Kako dijagnosticirati zonu ploče koja ima nestabilnu temperaturu samo pri određenoj PID postavci?

Zona grijanja na ploči stabilna je na svojoj normalnoj zadanoj točki. Kada se zadana vrijednost poveća za 50 stupnjeva, kao modifikacija u recepturi procesa, temperatura počinje oscilirati u pravilnom, ritmičkom valu. Grijač je OK. Loša je petlja PID regulacije koja je podešena za jednu određenu toplinsku dinamiku i postala je nestabilna na nekoj drugoj radnoj točki, obično zato što je postavka izvedenice sada preagresivna za novu, sporiju reakciju sustava.

Priroda nestabilnosti-ovisna o postavljenoj točki
PID (Proportional-Integral-Derivative) regulator koristi se u stvrdnjavanju kompozita, laminaciji ili drugim toplinskim procesima u sustavima s grijanom pločom za održavanje konstantne temperature. Tipično su parametri regulatora (Kp, Ki, Kd) podešeni na realistično radno stanje, obično srednje{3}}zadane vrijednosti. Međutim, ako se zadana vrijednost dovoljno promijeni (npr. sa 120 stupnjeva na 180 stupnjeva), ploča i teret ponašaju se termički drugačije. Glavne varijacije na višim postavljenim točkama:

Temperaturna razlika između ploče i okolnog zraka je veća pa se više topline gubi u okolini.

Različiti odziv toplinske mase jer debela ploča i alat apsorbiraju više energije prije nego što se temperatura stabilizira

Različite vremenske konstante zagrijavanja i hlađenja

PID petlja koja je bila potpuno stabilna na nižoj zadanoj vrijednosti može postati nestabilna na višoj zadanoj vrijednosti. Oscilacija je općenito pravilan sinusoidalni val oko zadane vrijednosti s trajanjem od sekundi do minuta. Amplituda može rasti ili ostati ista. I grijač i senzor temperature rade dobro, greška je u potpunosti u načinu upravljanja.

Glavni uzrok: Pretjerana-reakcija Izvedenice na buku
Nestabilna temp. specifična pogreška PID postavke ploče je gotovo bez izuzetka izuzetno agresivna postavka izvedenice (Kd). Izvedeni član PID regulatora djeluje na nagib signala pogreške. (tj. brzina promjene) Mjeri brzinu kojom se temperatura kreće, kako bi se predvidjela buduća pogreška. Ako je derivacija prikladno kalibrirana, poboljšava stabilnost i smanjuje prekoračenje.

Ali izvedeno djelovanje je suštinski osjetljivo na visoko{0}}šumove. Signali stvarne temperature imaju skromne, prirodne oscilacije zbog električnog šuma, ograničenja razlučivosti senzora i malih varijacija u grijanju. Ovaj se šum zanemaruje ako je vrijednost izvedenice ispravno navedena. Postavka derivata koja je preagresivna (Kd previsok) ima tendenciju pojačavanja buke i uzrokuje značajne brze prilagodbe regulatora izlaznoj snazi. Te modifikacije zatim uzrokuju prekoračenje temperature, a izvedeni član ponovno pretjerano reagira na to, stvarajući trajne oscilacije.

Oscilacija ima tendenciju da se dogodi na određenoj zadanoj točki jer:

Pri nižim zadanim točkama sporija reakcija ploče (zbog smanjenog gubitka topline) prirodno će prigušiti oscilacije.

Pri višim zadanim vrijednostima, sustav je osjetljiviji na fluktuacije snage uzrokovane derivatom zbog bržeg gubitka topline i različite toplinske inercije.

Upravljač strahovito pretjerano reagira na svako malo toplinsko mreškanje i treba mu nježniji, manje entuzijastičan dodir.

Dijagnostički postupak: derivat kao uzrok
Sljedeća dijagnostička metoda-{1}}korak izvodi se s prešom u sigurnom radnom stanju. Nije potrebna zamjena hardvera.

Korak 1: Pogledajte i zapišite oscilaciju
Trend temperature zahvaćene zone prikazuje se na zaslonu regulatora ili na nadzornom sustavu postrojenja. Zabilježene su sljedeće osobine:

Zadana vrijednost na kojoj dolazi do oscilacija (npr. 180 stupnjeva)

Vrijeme između vrhova (period oscilacije, npr. . 30 sekundi)

Amplituda (od-do-vršne fluktuacije, npr. ± 5 stupnjeva)

Uzorak izlazne snage (provjerite % izlaza regulatora, ako izlaz oscilira u fazi s temperaturom, to je problem regulacijske petlje)

Korak 2: Provjerite ispravnost grijača i senzora
Hardverske pogreške su isključene prije podešavanja PID parametara kako slijedi:

Provjerite ima li termoelementa za zonu labavih spojeva ili sporadičnih očitanja (kao što je navedeno u prethodnim uputama). Šum se može ubrizgati labavim termoelementom i pojačati izvedenim članom.

Kontaktor ili poluprovodnički relej (SSR) grijača se provjerava radi pravilnog uključivanja. Nema luka ili lijepljenja.

Regulator se napaja iz stabilnog izvora napajanja (bez oscilacija napona).

Ako je hardver dobar, greška je softverska greška.

Korak 3: Smanjite postavku izvedenice (Kd)
Vrijednost derivacije obično se daje u sekundama (derivacijsko vrijeme, Td), ili kao bezdimenzionalni faktor pojačanja. Različiti proizvođači regulatora koriste različite oznake. Napravljena je sljedeća empirijska korekcija:

Zabilježite trenutnu Kd vrijednost (npr. . 60 sek).

Smanjite Kd na pola (npr. . 30 sekundi) To je sigurno, konzervativno smanjenje i neće destabilizirati dobro-podešenu petlju, ali će utišati preagresivnu.

Pratite reakciju temperature na lošoj zadanoj točki tijekom najmanje 5-10 vremenskih konstanti (npr. . 10-20 minuta).

Ako se oscilacija smanji ili znatno smanji amplituda, tada je krivac izvedeni član. Ako oscilacija ostane, Kd se dodatno smanjuje (npr. . 15 sekundi) ili postavlja na nulu (derivacija isključena). Petlja bez izvedenice (samo PI) po prirodi će biti stabilna, ali može imati sporiju reakciju i povećano prekoračenje.

Korak 4: Ako smanjenje Kd riješi problem, ponovno namjestite petlju
Za mnoge operacije prihvatljiva je trajno smanjena vrijednost izvedenice. Međutim, za najbolju izvedbu (brza reakcija s malim prekoračenjem) PID petlju treba ponovno podesiti, posebno na problematičnoj zadanoj vrijednosti.

Postoje dva izbora:

Pokrenite funkciju autotune regulatora na novoj višoj zadanoj točki. Većina trenutnih PID regulatora nudi mogućnost autotune (ili "auto-adapt") koja automatski određuje optimalne Kp, Ki i Kd pobuđujući sustav promjenom koraka i procjenjujući reakciju. Automatsko podešavanje počinje kada je ploča stabilna i hladna.

Ručno ponovno podešavanje s konzervativnim stabilnim skupom postavki koje rade u cijelom predviđenom rasponu zadane vrijednosti. Ručno ugađanje je ugađanje mijenjanjem parametara u sustavnom nizu (obično prvo P, zatim I, zatim D). Za sustave debele-ploče s velikom toplinskom masom, izvedeno djelovanje općenito nije potrebno; dobro-podešeni PI regulator (Kd=0) je stabilan i prikladan.

Tehnička točnost: derivacija i pojačanje šuma
Matematički gledano, izvedeno djelovanje odgovara nagibu temperaturnog signala kroz ograničeni vremenski prozor. Ako signal ima visokofrekventni šum (npr. oscilacije od ±0,2 stupnja svake sekunde), derivacija tog šuma može biti znatna (npr. . 10 stupanj/sekunda). Kada se pomnoži s velikom vrijednošću Kd to dovodi do značajnih, brzih promjena u izlazu regulatora. Grijač zatim reagira brzim uključivanjem i isključivanjem, uzrokujući veće promjene temperature – pozitivna povratna sprega.

To je razlog zašto nestabilne oscilacije obično imaju posebnu visoku frekvenciju (manju od prirodne toplinske vremenske konstante sustava). Ispravno podešena derivacija zanemaruje šum na sljedeći način:

Dovoljno nisko pojačanje da su -inducirane varijacije izlaza manje, ili

•izglađivanje temperaturnog signala prije diferencijacije pomoću derivativnog filtra (niskopropusni-filtar). Većina regulatora ima postavku koja se zove "derivativna vremenska konstanta filtera".

Još jedna ne{0}}invazivna opcija je uključivanje derivativnog filtra (ako već nije uključen) ako ga kontroler omogući.

Korak 5: Provjerite nove parametre za sve zadane vrijednosti
Izvod se zatim podešava ili se petlja ponovno podešava, a zona se procjenjuje na početnoj zadanoj točki (gdje je bila stabilna) i na jednoj ili više srednjih zadanih točaka. Odgovor bi trebao biti stabilan posvuda. Ako je petlja spora (sporo dostiže zadanu vrijednost) pri nižim zadanim točkama, kompromis se tolerira jer se stabilnost često preferira nad brzinom u bitnim operacijama stvrdnjavanja. Regulator također može imati brojne skupove PID parametara i automatski prelaziti između njih na temelju zadane vrijednosti (raspored pojačanja). Ovo je sofisticirana značajka koju imaju neki vrhunski regulatori-temperature.

Praktični primjer: Stabilan na 120 stupnjeva, Nestabilan na 180 stupnjeva
Čelična ploča debljine 300 mm koristi se za stvrdnjavanje kompozitnih oklopnih ploča. Ploča je stabilna na 120 stupnjeva s PID parametrima P=5.0, I=200 s, D=60 s. Kada se zadana vrijednost poveća na 180 stupnjeva, temperatura oscilira s amplitudom od ±6 stupnjeva i periodom od 40 sekundi. Izlazna snaga varira svakih 20 sekundi od 0% do 100%. Provjerava se termoelement i grijač da se vidi rade li.

Dijagnoza: Vrijeme derivacije (60 s) postavljeno je za sporiju toplinsku dinamiku na 120 stupnjeva. Sustav je osjetljiviji zbog bržeg gubitka topline na 180 stupnjeva i pretjerane reakcije derivata.

Djelovanje: Kd se smanjuje sa 60 s na 25 s. Oscilacije prestaju i temperatura je stabilna na 180 stupnjeva s malim prekoračenjem (3 stupnja) i bez produljenih ciklusa. Zatim se autotune ponavlja na 180 stupnjeva, što daje nove parametre: P=4.2, I=180 s, D=18 s. Revidirani parametri su stabilni na 120 stupnjeva i 180 stupnjeva.

Najbolje prakse za podešavanje PID-a: Sprječavanje ponavljanja
Podesite na najvišoj očekivanoj zadanoj točki - Ako proces ima brojne zadane točke, podesite petlju na najvišoj. Tu će najvjerojatnije postati nestabilno.

Koristite konzervativne vrijednosti derivacije - Za velike, toplinski trome sustave (ogromne ploče) derivacija često nije potrebna ili je postavljena vrlo nisko. U mnogim industrijama sama PI kontrola radi izvrsno.

Omogući derivacijsko filtriranje – ako je upravljač sposoban to učiniti, izborni derivacijski filtar (npr. s vremenskom konstantom od 2-5 sekundi) smanjuje osjetljivost na šum.

Dokumentirajte PID parametre za svaki recept - Neki napredni kontroleri dopuštaju pohranjivanje i pamćenje zasebnih PID skupova za svaki recept. Kada se zadana vrijednost promijeni, odgovarajući skup se automatski učitava.

Izvršite povremeno automatsko podešavanje Toplinska svojstva ploče mogu se promijeniti tijekom vremena zbog onečišćenja, pomaka senzora ili varijacija u opterećenju (npr. deblji kalupi). Svake godine autotune ponovno-kalibrira petlju.

Zaključak: softver je lijek, a ne zamjena hardvera
Oscilacija temperature na danoj zadanoj točki tipičan je problem regulacijske petlje koji se rješava softverom. Lijek je jednostavan, promijenite PID parametre, a ne hardver. Najvjerojatnije objašnjenje da pločasta zona postaje nestabilna samo pri višoj ili nižoj temperaturi je derivacijski član (Kd). Pretjerano pojačanje derivacije pojačava prirodni toplinski šum, tjerajući regulator da pretjerano reagira i tjera sustav na trajne oscilacije. To se obično može odmah riješiti smanjenjem derivata (obično za pola) ili njegovim potpunim isključivanjem. Za solidnije, dugotrajnije-rješenje, postupak automatskog podešavanja se ponovno pokreće na problematičnoj zadanoj točki ili se petlja ponovno ručno podešava koristeći konzervativne vrijednosti koje ostaju stabilne u cijelom radnom rasponu.

Najsofisticiraniji stroj pokorava se jednostavnom matematičkom zakonu koji se može podešavati. Kada se radi o kontroli vruće ploče, izvedeni izraz je moćan, ali delikatan instrument. Temperatura ploče počinje plesati uz neželjenu melodiju kada postane preagresivna. Popravak je samo spuštanje "D" i puštanje sustava da se smiri.