Bewältigung der PID-Lernkurve

Lehrbücher eignen sich hervorragend zum Erstellen von Konzepten und würden Sie wahrscheinlich mit einer Fülle von Informationen bombardieren, von denen Sie denken, dass sie ausreichen sich in der praktischen Welt zu bemühen. Die Wahrheit enthüllt sich jedoch an dem Tag, an dem Sie Ihren Abschluss machen und einen Job vor Ort bekommen. Mehrere Absolventen sind überrascht über die Unterschiede zwischen dem, was in der Praxis gilt und dem, was im Klassenzimmer gelehrt wurde.

Wenn es um PID-Regelsysteme geht , wird der Effekt durch die Anzahl der Ungenauigkeiten verstärkt, die in der realen Welt berücksichtigt werden müssen. Wie kann man die PID-Lernkurve durchlaufen und als Experte hervorgehen? Nämlich durch Feldtests und Optimierung von PID-Regelungen.

Wissenswerte Begriffe

Stellen Sie sich eine Chemiefabrik vor, die über einen Ethylenproduktionsbereich verfügt, in dem der Betreiber Schwierigkeiten hat, einen 500-Gallonen-Chemikalientank zu warten, der Teil des Prozesses der Chemielinie ist.

Das erste, was gesehen werden muss, ist das Sollwertsignal, das in diesem Fall ein 0-10-VDC-Signal von einem Potentiometer sein kann, das den im Tank erforderlichen Chemikalienfüllstand widerspiegelt. Als nächstes muss das Rückkopplungssignal überprüft werden, das von einem Gerät wie einem Füllstandsgeber erzeugt werden kann, der basierend auf dem Flüssigkeitsstand ein 4- bis 20-mA-Signal liefert. Schließlich ist der eigentliche PID-Regler erforderlich.

Controller werden heute in eigenständigen Modulen gehostet, die so eingestellt sind, dass sie die Sollwert- und Feedback-Signale empfangen und gleichzeitig arithmetische PID-Berechnungen durchführen. Es sind auch eigenständige PID-Steuerungsmodule verfügbar, aber falls erforderlich, sind PID-Steuerungen auch in VFDs und SPS verfügbar.

Testen

Eine gute Methode zur Diagnose des Steuersystems besteht darin, die unteren/oberen Grenzen des Sensors zu überprüfen. Beispielsweise kann der Füllstandssensor im obigen Beispiel überprüft werden, um zu sehen, ob er 4 mA und 20 mA bei niedrigem bzw. hohem Füllstand liefert. Als nächstes kann das Sollwertsignal überprüft werden, indem der Drehknopf, in diesem Fall ein Potentiometer, von min bis max verstellt wird. Das Signal kann mit einem Multimeter gemessen und seine Werte verifiziert werden. Wenn dies ebenfalls reibungslos verläuft, überprüfen Sie das Ventil, und wenn es mit einem unabhängigen Controller öffnet / schließt, kann das Problem auf das PID-Modul eingegrenzt werden.

Auf dem Markt sind mehrere Arten von PID-Modulen erhältlich. Betrachten wir für diesen Artikel einen mit drei Wahlschaltern :

• Eine für die proportionale Verstärkungseinstellung
• Eine für die integrale Zeiteinstellung
• Eine für die Vorhaltezeiteinstellung

Die Auswahlschalter am neuen Modul einzustellen und identische Konfigurationen vorzunehmen mag ausreichen, aber auf lange Sicht wäre es noch besser, die Extrameile zu gehen.

PID-Optimierung

Durch Optimierung der Proportional-, Integral- und Differentialeinstellungen kann eine Optimierung erreicht werden, die zur Verbesserung des gesamten Prozesses beitragen kann. Im Folgenden finden Sie einige goldene Regeln, die dazu beitragen können, den PID-Regler effizienter zu machen:

• Das gleichzeitige Vornehmen von Änderungen an allen drei Steuerelementen kann Orientierungslosigkeit und Verwirrung verursachen. Arbeiten Sie stattdessen an einer Anpassung nach der anderen.
• Proportionalverstärkung steuert die Geschwindigkeit, mit der ein Prozess den Sollwert erreicht. Bei einer hohen Einstellung würde der Sollwert schneller erreicht, aber auch die Gefahr drastischer Überschwinger und Oszillationen steigt. Wenn es sehr niedrig eingestellt ist, würde es Überschwinger eliminieren, aber die Gesamtzeit erhöhen.
• Der beste Weg, dies anzugehen, besteht darin, mit den Werten für Integralzeit, Differentialzeit und Proportionalverstärkung auf Null zu beginnen und dann die Proportionalverstärkung zuerst in kleinen Beträgen zu erhöhen, bis minimale Schwingungen auftreten auftreten.
• Die Integralzeit kann als Fehlerbeseitiger angesehen werden, der die Oszillationszeit reduziert und den Offset entfernt. Eine unsachgemäße Einstellung kann jedoch zusätzlich zu Schwingungen zu einem starken Anstieg des Überschwingens führen. Gehen Sie ähnlich wie bei der Proportionalverstärkung vor und erhöhen Sie diese stetig, bis die Schwingungen und der Offset neutralisiert sind.
• Die Differentialzeit wirkt als Bremsmechanismus für den Regelkreis und ist in einigen Anwendungen, in denen das Überschwingen unbedeutend ist, nicht erforderlich. Die Ableitungssteuerung kann dabei helfen, Überschwinger zu beseitigen, kann aber auch eine Verringerung des Ansprechverhaltens bewirken. Vorhaltezeit langsam erhöhen, bis optimales Ansprechverhalten erreicht wird.

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