjonale båndfunksjonen tilsvarer å multiplisere feilen med en proporsjonal koeffisient (Kp). Denne handlingen justerer regulatorutgangen slik at den er proporsjonal med feilen. Så hvis feilen eller forstyrrelsen er stor, vil korreksjonen også være stor, og omvendt.
Integral handling har som mål å eliminere vedvarende feil ved å akkumulere tidligere feil og integrere dem over tid. Denne handlingen bringer systemet gradvis nærmere settpunktet ved å justere utdataene som en funksjon av den integrerte feilen. Integralkoeffisienten (Ki) bestemmer hvor stor innflytelse denne komponenten har.
Den avledede handlingen gjelder endringshastigheten til feilen. Denne prediktive handlingen gjør det mulig for systemet å reagere på fremtidige hendelser basert på observerte trender. Den avledede koeffisienten (Kd) justerer effekten av denne handlingen for bedre kontroll.
Innstilling av en proporsjonal, integrert, derivert regulator kan virke skremmende, men det er avgjørende for å sikre at prosessen går problemfritt. Hver av innstillingsparameterne P, I og D påvirker hvordan regulatoren reagerer på endringer i prosessverdien .
De riktige innstillingene kan forbedre systemets stabilitet og ytelse betraktelig.
Dårlig justerte innstillinger kan tvert imot føre til svingninger, over- og underreaksjoner, noe som forringer kvaliteten på prosesskontrollen.
Ziegler-Nichols-metoden er en velkjent metode for å stille inn parametrene til en PID-regulator.
Denne metoden går ut på å få systemet eller prosessen til å svinge ved å justere den proporsjonale forsterkningen (Kp) til den når stabilitetsgrensen.
Svingningsperioden og den kritiske forsterkningen brukes deretter til å bestemme de optimale koeffisientene for proporsjonal (Kp), integral (Ki) og derivert (Kd).
Selv om denne metoden er praktisk for innledende innstilling av PID-parametrene, er det viktig å merke seg at optimalisering av reguleringssystemet kan kreve ytterligere justeringer. Disse justeringene vil avhenge av ønsket respons og prosessens spesifikke begrensninger.
Hvis systemet ditt har iboende ustabilitet ellerandre problemer som forsinkelser, forstyrrelser, ytre trykk osv., kan en P, I, D-regulator bare dempe dem, ikke eliminere dem helt. Noen ganger er det nyttig å redesigne prosessen.
I en lukket sløyfe mates informasjon om prosessens aktuelle tilstand kontinuerlig tilbake til PID-regulatoren.
Den bruker denne informasjonen til å korrigere utgangssignalet, slik at prosessen holder seg så nær settpunktet som mulig.
Denne mekanismen forbedrer presisjonen i styringen av prosessvariablene betraktelig, noe som gir bedre kontroll og større stabilitet.
I tillegg bidrar systemer med lukket sløyfe effektivt til å motvirke eksterne forstyrrelser og minimere uønskede svingninger.
On/Off refererer til en kontrollmodus der systemet enten er 100 % på eller helt av. Det finnes ingen mellomliggende driftsnivåer.
Kort sagt kan On/Off-regulering være egnet for enkle, mindre krevende applikasjoner. Men for presis og effektiv temperaturregulering, spesielt i industrielle miljøer eller for kritiske prosesser, gir PID-regulering betydelige fordeler når det gjelder stabilitet, energieffektivitet og beskyttelse av utstyret.
Proporsjonalbåndet er det verdiområdet der regulatoren går fra frakoblet tilstand til full effekt (og omvendt) i en proporsjonal regulering. Det er den delen av PID-reguleringen som reagerer i henhold til forskjellen mellom ønsket verdi og den aktuelle verdien. Jo større forskjellen er, desto større blir korreksjonen.
Integralbåndet er den delen av PID-reguleringen som akkumuleres over tid. Hvis avviket vedvarer, uansett hvor lite det er, vil denne korreksjonen fortsette å øke helt til avviket er korrigert.
Denderiverte vir kningen i PID-regulering er den delen som reagerer på hastigheten på avviket. Den prøver å forutsi fremtiden for dette avviket og foreta en forebyggende korreksjon for å minimere variasjoner som er for raske.
PID-regulatorer er mye brukt i ulike bransjer somfarmasøytisk industri, næringsmiddelindustrien (f.eks. bakeriovner eller pizzaovner), bilindustrien (f.eks. lakkeringskabiner), i laboratorier (f.eks. testing av bilmaterialer), i spesialmaskiner som pakkemaskiner eller plastbearbeiding, spesielt for :
Og mange andre bruksområder og temperaturkontrollsystemer
Hos Fuji Electric står våre eksperter på industriell temperaturkontroll klare til å hjelpe deg med å velge de ideelle PID-regulatorene til systemene dine. Vi hjelper deg med å finjustere parameterinnstillingene under igangkjøringen av regulatorene.
Enten du er en erfaren fagperson eller en nybegynner på området, er teamet vårt her for å gjøre PID-styring til en kontrollerbar ressurs med høy ytelse for virksomheten din.
