Ghid de reglare a sistemului de control PID pentru buclele de control pentru refrigerare și HVAC

Un congelator de tip walk-in setat la minus 18 grade Celsius, care variază între minus 15 și minus 20, ciclul scurt al compresorului și înghețarea unui capăt al evaporatorului, nu este de obicei lipsit de agent frigorific. Este lipsit de un control bun. Sistemul de control PID decide cât de departe se deschide supapa de expansiune, când se închide solenoidul liniei de lichid și cât de repede revine camera după ce o ușă este lăsată deschisă. Nicio ajustare a taxei nu va repara o buclă care se luptă singură.

Răspunsul scurt mai întâi. Un sistem de control PID este un controler în buclă închisă care compară o valoare măsurată cu o țintă și corectează diferența folosind trei termeni ponderați: proporțional, integral și derivat. În lucrările de refrigerare și aer condiționat, aritmetica este partea simplă. Ceea ce decide dacă bucla își menține ținta este senzorul, actuatorul și dacă reglarea se potrivește cu inerția termică a sarcinii.

Cum un sistem de control PID corectează o eroare

Fiecare buclă rulează aceeași secvență. Controlerul citește variabila de proces, o scade din punctul de referință pentru a obține eroarea, calculează cei trei termeni, îi adună și trimite rezultatul unui element de control final. Elementul acționează, procesul răspunde, senzorul raportează și ciclul se repetă. Un cronometru care rulează un compresor timp de zece minute și îl odihnește timp de cinci nu face nimic din toate acestea, motiv pentru care controlul în buclă deschisă nu poate menține o cameră printr-o sarcină în schimbare.

Cei trei termeni și ceea ce fixează fiecare

Acțiune proporțională

Acțiunea proporțională produce o ieșire proporțională cu eroarea prezentă. Dacă camera se află la 2 K deasupra punctului de referință și câștigul este setat astfel încât fiecare kelvin să deschidă o supapă de modulare cu 8%, supapa se deplasează la 16%. Acest termen face cea mai mare parte a muncii în timpul unei trageri în jos.

Nu poate termina treaba singur. Pe măsură ce camera se apropie de punctul de referință, eroarea se micșorează, iar ieșirea se micșorează odată cu aceasta, până când poziția supapei echilibrează exact sarcina. Acel punct de echilibru se află departe de punctul de referință și se numește offset sau eroare în stare de echilibru. Controlul numai proporțional stabilește adesea 1 până la 2 K de la țintă, ceea ce este tolerabil pentru răcirea confortabilă și nu pentru un congelator rapid.

Acțiune Integrală

Acțiunea integrală însumează eroarea în timp și continuă să împingă până când acea sumă încetează să crească, ceea ce elimină compensarea. Costul este timpul și, dacă este setat agresiv, depășirea. Atunci când suma se acumulează într-o perioadă în care ieșirea nu poate răspunde, cum ar fi o blocare a dezghețului, ea acționează puternic ieșirea în momentul în care blocarea se elimină. Aceasta este lichidarea integrală și este o cauză comună a depășirii unui magazin cu 5 K după o dezghețare.

Acțiune derivată

Acțiunea derivată răspunde la rata de modificare a erorii, care atenuează o buclă care tinde să se depășească. De asemenea, reacționează la zgomotul senzorului, deoarece un traductor de presiune care se spală cu 0,2 bari în fiecare perioadă de eșantionare arată ca o rată de schimbare extrem de rapidă. Majoritatea controlerelor de refrigerare aplică termenul derivat mai degrabă variabilei procesului decât erorii și îl asociază cu un filtru de una până la trei secunde. Acolo unde domină întârzierea de transport, care este majoritatea circuitelor, derivata este lăsată la zero și se folosește o buclă PI.

Un exemplu concret. O supapă de expansiune electronică care menține supraîncălzirea la 5 până la 8 K se bazează pe acțiunea proporțională pentru a urmări sarcina și pe acțiunea integrală pentru a elimina eroarea staționară. Dacă supraîncălzirea variază între 2 K și 15 K, termenul derivat este rareori de vină. Timpul de răspuns al senzorului și rezoluția treptei supapei sunt de obicei.

Supapă de expansiune termică pentru controlul supraîncălzirii frigorifice Supapă compactă din alamă sau oțel inoxidabil cu supraîncălzire statică reglabilă de 0–8°C pentru aplicații comerciale și industriale de refrigerare. Vizualizare produs →

Metode de reglare și numere realiste

Tuning este locul în care teoria întâlnește planta. Trei abordări acoperă cea mai mare parte a lucrării.

1. Reglaj manual. Reduceți la zero termenii integrali și derivați, creșteți câștigul proporțional până când bucla oscilează în mod constant, apoi reduceți-l la jumătate. Adăugați o acțiune integrală până când decalajul se elimină într-un timp acceptabil. Adăugați derivată numai dacă depășirea contează.
2. Ziegler și Nichols. Citiți câștigul final și perioada de la testul de oscilație și aplicați tabelul publicat. Rezultatul este rapid și ușor agresiv, ceea ce se potrivește buclelor lente de temperatură.
3. Reglare automată a releului. Controlerul forțează un mic ciclu limită în jurul valorii de referință și derivă modelul din amplitudinea și perioada acestuia. Este convenabil, dar reglează bucla exact așa cum s-a găsit, inclusiv un senzor prost plasat.

Puncte de referință utile. O buclă de cameră se actualizează o dată pe secundă. O buclă de supraîncălzire se actualizează la fiecare 100 până la 200 ms. O buclă de apă răcită ar trebui să aibă o valoare de 0,5 K, iar o vitrină la 1 K. Eșantionarea mult mai rapidă decât poate răspunde procesul amplifica zgomotul.

Unde bucla de control se întâlnește cu hardware-ul

Trei decizii hardware modelează rezultatul mai mult decât orice constantă de reglare.

• Amplasarea senzorului și viteza. O sondă în aerul de retur vede camera, în timp ce o sondă legată de bobină vede bobina. O buclă reglată pe unul și operată pe cealaltă va vâna.
• Rezoluția actuatorului. O supapă solenoidală de pornire și oprire oferă buclei două poziții, astfel încât controlerul poate varia doar ciclul de lucru. O supapă de modulare îi oferă 200 de poziții sau mai mult.
• Protecție independentă. Un regulator de presiune pentru refrigerare comută compresorul sau ventilatorul condensatorului la o presiune fixă, indiferent de ceea ce cere bucla de temperatură, ceea ce împiedică un senzor defectat să devină un compresor defect.

Comportamentul în timp contează la fel de mult ca și comportamentul în ziua punerii în funcțiune. Un solenoid de linie lichidă care circulă la fiecare 40 de secunde va acumula sute de mii de operații în câțiva ani, astfel încât designul scaunului, clasa de izolație a bobinei și accesul manual devin criterii practice de selecție. Note despre menținerea stabilă a unei supape solenoid EVR pe o durată lungă de viață merită citite înainte de a stabili o rată de ciclism.

Supapă electromagnetică EVR pentru controlul debitului de refrigerare Electrovalvă EVR pentru conducte de lichid, de aspirație sau gaz fierbinte, cu opțiuni de bobine AC/DC și etanșare durabilă pentru sistemele de refrigerare. Vizualizare produs →

Controler de înaltă/joasă presiune pentru refrigerare cu resetare automată Controler mecanic de înaltă/joasă presiune cu indicatori și resetare automată, legat de compresoare, ventilatoare și supape de scurgere pentru protecția sistemului. Vizualizare produs →

Când bucla se comportă greșit: simptome și cauze

• Depășire mare după dezghețare: înfășurare integrală sau terminarea dezghețarii stabilită în funcție de timp și nu de temperatura bobinei.
• Oscilație regulată la fiecare două până la cinci minute: câștig proporțional prea mare sau o supapă supradimensionată pentru sarcină.
• Decalaj constant care nu se eliberează niciodată: control numai proporțional sau un actuator care și-a atins limita de cursă.
• Trecire aleatorie fără o cauză fizică: acțiune derivată care amplifica zgomotul senzorului sau un buzunar liber al sondei.
• Ciclu scurt la sarcină ușoară: histerezis setat sub banda moartă a buclei sau o bandă moartă mai îngustă decât precizia senzorului.
• O parte a carcasei este rece și restul cald: locația senzorului, nu reglarea.

Controlul în cascadă elimină o parte din aceasta. Bucla exterioară citește temperatura camerei și scrie un punct de referință, în timp ce bucla interioară citește condițiile evaporatorului sau de aspirație și antrenează supapa. Bucla interioară reacționează în câteva secunde, înainte ca camera să se fi mutat, ceea ce reduce depășirea sistemelor cu întârziere mare de transport.

Ce să verificați înainte de a plasa o comandă

1. Ce interval de control și ce rezoluție sunt necesare? O supapă care modulează între 10 și 100 la sută din sarcină este un produs diferit de unul care se deschide complet la 20 la sută.
2. Care este precizia senzorului și timpul de răspuns și este banda moartă a buclei mai largă decât eroarea senzorului?
3. Ce număr de cicluri este de așteptat pe durata de viață și materialele scaunului și bobinei îl suportă?
4. Fitingurile din cupru și alamă și materialele supapelor se potrivesc cu agentul frigorific și uleiul utilizat?
5. Sunt disponibile piese de schimb, tensiunile bobinei și opțiunile de anulare manuală în aceeași serie, astfel încât o reparație nu necesită reprelucrarea suportului?
6. Poate furnizorul să lucreze dintr-un desen sau o probă dacă bucla are nevoie de o dimensiune a portului sau o caracteristică de debit non-standard?

Furnizorii care construiesc componentele de control și înțeleg buclele în care se află închid mai repede aceste goluri. Un producător cu un laborator de testare intern și capacitate de dezvoltare personalizată poate confirma un coeficient de debit sau o valoare nominală a bobinei din desen, mai degrabă decât dintr-o notă de subsol a catalogului.

Puncte cheie de reținut

• Un sistem de control PID este o buclă închisă: măsurați, comparați, corectați, repetați.
• Acțiunea proporțională reacționează la eroarea prezentă, acțiunea integrală șterge trecutul, acțiunea derivată anticipează următoarele câteva secunde.
• Cele mai multe bucle de refrigerare funcționează cel mai bine ca PI, cu derivată rezervată pentru măsurători bine filtrate și cu răspuns rapid.
• Reglajul nu poate compensa un senzor lent, o supapă supradimensionată sau o sondă în locul greșit.
• Durata de viață a ciclului și compatibilitatea cu materialele decid dacă bucla încă funcționează în anul trei.

Testul real al unei bucle nu este răspunsul pas în ziua punerii în funcțiune. Este dacă cazul încă mai ține ținta în cea mai caldă după-amiază a anului, după o dezghețare și cu o bobină parțial blocată. Proiectați hardware-ul în funcție de această cerință, iar numerele de reglare devin partea ușoară.