Что такое ПИД-регулятор
ПИД-регулятор держит процесс на уставке. Он опрашивает датчик, сравнивает показание с числом, которое ввёл оператор, и подстраивает выход так, чтобы разницу закрыть. На машине именно этот прибор решает, сколько тепла, холода или расхода подаётся внутрь, поэтому он стоит на экструдерах, литьевых машинах, упаковочных линиях, в печах, ваннах и камерах испытаний, а не только в лаборатории.
Регулятор стоит отделить от того, что вокруг него, потому что в запросах эти приборы смешивают. Датчик температуры измеряет и даёт сигнал. Передатчик обрабатывает этот сигнал и передаёт его дальше. Регистратор данных его записывает. Регулятор на него воздействует. Регулятор может показывать измеренное значение, и обычно показывает, но дисплей не делает его регулятором - делает замкнутый контур.
Выбор поэтому сводится к четырём вопросам: что измеряет вход, какой выход нужен нагрузке, сколько каналов сигнализации требует процесс и сколько места есть в щите. Остальное следует из них, и важен порядок, потому что у части приборов размер щитового корпуса ограничивает, какие выходы вообще можно поставить.
Как ПИД-регулятор выполняет измерение
Разница между ПИД-регулятором и термостатом в том, что происходит возле уставки. Термостат включает выход на полную до достижения уставки, а потом полностью выключает, поэтому процесс перескакивает значение, откатывается и колеблется вокруг него, а не стабилизируется на нём. ПИД-контур смотрит сразу на три вещи: как далеко процесс от уставки, как долго он далеко и как быстро движется. После этого он подстраивает выход пропорционально, а не ступенями, и правильно настроенный контур садится ближе к уставке и держится там.
Форма выходного сигнала решает, как эта подстройка доходит до нагрузки. Реле умеет только переключать, поэтому контур, управляющий реле, меняет долю времени, когда контакт замкнут, внутри цикла. Твёрдотельный ключ переключает без контактов и потому умеет пропорционировать на много более коротком цикле, что подходит быстрому тепловому процессу. Линейный выход по току или напряжению ведёт силовой регулятор или клапан вместо прямого переключения нагрузки и применяется там, где нагрузка велика для контакта. Ни одно из этого не меняет алгоритм управления; меняется только то, насколько мелко можно применить его решение.
Тип входа на большинстве щитовых приборов - настройка в меню, а не выбор железа, и это вопрос пусконаладки в той же мере, что и заказа. Регулятор, настроенный на один тип термопары, покажет правдоподобное, но неверное число, если на те же клеммы подключить другой датчик: он линеаризует приходящий сигнал в милливольтах по чужой кривой. Указать тип входа по датчику, который действительно установлен, - часть ввода контура в эксплуатацию.
Варианты конфигурации
Большую часть спецификации определяют именно эти решения, а не класс точности. Каждое ограничивает следующее, поэтому их и утверждают по порядку.
| Конфигурация | Что нужно зафиксировать | Что это на самом деле определяет |
| Габарит прибора и установочное окно | Обычные квадратные и прямоугольные исполнения DIN, от компактного до полной ширины | Сколько места есть в щите и, у части приборов, какие выходы вообще можно поставить: в малом корпусе не помещается любая комбинация. |
| Тип входа | Семейства термопар и термосопротивлений, плюс аналоговые входы по току и напряжению | Какие датчики можно подключить без отдельного передатчика. Набор типов обычно широк, но не всеобъемлющ, поэтому нестандартный датчик стоит проверить, а не принять по умолчанию. |
| Форма выходного сигнала | Контакт реле, твёрдотельный ключ, линейный выход по току или напряжению либо их сочетание | Насколько мелко выход может пропорционировать, а значит, как узко управление на данном процессе. |
| Число выходов | Один выход или второй выход на охлаждение либо на вторую зону | Можно ли вести процесс, которому нужны и нагрев и охлаждение, одним прибором - это убирает второй регулятор и его проводку. |
| Каналы сигнализации | Один или два выхода сигнализации либо их отсутствие | Может ли регулятор сигнализировать о выходе за пределы независимо от управляющего выхода и привязана ли сигнализация к абсолютному значению или к уставке. |
| Функция сигнализации | Отклонение, зона, абсолютное значение, таймер и обрыв нагревателя | Что сигнализация ловит на самом деле. Сигнализация обрыва нагревателя замечает сгоревший элемент, а не высокое показание, и чтобы она вообще работала, её два параметра должны быть настроены на процесс. |
| Связь | Последовательная шина, с вышестоящей системой или без неё | Можно ли собирать уставки и показания централизованно и можно ли отправить смену рецептуры сразу на несколько регуляторов. |
| Питание и коммутируемая способность | Питание от сети или низковольтное питание и номинал контактов любого релейного выхода | Можно ли переключать нагрузку напрямую или нужно промежуточное реле - обычная схема для индуктивной нагрузки. |
Как выбрать ПИД-регулятор
| Фактор | Почему от этого зависит ответ | Как решить это до запроса |
| Тип датчика и диапазон | Тип входа должен соответствовать датчику, а измеряемый диапазон - укладываться в диапазон прибора | Укажите тип датчика и температурный или технологический диапазон, который он покроет, включая крайние значения, а не только обычную точку |
| Нагрузка и её номинал | И форма выхода, и номинал контакта следуют из того, что переключается | Опишите тип нагрузки, её ток и характер - активная она или индуктивная. Номинал контакта - не номинал нагрузки |
| Требуемое качество управления | Процессу, который должен держаться в узкой полосе, нужно более мелкое пропорционирование, чем процессу, который обязан просто оставаться в широком окне | Опишите допустимое отклонение и что происходит при его превышении, а не называйте тип регулятора |
| Требование к сигнализации | Сигнализация, которая ловит сгоревший нагреватель, - другая функция, чем та, что ловит высокое показание | Скажите, что именно должна ловить сигнализация. Опишите неисправность, а не её название |
| Место в щите и установочное окно | Окно обычно уже задано оболочкой и не расширяется без переделки щита | Дайте имеющееся установочное окно или свободное место, если щит новый |
| Условия у щита | Тепло, пыль и мойка струёй действуют на лицевую панель и на срок службы прибора | Опишите, где стоит щит, а не предприятие в целом, и скажите, моют ли лицевую панель струёй |
| Встраивание | Нужна ли связь, решает то, задаётся ли уставка на месте или приходит с вышестоящей системы | Назовите, что и по какому протоколу считывает регулятор удалённо, если вообще считывает |
Диапазон прибора и рабочий диапазон - разные величины. Регулятор, выбранный по самой высокой температуре, которую процесс может когда-либо достигнуть, различает меньше там, где он работает обычно, поэтому указывать нужно рабочую точку.
Ближайшие альтернативы
ПИД-регулятор: какие типы обычно имеют в виду в запросе и где на самом деле решается выбор.
| Ближайшая альтернатива | Что отличает его от ПИД-регулятора |
| Программируемые логические контроллеры | Программируемый контроллер делает контур регулирования только если он написан и если установлен аналоговый ввод-вывод, и тогда ведёт много контуров сразу в составе более широкой программы. ПИД-регулятор - самостоятельный прибор на один или два контура, его настраивают, а не программируют, и он продолжает работать регулятором, если программу машины остановить. |
| Преобразователи сигналов | Преобразователь меняет форму или диапазон сигнала, например с термопары на 4-20 mA, не воздействуя на процесс. ПИД-регулятор измеряет, решает и ведёт выход. Если щитовому прибору или ПЛК нужен стандартный сигнал с датчика, даёт его преобразователь. |
| Модули управления | Модуль управления - строительный блок внутри большей системы управления, без собственного интерфейса оператора. ПИД-регулятор - цельный щитовой прибор с дисплеем, клавишами и выходом; именно его обычно подстраивает оператор машины. |
| Датчики температуры | Датчик даёт сигнал и ничего больше. Решает, что делать со значением, которое он сообщает, регулятор. Их обычно указывают в спецификации вместе, потому что тип входа, выбранный без учёта установленного датчика, - самая частая причина, по которой новый контур показывает неверно при первом пуске. |
| Промышленные регистраторы данных | Регистратор записывает произошедшее, и по нему потом доказывают, что процесс оставался в пределах. Регулятор действует в моменте. Процессу, который нужно и вести и документировать, нужны оба прибора, либо регулятор с вышестоящей системой регистрации за ним. |
Что включить в запрос
Первый ответ может быть предложением, а не списком вопросов, если запрос содержит эти данные. Если значение неизвестно, пришлите описание задачи - мы уточним, что из неё следует.
- Тип подключаемого датчика, а для нестандартной термопары или термосопротивления - их обозначение
- Технологический диапазон регулирования, с рабочей точкой наряду с крайними значениями
- Что ведёт выход: контактор, твёрдотельное реле, тиристорный блок или клапан
- Ток этой нагрузки и активная она или индуктивная
- Установочное окно щита или свободное место, если щит ещё не изготовлен
- Число контуров регулирования и нужны ли и нагрев и охлаждение
- Что должна ловить сигнализация - описанное как неисправность, а не как тип сигнализации
- Считывает ли регулятор вышестоящая система и по какому протоколу
- Напряжение питания, доступное в щите
- Нужна ли документация процесса отдельно от управления