Sprievodca ladením PID riadiaceho systému pre regulačné slučky chladenia a HVAC

Bezbariérová mraznička nastavená na mínus 18 stupňov Celzia, ktorá sa pohybuje medzi mínus 15 a mínus 20, krátke cyklovanie kompresora a námraza na jednom konci výparníka, zvyčajne nemá nedostatok chladiva. Chýba mu dobrá kontrola. Riadiaci systém PID rozhoduje o tom, ako ďaleko sa otvorí expanzný ventil, kedy sa zatvorí solenoid potrubia kvapaliny a ako rýchlo sa miestnosť zotaví po ponechaní otvorených dverí. Žiadna úprava nabíjania neopraví slučku, ktorá bojuje sama so sebou.

Najprv stručná odpoveď. Regulačný systém PID je regulátor s uzavretou slučkou, ktorý porovnáva nameranú hodnotu s cieľovou hodnotou a koriguje rozdiel pomocou troch vážených pojmov: proporcionálne, integrálne a derivačné. V chladiarenských a klimatizačných prácach je aritmetika jednoduchá časť. O tom, či si slučka udrží svoj cieľ, rozhoduje snímač, aktuátor a či sa ladenie zhoduje s tepelnou zotrvačnosťou záťaže.

Ako PID riadiaci systém opravuje chybu

Každá slučka má rovnakú sekvenciu. Regulátor načíta procesnú premennú, odčíta ju od žiadanej hodnoty, aby získal chybu, vypočíta tri členy, spočíta ich a pošle výsledok do konečného riadiaceho prvku. Prvok pôsobí, proces reaguje, snímač hlási a cyklus sa opakuje. Časovač, ktorý beží kompresor na desať minút a päť je v pokoji, nič z toho nerobí, a preto ovládanie s otvorenou slučkou nedokáže udržať miestnosť pri meniacej sa záťaži.

Tri pojmy a čo každý z nich opravuje

Proporcionálna akcia

Proporcionálna akcia vytvára výstup úmerný súčasnej chybe. Ak je v miestnosti 2 K nad nastavenou hodnotou a zosilnenie je nastavené tak, že každý kelvin otvorí modulačný ventil o 8 percent, ventil sa posunie na 16 percent. Tento termín robí väčšinu práce počas sťahovania.

Nemôže dokončiť prácu sám. Keď sa miestnosť približuje k nastavenej hodnote, chyba sa zmenšuje a výkon sa zmenšuje s ňou, až kým poloha ventilu presne nevyváži zaťaženie. Tento rovnovážny bod leží ďaleko od nastavenej hodnoty a nazýva sa offset alebo chyba ustáleného stavu. Len proporcionálna regulácia často ustáli 1 až 2 K mimo cieľovej hodnoty, čo je tolerovateľné pre komfortné chladenie a nie pre vysokotlakovú mrazničku.

Integrálna akcia

Integrálna akcia sčítava chybu v priebehu času a neustále tlačí, kým táto suma neprestane rásť, čím sa odstráni posun. Nákladom je čas a ak je nastavený agresívne, tak prestrelenie. Keď sa súčet nahromadí počas obdobia, v ktorom výstup nemôže reagovať, ako je napríklad zablokovanie odmrazovania, poháňa výstup v momente, keď sa zablokovanie zruší. To je integrálna likvidácia a je to bežná príčina prekročenia skladu o 5 K po odmrazení.

Odvodená akcia

Derivačná akcia reaguje na rýchlosť zmeny chyby, ktorá tlmí slučku, ktorá má tendenciu prekĺznuť. Reaguje aj na šum snímača, pretože škubnutie tlakového prevodníka o 0,2 baru pri každej vzorkovacej perióde vyzerá ako extrémne rýchla zmena. Väčšina regulátorov chladenia aplikuje derivačný výraz na procesnú premennú a nie na chybu a spáruje ju s filtrom na jednu až tri sekundy. Tam, kde dominuje transportné oneskorenie, čo je väčšina obvodov, derivácia sa ponechá na nule a namiesto toho sa použije PI slučka.

Jeden konkrétny príklad. Elektronický expanzný ventil udržiavajúci prehriatie na 5 až 8 K sa spolieha na proporcionálnu činnosť na sledovanie záťaže a integrálnu činnosť na odstránenie stojacej chyby. Ak sa prehriatie pohybuje medzi 2 K a 15 K, vinníkom je len zriedkavo derivačný člen. Doba odozvy snímača a rozlíšenie kroku ventilu sú zvyčajne také.

Tepelný expanzný ventil na reguláciu prehriatia chladenia Kompaktný ventil z mosadze alebo nehrdzavejúcej ocele s nastaviteľným statickým prehriatím 0–8 °C pre komerčné a priemyselné chladiace aplikácie. Zobraziť produkt →

Metódy ladenia a realistické čísla

Tuning je miesto, kde sa teória stretáva s rastlinou. Väčšinu práce pokrývajú tri prístupy.

1. Manuálne ladenie. Vynulujte integrálne a derivačné členy, zvýšte proporcionálne zosilnenie, kým slučka stabilne osciluje, potom ho znížte na polovicu. Pridajte integrálnu akciu, kým sa posun v prijateľnom čase nevymaže. Derivát pridajte iba vtedy, ak na prekročení stále záleží.
2. Ziegler a Nichols. Prečítajte si konečný zisk a periódu z testu oscilácie a aplikujte zverejnenú tabuľku. Výsledok je rýchly a mierne agresívny, čo vyhovuje pomalým teplotným slučkám.
3. Automatické ladenie relé. Regulátor vynúti malý limitný cyklus okolo požadovanej hodnoty a odvodí model z jeho amplitúdy a periódy. Je to pohodlné, ale vyladí to slučku presne tak, ako je nájdené, vrátane zle umiestneného snímača.

Užitočné referenčné body. Slučka miestnosti sa aktualizuje raz za sekundu. Slučka prehriatia sa aktualizuje každých 100 až 200 ms. Slučka chladenej vody by mala držať do 0,5 K a vitrína do 1 K. Odber vzoriek oveľa rýchlejšie, ako dokáže proces reagovať, väčšinou zosilňuje hluk.

Kde sa kontrolná slučka stretáva s hardvérom

Tri hardvérové rozhodnutia ovplyvňujú výsledok viac ako akákoľvek konštanta ladenia.

• Umiestnenie snímača a rýchlosť. Sonda vo spätnom vzduchu vidí miestnosť, zatiaľ čo sonda pripevnená k cievke vidí cievku. Slučka naladená na jednom a prevádzkovaná na druhom bude loviť.
• Rozlíšenie akčného člena. Solenoidový ventil zapínania a vypínania dáva slučke dve polohy, takže ovládač môže meniť iba pracovný cyklus. Modulačný ventil poskytuje 200 alebo viac pozícií.
• Nezávislá ochrana. Regulátor tlaku chladenia spína kompresor alebo ventilátor kondenzátora na pevný tlak bez ohľadu na to, čo požaduje teplotná slučka, čo zabraňuje tomu, aby sa z chybného snímača nestal zlyhaný kompresor.

Správanie v priebehu času je dôležité rovnako ako správanie v deň uvedenia do prevádzky. Cyklovanie elektromagnetu kvapalinového vedenia každých 40 sekúnd akumuluje stovky tisíc operácií v priebehu niekoľkých rokov, takže dizajn sedadla, trieda izolácie cievky a manuálne ovládanie sa stávajú praktickými kritériami výberu. Poznámky na udržanie stability EVR solenoidového ventilu počas dlhej životnosti stojí za to si ich prečítať skôr, než bude stanovená sadzba za cyklovanie.

Solenoidový ventil EVR na riadenie prietoku chladenia Solenoidový ventil EVR pre rozvody kvapaliny, sania alebo horúceho plynu s voliteľnou cievkou AC/DC a odolným tesnením pre chladiace systémy. Zobraziť produkt →

Regulátor vysokého/nízkotlakového chladenia s automatickým resetom Mechanický vysoko/nízkotlakový regulátor s ukazovateľmi a automatickým resetom, spojený s kompresormi, ventilátormi a vypúšťacími ventilmi na ochranu systému. Zobraziť produkt →

Keď sa slučka správa nesprávne: Symptómy a príčiny

• Veľký prekmit po odmrazovaní: integrované navíjanie alebo ukončenie odmrazovania nastavené skôr časom než teplotou cievky.
• Pravidelné kmitanie každé dve až päť minút: príliš vysoké proporcionálne zosilnenie alebo príliš veľký ventil pre záťaž.
• Stabilný posun, ktorý sa nikdy nevymaže: iba proporcionálne ovládanie alebo ovládač, ktorý dosiahol svoj limit zdvihu.
• Náhodné chvenie bez fyzickej príčiny: derivačná činnosť zosilňujúca šum snímača alebo uvoľnené vrecko sondy.
• Krátke cyklovanie pri slabom zaťažení: hysterézia nastavená pod pásmom necitlivosti slučky alebo pásmo necitlivosti užšie ako presnosť snímača.
• Jedna časť puzdra studená a zvyšok teplá: umiestnenie snímača, nie ladenie.

Kaskádové ovládanie odstraňuje časť tohto. Vonkajšia slučka číta izbovú teplotu a zapisuje požadovanú hodnotu, zatiaľ čo vnútorná slučka číta podmienky výparníka alebo nasávania a poháňa ventil. Vnútorná slučka reaguje v priebehu niekoľkých sekúnd predtým, ako sa miestnosť pohne, čo znižuje prekmit v systémoch s dlhým transportným oneskorením.

Čo skontrolovať pred zadaním objednávky

1. Aký rozsah ovládania a rozlíšenie je potrebné? Ventil, ktorý moduluje pri 10 až 100 percentách zaťaženia, je odlišný produkt od ventilu, ktorý sa úplne otvára pri 20 percentách.
2. Aká je presnosť snímača a čas odozvy a je pásmo necitlivosti slučky širšie ako chyba snímača?
3. Aký počet cyklov sa očakáva počas životnosti a podporujú ho materiály sedla a cievky?
4. Vyhovujú medené a mosadzné armatúry a materiály ventilov používanému chladivu a oleju?
5. Sú náhradné diely, napätia cievok a možnosti manuálneho ovládania dostupné v rovnakej sérii, takže oprava nevyžaduje prepracovanie držiaka?
6. Môže dodávateľ pracovať z výkresu alebo vzorky, ak slučka potrebuje neštandardnú veľkosť portu alebo prietokovú charakteristiku?

Dodávatelia, ktorí vytvárajú riadiace komponenty a rozumejú slučkám, v ktorých sa nachádzajú, rýchlejšie uzatvárajú tieto medzery. Výrobca s vlastné testovacie laboratórium a schopnosť vlastného vývoja môže potvrdiť prietokový koeficient alebo hodnotenie cievky z výkresu a nie z poznámky v katalógu.

Kľúčové body na zapamätanie

• Regulačný systém PID je uzavretá slučka: merať, porovnávať, opravovať, opakovať.
• Proporcionálna akcia reaguje na súčasnú chybu, integrálna akcia vymaže minulosť, derivačná akcia predvída niekoľko nasledujúcich sekúnd.
• Väčšina chladiacich slučiek funguje najlepšie ako PI, s deriváciou vyhradenou pre dobre filtrované a rýchlo reagujúce merania.
• Ladenie nedokáže kompenzovať pomalý snímač, predimenzovaný ventil alebo sondu na nesprávnom mieste.
• Životnosť cyklu a materiálová kompatibilita rozhodujú o tom, či slučka stále funguje v treťom roku.

Skutočným testom slučky nie je kroková odozva v deň uvedenia do prevádzky. Ide o to, či puzdro stále drží cieľ v najteplejšie popoludnie v roku, po odmrazení a s čiastočne zablokovanou cievkou. Navrhnite hardvér podľa tejto požiadavky a čísla ladenia sa stanú jednoduchou súčasťou.