PID-Abstimmung

PID-Temperaturregler-Tuning

Als allgemeine Regel gibt es 2 Arten des Tunings, die Sie mit einem PID-Regler in der Einrichtungsphase implementieren können. Der Tuning-Prozess beinhaltet die Bewertung der besten Werte für die PID-Parameter und deren Anwendung auf den Regel-Ausgang, um die beste Reaktion zu erzielen. Hier werden wir Tuning-Methoden für die Temperaturregelung besprechen, aber viele dieser Themen sind für die allgemeine Prozesssteuerung üblich und können auf die PID-Regelung von Druck, Durchfluss und Geschwindigkeit angewendet werden.

Automatisches Tuning - der Regler führt einen Algorithmus aus, um die besten Einstellungen für PID zu berechnen. Es können verschiedene Arten von Autotune durchgeführt werden.

Manuelles Tuning - wird vom Benutzer implementiert, Parameter werden angepasst, um die gewünschte Reaktion zu erzielen. Bei manuellem Tuning sollte ein logischer Prozess befolgt werden, und es wird nicht für unerfahrenes Personal empfohlen.

Betrachten wir zunächst das automatische Tuning: Die meisten modernen Temperaturregler verfügen über diese Funktion, um den Inbetriebnahme-Prozess zu beschleunigen. Es gibt eine Reihe verschiedener Kategorien von Autotune. Bei einem Novus-Regler sind dies Fast, Full und Adaptive. Mit einigen Variationen, je nach Regler-Modell.

Was ist ein Fast Autotune?

Fast Autotune ist für die Mehrzahl der grundlegenden Temperaturregelungsanwendungen ausreichend. Es dauert typischerweise unter 10 Minuten und findet automatisch die besten PID-Werte für Ihre Installation. Einer der wichtigsten Punkte, die zu beachten sind, ist, einen ausreichenden Bereich zwischen Prozesswert und Sollwert zu lassen, wenn das Autotune durchgeführt wird. Wir empfehlen normalerweise eine Differenz von 50-100 °C. Als Beispiel ist es bei einem Ofen oder Brennofen vorzuziehen, das Gerät vor der Aktivierung des Fast-Tune-Parameters auf Umgebungstemperatur abkühlen zu lassen. Dies stellt sicher, dass der Algorithmus genügend Zeit hat, die erforderlichen Berechnungen genau durchzuführen. Bei einem Novus-Gerät erlischt am Ende des Autotunes die AT- oder Tune-Anzeigeleuchte, und die Parameter werden im Regler gespeichert. Im Allgemeinen ist es nicht notwendig, diesen Vorgang zu wiederholen, es sei denn, es ändert sich die Prozesskonfiguration. Zum Beispiel, wenn Heiz-/Kühlleistung hinzugefügt oder entfernt wird, die physikalischen Abmessungen des Regelbereichs geändert werden, oder der Sensor ersetzt oder bewegt wird.

Unsere Einstiegsregler unterstützen einfaches automatisches PID-Tuning. Wenn Sie neu in der Verwendung von PID-Geräten sind, empfehlen wir Ihnen besonders die Modelle N1030, N1030T und N1040. Sobald Sie einen stabilen Satz von Werten gefunden haben, lohnt es sich, diese als Sicherung zu notieren. Die relevanten Parameter zur Überprüfung sind Pb (Proportionalband), Ir (Integrationsrate) und dT (Ableitungszeit). Ein erfolgreiches Tuning füllt diese Werte automatisch aus.

Warum ein vollständiges Autotuning durchführen?

Full Autotune wird länger dauern, um die notwendigen Berechnungen abzuschließen. Dies kann vorteilhaft sein, wenn die Sensorrückmeldung einige Zeit in Anspruch nehmen kann, um sich einzupendeln. Auch hier werden am Ende des Autotuning-Prozesses die besten Werte automatisch im Regler gespeichert, und es ist keine weitere Abstimmung erforderlich, es sei denn, die Reaktion verschlechtert sich. Theoretisch ist ein Full Autotune präziser als Fast Autotune, obwohl in der Praxis der Unterschied in den PID-Parametern oft sehr gering ist, ohne merklichen Leistungsverlust. Sie sollten es immer vermeiden, den Regler auszuschalten, bis der Abstimmungsprozess abgeschlossen ist.

Ein Beispiel für die Verwendung des vollständigen Autotunings wäre ein Industrieofen, der teure Produkte oder Rohmaterialien enthält. Ein anfängliches Schnelltuning kann mit einem leeren Ofen bei 50-75 % der normalen Arbeitstemperatur durchgeführt werden. Dies schafft eine gute Ausgangsbasis mit einem geringen potenziellen Überschwingen, bevor mit einem vollständigen Autotuning mit den geladenen Produkten fortgefahren wird.

Alle von uns geführten PID-Regler unterstützen vollständiges Autotuning. Modelle, die mit einem USB-Anschluss ausgestattet sind, ermöglichen es Ihnen, den Tuning-Prozess grafisch mit dem QuickTune-Tool zu überwachen. Am Ende des Prozesses können Sie die Konfiguration auch für zukünftige Verwendungen speichern. Wenn Sie beispielsweise eine Reihe identischer Geräte programmieren müssen, können Sie die Geräte mit denselben PID-Werten flashen.

Außer dem Einsteigermodell N1030 sind alle Novus-Modelle mit USB ausgestattet. Dazu gehören N1020, N1050 und die Geräte, die in unserem erweiterten Sortiment zu finden sind.

Was ist adaptives PID-Tuning?

Adaptive Regelung: Wenn diese Funktion aktiviert ist und der Regler eine Leistungsänderung erkennt, initiiert er einen Autotuning-Zyklus, um die korrekten PID-Werte neu zu ermitteln. Die adaptive Regelung erfordert nur minimalen Benutzereingriff. Sie wird für Prozesse empfohlen, bei denen eine potenzielle Verschlechterung der Reaktion oder eine inhärente Instabilität besteht. Man stelle sich einen komplexen Heizvorgang mit mehreren Elementen vor; es ist möglich, dass im Laufe der Zeit einige Elemente ausfallen. Die adaptive Regelung passt die PID-Werte an, um die beste Leistung zu erzielen. Ein Nachteil der adaptiven Regelung ist, dass sie bei einigen Reglermodellen nicht verfügbar ist und generell bei High-End-Geräten, die teurer sind, vorhanden ist. Für industrielle Prozesse ist ein Regler mit adaptiver Regelung oft die beste Wahl. Sie ist möglicherweise nicht in allen Fällen erforderlich, aber vorteilhaft, um den Regelprozess zukunftssicher zu machen.

Adaptives Tuning wird von den Modellen N1020, N1200 und N20K48 unterstützt. Der Parameter Atun (Autotune) muss auf SELF oder eine der anderen adaptiven Varianten eingestellt werden. Bei den neuesten Modellen gibt es 5 Varianten der automatischen Abstimmung.

Wie wird ein manuelles PID-Tuning für die Temperaturregelung durchgeführt?

Manuelles Tuning hat den erheblichen Nachteil, dass es von der Bedienereingabe abhängt und ein gewisses Maß an Versuch und Irrtum erfordert, um die besten PID-Werte zu ermitteln. Wir empfehlen, einem etablierten Muster des manuellen Tunings zu folgen, bei dem jeweils ein Parameter angepasst wird, bevor die Reaktion notiert und bei Bedarf verfeinert wird.

1. Der erste Parameter, der angepasst werden sollte, ist immer Pb, um die optimale Leistung zu erzielen, aber mit dem Verständnis, dass es immer einen gewissen stationären Fehler geben wird, bis die anderen Terme eingestellt sind.

2. Sobald Sie mit Pb zufrieden sind, führen Sie den Ir-Term ein und prüfen Sie, ob der stationäre Fehler minimiert wird. Zu diesem Zeitpunkt sollte der Regler die Temperatur relativ gut halten.

3. Erhöhen Sie schließlich langsam Dt, so dass der Regler jede Sollwertänderung schnell und mit geringem oder keinem Überschwingen erreicht.

Wenn alles andere fehlschlägt, setzen Sie den Regler auf die Standardeinstellungen zurück oder führen Sie ein Fast Autotune durch, um die PID-Werte wiederherzustellen. Es kann manchmal vorkommen, dass nach dem automatischen Tuning eine geringe manuelle Abstimmung erforderlich ist. Zum Beispiel, um die Ansprechrate zu erhöhen oder kleine Schwingungen zu dämpfen.

PARAMETER	DURCH ERHÖHEN WIRD DER PROZESS ...	DURCH VERLÄSSIGEN WIRD DER PROZESS ...
Pb	Es wird langsamer.   Es wird im Allgemeinen stabiler oder weniger oszillierend. Es hat weniger Überschwingen.	Es wird schneller.   Es wird instabiler oder oszillierender. Es hat mehr Überschwingen.
Ir	Es wird schneller und erreicht den Sollwert zügig.   Es wird instabiler oder oszillierender. Es hat mehr Überschwingen.	Es wird langsamer und braucht länger, um den Sollwert zu erreichen.   Es wird stabiler oder weniger oszillierend. Es hat weniger Überschwingen.
Dt	Es wird langsamer.   Es hat weniger Überschwingen.	Es wird schneller.   Es hat mehr Überschwingen.

 

WENN DIE PROZESSLEISTUNG …	VERSUCHEN SIE DIE OPTIONEN EINE NACH DER ANDEREN:
Sie ist fast gut, aber das Überschwingen ist etwas zu hoch.	Erhöhen Sie Pb um 20 %.   Verringern Sie Ir um 20 %. Erhöhen Sie Dt um 50 %.
Sie ist fast gut, aber es gibt kein Überschwingen, und es dauert eine Weile, bis der Sollwert erreicht ist.	Verringern Sie Pb um 20 %.   Erhöhen Sie Ir um 20 %. Verringern Sie Dt um 50 %.
Sie ist gut, aber MV schwankt immer zwischen 0 % und 100 % oder schwankt zu stark.	Verringern Sie Dt um 50 %.   Erhöhen Sie Pb um 20 %.
Sie ist schlecht. Nach dem Start hat der Übergang mehrere Schwingungsperioden, die sich nur sehr langsam oder gar nicht reduzieren.	Erhöhen Sie Pb um 50 %.
Sie ist schlecht. Nach dem Start bewegt sie sich langsam auf den Sollwert zu, ohne Überschwingen. Sie ist immer noch weit vom Sollwert entfernt und MV ist bereits kleiner als 100 %.	Verringern Sie Pb um 50 %.   Erhöhen Sie Ir um 50 %. Verringern Sie Dt um 70 %.