Hogyan lehet diagnosztizálni az instabil hőmérsékletű lemezzónát csak egy adott PID-beállítás mellett?

A lapon lévő fűtési zóna normál alapértékén stabil. Amikor az alapjelet 50 fokkal megnövelik, a folyamat receptjének módosításaként a hőmérséklet szabályos, ritmikus hullámban kezd oszcillálni. A fűtés rendben van. A gazember egy PID szabályozó hurok, amelyet egy adott termikus dinamikához igazítottak, és instabillá vált egy másik működési ponton, általában azért, mert a derivált beállítás most túl agresszív a rendszer új, lassabb reakciójához.

Az alapérték-az instabilitás függő természete
A PID (arányos-integrális-származék) vezérlőt kompozit térhálósítási, laminálási vagy egyéb termikus folyamatokban használják fűtött lemezrendszerekben az állandó hőmérséklet fenntartása érdekében. A vezérlőparaméterek (Kp, Ki, Kd) jellemzően valósághű működési állapotra vannak hangolva, általában közép-tartományban. Ha azonban az alapjelet kellő mértékben módosítják (pl. 120 fokról 180 fokra), akkor a nyomólap és a terhelés termikusan eltérően viselkedik. Főbb eltérések magasabb beállítási pontoknál:

A lemez és a környező levegő közötti hőmérséklet-különbség nagyobb, így több hőt veszít a környezet.

Különböző termikus tömegreakció, mivel a vastag lemez és a szerszámok több energiát nyelnek el, mielőtt a hőmérséklet stabilizálódik

A fűtés és hűtés különböző időbeli állandói

Az alacsonyabb alapjelnél teljesen stabil PID hurok magasabb alapjelnél instabillá válhat. Az oszcilláció általában egy szabályos szinuszos hullám az alapjel körül, másodpercek és percek közötti időtartammal. Az amplitúdó nőhet vagy változatlan maradhat. A fűtés és a hőmérséklet érzékelő is rendben működik, a hiba teljes mértékben a szabályozási módban van.

Kiváltó ok: A származékos kifejezés túlzott-reakciója a zajra
Az instabil hőmérséklet-specifikus PID beállítási nyomólemez hiba szinte mindig rendkívül agresszív derivált beállítás (Kd). A PID szabályozó derivált tagja a hibajel meredekségén hat. (azaz a változás mértéke) Méri a hőmérséklet mozgási sebességét, hogy előre jelezze a jövőbeli hibát. Ha a derivált hatás megfelelően van kalibrálva, az javítja a stabilitást és csökkenti a túllövést.

A származékos művelet azonban alapvetően érzékeny a magas{0}}frekvenciás zajokra. A valós hőmérsékleti jelek szerény, természetes ingadozást mutatnak az elektromos zajból, az érzékelők felbontási korlátaiból és a fűtés enyhe változásaiból. Ezt a zajt figyelmen kívül hagyja, ha a derivált értéke helyesen van megadva. A túl agresszív derivált beállítás (Kd túl magas) hajlamos felerősíteni a zajt, és a vezérlőt jelentős gyorsasággal módosítja a kimeneti teljesítményen. Ezek a módosítások azután a hőmérséklet túllépését okozzák, és a származékos tag erre ismét túlreagál, tartós oszcillációt okozva.

Az oszcilláció egy bizonyos alapértéken fordul elő, mivel:

Alacsonyabb alapértékeken a lap lassabb reakciója (a csökkent hőveszteség miatt) természetesen csillapítja az oszcillációkat.

Magasabb alapértékeken a rendszer érzékenyebb a derivált okozta teljesítmény-ingadozásokra a gyorsabb hőveszteség és az eltérő hőtehetetlenség miatt.

A vezérlő félelmetesen túlreagálja minden kis hőhullámot, és gyengédebb, kevésbé lelkes érintésre van szüksége.

Diagnosztikai eljárás: A származék, mint ok
A következő lépésről{0}}-lépésre vonatkozó diagnosztikai módszert biztonságos, működőképes présgéppel hajtjuk végre. Hardvercsere nem szükséges.

1. lépés: Figyelje meg és írja le az oszcillációt
Az érintett zóna hőmérsékleti trendje megjelenik a vezérlő kijelzőjén vagy az üzem felügyeleti rendszerén. A következő tulajdonságok figyelhetők meg:

Alapjel, amelynél az oszcilláció fellép (pl. 180 fok)

A csúcsok közötti idő (oszcillációs periódus, pl. . 30 másodperc)

Amplitúdó (csúcstól -csúcsig -ingadozás, pl. ± 5 fok)

A kimeneti teljesítmény mintája (ellenőrizze a vezérlő %-os kimenetét, ha a kimenet a hőmérséklettel fázisban oszcillál, akkor ez szabályozó hurok probléma)

2. lépés: Ellenőrizze a fűtőelem és az érzékelő állapotát
A hardverhibákat a PID paraméterek következő hangolása előtt kizárjuk:

Ellenőrizze a zóna hőelemét, hogy nincsenek-e laza csatlakozások vagy szórványos leolvasások (a korábbi utasítások szerint). A zajt egy laza hőelem fecskendezheti be, és erősítheti a derivált kifejezéssel.

A fűtőelem kontaktorja vagy szilárdtest relé (SSR) ellenőrzése megtörtént a megfelelő kapcsolás szempontjából. Nincs ívelés vagy ragadás.

A vezérlőt stabil áramforrás táplálja (nincs feszültségingadozás).

Ha a hardver jó, a hiba szoftverhiba.

3. lépés: Csökkentse a származékos beállítást (Kd)
A derivált értékét általában másodpercben (derivált idő, Td), vagy dimenzió nélküli erősítési tényezőként adjuk meg. A vezérlők különböző gyártói eltérő jelöléseket használnak. A következő empirikus korrekciót hajtjuk végre:

Jegyezze fel az aktuális Kd értéket (pl. . 60 mp).

Csökkentse a Kd-t felére (pl. . 30 másodperc) Ez egy biztonságos, konzervatív csökkentés, és nem destabilizálja a jól-hangolt hurkot, de elcsendesíti a túlagresszív ciklust.

Legalább 5-10 időállandóig (pl. . 10-20 perc) figyelje a hőmérséklet-választ a rossz alapjel mellett.

Ha az oszcilláció csökken, vagy nagymértékben lecsökken az amplitúdója, akkor a származékos tag volt a bűnös. Ha az oszcilláció megmarad, a Kd tovább csökken (pl. . 15 másodperc) vagy nullára állítja (derivált kikapcsolva). A derivált nélküli hurok (csak PI) természeténél fogva stabil lesz, de lassabb reakciója és megnövekedett túllövése lehet.

4. lépés: Ha a Kd csökkentése megoldja a problémát, módosítsa újra a hurkot
Sok műveletnél elfogadható a tartósan csökkentett derivált érték. Azonban a legjobb teljesítmény érdekében (gyors reakció kis túllövéssel) a PID hurkot újra kell hangolni, különösen a problémás alapjelnél.

Két választási lehetőség létezik:

Futtassa a vezérlő automatikus hangolás funkcióját az új magasabb alapjelen. A legtöbb jelenlegi PID-szabályozó automatikus hangolási (vagy "auto-adapt") képességgel rendelkezik, amely automatikusan meghatározza az optimális Kp-t, Ki-t és Kd-t úgy, hogy lépésváltással gerjeszti a rendszert, és kiértékeli a reakciót. Az automatikus hangolás akkor indul el, ha a lemez stabil és hideg.

Kézi újrahangolás konzervatív, stabil beállításkészlettel, amely a teljes előre jelzett alapjel-tartományban működik. A kézi hangolás a paraméterek szisztematikus sorrendben történő változtatásával történő hangolás (általában először P, majd I, majd D). A nagy hőtömegű vastag, -lemezrendszereknél általában nincs szükség származékos műveletre; a jól beállított PI vezérlő (Kd=0) stabil és megfelelő.

Műszaki pontosság: származékos és zajerősítés
Matematikailag a derivált művelet megfelel a hőmérsékleti jel meredekségének egy korlátozott időablakon keresztül. Ha a jelnek nagy frekvenciájú zaja van (pl. ±0,2 fokos oszcilláció másodpercenként), akkor ennek a zajnak a deriváltja jelentős lehet (pl. . 10 fok/másodperc). Ha megszorozzuk egy nagy Kd értékkel, ez jelentős, gyors változásokhoz vezet a vezérlő kimenetében. Ezután a fűtőelem gyors be- és kikapcsolással reagál, ami nagyobb hőmérséklet-változásokat okoz – pozitív visszacsatolási hurok.

Ez az oka annak, hogy az instabil rezgések általában sajátosan magas frekvenciájúak (kisebbek, mint a rendszer természetes termikus időállandója). A megfelelően beállított derivált figyelmen kívül hagyja a zajt:

Elég alacsony erősítés ahhoz, hogy a kimenet zaj{0}}indukált változásai csekélyek legyenek, vagy

•a hőmérsékleti jel simítása a differenciálás előtt derivált szűrővel (aluláteresztő szűrővel). A legtöbb vezérlőnek van egy "derivatív szűrő időállandója" nevű beállítás.

Egy másik nem-invazív lehetőség a származékos szűrő bekapcsolása (ha még nincs bekapcsolva), ha a vezérlő engedélyezi.

5. lépés: Ellenőrizze az összes alapjel új paramétereit
Ezt követően a derivált beállítása, vagy a hurok újrahangolása megtörténik, és a zóna kiértékelése a kezdeti alapjelen (ahol stabil volt) és egy vagy több közbenső alapértéken történik. A válasznak mindenhol határozottnak kell lennie. Ha a hurok lomha (lassan éri el az alapjelet) alacsonyabb alapértékeken, megengedhető a kompromisszum, mert a stabilitást gyakran előnyben részesítik a sebességgel szemben az alapvető kikeményítési műveleteknél. A szabályozó számos PID-paraméterkészlettel is rendelkezhet, és az alapjel alapján automatikusan vált át közöttük (erősítési ütemezés). Ez egy olyan kifinomult funkció, amellyel a csúcskategóriás-hőmérséklet-szabályozók rendelkeznek.

Gyakorlati példa: 120 fokon stabil, 180 fokon instabil
A kompozit páncéllemezek kikeményítésére 300 mm vastag acéllemezt használnak. A lemez 120 fokban stabil P=5.0, I=200 s, D=60 s PID paraméterekkel. Amikor az alapjelet 180 fokra növeljük, a hőmérséklet ±6 fokos amplitúdóval és 40 másodperces periódussal ingadozik. A kimeneti teljesítmény 20 másodpercenként változik 0% és 100% között. A hőelemen és a fűtőelemen ellenőrizzük, hogy működnek-e.

Diagnózis: A lassabb termikus dinamika deriválási idejét (60 s) 120 fokon állítottuk be. A rendszer érzékenyebb a gyorsabb hőveszteség miatt 180 fokon, és a derivált tag túlreagál.

Művelet: Kd 60 s-ról 25 s-ra csökken. Az oszcilláció megszűnik, és a hőmérséklet stabilan 180 fokon áll, kis túllövés mellett (3 fok), és nincs hosszabb kerékpározás. Ezután az automatikus hangolás 180 fokban megismétlődik, ami új paramétereket ad: P=4.2, I=180 s, D=18 s. A felülvizsgált paraméterek 120 fokban és 180 fokban stabilak.

A PID-hangolás legjobb gyakorlatai: Az ismétlődések megelőzése
Hangolás a legmagasabb elvárt alapjelre - Ha egy folyamatnak számos alapjele van, hangolja a hurkot a legmagasabbra. Ott a legvalószínűbb, hogy instabillá válik.

Használjon konzervatív derivált értékeket - Nagy, termikusan lomha rendszerek esetén (nagy lemezek) gyakran nincs szükség derivatív műveletre, vagy nagyon alacsonyra van állítva. Sok iparágban a PI-vezérlés önmagában is nagyszerűen működik.

Derivatív szűrés engedélyezése – Ha a vezérlő képes erre, egy opcionális derivált szűrő (pl. 2-5 másodperces időállandóval) csökkenti a zajérzékenységet.

Dokumentálja az egyes receptekhez tartozó PID-paramétereket - Egyes fejlett vezérlők lehetővé teszik külön PID-készletek tárolását és emlékezését minden egyes recepthez. Az alapjel megváltoztatásakor a megfelelő beállítás automatikusan betöltődik.

Időszakos automatikus hangolás végrehajtása A nyomólap termikus tulajdonságai idővel változhatnak a szennyeződés, az érzékelő eltolódása vagy a terhelés változása miatt (pl. vastagabb formák). Minden évben egy automatikus hangolás{3}}újrakalibrálja a hurkot.

Következtetés: A szoftver a gyógymód, nem a hardvercsere
A hőmérsékletingadozás egy adott alapjelnél tipikus szabályozóköri probléma, amelyet szoftveresen kezelnek. A megoldás egyszerű, a PID paramétereket változtassa meg, ne a hardvert. A legvalószínűbb magyarázat arra, hogy a lemezzóna csak magasabb vagy alacsonyabb hőmérsékleten válik instabillá, a derivált tag (Kd). A túlzott derivált erősítés felerősíti a természetes termikus zajt, és túlzott reakcióra kényszeríti a vezérlőt, és tartós oszcillációra kényszeríti a rendszert. Ezt általában azonnal meg lehet oldani a derivált csökkentésével (általában felére), vagy teljesen kikapcsolva. A szilárdabb, -hosszú távú megoldás érdekében az automatikus hangolási eljárást a problémás beállítási ponton újra lefuttatják, vagy a hurkot manuálisan újrahangolják konzervatív értékekkel, amelyek a teljes munkatartományban stabilak maradnak.

A legkifinomultabb gép egy egyszerű, hangolható matematikai törvénynek engedelmeskedik. A fűtőlap-vezérléssel kapcsolatban a származékos kifejezés erős, de kényes eszköz. A lemez hőmérséklete elkezd táncolni egy nem kívánt dallamra, amikor az túl agresszív lesz. A javítás csak annyi, hogy leengedi a "D"-t, és hagyja, hogy a rendszer rendeződjön.