دليل شامل لاستخدام التحكم في درجة حرارة تعريف المعلمات

 يوفر جهاز التحكم في درجة الحرارة (PID) (التناسبي المتكامل المشتق) وسيلة قوية لتحقيق تنظيم دقيق ومستقر ومستجيب لدرجة الحرارة. ويشرح الدليل الاساسيات، كيفية استعمالها، وتطبيقاتها العملية.

1. فهم التحكم في تحديد الهوية الشخصية: ما هي الأسس؟

إن نظام تعريف الهوية الشخصي في الأساس عبارة عن حلقة ارتجاعية تقوم تلقائيًا بضبط العملية من أجل إبقائها في نقطة محددة. ويتم ذلك عن طريق حساب قيمة الخطأ التي تمثل الفرق بين القياس الحالي (متغير العملية)، والقيمة المطلوبة (نقطة محددة). تعريف الهوية الشخصي أكثر تطوراً من أساليب التحكم البسيطة. ليس كذلك#لا تتفاعل مع الأخطاء الحالية فقط، ولكنها تنظر أيضًا في تاريخها وتتوقع الاتجاهات المستقبلية.

2. PID هو اختصار يشير إلى المكونات الثلاثة لـ PID.

نسبي (P). ينتج المكون تصحيحًا متناسبًا مع التيارات. وسيكون التصحيح أكبر إذا كان هناك فرق كبير في درجة الحرارة. هذا التصحيح ' يتم تحديد قوة بواسطة ' ؛ الكسب النسبي#39; والتي يمكن الإشارة إليها بـ Kp. على الرغم من أن تحكم P فعال في تنفيذ التفاعلات السريعة، إلا أنه يمكن أن يترك خطأ متبقيا يعرف بخطأ الحالة الثابتة.

عدد صحيح (I): تم تصميم المكون المتكامل للقضاء على الخطأ في حالة الاستقرار الناجمة عن الإجراءات النسبية. يعمل النظام عن طريق جمع جميع الأخطاء مع مرور الوقت، ثم تطبيق التصحيحات على أساس هذه الأخطاء المتراكمة. ويتأثر هذا الخطأ المتراكم بـ ' ثبات الوقت المتكامل#39 ؛ (Ti)، أو#39; إعادة ضبط الوقت#39 ؛ وتضمن الإجراءات المتكاملة أن النظام لا يرضى بالانحرافات الطويلة الأجل عن النقطة المحددة.

مشتق (D) هذا المكون هو نظرة إلى الأمام. ويحسب هذا المكون معدل التغير ثم يطبق التصحيح وفقا لهذا الحساب. وسوف يساعد الفعل المشتق على إبطاء العملية إذا اقتربت درجة الحرارة من النقطة المحددة بوتيرة سريعة. في الحالة المقابلة، من الممكن تخفيف درجة الحرارة إذا كانت هناك زيادة سريعة في الخطأ (مما يشير إلى احتمال عدم الاستقرار). يتم التحكم في هذا المكون التنبؤي بواسطة ' ثابت الوقت المشتق (Td), أو 'Derivative Gain (Kd). الفعل المشتق قوي، لكنه يمكن أن يتأثر أيضًا بالضوضاء.

وبالجمع بين هذه المكونات الثلاثة، يمكن أن يوفر التحكم في تعريف المنتج إستراتيجية تحكم دقيقة وفعالة وفعالة. وينطبق هذا بشكل خاص على الأنظمة التي تعاني من القصور الذاتي أو حالات التأخير الكبيرة. وغالبا ما يتم العثور عليها في التحكم في درجة الحرارة.

3. كتل البناء: المكونات في نظام تعريف المنتج

يتطلب الأمر أكثر من وحدة تعريف المنتج لتحقيق تحكم دقيق في درجة الحرارة. يلزم وجود نظام كامل، يتضمن العديد من العناصر الأساسية.

 تتوفر وحدات تحكم PID للتطبيقات البسيطة. قد تدمج الأنظمة المعقدة تعريف الهوية الشخصي في وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة أو نظام التحكم الموزع.

عملية الاستشعار: تقيس درجة الحرارة في العملية. المزدوجات الحرارية شائعة الاستخدام (لديها نطاق واسع من درجات الحرارة ويمكن أن تتحمل درجات حرارة مختلفة) وكذلك كاشفات درجة حرارة المقاومة. يجب أن تعمل المجسات مع أجهزة التحكم (مثل الإدخال J أو K أو RTD Pt100 و Pt1000).

جهاز الإخراج: سيقوم جهاز التحكم بمعالجة هذا العنصر لتغيير درجة حرارة العملية. ومن الأمثلة على ذلك:

أجهزة التحكم في الحالة الصلبة: تستخدم للتحكم في عناصر التسخين باستخدام تعديل نطاق النبض (PWM) وغيرها من الطرق.

نقطة الوصول: هي درجة الحرارة المستهدفة التي يكافح جهاز التحكم للحفاظ عليها.

حلقة التغذية المرتدة: يستخدم هذا النظام قياسات مستمرة (تغذية مرتدة) لمقارنة درجات الحرارة الفعلية (متغيرات العملية) مع النقطة المحددة. يعتبر التحكم في الحلقة المغلقة أمرًا ضروريًا للتحكم الآلي.

لاستخدام وحدة تحكم تعريف المعلمات بنجاح، من المهم فهم هذه المكونات.

H2 تنفيذ التحكم في تعريف المنتج: دليل خطوة بخطوة

التخطيط والتنفيذ ضروريان لاستخدام وحدة تحكم PID. وهذا دليل للتنفيذ العام.

4. حدد متطلبات طلبك

ما هو مدى الحرارة المستهدفة؟ ما هي الدقة المطلوبة (مثال: +0.1degC أو +1degC؟

ما هي سرعة تسخين النظام وتبريده؟

كيفية اختيار أفضل أجهزة وحدة التحكم

اختر مجس درجة الحرارة الصحيح

اختر المشغل المناسب اعتمادا على التطبيق الخاص بك (عناصر التسخين الطاقة، أحجام المروحة، أنواع الصمامات).

التركيب:

قم بتركيب وحدة التحكم في موضع 0n محمي من الحرارة أو الظروف القاسية.

قم بتركيب مصدر الطاقة وفقاً لمواصفات الشركة المصنعة وتعليمات السلامة.

قم بتوصيل مجس المزج الحراري بعناية بأطراف الإدخال في جهاز التحكم، مع التأكد من صحة القطبية وتعيين تعويض التوصيل البارد.

قم بتوصيل خرج وحدة التحكم بالمشغل الذي اخترته وتأكد من توافق معدل الجهد/التيار تأكد أيضا من أن الأسلاك آمنة.

التكوين:

ابدأ وحدة التحكم، ثم قم بالوصول إلى إعداداتها (عادة عن طريق لوحة المفاتيح أو الأزرار أو واجهة متصلة بالكمبيوتر).

اختر وحدة درجة الحرارة المناسبة (degC/degF).

حدد قيمة النقطة المحددة المطلوبة (SP).

قم بتعيين معلمات التحكم

وضع التحكم: اختر وضع التحكم (P، PID، PD، PI). اختر الوضع المناسب للتطبيق الخاص بك (في كثير من الأحيان، سيكون تعريف المنتج هو الهدف أو الافتراضي).

ضبط البارامترات: تحديد المكسب النسبي (Kp)، الوقت المتكامل (Ti)، أو الوقت المشتق (Td). وهي عادة الخطوة الأكثر تعقيدا وحرجا.

وضع أي حدود ضرورية، بما في ذلك نقاط الإنذار العالية/المنخفضة، ومستويات التشبع (على سبيل المثال 0-100 في المائة)، وأقفال الأمان إذا لزم الأمر.

اضبط شكل العرض المطلوب وكافة خيارات الاتصال إذا لزم الأمر

الضبط والاختبار الأوليان:

الأبسط: استخدام P control فقط. يجب تعديل الربح النسبي حتى يصبح النظام قادرًا على الاستجابة بسرعة وبدون تذبذبات. ليس قيمة (كي بي)

تقديم الإجراء المتكامل: بعد تحقيق سيطرة P المستقرة، قم بتقديم إجراءات متكاملة عن طريق وضع قيم Ti تدريجيًا (أو ما يعادلها). يمكن أن يساعد العمل المتكامل على الحد من أخطاء الحالة الثابتة. فالكثير من التصفيات المتكاملة يمكن أن يؤدي إلى عدم الاستقرار. كما تضبط Ti، تأكد من أن النظام مستقر ولا توجد أخطاء.

إضافة مشتق (اختياري، ولكن مفيد): عمل مشتق يحسن الاستقرار ويمكن أن يقلل تجاوز. قم بضبط توقيت منخفض وراقب استجابة النظام إذا لزم الأمر، ضبط Ti و TD. إذا كان الفعل المشتق صاخبا جدا أو يسبب مشاكل، يمكن إيقاف تشغيله.

المراقبة: انتبه بشدة لاستجابة درجة الحرارة أثناء التوليف. يمكنك استخدام ميزات مثل ' ؛ Bump Testing' ؛ أو تعديلات يدوية صغيرة لتقييم الأداء.

H2 الضبط: الفن والعلوم للحصول على الحق

إن الخطوة الأكثر أهمية في ضبط الهوية الشخصية المعلوماتية تتلخص في العثور على الإعدادات الصحيحة. قد تسبب وحدات التحكم غير المضبوطة استجابة بطيئة أو تذبذبات أو عدم استقرار النظام. هناك حاجة إلى الفهم والتجريب لإيجاد أفضل قيم Kp و Td و Ti. هناك العديد من الطرق، من التجربة والخطأ إلى ميزات أوتوتون غالبا ما تدرج في وحدات التحكم الحديثة.

5. أساليب الموالفة اليدوية:

طريقة الاستجابة خطوة بخطوة: تغيير درجة حرارة العملية أو تطبيق اضطراب معروف لك. ملاحظة البارامترات مثل وقت الارتفاع، تجاوز الحد وأوقات الاستقرار. ويمكن استخدام القيم التي تم الحصول عليها لتقريب ثوابت الضبط (على سبيل المثال صيغ زيغلر نيكولز).

زيغلر نيكولز (الاختبار والخطأ): هناك خطوتان. ثم، زيادة Kp إلى النقطة حيث التذبذبات ثابتة. ليس التذبذبات#39 ؛ فترة (Pu). استخدم معيار الجدول (مثل قاعدة زيغلر نيكولز للضبط) لتحديد Kp و Td و Ti. هذه الطريقة فعالة ولكن يمكن أن تكون عدوانية أيضا، مما يؤدي إلى إجراءات تحكم عدوانية.

طريقة كوهين كون: طريقة تجريبية تستند إلى بيانات من الاستجابة التدريجية، والتي غالبًا ما تسفر عن نتائج جيدة عند تطبيقها على العمليات التي لها قصور ذاتي كبير.

الموالفة التلقائية: تحتوي العديد من وحدات التحكم المتقدمة على ميزات الموالفة التلقائية المدمجة فيها. وهي تعمل عن طريق عمل اضطراب صغير متحكم به في النظام أثناء تشغيله بشكل طبيعي (على سبيل المثال تغيير قصير لإشارة الخرج). هذا المتحكم يحلل ويحدد معلمات الضبط تلقائيا على أساس الاستجابة. وهو أسرع وأقل خطورة ولا يتطلب أي ضبط يدوي.

بغض النظر عن الطريقة التي تختارها، فإن التوليف هو عملية مستمرة. اختبار استجابة النظام مع القيم المحافظة. اصنعوا تعديلات صغيرة ثم كرِّروا. يمكن أن يكون لضجيج العملية، والتغيرات في الحمل، والنظام غير خطي، وعوامل أخرى تأثير كبير على الأداء. التوليف الدوري مطلوب.

H2 التطبيقات الشائعة للتحكم في درجة حرارة PID

في التطبيقات التي تتطلب تحكم دقيق في درجة الحرارة، يمكن العثور على أجهزة التحكم في تعريف المنتج في كل مكان. وتشمل بعض الأمثلة الشائعة ما يلي:

التدفئة الصناعية: التحكم في درجة حرارة الأفران والأفران، وانصهار الأفران، وعمليات المعالجة الحرارية.

عمليات الإنتاج الكيميائي: ضبط درجة الحرارة في المفاعلات، وأعمدة خلط الدفعات والتقطير.

الغذاء والمأكولات ؛ المشروبات: التعقيم (الأفران وخزانات التحميص)، التعقيم، مراقبة التخمر، التجمد، التجفيف بالتجميد، التعقيم.

إنتاج المستحضرات الصيدلانية: طلاء الأقراص، بيئات التخزين الخاضعة للرقابة، التطهير (التجفيف بالتجميد)، حاضنات المختبرات.

HVAC: التحكم في المناخ للغرف النظيفة وغرف الخوادم ومراكز البيانات والمختبرات والمباني عالية الأداء.

التشغيل الآلي والروبوتات: إدارة درجة حرارة المفاصل الآلية، ورؤوس اللحام/القطع بالليزر أو المكونات الإلكترونية الحساسة عند التجميع.

البحث والتطوير: الحفاظ على درجات حرارة ثابتة للتجريب واختبار المواد والمقايسات البيولوجية.

والقدرة على الحفاظ على النقطة المحددة المرجوة والتقليل من التقلبات أمر أساسي في كل حالة من هذه الحالات.

6. استكشاف الأخطاء وإصلاحها: الحفاظ على نظامك#أداء شركة

يمكن أن تحدث مشاكل حتى مع أفضل الأنظمة المضبوطة. هذه بعض المشاكل المشتركة وحلولها المحتملة.

تجاوز الهدف ونقص الهدف باستمرار: النظام يتجاوز باستمرار أو يقل عن الهدف قبل أن يستقر. وهذا غالبا ما يكون علامة على الضبط غير الصحيح. تعديل وقت الاشتقاق (Td) والكسب النسبي (Kp). قم بزيادة السرعة لتسريع الاستجابة لكن قلل تجاوز الحد يمكن أن يحدث تجاوز الهدف بسبب الكثير من العمل المتكامل (Ti ليس كبيرًا بما يكفي).

تحديد وقت طويل أو استجابة بطيئة: يستغرق النظام وقتًا طويلاً جدًا للاستجابة للتغيرات في نقاط الضبط أو غيرها من الاضطرابات. قد يكون ذلك بسبب عدم كفاية الكسب النسبي (Kp)، أو عدم تطابق المتحكمين#39 ؛ قدرات مع القصور الذاتي. زيادة ضغط الدم قد تساعد ولكن الحذر من عدم الاستقرار.

التذبذبات درجة الحرارة تتأرجح حول نقطة محددة بانتظام. وعادة ما يكون ذلك بسبب التوليف العدواني. (الكثير جدا Kp، ليس بما فيه الكفاية D أو القليل جدا Ti) زيادة وقت الاشتقاق أو الوقت المتكامل أو خفض كسب نسبي (Kp).

خطأ الحالة الثابتة: تستقر درجة الحرارة إلى قيمة مختلفة عن النقطة المحددة. غير كاف