Bagaimana untuk Mendiagnosis Zon Platen Yang Mempunyai Suhu Tidak Stabil Hanya pada Tetapan PID Tertentu?

Zon pemanasan pada plat adalah stabil pada titik set biasa. Apabila titik set dinaikkan sebanyak 50 darjah, sebagai pengubahsuaian dalam resipi proses, suhu mula berayun dalam gelombang yang teratur dan berirama. Pemanas adalah OK. Penjahat ialah gelung kawalan PID yang telah dilaraskan untuk satu dinamik terma tertentu dan telah menjadi tidak stabil pada beberapa titik operasi lain, biasanya kerana tetapan terbitan kini terlalu agresif untuk tindak balas baharu yang lebih perlahan sistem.

Setpoint-Sifat Ketidakstabilan Bergantung
Pengawal PID (Proportional-Integral-Derivative) digunakan dalam pengawetan komposit, laminasi atau proses terma lain dalam sistem plat yang dipanaskan untuk mengekalkan suhu yang konsisten. Lazimnya parameter pengawal (Kp, Ki, Kd) ditala pada keadaan operasi yang realistik, biasanya titik tetapan -pertengahan. Walau bagaimanapun, jika titik set diubah dengan secukupnya (cth dari 120 darjah hingga 180 darjah ), plat dan beban berkelakuan berbeza secara haba. Variasi utama pada titik set yang lebih tinggi:

Perbezaan suhu antara platen dan udara sekeliling adalah lebih besar justeru lebih banyak haba hilang ke persekitaran.

Tindak balas jisim haba yang berbeza kerana plat tebal dan perkakas menyerap lebih banyak tenaga sebelum suhu menjadi stabil

Pemalar temporal yang berbeza pemanasan dan penyejukan

Gelung PID yang stabil sepenuhnya pada titik set yang lebih rendah boleh menjadi tidak stabil pada titik set yang lebih tinggi. Ayunan secara amnya ialah gelombang sinusoidal biasa mengenai titik set dengan tempoh beberapa saat hingga minit. Amplitud mungkin berkembang atau kekal sama. Pemanas dan penderia suhu kedua-duanya berfungsi OK, kesalahan sepenuhnya dalam kaedah kawalan.

Punca Punca: Berlebihan-tindak balas istilah Derivatif kepada bunyi
Kesalahan plat tetapan PID khusus suhu yang tidak stabil hampir selalunya merupakan tetapan terbitan (Kd) yang sangat agresif. Istilah terbitan pengawal PID bertindak pada cerun isyarat ralat. ( iaitu kadar perubahan ) Ia mengukur kadar di mana suhu bergerak, untuk meramal ralat masa hadapan. Jika tindakan derivatif ditentukur dengan sewajarnya, ia meningkatkan kestabilan dan mengurangkan overshoot.

Tetapi tindakan derivatif secara intrinsik terdedah kepada-bunyi frekuensi tinggi. Isyarat suhu sebenar mempunyai ayunan sederhana dan semula jadi daripada hingar elektrik, kekangan resolusi sensor dan sedikit variasi dalam pemanasan. Bunyi ini diabaikan jika nilai terbitan dinyatakan dengan betul. Tetapan terbitan yang terlalu agresif (Kd terlalu tinggi) cenderung untuk menguatkan bunyi dan menyebabkan pengawal membuat pelarasan pantas yang ketara pada output kuasa. Pengubahsuaian ini kemudian menyebabkan suhu melampaui batas, dan istilah terbitan bertindak balas berlebihan terhadap ini sekali lagi, menghasilkan ayunan berterusan.

Ayunan cenderung berlaku pada titik set tertentu kerana:

Pada titik set yang lebih rendah, tindak balas plat yang lebih perlahan (disebabkan oleh kehilangan haba yang berkurangan) secara semula jadi akan melembapkan ayunan.

Pada titik set yang lebih tinggi, sistem lebih mudah terdedah kepada turun naik kuasa yang disebabkan oleh derivatif kerana kehilangan haba yang lebih cepat dan inersia haba yang berbeza.

Pengawal bertindak balas secara berlebihan terhadap setiap riak haba kecil dan memerlukan sentuhan yang lebih lembut dan kurang bersemangat.

Prosedur Diagnostik: Derivatif sebagai punca
Kaedah diagnostik langkah-demi{1}}berikut dilakukan dengan penekan dalam keadaan operasi yang selamat. Tiada penggantian perkakasan diperlukan.

Langkah 1: Perhatikan dan tuliskan ayunan
Trend suhu zon terjejas ditunjukkan pada paparan pengawal atau pada sistem penyeliaan loji. Ciri-ciri berikut diperhatikan:

Titik tetap di mana ayunan berlaku (cth 180 darjah )

Masa antara puncak (tempoh ayunan, cth. 30 saat)

Amplitud (puncak-ke-puncak turun naik, cth, ± 5 darjah )

Corak output kuasa (semak output % pengawal, jika output berayun mengikut fasa dengan suhu, ia adalah masalah gelung kawalan)

Langkah 2: Semak Kesihatan Pemanas Dan Penderia
Ralat perkakasan dikecualikan sebelum menala parameter PID seperti berikut:

Periksa termokopel untuk zon untuk sambungan longgar atau bacaan sporadis (seperti yang digariskan dalam arahan sebelumnya). Bunyi boleh disuntik oleh termokopel longgar dan dikuatkan dengan istilah terbitan.

Kontaktor atau geganti keadaan pepejal (SSR) pemanas diperiksa untuk pensuisan yang betul. Tidak ada arcing atau melekat.

Pengawal dikuasakan oleh sumber kuasa yang stabil (tiada turun naik voltan).

Jika perkakasan baik, ralat adalah ralat perisian.

Langkah 3: Turunkan Tetapan Derivatif (Kd)
Nilai derivatif biasanya diberikan dalam saat (masa terbitan, Td), atau sebagai faktor keuntungan tanpa dimensi. Pengeluar pengawal yang berbeza menggunakan notasi yang berbeza. Pembetulan empirikal berikut dibuat:

Rekod nilai Kd semasa (cth. 60 saat).

Kurangkan Kd sebanyak separuh (cth. 30 saat) Ia merupakan pengurangan yang selamat, konservatif dan tidak akan menjejaskan kestabilan-gelung yang ditala dengan baik, tetapi ia akan menyenyapkan gelung yang terlalu agresif.

Tonton tindak balas suhu pada titik tetap yang buruk untuk sekurang-kurangnya 5-10 pemalar masa (cth. 10-20 minit).

Jika ayunan mereput atau sangat rendah dalam amplitud maka istilah terbitan adalah penyebabnya. Jika ayunan kekal, Kd dikurangkan lagi (cth. 15 saat) atau ditetapkan kepada sifar (terbitan dimatikan). Gelung tanpa derivatif (PI sahaja) akan stabil secara semula jadi tetapi boleh mempunyai tindak balas yang lebih perlahan dan peningkatan overshoot.

Langkah 4: Jika Mengurangkan Kd Membetulkan Masalah, Tweak Gelung Sekali lagi
Bagi kebanyakan operasi, nilai terbitan yang dikurangkan secara kekal boleh diterima. Walau bagaimanapun, untuk prestasi terbaik (tindak balas pantas dengan sedikit overshoot) gelung PID harus ditala semula terutamanya pada titik set yang menyusahkan.

Dua pilihan wujud:

Jalankan fungsi autotune pengawal pada titik tetapan baharu yang lebih tinggi. Kebanyakan pengawal PID semasa menawarkan keupayaan autotala (atau "auto{1}}suaikan") yang secara automatik menentukan Kp, Ki dan Kd optimum dengan mengujakan sistem dengan perubahan langkah dan menilai tindak balas. Autotune bermula apabila platen stabil dan sejuk.

Penalaan semula manual dengan set tetapan stabil konservatif yang berfungsi pada keseluruhan julat titik tetap yang diramalkan. Penalaan manual ialah penalaan dengan menukar parameter dalam urutan yang sistematik (biasanya P dahulu, kemudian I, kemudian D). Untuk sistem pelat-tebal dengan jisim haba yang besar, tindakan terbitan biasanya tidak diperlukan; pengawal PI -ditala dengan baik (Kd=0) adalah stabil dan mencukupi.

Ketepatan Teknikal: Derivatif & Penguatan Bunyi
Secara matematik, tindakan terbitan sepadan dengan cerun isyarat suhu merentasi tetingkap masa terhad. Jika isyarat mempunyai hingar frekuensi tinggi (cth ±0.2 darjah ayunan setiap saat) terbitan bunyi itu boleh menjadi besar (cth. 10 darjah /saat). Apabila didarab dengan nilai Kd yang besar ini membawa kepada perubahan yang besar dan pantas dalam output pengawal. Pemanas kemudian bertindak balas dengan menghidupkan dan mematikan dengan pantas, menyebabkan perubahan suhu yang lebih besar - gelung maklum balas positif.

Inilah sebab mengapa ayunan yang tidak stabil biasanya mempunyai frekuensi tinggi yang pelik (lebih kecil daripada pemalar masa terma semula jadi sistem). Derivatif yang dilaraskan dengan betul mengabaikan hingar dengan:

Keuntungan yang cukup rendah sehinggakan bunyi-variasi output adalah kecil, atau

•melicinkan isyarat suhu sebelum pembezaan dengan penapis terbitan (penapis lulus-rendah). Kebanyakan pengawal mempunyai tetapan yang dipanggil "pemalar masa penapis terbitan".

Satu lagi pilihan bukan-invasif ialah menghidupkan penapis terbitan (jika belum dihidupkan) jika pengawal mendayakannya.

Langkah 5: Semak parameter baharu untuk semua setpoint
Terbitan kemudiannya dilaraskan, atau gelung ditala semula, dan zon dinilai pada titik set awal (di mana ia stabil) dan pada satu atau lebih titik set perantaraan. Jawapannya harus stabil di mana-mana. Jika gelung lembap (lambat untuk mencapai titik set) pada titik set yang lebih rendah, kompromi diterima kerana kestabilan sering diutamakan berbanding kelajuan dalam operasi pengawetan penting. Pengawal juga mungkin mempunyai banyak set parameter PID dan secara automatik beralih antara mereka berdasarkan titik set (penjadualan keuntungan). Ini ialah ciri canggih yang dimiliki oleh sesetengah pengawal suhu-tinggi.

Contoh Praktikal: Stabil pada 120 darjah , Tidak stabil pada 180 darjah
Plat keluli setebal 300 mm digunakan untuk mengawet panel perisai komposit. Plat adalah stabil pada 120 darjah dengan parameter PID P=5.0, I=200 s, D=60 s. Apabila titik set dinaikkan kepada 180 darjah suhu berayun dengan amplitud ±6 darjah dan tempoh 40 saat. Output kuasa berbeza-beza setiap 20 saat dari 0% hingga 100%. Pemeriksaan dibuat pada termokopel dan pemanas untuk melihat sama ada ia berfungsi.

Diagnosis: Masa terbitan (60 s) telah ditetapkan untuk dinamik haba yang lebih perlahan pada 120 darjah . Sistem ini lebih sensitif kerana kehilangan haba yang lebih cepat pada 180 darjah dan istilah terbitan bertindak balas berlebihan.

Tindakan: Kd dikurangkan daripada 60 s kepada 25 s. Ayunan berhenti dan suhu stabil pada 180 darjah dengan overshoot kecil (3 darjah ) dan tiada kitaran berpanjangan. Kemudian autotune diulang pada 180 darjah , yang memberikan parameter baharu: P=4.2, I=180 s, D=18 s. Parameter yang disemak adalah stabil pada 120 darjah dan 180 darjah .

Amalan Terbaik untuk Penalaan PID: Mencegah Ulangan
Tala pada titik tetapan yang dijangkakan tertinggi - Jika proses mempunyai banyak titik tetapan, tala gelung pada titik tetapan tertinggi. Di situlah kemungkinan besar ia menjadi tidak stabil.

Gunakan nilai terbitan konservatif - Untuk sistem yang besar dan lembap secara haba (plat besar) tindakan terbitan selalunya tidak diperlukan atau ditetapkan sangat rendah. Dalam kebanyakan industri, kawalan PI sahaja berfungsi dengan baik.

Dayakan penapisan terbitan – Jika pengawal mampu berbuat demikian, penapis terbitan pilihan (cth dengan pemalar masa 2-5 saat) mengurangkan sensitiviti kepada hingar.

Dokumen parameter PID untuk setiap resipi - Sesetengah pengawal lanjutan membenarkan set PID yang berasingan disimpan dan diingati untuk setiap resipi. Apabila titik tetapan ditukar, set yang berkaitan dimuatkan secara automatik.

Lakukan autotune berkala Sifat terma platen mungkin berubah dari semasa ke semasa disebabkan kekotoran, drift sensor atau variasi beban (cth acuan tebal). Setiap tahun autotala semula-menentukur gelung.

Kesimpulan: Perisian adalah Penawar, Bukan Penggantian Perkakasan
Ayunan suhu pada titik tetapan adalah masalah gelung kawalan biasa yang dikendalikan dalam perisian. Ubatnya mudah, tukar parameter PID bukan perkakasan. Penjelasan yang paling mungkin untuk zon plat menjadi tidak stabil hanya pada suhu yang lebih besar atau lebih rendah ialah istilah terbitan (Kd). Keuntungan terbitan yang berlebihan meningkatkan bunyi terma semula jadi, memaksa pengawal bertindak balas secara berlebihan dan memaksa sistem menjadi ayunan berterusan. Ini biasanya boleh ditangani dengan segera dengan mengurangkan terbitan (biasanya separuh) atau mematikannya sama sekali. Untuk penyelesaian jangka panjang-yang lebih kukuh, prosedur autotala dijalankan semula pada titik set bermasalah atau gelung ditala semula secara manual menggunakan nilai konservatif yang kekal stabil sepanjang julat kerja.

Mesin yang paling canggih mematuhi undang-undang matematik mudah yang boleh ditala. Apabila berurusan dengan kawalan plat panas, istilah terbitan ialah instrumen yang kuat lagi halus. Suhu platen mula menari mengikut alunan yang tidak diingini apabila ia menjadi terlalu agresif. Pembaikan hanya menurunkan "D" ke bawah dan membiarkan sistem selesai.