چگونه می توان یک منطقه Platen را که دارای دمای ناپایدار فقط در یک تنظیم PID خاص است تشخیص داد؟

یک منطقه گرمایش روی صفحه در نقطه تنظیم معمولی خود پایدار است. هنگامی که نقطه تنظیم 50 درجه افزایش می یابد، به عنوان یک اصلاح در دستور فرآیند، دما در یک موج منظم و ریتمیک شروع به نوسان می کند. بخاری سالم است شرور یک حلقه کنترل PID است که برای یک دینامیک حرارتی خاص تنظیم شده است و در برخی از نقاط عملیاتی دیگر ناپایدار شده است، معمولاً به این دلیل که یک تنظیم مشتق اکنون برای واکنش جدید و کندتر سیستم بسیار تهاجمی است.

Setpoint{0}}ماهیت وابسته ناپایداری
کنترل‌کننده PID (متناسبی-انتگرال-مشتق) در پخت کامپوزیت، لمینیت یا سایر فرآیندهای حرارتی در سیستم‌های صفحه گرم برای حفظ دمای ثابت استفاده می‌شود. معمولاً پارامترهای کنترل‌کننده (Kp، Ki، Kd) در یک حالت عملیاتی واقع‌بینانه تنظیم می‌شوند. با این حال، اگر نقطه تنظیم به اندازه کافی تغییر کند (به عنوان مثال از 120 درجه به 180 درجه)، صفحه و بار از نظر حرارتی متفاوت عمل می کنند. تغییرات عمده در نقاط تنظیم بالاتر:

اختلاف دما بین صفحه و هوای اطراف بیشتر است و در نتیجه گرمای بیشتری به محیط اطراف تلف می شود.

پاسخ جرم حرارتی متفاوت به عنوان صفحه ضخیم و ابزار، انرژی بیشتری را قبل از تثبیت دما جذب می کند

ثابت های زمانی مختلف گرمایش و سرمایش

یک حلقه PID که در نقطه تنظیم پایین تر کاملاً پایدار بود می تواند در نقطه تنظیم بالاتر ناپایدار شود. نوسان معمولاً یک موج سینوسی منظم در حدود نقطه تنظیم با مدت زمان از ثانیه تا دقیقه است. دامنه ممکن است رشد کند یا ثابت بماند. بخاری و سنسور دما هر دو سالم کار می کنند، عیب کاملا در روش کنترل است.

علت اصلی: واکنش بیش از- عبارت مشتق به نویز
خطای صفحه تنظیم PID خاص ناپایدار تقریباً همیشه یک تنظیم مشتق بسیار تهاجمی (Kd) است. عبارت مشتق از یک کنترل کننده PID بر روی شیب سیگنال خطا عمل می کند. (یعنی نرخ تغییر) سرعت حرکت دما را اندازه گیری می کند تا خطای آینده را پیش بینی کند. اگر عملکرد مشتق به طور مناسب کالیبره شود، پایداری را بهبود می بخشد و بیش از حد را کاهش می دهد.

اما عملکرد مشتق ذاتاً در برابر نویز با فرکانس{0} بالا آسیب پذیر است. سیگنال‌های دمای واقعی دارای نوسانات متوسط ​​و طبیعی ناشی از نویز الکتریکی، محدودیت‌های وضوح حسگر و تغییرات جزئی در گرمایش هستند. اگر مقدار مشتق به درستی مشخص شود، این نویز نادیده گرفته می شود. یک تنظیم مشتق که بیش از حد تهاجمی است (Kd خیلی زیاد) تمایل به تقویت نویز دارد و باعث می شود که کنترلر تنظیمات سریع و قابل توجهی را در خروجی برق انجام دهد. این تغییرات سپس باعث افزایش بیش از حد دما می‌شود و عبارت مشتق دوباره به آن واکنش نشان می‌دهد و یک نوسان دائمی ایجاد می‌کند.

نوسان تمایل دارد در یک نقطه تنظیم خاص رخ دهد زیرا:

در نقطه تنظیم پایین تر، واکنش کندتر صفحه (به دلیل کاهش اتلاف حرارت) به طور طبیعی نوسانات را خنثی می کند.

در نقاط تنظیم بالاتر، سیستم به دلیل تلفات حرارتی سریعتر و اینرسی حرارتی متفاوت، مستعد نوسانات توان ناشی از مشتق است.

کنترل کننده به شدت به هر موج حرارتی کوچک واکنش نشان می دهد و به لمس ملایم تر و کمتر مشتاقانه نیاز دارد.

روش تشخیصی: مشتق به عنوان علت
روش تشخیصی گام به گام زیر با پرس در شرایط کارکرد ایمن انجام می شود. نیازی به تعویض سخت افزاری نیست.

مرحله 1: نوسان را تماشا کرده و یادداشت کنید
روند دمای منطقه آسیب دیده روی نمایشگر کنترل کننده یا سیستم نظارتی کارخانه نشان داده می شود. صفات زیر ذکر شده است:

نقطه تنظیمی که در آن نوسان رخ می دهد (به عنوان مثال 180 درجه)

زمان بین پیک ها (دوره نوسان، به عنوان مثال. 30 ثانیه)

دامنه (اوج-تا-نوسان اوج، به عنوان مثال، ± 5 درجه)

الگوی خروجی برق (درصد خروجی کنترلر را بررسی کنید، اگر خروجی در فاز با دما نوسان می کند، مشکل حلقه کنترل است)

مرحله 2: سلامت هیتر و سنسور را بررسی کنید
خطاهای سخت افزاری قبل از تنظیم پارامترهای PID به شرح زیر حذف می شوند:

ترموکوپل را از نظر وجود اتصالات شل یا قرائت های پراکنده (همانطور که در دستورالعمل های قبلی ذکر شده است) بررسی کنید. نویز را می توان با یک ترموکوپل شل تزریق کرد و با عبارت مشتق تقویت کرد.

کنتاکتور یا رله حالت جامد (SSR) هیتر برای سوئیچینگ صحیح بررسی می شود. قوس یا چسبندگی وجود ندارد.

کنترلر توسط یک منبع تغذیه پایدار (بدون نوسانات ولتاژ) تغذیه می شود.

اگر سخت افزار خوب باشد، خطا خطای نرم افزاری است.

مرحله 3: تنظیم مشتق (Kd) را کاهش دهید
مقدار مشتق معمولاً بر حسب ثانیه (زمان مشتق، Td) یا به عنوان ضریب افزایش بدون بعد داده می شود. سازندگان مختلف کنترلرها از نمادهای متفاوتی استفاده می کنند. تصحیح تجربی زیر انجام می شود:

مقدار فعلی Kd را ضبط کنید (مثلاً. 60 ثانیه).

Kd را به نصف کاهش دهید (مثلاً. 30 ثانیه) این یک کاهش ایمن و محافظه کارانه است و یک حلقه{2}}خوب تنظیم شده را بی ثبات نمی کند، اما حلقه تهاجمی بیش از حد را خاموش می کند.

پاسخ دما را در نقطه تنظیم بد برای حداقل 5-10 ثابت زمانی (مثلاً{2}} دقیقه) تماشا کنید.

اگر نوسان کاهش یابد یا دامنه آن بسیار کاهش یابد، اصطلاح مشتق مقصر بوده است. اگر نوسان باقی بماند، Kd بیشتر کاهش می یابد (مثلاً{2}} ثانیه) یا روی صفر تنظیم می شود (مشتق خاموش). یک حلقه بدون مشتق (فقط PI) طبیعتاً پایدار است اما می تواند واکنش کندتر و افزایش بیش از حد داشته باشد.

مرحله 4: اگر کاهش Kd مشکل را حل کرد، حلقه را دوباره بهینه کنید
برای بسیاری از عملیات یک مقدار مشتق کاهش یافته دائمی قابل قبول است. با این حال، برای بهترین عملکرد (واکنش سریع با بیش از حد کم)، حلقه PID باید دوباره تنظیم شود، به خصوص در نقطه تنظیم مشکل.

دو انتخاب وجود دارد:

عملکرد تنظیم خودکار کنترلر را در نقطه تنظیم بالاتر جدید اجرا کنید. بیشتر کنترل‌کننده‌های PID کنونی قابلیت تنظیم خودکار (یا «-تطبیق خودکار) را ارائه می‌کنند که به‌طور خودکار Kp، Ki و Kd بهینه را با تحریک سیستم با تغییر مرحله و ارزیابی واکنش تعیین می‌کند. تنظیم خودکار زمانی شروع می شود که صفحه ثابت و سرد باشد.

تنظیم مجدد دستی با مجموعه ای از تنظیمات پایدار محافظه کارانه که در کل محدوده تعیین شده پیش بینی شده کار می کند. تنظیم دستی تنظیم با تغییر پارامترها در یک دنباله سیستماتیک است (معمولاً ابتدا P، سپس I و سپس D). برای سیستم‌های ضخیم-صفحه‌ای با جرم حرارتی زیاد، عمل مشتق معمولاً مورد نیاز نیست. یک-کنترل کننده PI به خوبی تنظیم شده (Kd=0) پایدار و کافی است.

دقت فنی: مشتق و تقویت نویز
از نظر ریاضی، عمل مشتق مربوط به شیب سیگنال دما در یک پنجره زمانی محدود است. اگر سیگنال نویز فرکانس بالایی داشته باشد (مثلاً نوسانات 0.2 درجه در هر ثانیه)، مشتق آن نویز می تواند قابل توجه باشد (مثلاً. 10 درجه / ثانیه). وقتی در یک مقدار Kd بزرگ ضرب شود، این منجر به تغییرات قابل توجه و سریع در خروجی کنترلر می شود. سپس بخاری با روشن و خاموش شدن سریع واکنش نشان می دهد و باعث تغییرات دما بیشتر می شود - یک حلقه بازخورد مثبت.

به همین دلیل است که نوسانات ناپایدار معمولاً فرکانس بالایی دارند (کوچکتر از ثابت زمانی حرارتی طبیعی سیستم). یک مشتق به درستی تنظیم شده نویز را نادیده می گیرد:

افزایش به اندازه کافی کم است که تغییرات ناشی از نویز در خروجی جزئی باشد، یا

•صاف کردن سیگنال دما قبل از تمایز با فیلتر مشتق (فیلتر پایین{0}}). اکثر کنترلرها تنظیماتی به نام «ثابت زمان فیلتر مشتق» دارند.

یکی دیگر از گزینه‌های غیر تهاجمی، روشن کردن فیلتر مشتق (اگر قبلاً روشن نیست) است، اگر کنترل‌کننده آن را فعال کند.

مرحله 5: پارامترهای جدید را برای تمام نقاط تنظیم بررسی کنید
سپس مشتق تنظیم می‌شود، یا حلقه دوباره تنظیم می‌شود، و منطقه در نقطه تنظیم اولیه (جایی که پایدار بود) و در یک یا چند نقطه تنظیم متوسط ​​ارزیابی می‌شود. پاسخ باید در همه جا ثابت باشد. اگر حلقه کند باشد (آهسته برای رسیدن به نقطه تنظیم) در نقاط تنظیم پایین تر، مصالحه قابل تحمل است زیرا پایداری اغلب بر سرعت در عملیات پخت ضروری ترجیح داده می شود. کنترل کننده همچنین ممکن است مجموعه های متعددی از پارامترهای PID داشته باشد و به طور خودکار بین آنها بر اساس نقطه تنظیم (زمان بندی افزایش) انتقال یابد. این یک ویژگی پیچیده است که برخی از کنترل‌کننده‌های{4} دمای بالا از آن برخوردارند.

مثال عملی: پایدار در 120 درجه، ناپایدار در 180 درجه
یک صفحه فولادی با ضخامت 300 میلی متر برای پخت پانل های زره ​​کامپوزیت استفاده می شود. صفحه در 120 درجه با پارامترهای PID P=5.0، I=200 s، D=60 s پایدار است. هنگامی که نقطه تنظیم به 180 درجه افزایش می یابد، دما با دامنه 6± درجه و دوره 40 ثانیه نوسان می کند. توان خروجی هر 20 ثانیه از 0٪ تا 100٪ تغییر می کند. روی ترموکوپل و بخاری چک می شود که آیا کار می کنند یا خیر.

تشخیص: زمان مشتق (60 ثانیه) برای دینامیک حرارتی کندتر در 120 درجه تنظیم شد. این سیستم به دلیل تلفات حرارتی سریعتر در 180 درجه حساس تر است و اصطلاح مشتق بیش از حد واکنش نشان می دهد.

عمل: Kd از 60 ثانیه به 25 ثانیه کاهش می یابد. نوسان متوقف می شود و دما در 180 درجه با یک ماورایی کوچک (3 درجه) و بدون دوچرخه سواری طولانی پایدار است. سپس تنظیم خودکار در 180 درجه تکرار می شود که پارامترهای جدید را می دهد: P=4.2، I=180 s، D=18 s. پارامترهای تجدید نظر شده در 120 درجه و 180 درجه پایدار هستند.

بهترین روش ها برای تنظیم PID: جلوگیری از تکرار
تنظیم در بالاترین نقطه تنظیم مورد انتظار - اگر یک فرآیند دارای نقاط تنظیم متعددی است، حلقه را در بالاترین نقطه تنظیم کنید. آنجاست که به احتمال زیاد ناپایدار می شود.

از مقادیر مشتق محافظه‌کار استفاده کنید - برای سیستم‌های بزرگ و از نظر حرارتی کند (صفحه‌های بزرگ) عملکرد مشتق اغلب مورد نیاز نیست یا بسیار پایین تنظیم می‌شود. در بسیاری از صنایع، کنترل PI به تنهایی عالی عمل می کند.

فعال کردن فیلتر مشتق - اگر کنترلر قادر به انجام این کار باشد، یک فیلتر مشتق اختیاری (به عنوان مثال با ثابت زمانی 2-5 ثانیه) حساسیت به نویز را کاهش می دهد.

پارامترهای PID سند برای هر دستور غذا - برخی از کنترل‌کننده‌های پیشرفته اجازه می‌دهند مجموعه‌های PID جداگانه برای هر دستور غذا ذخیره و به خاطر بسپارند. هنگامی که نقطه تنظیم تغییر می کند، مجموعه مربوطه به طور خودکار بارگیری می شود.

انجام خودکار تنظیم دوره ای خواص حرارتی صفحه ممکن است در طول زمان به دلیل رسوب گیری، رانش سنسور یا تغییرات بار (مثلاً قالب های ضخیم تر) تغییر کند. هر سال یک تنظیم خودکار دوباره-حلقه را کالیبره می‌کند.

نتیجه: نرم افزار درمان است، نه جایگزین سخت افزار
نوسان دما در یک نقطه تنظیم معین یک مشکل حلقه کنترل معمولی است که در نرم افزار مدیریت می شود. راه حل آسان است، پارامترهای PID را تغییر دهید نه سخت افزار. محتمل ترین توضیح برای ناپایدار شدن یک ناحیه صفحه ای فقط در دمای بیشتر یا پایین تر عبارت مشتق (Kd) است. بهره مشتق بیش از حد نویز حرارتی طبیعی را تشدید می کند و کنترل کننده را مجبور به واکنش بیش از حد و وادار کردن سیستم به نوسانات مداوم می کند. این معمولاً ممکن است به سرعت با کاهش مشتق (معمولاً به نصف) یا خاموش کردن آن به طور کامل برطرف شود. برای راه‌حل محکم‌تر و طولانی‌مدت‌تر، روش تنظیم خودکار در نقطه تنظیم مشکل‌ساز دوباره اجرا می‌شود یا حلقه به‌طور دستی با استفاده از مقادیر محافظه‌کاری که در کل محدوده کاری ثابت می‌مانند، دوباره تنظیم می‌شود.

پیچیده ترین ماشین از یک قانون ریاضی ساده پیروی می کند که می توان آن را تنظیم کرد. هنگامی که با کنترل صفحه داغ سروکار داریم، اصطلاح مشتق شده ابزاری قوی و در عین حال ظریف است. دمای صفحه زمانی که بیش از حد تهاجمی می شود شروع به رقصیدن به آهنگی ناخواسته می کند. راه حل فقط پایین آوردن "D" و اجازه دادن به سیستم است.