راهنمای تنظیم سیستم کنترل PID برای حلقه های کنترل تبرید و HVAC

یک یخچال فریزر با تنظیم دمای منفی 18 درجه سانتیگراد که بین منفی 15 تا منفی 20 حرکت می کند، چرخش کوتاه کمپرسور و یخ زدن یک انتهای اواپراتور، معمولاً مبرد ندارد. کنترل خوبی ندارد. سیستم کنترل PID تصمیم می‌گیرد که شیر انبساط چقدر باز شود، چه زمانی شیر برقی خط مایع بسته می‌شود و پس از باز ماندن درب چقدر سریع اتاق بازیابی می‌شود. هیچ تنظیم شارژ حلقه ای را که در حال مبارزه است، برطرف نمی کند.

ابتدا پاسخ کوتاه یک سیستم کنترل PID یک کنترل کننده حلقه بسته است که یک مقدار اندازه گیری شده را با یک هدف مقایسه می کند و تفاوت را با استفاده از سه عبارت وزن دار اصلاح می کند: متناسب، انتگرال و مشتق. در کار تبرید و تهویه مطبوع، محاسبات بخش ساده است. چیزی که تعیین می کند که آیا حلقه هدف خود را حفظ می کند یا خیر، سنسور، محرک، و اینکه آیا تنظیم با اینرسی حرارتی بار مطابقت دارد یا خیر.

چگونه یک سیستم کنترل PID یک خطا را تصحیح می کند

هر حلقه دنباله یکسانی را اجرا می کند. کنترلر متغیر فرآیند را می خواند، آن را از نقطه تنظیم کم می کند تا خطا را دریافت کند، سه عبارت را محاسبه می کند، آنها را با هم جمع می کند و نتیجه را به یک عنصر کنترلی نهایی ارسال می کند. عنصر عمل می کند، فرآیند پاسخ می دهد، سنسور گزارش می دهد و چرخه تکرار می شود. تایمری که یک کمپرسور را به مدت ده دقیقه کار می‌کند و به مدت پنج دقیقه به آن استراحت می‌دهد هیچ‌یک از این کارها را انجام نمی‌دهد، به همین دلیل است که کنترل حلقه باز نمی‌تواند یک اتاق را از طریق بار در حال تغییر نگه دارد.

سه اصطلاح و آنچه که هر کدام رفع می کنند

اقدام متناسب

اقدام متناسب یک خروجی متناسب با خطای فعلی تولید می کند. اگر اتاق 2 K بالاتر از نقطه تنظیم قرار گیرد و بهره به گونه ای تنظیم شود که هر کلوین یک دریچه تعدیل کننده را 8 درصد باز کند، شیر به 16 درصد می رسد. این اصطلاح بیشتر کار را در حین کشش به پایین انجام می دهد.

به تنهایی نمی تواند کار را تمام کند. همانطور که اتاق به نقطه تنظیم نزدیک می شود، خطا کاهش می یابد، و خروجی با آن کوچک می شود، تا زمانی که موقعیت سوپاپ دقیقاً بار را متعادل کند. این نقطه تعادل از نقطه تنظیم فاصله دارد و به آن آفست یا خطای حالت پایدار می گویند. فقط کنترل متناسب اغلب 1 تا 2 K از هدف ته نشین می شود، که برای خنک کننده راحت قابل تحمل است و نه برای فریزر انفجاری.

اقدام یکپارچه

عمل انتگرال خطا را در طول زمان جمع می‌کند و به فشار ادامه می‌دهد تا زمانی که این مجموع رشد نکند، که افست را حذف می‌کند. هزینه آن زمان است و اگر به طور تهاجمی تنظیم شود، بیش از حد است. وقتی مجموع در دوره‌ای جمع می‌شود که خروجی نمی‌تواند پاسخ دهد، مانند قفل یخ‌زدایی، خروجی را در لحظه‌ای که lockout پاک می‌شود، به سختی هدایت می‌کند. این یک جمع‌آوری جدایی‌ناپذیر است و یکی از دلایل رایج افزایش بیش از حد 5 کیلویی فروشگاه پس از یخ‌زدایی است.

اقدام مشتق

کنش مشتق به نرخ تغییر خطا پاسخ می‌دهد، که حلقه‌ای را که تمایل به بیش‌پریشی دارد، می‌کند. همچنین به نویز حسگر واکنش نشان می‌دهد، زیرا یک مبدل فشار که در هر دوره نمونه‌برداری 0.2 بار می‌چرخد، به نظر نرخ تغییر بسیار سریعی است. اکثر کنترل‌کننده‌های تبرید عبارت مشتق را به جای خطا بر روی متغیر فرآیند اعمال می‌کنند و آن را با یک فیلتر یک تا سه ثانیه‌ای جفت می‌کنند. در جایی که تأخیر حمل و نقل غالب است، که بیشتر مدارها است، مشتق در صفر باقی می ماند و به جای آن از یک حلقه PI استفاده می شود.

یک مثال عینی یک دریچه انبساط الکترونیکی که سوپرهیت را در 5 تا 8 K نگه می دارد، برای ردیابی بار و عملکرد یکپارچه برای پاک کردن خطای ایستادن متکی است. اگر سوپرگرم بین 2 K و 15 K نوسان کند، اصطلاح مشتق به ندرت مقصر است. زمان پاسخ سنسور و وضوح مرحله سوپاپ معمولاً هستند.

شیر انبساط حرارتی برای کنترل حرارت تبرید دریچه فشرده برنجی یا فولادی ضد زنگ با سوپرگرمای ساکن 0 تا 8 درجه سانتی گراد برای کاربردهای تبرید تجاری و صنعتی. مشاهده محصول →

روش های تنظیم و اعداد واقعی

تنظیم جایی است که تئوری با گیاه ملاقات می کند. سه رویکرد بیشتر کار را پوشش می دهد.

1. تنظیم دستی عبارت های انتگرال و مشتق را صفر کنید، بهره متناسب را افزایش دهید تا حلقه به طور پیوسته نوسان کند، سپس آن را نصف کنید. اقدام انتگرال را اضافه کنید تا زمانی که افست در یک زمان قابل قبول پاک شود. مشتق را فقط در صورتی اضافه کنید که بیش از حد هنوز اهمیت دارد.
2. زیگلر و نیکولز بهره نهایی و دوره از آزمون نوسان را بخوانید و جدول منتشر شده را اعمال کنید. نتیجه سریع و کمی تهاجمی است، که مناسب حلقه های دمای آهسته است.
3. تنظیم خودکار رله. کنترل کننده یک چرخه محدود کوچک را در اطراف نقطه تنظیم اعمال می کند و مدل را از دامنه و دوره آن استخراج می کند. راحت است، اما حلقه را دقیقاً همانطور که پیدا شده تنظیم می کند، از جمله یک سنسور بد قرار داده شده.

نکات مرجع مفید یک حلقه اتاق یک بار در ثانیه به روز می شود. یک حلقه سوپرهیت هر 100 تا 200 میلی ثانیه به روز می شود. یک حلقه آب سرد باید در 0.5 K و یک ویترین در 1 K نگه داشته شود. نمونه برداری بسیار سریعتر از آنچه فرآیند می تواند پاسخ دهد، عمدتاً نویز را تقویت می کند.

جایی که حلقه کنترل با سخت افزار ملاقات می کند

سه تصمیم سخت افزاری بیشتر از هر ثابت تنظیمی، نتیجه را شکل می دهد.

• محل قرارگیری سنسور و سرعت یک کاوشگر در هوای برگشتی اتاق را می بیند، در حالی که یک کاوشگر که به سیم پیچ بسته شده است، سیم پیچ را می بیند. حلقه ای که روی یکی تنظیم شده و روی دیگری عمل می کند شکار می کند.
• وضوح عملگر یک شیر برقی روشن و خاموش به حلقه دو موقعیت می دهد، بنابراین کنترل کننده فقط می تواند چرخه کار را تغییر دهد. یک شیر تعدیل کننده به آن 200 موقعیت یا بیشتر می دهد.
• حفاظت مستقل یک کنترل کننده فشار تبرید، کمپرسور یا فن کندانسور را بدون توجه به آنچه که حلقه دما درخواست می کند، با فشار ثابتی سوئیچ می کند، که از تبدیل شدن یک سنسور خراب به کمپرسور خراب جلوگیری می کند.

رفتار در طول زمان به اندازه رفتار در روز راه اندازی اهمیت دارد. چرخه شیر برقی خط مایع هر 40 ثانیه صدها هزار عملیات را در عرض چند سال جمع آوری می کند، بنابراین طراحی صندلی، کلاس عایق سیم پیچ و دسترسی دستی به معیارهای انتخاب عملی تبدیل می شوند. یادداشت ها در پایدار نگه داشتن شیر برقی EVR در طول عمر طولانی ارزش خواندن را قبل از تعیین نرخ دوچرخه سواری دارند.

شیر برقی EVR برای کنترل جریان تبرید شیر برقی EVR برای خطوط مایع، مکش یا گاز داغ، با گزینه های سیم پیچ AC/DC و آب بندی بادوام برای سیستم های تبرید. مشاهده محصول →

کنترل کننده فشار بالا/پایین تبرید با تنظیم مجدد خودکار کنترل‌کننده فشار بالا/پایین مکانیکی با نشانگرها و تنظیم مجدد خودکار، متصل به کمپرسورها، فن‌ها و دریچه‌های تخلیه برای محافظت از سیستم. مشاهده محصول →

وقتی حلقه بد رفتار می کند: علائم و علل

• افزایش بیش از حد بزرگ پس از یخ زدایی: باد کردن یکپارچه، یا پایان یخ زدایی به جای دمای سیم پیچ تنظیم شده است.
• نوسان منظم هر دو تا پنج دقیقه: بهره متناسب بسیار زیاد، یا یک سوپاپ بزرگ برای بار.
• افست ثابت که هرگز پاک نمی شود: فقط کنترل متناسب یا محرکی که به حد مجاز سفر خود رسیده است.
• لرزش تصادفی بدون علت فیزیکی: عملکرد مشتق تقویت کننده نویز حسگر، یا یک جیب کاوشگر شل.
• دوچرخه‌سواری کوتاه در بار سبک: پسماند در زیر نوار مرده حلقه تنظیم می‌شود، یا باند مرده باریک‌تر از دقت سنسور.
• یک قسمت از کیس سرد و بقیه گرم: محل سنسور، تنظیم نشده است.

کنترل آبشار بخشی از این را حذف می کند. حلقه بیرونی دمای اتاق را می خواند و یک نقطه تنظیم می نویسد، در حالی که حلقه داخلی شرایط اواپراتور یا مکش را می خواند و شیر را به حرکت در می آورد. حلقه داخلی در عرض چند ثانیه، قبل از اینکه اتاق حرکت کند، واکنش نشان می دهد، که باعث کاهش بیش از حد سیستم ها با تاخیر طولانی در حمل و نقل می شود.

قبل از ثبت سفارش چه نکاتی را باید بررسی کرد

1. چه محدوده کنترل و وضوح مورد نیاز است؟ دریچه ای که بین 10 تا 100 درصد بار تعدیل می کند، محصولی متفاوت از شیری است که به طور کامل در 20 درصد باز می شود.
2. دقت و زمان پاسخ سنسور چقدر است و آیا باند مرده حلقه گسترده تر از خطای سنسور است؟
3. چه تعداد چرخه در طول عمر مورد انتظار است، و آیا مواد صندلی و سیم پیچ آن را پشتیبانی می کنند؟
4. آیا اتصالات مسی و برنجی و مواد شیر برای مبرد و روغن مورد استفاده مناسب است؟
5. آیا لوازم یدکی، ولتاژ سیم پیچ و گزینه های بازنویسی دستی در همان سری موجود است، بنابراین تعمیر نیازی به کار مجدد براکت ندارد؟
6. اگر حلقه به اندازه پورت یا مشخصه جریان غیر استاندارد نیاز داشته باشد، آیا تامین کننده می تواند از یک نقشه یا نمونه کار کند؟

تأمین‌کنندگانی که هم اجزای کنترلی را می‌سازند و هم حلقه‌هایی را که در آن قرار می‌گیرند درک می‌کنند، این شکاف‌ها را سریع‌تر می‌بندند. یک تولید کننده با یک آزمایشگاه تست در خانه و قابلیت توسعه سفارشی می تواند ضریب جریان یا درجه بندی سیم پیچ را از نقشه به جای پاورقی کاتالوگ تأیید کند.

نکات کلیدی که باید به خاطر بسپارید

• یک سیستم کنترل PID یک حلقه بسته است: اندازه گیری، مقایسه، تصحیح، تکرار.
• کنش متناسب به خطای فعلی واکنش نشان می دهد، عمل انتگرال گذشته را پاک می کند، کنش مشتق چند ثانیه آینده را پیش بینی می کند.
• اکثر حلقه‌های تبرید به عنوان PI به بهترین وجه اجرا می‌شوند، با مشتق برای اندازه‌گیری‌های خوب فیلتر شده و پاسخ‌دهی سریع.
• تنظیم نمی تواند یک سنسور کند، یک سوپاپ بزرگ یا یک پروب در مکان نامناسب را جبران کند.
• عمر چرخه و سازگاری مواد تعیین می کند که آیا حلقه هنوز در سال سوم کار می کند یا خیر.

آزمایش واقعی یک حلقه، پاسخ گامی در روز راه اندازی نیست. این موضوع این است که آیا در گرم ترین بعدازظهر سال، پس از یخ زدایی، و با یک سیم پیچ تا حدی مسدود، پرونده همچنان هدف را حفظ می کند. سخت افزار را حول آن نیاز طراحی کنید و اعداد تنظیم به بخش آسان تبدیل می شوند.