Руководство по настройке системы ПИД-управления для контуров управления холодильным оборудованием и системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха

В морозильной камере, установленной на температуру минус 18 градусов по Цельсию, которая колеблется от минус 15 до минус 20, кратковременная работа компрессора и обледенение одного конца испарителя, обычно достаточно хладагента. Ему не хватает хорошего контроля. Система ПИД-управления определяет, насколько далеко откроется расширительный клапан, когда закроется соленоид жидкостной линии и как быстро комната восстановится после того, как дверь останется открытой. Никакая регулировка заряда не исправит шлейф, который борется сам с собой.

Сначала краткий ответ. Система ПИД-регулирования представляет собой регулятор с обратной связью, который сравнивает измеренное значение с целевым и корректирует разницу, используя три взвешенных параметра: пропорциональный, интегральный и производный. В холодильном оборудовании и кондиционировании воздуха арифметика – это самая простая часть. Решает, удержит ли контур свою цель, датчик, исполнительный механизм и соответствует ли настройка тепловой инерции нагрузки.

Как система ПИД-регулирования исправляет ошибку

Каждый цикл выполняет одну и ту же последовательность. Контроллер считывает переменную процесса, вычитает ее из заданного значения, чтобы получить ошибку, вычисляет три условия, складывает их и отправляет результат конечному элементу управления. Элемент действует, процесс реагирует, датчик сообщает, и цикл повторяется. Таймер, который запускает компрессор на десять минут и оставляет его в покое на пять, ничего из этого не делает, поэтому управление с разомкнутым контуром не может удерживать помещение при меняющейся нагрузке.

Три термина и что каждый из них исправляет

Пропорциональное действие

Пропорциональное действие дает результат, пропорциональный текущей ошибке. Если температура в помещении на 2 К выше заданного значения и усиление установлено так, что каждый кельвин открывает модулирующий клапан на 8 процентов, клапан перемещается на 16 процентов. Этот термин выполняет большую часть работы во время вытягивания вниз.

Он не может завершить работу в одиночку. По мере приближения помещения к заданному значению ошибка уменьшается, а вместе с ней и выходная мощность, пока положение клапана не будет точно уравновешивать нагрузку. Эта точка баланса находится далеко от заданного значения и называется смещением или установившейся ошибкой. Только пропорциональное управление часто отклоняется от заданного значения на 1–2 К, что приемлемо для комфортного охлаждения, а не для шоковой заморозки.

Интегральное действие

Интегральное действие суммирует ошибку с течением времени и продолжает увеличивать ее до тех пор, пока сумма не перестанет расти, что приводит к удалению смещения. Цена — это время, и, если оно установлено агрессивно, оно может превысить значение. Когда сумма накапливается в течение периода, в течение которого выход не может реагировать, например, при блокировке размораживания, она приводит к резкому увеличению выхода в момент снятия блокировки. Это интегральный срыв, и он является частой причиной превышения температуры накопителя на 5 К после оттайки.

Производное действие

Производное действие реагирует на скорость изменения ошибки, что ослабляет контур, имеющий тенденцию к превышению. Он также реагирует на шум датчика, поскольку датчик давления, подергивающийся на 0,2 бар за каждый период измерения, выглядит как чрезвычайно быстрое изменение. Большинство контроллеров холодильного оборудования применяют производную величину к переменной процесса, а не к ошибке, и связывают ее с фильтром от одной до трех секунд. Там, где преобладает транспортная задержка, что характерно для большинства схем, производная оставлена ​​равной нулю и вместо нее используется контур ПИ.

Один конкретный пример. Электронный расширительный клапан, удерживающий перегрев на уровне от 5 до 8 К, основан на пропорциональном действии для отслеживания нагрузки и интегральном действии для устранения постоянной ошибки. Если перегрев колеблется от 2 К до 15 К, производная часть редко является виновником. Время отклика датчика и разрешение шага клапана обычно равны.

Терморасширительный клапан для контроля перегрева холодильного оборудования Компактный клапан из латуни или нержавеющей стали с регулируемым статическим перегревом 0–8°C для коммерческого и промышленного холодильного оборудования. Посмотреть продукт →

Методы настройки и реалистичные цифры

Тюнинг – это место, где теория встречается с заводом. Три подхода охватывают большую часть работы.

1. Ручная настройка. Обнулите интегральные и производные члены, увеличьте пропорциональный коэффициент до тех пор, пока контур не начнет устойчиво колебаться, а затем уменьшите его вдвое. Добавляйте интегральное действие до тех пор, пока смещение не исчезнет в течение приемлемого времени. Добавляйте производную только в том случае, если перерегулирование все еще имеет значение.
2. Зиглер и Николс. Прочтите конечный коэффициент усиления и период из теста колебаний и примените опубликованную таблицу. Результат получается быстрый и слегка агрессивный, что подходит для медленных температурных контуров.
3. Реле автонастройки. Контроллер устанавливает небольшой предельный цикл вокруг заданного значения и выводит модель на основе его амплитуды и периода. Это удобно, но настраивает шлейф именно так, как нашел, включая неудачно расположенный датчик.

Полезные ориентиры. Цикл комнаты обновляется раз в секунду. Контур перегрева обновляется каждые 100–200 мс. Контур охлажденной воды должен поддерживать температуру в пределах 0,5 К, а витрина — в пределах 1 К. Отбор проб намного быстрее, чем может отреагировать процесс, в основном усиливает шум.

Где контур управления встречается с аппаратным обеспечением

Три аппаратных решения влияют на результат больше, чем любая константа настройки.

• Расположение датчика и скорость. Датчик в рециркуляционном воздухе видит помещение, а датчик, привязанный к змеевику, видит змеевик. Петля, настроенная на одном и работающая на другом, будет охотиться.
• Разрешение привода. Электромагнитный клапан включения и выключения дает контуру два положения, поэтому контроллер может изменять только рабочий цикл. Модулирующий клапан дает ему 200 или более положений.
• Независимая защита. Контроллер давления холодильного оборудования переключает компрессор или вентилятор конденсатора при фиксированном давлении независимо от того, что запрашивает температурный контур, что не позволяет неисправному датчику стать неисправным компрессором.

Поведение во времени имеет такое же значение, как и поведение в день ввода в эксплуатацию. Соленоид жидкостной линии, совершающий цикличность каждые 40 секунд, совершит сотни тысяч операций в течение нескольких лет, поэтому конструкция седла, класс изоляции катушки и доступ к ручному управлению становятся практическими критериями выбора. Примечания к сохранение стабильности электромагнитного клапана EVR в течение длительного срока службы стоит прочитать до того, как будет установлена ставка на велосипеде.

Электромагнитный клапан EVR для управления потоком холодильного оборудования Электромагнитный клапан EVR для линий жидкости, всасывания или горячего газа, с возможностью выбора катушки переменного/постоянного тока и прочным уплотнением для холодильных систем. Посмотреть продукт →

Регулятор высокого/низкого давления холодильного оборудования с автоматическим сбросом Механический контроллер высокого/низкого давления со стрелочными манометрами и автоматическим сбросом, связанный с компрессорами, вентиляторами и сливными клапанами для защиты системы. Посмотреть продукт →

Когда цикл работает неправильно: симптомы и причины

• Большое перерегулирование после оттайки: встроенное завершение или прекращение оттайки, определяемое временем, а не температурой змеевика.
• Регулярные колебания каждые две-пять минут: слишком высокий пропорциональный коэффициент или клапан слишком велик для нагрузки.
• Постоянное смещение, которое никогда не сбрасывается: только пропорциональное управление или привод, достигший предела хода.
• Случайный джиттер без физической причины: производное действие, усиливающее шум датчика, или незакрепленный гильза зонда.
• Короткая циклическая работа при небольшой нагрузке: гистерезис установлен ниже зоны нечувствительности контура или зона нечувствительности меньше точности датчика.
• Одна часть корпуса холодная, остальные теплые: расположение датчика, а не настройка.

Каскадное управление частично устраняет эту проблему. Внешний контур считывает температуру в помещении и записывает заданное значение, а внутренний контур считывает условия испарителя или всасывания и управляет клапаном. Внутренний контур реагирует за секунды до того, как помещение переместится, что исключает перерасход в системах с длительной задержкой транспортировки.

Что проверить перед размещением заказа

1. Какой диапазон регулирования и разрешение требуется? Клапан, который регулирует нагрузку от 10 до 100 процентов, отличается от клапана, который полностью открывается при 20 процентах.
2. Какова точность датчика и время отклика, и является ли зона нечувствительности контура шире погрешности датчика?
3. Какое количество циклов ожидается в течение срока службы и поддерживают ли его материалы седла и катушки?
4. Соответствуют ли медные и латунные фитинги и материалы клапанов используемому хладагенту и маслу?
5. Доступны ли в одной серии запасные части, напряжения катушки и варианты ручного управления, чтобы ремонт не требовал переделки кронштейна?
6. Может ли поставщик работать по чертежу или образцу, если для контура требуется порт нестандартного размера или характеристики расхода?

Поставщики, которые одновременно создают компоненты управления и понимают циклы, в которых они находятся, быстрее устраняют эти пробелы. Производитель с собственная испытательная лаборатория и возможность индивидуальной разработки можно подтвердить коэффициент расхода или номинал катушки по чертежу, а не по сноске в каталоге.

Ключевые моменты, которые следует помнить

• Система ПИД-регулирования представляет собой замкнутый контур: измеряйте, сравнивайте, корректируйте, повторяйте.
• Пропорциональное действие реагирует на текущую ошибку, интегральное действие очищает прошлое, производное действие предвосхищает следующие несколько секунд.
• Большинство холодильных контуров лучше всего работают в режиме PI, а производная предназначена для хорошо отфильтрованных и быстродействующих измерений.
• Настройка не может компенсировать медленный датчик, клапан слишком большого размера или датчик в неправильном месте.
• Срок службы и совместимость материалов определяют, будет ли контур продолжать работать в течение третьего года.

Настоящим испытанием контура является не переходная реакция в день ввода в эксплуатацию. Вопрос в том, сохраняется ли цель в самый жаркий полдень года, после оттаивания и с частично заблокированной катушкой. Разработайте аппаратное обеспечение с учетом этих требований, и цифры настройки станут легкой частью.