PID درجة الحرارة التحكم -دليل مفصل

العنوان المميز:جهاز التحكم في درجة الحرارةالخطوة 7: التهيئة والتوليف وأفضل الممارسات الوصف Meta: PID درجة الحرارة التحكم مع سيمنز الخطوة 7. ويتضمن الدليل الشامل الإعداد والتكوين والضبط لتنظيم درجة الحرارة الصناعية.

1. المقدمة

لمحة عامة: نظرة عامة على التحكم في درجة الحرارة ودورها في اضطراب الهوية التعرضي.

المحتوى:

في العديد من التطبيقات الصناعية وإعدادات المختبرات، يعد التحكم الدقيق في درجة الحرارة أمرًا ضروريًا.

(ديسمبر 2018) برمجيات سيمنز الخطوة 7 هي أداة برمجة شائعة لجهاز سيمنز للتحكم المنطقي القابل للبرمجة. يوفر البرنامج أدوات قوية لتنفيذ وتكوين استراتيجيات التحكم المختلفة بما في ذلك التحكم في تعريف الهوية الشخصي لدرجة الحرارة. وبالتالي، يجب على مهندسي التشغيل الآلي والفنيين أن يتقنوا ضبط وتكوين وحدات التحكم في تعريف المعلمات في بيئة الخطوة 7. يوفر لك هذا الدليل شرحًا شاملاً خطوة بخطوة حول كيفية استخدام الخطوة السابعة من سيمنز لتنفيذ التحكم في درجة حرارة تعريف المعلمات وهي تغطي كل شيء بدءًا من الإعداد الأولي وحتى الضبط واستكشاف الأخطاء وإصلاحها سيتم شرح المفاهيم الأساسية بلغة واضحة وسهلة الفهم لضمان أن أولئك الذين يرغبون في تحسين قدرات برمجة PLC يمكنهم فهمها بسهولة.

1. فهم التحكم في معرِّف المعلمات

نظرة عامة: يشرح المكونات P و I و D بالإضافة إلى المعلمات والتطبيقات الرئيسية.

المحتوى:

وتعتمد ضوابط تعريف المنتج على حساب الخطأ على أنه الفرق بين النقطة المحددة المطلوبة (الهدف) ومتغير العملية الفعلي (درجة الحرارة). ثم تتم معالجة إشارة الخطأ باستخدام ثلاثة مكونات رياضية مختلفة، وهي التكامل النسبي والمشتق. من المهم فهم كيفية تأثير هذه المكونات الرياضية على إجراءات التحكم.

نسبي (P) ينتج نتيجة تتناسب طرديا مع الخطأ. المخرجات تتغير أكثر عندما يكون الخطأ أكبر. على الرغم من أن التحكم في P يقلل من الخطأ، فإن النظام غالبا ما يظل خارج الهدف ولا يصل إلى النقطة المحددة بالضبط. الربح النسبي Kp هو العامل المحدد في حساسية استجابات P. كلما ارتفعت درجة الحرارة كلما كانت الاستجابة للأخطاء أقوى. وهذا يمكن أن يؤدي إلى تعديل أسرع ولكن يمكن أيضا أن يزيد من خطر التذبذب.

يعالج المصطلح المتكامل (I) معادلة الحالة الثابتة المتأصلة في تحكم P النقي. هذا المصطلح يدمج قيمة الخطأ التراكمي. يستخدم هذا الخطأ المتراكم لضبط المخرجات. ثابت الوقت المتكامل Ti يحدد سرعة الإجراءات المتكاملة. ثابت الوقت المتكامل (Ti) هو قيمة تحدد مدى سرعة استجابة الإجراء المتكامل للأخطاء.

المشتق (D) يتنبأ بالأخطاء المستقبلية من خلال النظر في معدل تغير الخطأ. يقيس هذا المصطلح معدل تغير الخطأ ويتخذ إجراءات تصحيحية تتناسب مع هذا التغيير. وتتأثر هذه القدرة التنبؤية بثابت الوقت المشتق. يتم تعزيز تأثير المشتقات عن طريق ارتفاع Td، الذي يساعد على تقليل التذبذبات، وتحسين الاستقرار وعمليات التخميد التي لديها قصور ذاتي عالي. عمل الاشتقاق حساس لقياس الضوضاء، والتي يمكن أن تسبب سلوك غير منتظم إذا كان#39 لم يتم ضبطها بعناية

وتجمع معادلة تعريف قابلية التولد هذه العناصر الثلاثة:

الإخراج = Kp * (خطأ + (1/Ti) * خطأ dt + Kd*d (خطأ)/dt)

حيث:

الخرج يمثل الإشارة التي يتم إرسالها إلى المشغل، مثل عنصر التسخين.

يتم تعريف الخطأ على أنه الفرق بين النقطة المحددة (درجة الحرارة) ومتغير العملية.

تمثل Kp الكسب النسبي.

ثابت الوقت المتكامل هو.

Kd يمثل المكسب المشتق.

الخطأ Dt هو الخطأ المتكامل في الوقت.

(d (Error)/dt هو معدل التغير في الخطأ.

وتستخدم أجهزة التحكم في تعريف المنتج في مجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك أفران وأفران التدفئة. كما يمكن تطبيقها على سخانات المياه أو التفاعلات الكيميائية أو أنظمة التبريد. ومن الضروري في مجال الأتمتة الصناعية أن تتمكَّن هذه الأتمتة من القدرة على توفير تحكم قوي ودقيق ومستقر.

3. تثبيت النظام

نظرة عامة: وصف وتركيب الأجهزة المطلوبة (أجهزة الاستشعار والمشغلات) وكذلك التكوين الأولي للبرامج (الخطوة 7 التثبيت) والاتصال المادي.

المحتوى:

هناك حاجة إلى نظام مادي قبل تكوين PID ضمن برنامج الخطوة 7. وتشمل مكونات الأجهزة، على سبيل المثال، جهاز استشعار درجة الحرارة، وهو مشغل يمكن أن يؤثر على درجة الحرارة وسيمنز PLC التي تنفذ المنطق. ويعتمد اختيار أجهزة الاستشعار (مثل المزدوجة الحرارية أو RTD) وكذلك المشغلات (مثل عنصر التسخين ومراوح التبريد) على التطبيق.

يقوم هذا المستشعر بتحويل قياس درجة الحرارة الفيزيائية إلى إشارة كهربائية تكون PLC قادرة على معالجتها. غالبا ما تكون الإشارة مشروطة (مكبر، مصفى) لتتناسب مع النطاق الذي تقبله وحدة الإدخال التناظري PLC. وحدة الخرج التناظرية من PLC ترسل إشارة التحكم التي تستخدم لتنظيم عمل الحرارة أو التبريد. ويمكن أن تتراوح هذه الإشارة بين 0 إلى 10 فولت و 4 إلى 20 مللي أمبير.

يتحكم المراقب المنطقي القابل للبرمجة في النظام. يستقبل PLC إشارة مكيفة من مستشعر درجة الحرارة من خلال وحدة الذكاء الاصطناعي. ثم يقوم بتنفيذ خوارزمية PID على أساس قيمة النقطة المحددة والقيمة المقيسة ويرسل إشارة مقابلة إلى المشغل عبر وحدة AO. وهناك حاجة إلى القدرة لجهاز PLC وأجهزة الاستشعار وكذلك المشغلات.

يجب تثبيت بيئة برمجيات سيمنز الخطوة 7 على جهاز الكمبيوتر. يمكن للمهندسين بعد ذلك إنشاء وتكوين وتنزيل برامج التحكم الخاصة بهم إلى أجهزة PLC. تحتوي الخطوة السابعة على الأدوات والكتل اللازمة لبرمجة منطق PLC. وهذا يشمل الكتل اللازمة للتحكم في تحديد الهوية المعلوماتية. الخطوة 7 يجب أن تكون مثبتة في الإصدار الصحيح للجهاز. ثم يتم استخدام البرنامج لتكوين الوحدات وإنشاء تطبيق التحكم.

الاتصال المادي هو المرحلة النهائية من الإعداد الأولي. يجب تشغيل الكابلات من وحدة PLC AI إلى المشغل، وكذلك بين وحدة PLC AO. للحد من الضوضاء التي يمكن أن تتداخل مع الدقة، يجب أن تكون الكابلات آمنة الطرف والواقي، وخاصة لأجهزة استشعار درجة الحرارة. يجب أن تكون جميع الأجهزة موصولة بشكل صحيح، وفقا لمعايير السلامة. التكوين المادي هو أمر بالغ الأهمية، لأنه سوف يشكل الأساس لتكوين البرمجيات.

في الخطوة السابعة، قم بتهيئة تعريف المعلمات

نظرة عامة: خطوات لإنشاء مشروع الخطوة السابعة، إضافة كتل تعريف المعلمات، تكوين المعلمات (Kp Ki Kd Setpoint Input/Output) وإعداد اتصالات الإشارة.

المحتوى:

تقدم الخطوة 7 من سيمنز عددًا من الطرق المختلفة لتكوين ضوابط تعريف المنتج. البرنامج#39 كتلة وظيفية هي الأكثر أهمية.

في الخطوة السابعة، قم بإنشاء مشروع. الخطوة الأولى هي إنشاء مشروع جديد في الخطوة السابعة. وهذا يشمل إعداد هيكل المشروع، وتحديد تكوينات الأجهزة (تحديد نماذج PLC والوحدات المتصلة مثل AI و AO)، فضلا عن إنشاء رموز ومتغيرات للبرنامج. يضمن النهج المنظم أن منطق السيطرة واضح ويساعد على التنظيم.

الخطوة التالية ستكون إضافة كتل تعريف المنتج لبرنامجك سيمنز الخطوة 7 توفر كتل تعريف المنتج في مكتبتها. وعادة ما يتم العثور عليها في القائمة المسماة ' كتل وظيفية أو كتل. يتم تضمين خوارزمية PID في هذه الكتل. إنشاء كتلة التحكم في تعريف الهوية الشخصية أو مثيل في البرنامج الرئيسي. يجب أن يكون للكتلة مدخلات ومخرج متصل. وسيتم ربط هذه في وقت لاحق إلى متغيرات العملية الفعلية، والنقطة المحددة.

تكوين معلمة PID خطوة مهمة. في نافذة المعاملات أو الخصائص لمثيل PID، عادة ما يتم تعيين المكسب النسبي (Kp)، ثابت الوقت المتكامل (Ti)، وكذلك ثابت الوقت المشتق (Td). ولهذه القيم تأثير كبير على أداء وحدة التحكم. زيغلر نيكولز هي طريقة شائعة لتحديد القيم الأولية لـ Kp و Kd و Ki. وهذا ينطوي على قياس فترة التذبذب الحرجة والكسب من المتحكم وحساب قيم Kp و Kd و Ki. يمكن أن تعتمد قيم البدء أيضًا على التطبيق أو التجربة.

كما ينبغي ضبط درجة الحرارة المستهدفة Setpoint (SP) التي يجب أن يحتفظ بها جهاز التحكم في تعريف المعلمات. النقطة المحددة هي درجة الحرارة المستهدفة التي يهدف جهاز التحكم في تعريف المنتج إلى تحقيقها. يمكن تعريف نقاط التحول على أنها ثابتة في البرمجة أو يتم تغييرها ديناميكيًا عن طريق إدخال HMI (واجهة الإنسان -الآلة)، أو عن طريق الاتصال مع نظام آخر.

كما ينبغي توصيل المدخلات المتغيرة للعملية (PV)، وهي درجة الحرارة المقاسة، بمعرف معرفة المعلمات. وحدة الذكاء الاصطناعي هي المكان الذي يأتي منه هذا الإدخال. يستقبل إشارات المستشعر ويحولها إلى قيم رقمية داخل نطاق PLC.

يجب أن يتم توصيل الخرج (الخارج) من وحدة تعريف المعلمات بوحدة الإيواء. سيتم إرسال إشارة الخرج (في كثير من الأحيان قيمة رقمية) من قبل المشغل لتغيير درجة حرارة العملية. يجب أن يتوافق نطاق الخرج مع كل من المواصفات والمتطلبات لوحدة الطيران المدني. إذا كان#39;Auto-Tune" تتوفر ميزة في كتل الخطوة 7 من PID, it&#من المهم أن نرتب هذا هذا سوف يحسب تلقائيا قيم Kp و Kd و Ki بناء على ديناميكيات العملية.

ضبط جهاز التحكم

شرح طريقة زيغلر نيكولز وتقنيات الضبط اليدوي. أيضا، كيفية ضبط Kp و Kd و Ki للحصول على الأداء الأمثل.

المحتوى:

ولا يمثل التشكيل الأولي لبارامترات استبانة البيانات سوى البداية ؛ لتحقيق الأداء الأمثل، يتطلب الضبط الدقيق. يتم تعديل قيم Kp و Kd و Ki للتأكد من أن النظام يستجيب للتغيير، وأنه يصل إلى النقطة المحددة بدقة، ويظل ثابتا، دون تذبذبات، وليس لديه أخطاء حالة ثابتة. طريقة زيغلر نيكولز أو الضبط اليدوي هما المنهجان الرئيسيان.

طريقة زيغلر نيكولز هي منهج تجريبي منهجي يتطلب نظامًا ثابتًا. هذه العملية لها خطوتين. أولا، تحديد الكسب النهائي للنظام (Ku)، ثم الفترة النهائية. المكسب النهائي (Ku) هو أقصى مكسب يعمل عليه النظام بدون تذبذب بعد تغيير الخطوة. للعثور على كو وبو، يتم اختيار قيمة عالية جدا من Kp (المكسب الحرج)، ويتم تعديل النظام يدويا حتى يتأرجح مع فترة ثابتة (Pu). ثم Ku يساوي هذا المكسب الحاسم، و Pu هو فترة هذه التذبذبات. الهدف هو تحقيق استجابة سريعة بما فيه الكفاية لتصحيح الانحرافات ولكن ليس بسرعة كبيرة بحيث تسبب التذبذبات. بمجرد العثور على Kp معقول، يتم تقديم الإجراء المتكامل (Ki) وضبطه للقضاء على أي خطأ حالة ثابتة. وأخيرا، يتم إضافة العمل المشتق (Kd) بحذر، في المقام الأول لتخفيف التذبذبات، وتحسين الاستقرار دون إبطاء كبير الاستجابة. تتطلب هذه العملية التكرارية الصبر والمراقبة الدقيقة للنظام#سلوك 39; في كثير من الأحيان باستخدام الاتجاهات الرسومية التي تعرضها إدارة الهجرة أو في إطار الخطوة 7.

اختبار ومعايرة

مخطط تفصيلي: تشغيل المحاكاة في الخطوة 7، والاختبار العملي مع الأجهزة الحقيقية، وأهمية المعايرة للدقة.

المحتوى:

بعد تهيئة وضبط وحدة تحكم تعريف المنتج ضمن برنامج الخطوة 7، من الضروري اختبار ومعايرة النظام بشكل شامل للتأكد من أنه يعمل على النحو المنشود ويحقق المستوى المطلوب من الدقة.

يمكن إجراء الاختبار في البداية باستخدام أدوات المحاكاة المتاحة في بيئة الخطوة 7. العديد من كتل تعريف المنتج تتضمن قدرات محاكاة تسمح لك باختبار منطق التحكم دون اتصال. يمكنك تطبيق محاكاة تغييرات نقطة محددة أو اضطرابات تحميل ومراقبة النظام#استجابة على الاتجاهات الرسومية المعروضة في الخطوة 7 الراحة أو برنامج WinCC الراحة. تساعد مرحلة المحاكاة هذه على تحديد أخطاء البرمجة المحتملة، والتحقق من معلمات الضبط، وفهم النظام#سلوك 39 قبل توصيل الأجهزة الحية. في حين أن المحاكاة قيمة، فإنه لا يمكن تكرار الديناميكيات وغير الخطية المحتملة للعملية الحقيقية بشكل كامل.

الخطوة الحاسمة التالية هي الاختبار العملي مع الإعداد الفعلي للأجهزة. بمجرد أن يتم توصيل النظام ماديا وتشغيل PLC منطق التحكم المبرمج، يجب عليك مراقبة أدائها في ظل ظروف تشغيل حقيقية. طبِّقوا النقطة المحددة ولاحظوا كيف تستجيب الحرارة. التحقق من الاستقرار، والتجاوز، ووقت الترسيب (الوقت الذي يستغرقه بقاء درجة الحرارة ضمن نطاق محدد حول النقطة المحددة)، وخطأ الحالة الثابتة. قم بوضع اضطرابات مضبوطة، إن أمكن، لمعرفة كيف يتعافى النظام. مقارنة الاستجابة الفعلية بنتائج المحاكاة وإجراء المزيد من التعديلات الدقيقة على بارامترات استبانة المعلومات الشخصية عند الضرورة. هذا الاختبار المتكرر وعملية الضبط أمر حيوي لتحقيق ضبط درجة الحرارة موثوقة وفعالة.

المعايرة هي الخطوة الحاسمة الأخيرة، مما يضمن دقة نظام القياس. وتضمن المعايرة الدقيقة استجابة وحدة التحكم في تعريف المعلمات لقيم درجة الحرارة الصحيحة، مما يؤدي إلى أداء تحكم موثوق به.

استكشاف الأخطاء وإصلاحها والصيانة

الخطوط العريضة: القضايا المشتركة (عدم الاستقرار، التذبذب، الاستجابة البطيئة، الإزاحة) وأسبابها، نصائح الصيانة المنتظمة، واعتبارات السلامة.

حتى مع التهيئة والضبط المتأنيين، يمكن أن تواجه أنظمة التحكم في درجة الحرارة في تحديد الهوية الشخصية مشاكل. يعتبر التعرف على المشكلات الشائعة وأسبابها المحتملة أمرًا ضروريًا لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها بشكل فعال. وغالبا ما ينطوي استكشاف الأخطاء وإصلاحها على فحص منهجي للأجهزة، وتكوين البرامج، وضبط المعلمات.