PID-Abstimmung

Abstimmung von PID-Temperaturreglern

Im Allgemeinen gibt es zwei Arten der Abstimmung, die Sie bei einem PID-Regler in der Einrichtungsphase implementieren können. Der Abstimmungsprozess beinhaltet die Evaluierung der besten Werte für die PID-Parameter und deren Anwendung auf den Regelungs-Output, um die beste Reaktion zu erzielen. Hier werden wir Abstimmungsmethoden für die Temperaturregelung besprechen, aber viele dieser Themen sind in der generischen Prozesssteuerung üblich und können auf die PID-Regelung von Druck, Durchfluss und Geschwindigkeit angewendet werden.

Automatische Abstimmung – der Regler führt einen Algorithmus aus, um die besten Einstellungen für PID zu berechnen. Es können verschiedene Arten der automatischen Abstimmung durchgeführt werden.

Manuelle Abstimmung – wird vom Benutzer implementiert, Parameter werden angepasst, um die gewünschte Reaktion zu erzielen. Bei der manuellen Abstimmung sollte ein logischer Prozess befolgt werden, und sie wird unerfahrenem Personal nicht empfohlen.

Zunächst zur automatischen Abstimmung: Die meisten modernen Temperaturregler verfügen über diese Funktion, um den Inbetriebnahme-Prozess zu beschleunigen. Es gibt verschiedene Kategorien der automatischen Abstimmung. Bei einem Novus-Regler sind dies „Fast“, „Full“ und „Adaptive“, jeweils mit einigen Variationen je nach Reglermodell.

Was ist eine schnelle automatische Abstimmung?

Schnelle automatische Abstimmung ist ausreichend für die Mehrheit der grundlegenden Temperaturregelungsanwendungen. Sie dauert typischerweise unter 10 Minuten und findet automatisch die besten PID-Werte für Ihre Installation. Einer der wichtigsten Punkte, die man beachten sollte, ist, einen ausreichenden Bereich zwischen Prozesswert und Sollwert zuzulassen, wenn die automatische Abstimmung durchgeführt wird. Wir empfehlen normalerweise einen Unterschied von 50-100 °C. Als Beispiel ist es bei einem Ofen oder Brennofen vorzuziehen, das Gerät auf Umgebungstemperatur abkühlen zu lassen, bevor der Parameter für die schnelle Abstimmung aktiviert wird. Dies stellt sicher, dass der Algorithmus genügend Zeit hat, die erforderlichen Berechnungen genau durchzuführen. Bei einem Novus-Gerät erlischt am Ende der automatischen Abstimmung die AT- oder Tune-Anzeigeleuchte, und die Parameter werden im Regler gespeichert. Im Allgemeinen ist es nicht notwendig, diesen Prozess zu wiederholen, es sei denn, es ändert sich die Prozesskonfiguration. Zum Beispiel, wenn Heiz-/Kühlkapazität hinzugefügt oder entfernt wird, sich die physikalischen Abmessungen des Regelbereichs ändern, oder wenn ein Sensor ausgetauscht oder verschoben wird.

Unsere Einsteiger-Regler unterstützen eine einfache automatische PID-Abstimmung. Wenn Sie neu in der Verwendung von PID-Geräten sind, empfehlen wir besonders die Modelle N1030, N1030T und N1040. Sobald Sie einen stabilen Satz von Werten gefunden haben, ist es sinnvoll, diese als Backup zu notieren. Die relevanten Parameter, die überprüft werden sollten, sind Pb (Proportionalbereich), Ir (Integrationsrate) und dT (Ableitungszeit). Eine erfolgreiche Abstimmung füllt diese Werte automatisch aus.

Warum sollte man eine vollständige automatische Abstimmung durchführen?

Eine vollständige automatische Abstimmung benötigt länger, um die notwendigen Berechnungen abzuschließen. Dies kann vorteilhaft sein, wenn das Sensorfeedback einige Zeit braucht, um sich einzupendeln. Auch hier werden am Ende des automatischen Abstimmungsprozesses die besten Werte automatisch im Regler gespeichert, und es ist keine weitere Abstimmung erforderlich, es sei denn, die Reaktion verschlechtert sich. Theoretisch ist eine vollständige automatische Abstimmung präziser als eine schnelle automatische Abstimmung, obwohl in der Praxis der Unterschied bei den PID-Parametern oft sehr gering ist und kein spürbarer Leistungsverlust auftritt. Sie sollten es immer vermeiden, den Regler auszuschalten, bevor ein Abstimmungsprozess abgeschlossen ist.

Ein Beispiel für die Verwendung der vollständigen Autotune wäre ein Industrieofen, der teure Produkte oder Rohmaterialien enthält. Eine anfängliche schnelle Abstimmung kann mit einem leeren Ofen bei 50-75% der normalen Arbeitstemperatur durchgeführt werden. Dies schafft eine gute Ausgangsbasis mit einem kleinen potenziellen Überschwingen, bevor mit einer vollständigen Autotune mit beladenen Produkten fortgefahren wird.

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

Mit Ausnahme des Einsteigermodells N1030 sind alle Novus-Modelle mit USB ausgestattet. Dazu gehören N1020, N1050 und die Geräte, die Sie in unserer erweiterten Produktpalette finden.

Was ist adaptive PID-Abstimmung?

Adaptive Abstimmung: Wenn diese Funktion aktiviert ist und der Regler eine Leistungsänderung feststellt, initiiert er einen Zyklus der automatischen Abstimmung, um die korrekten PID-Werte wiederherzustellen. Die adaptive Abstimmung erfordert minimale Benutzereingaben. Sie wird für Prozesse mit potenziellem Leistungsabfall oder inhärenter Instabilität empfohlen. Betrachten Sie einen komplexen Heizvorgang mit mehreren Elementen; es ist möglich, dass im Laufe der Zeit einige Elemente ausfallen. Die adaptive Abstimmung passt die PID-Werte an, um die beste Leistung zu gewährleisten. Ein Nachteil der adaptiven Abstimmung ist, dass sie bei einigen Reglermodellen nicht verfügbar ist und im Allgemeinen nur bei High-End-Geräten zu finden ist, die teurer sind. Für industrielle Prozesse ist ein Regler mit adaptiver Abstimmung oft die beste Wahl. Er ist möglicherweise nicht in allen Fällen erforderlich, aber vorteilhaft, um den Regelprozess zukunftssicher zu machen.

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

Wie führt man eine manuelle PID-Abstimmung für die Temperaturregelung durch?

Die manuelle Abstimmung hat den erheblichen Nachteil, dass sie von der Bedienereingabe abhängig ist und ein gewisses Ausprobieren erfordert, um die besten PID-Werte zu ermitteln. Wir empfehlen, einem etablierten Muster der manuellen Abstimmung zu folgen, bei dem jeweils ein Parameter angepasst wird, bevor die Reaktion notiert und bei Bedarf verfeinert wird.

1. Der erste anzupassende Parameter sollte immer Pb sein, wobei die optimale Leistung angestrebt wird, aber zu verstehen ist, dass es immer einen gewissen stationären Fehler geben wird, bis die anderen Terme eingestellt sind.

2. Sobald Pb zufriedenstellend ist, 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 den Dt-Wert, sodass der Regler jede Sollwertänderung schnell und mit geringem bis gar keinem Überschwingen erreicht.

Wenn alles andere fehlschlägt, setzen Sie den Regler auf die Standardeinstellungen zurück oder führen Sie eine schnelle automatische Abstimmung durch, um die PID-Werte wiederherzustellen. Es ist manchmal der Fall, dass nach der automatischen Abstimmung eine geringe manuelle Feinabstimmung erforderlich ist. Zum Beispiel, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen oder kleine Schwingungen zu dämpfen.

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

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