Průvodce laděním regulačního systému PID pro regulační smyčky chlazení a HVAC

Vestavěná mraznička nastavená na minus 18 stupňů Celsia, která se pohybuje mezi minus 15 a minus 20, krátké cyklování kompresoru a namrzání jednoho konce výparníku, obvykle nemá nedostatek chladiva. Chybí mu dobrá kontrola. Řídicí systém PID rozhoduje o tom, jak daleko se otevře expanzní ventil, kdy se zavře solenoid vedení kapaliny a jak rychle se místnost zotaví po ponechání otevřených dveří. Žádná úprava náboje nespraví smyčku, která sama bojuje.

Nejprve stručná odpověď. PID regulační systém je regulátor s uzavřenou smyčkou, který porovnává naměřenou hodnotu s cílovou hodnotou a koriguje rozdíl pomocí tří vážených členů: proporcionální, integrální a derivační. Při práci s chlazením a klimatizací je aritmetika tou jednoduchou částí. O tom, zda smyčka udrží svůj cíl, rozhoduje snímač, akční člen a zda ladění odpovídá tepelné setrvačnosti zátěže.

Jak PID řídicí systém opravuje chybu

Každá smyčka běží stejnou sekvenci. Regulátor načte procesní proměnnou, odečte ji od žádané hodnoty, aby získal chybu, vypočítá tři členy, sečte je a odešle výsledek do konečného regulačního prvku. Prvek působí, proces reaguje, senzor hlásí a cyklus se opakuje. Časovač, který běží kompresoru na deset minut a na pět ho nechá odpočívat, nic z toho nedělá, a proto řízení s otevřenou smyčkou nemůže udržet místnost při měnícím se zatížení.

Tři pojmy a co každý z nich opravuje

Proporcionální akce

Proporcionální akce vytváří výstup úměrný aktuální chybě. Pokud je v místnosti 2 K nad nastavenou hodnotou a zisk je nastaven tak, že každý kelvin otevře modulační ventil o 8 procent, ventil se posune na 16 procent. Tento termín dělá většinu práce během stahování.

Nemůže dokončit práci sám. Jak se místnost blíží nastavené hodnotě, chyba se zmenšuje a výkon se zmenšuje s ní, dokud poloha ventilu přesně nevyrovná zátěž. Tento rovnovážný bod leží mimo nastavenou hodnotu a nazývá se offset nebo chyba ustáleného stavu. Pouze proporcionální regulace často usadí 1 až 2 K mimo cíl, což je tolerovatelné pro komfortní chlazení a ne pro proudový mrazák.

Integrální akce

Integrální akce sčítá chybu v průběhu času a neustále tlačí, dokud tento součet nepřestane růst, což odstraní posun. Nákladem je čas, a pokud je nastaven agresivně, přestřelení. Když se součet nashromáždí během období, ve kterém výstup nemůže reagovat, jako je blokování odmrazování, nastaví výstup silně v okamžiku, kdy blokování zmizí. To je integrální likvidace a je to běžná příčina překročení skladu o 5 K po odmrazení.

Odvozená akce

Derivační akce reaguje na rychlost změny chyby, která tlumí smyčku, která má tendenci překmitnout. Reaguje také na šum snímače, protože tlakový snímač škubající o 0,2 baru každou periodu vzorkování vypadá jako extrémně rychlá rychlost změny. Většina regulátorů chlazení aplikuje derivační člen na procesní proměnnou spíše než na chybu a spáruje ji s filtrem o délce jedné až tří sekund. Tam, kde dominuje transportní zpoždění, což je většina obvodů, je derivace ponechána na nule a místo toho je použita smyčka PI.

Jeden konkrétní příklad. Elektronický expanzní ventil udržující přehřátí na 5 až 8 K se spoléhá na proporcionální akci pro sledování zátěže a integrační akci k odstranění stálé chyby. Pokud přehřátí kolísá mezi 2 K a 15 K, derivační člen je zřídka viníkem. Doba odezvy snímače a rozlišení kroku ventilu obvykle jsou.

Tepelný expanzní ventil pro řízení přehřátí chlazení Kompaktní ventil z mosazi nebo nerezové oceli s nastavitelným statickým přehřátím 0–8 °C pro komerční a průmyslové chladicí aplikace. Zobrazit produkt →

Metody ladění a realistická čísla

Ladění je místo, kde se teorie setkává s rostlinou. Většinu práce pokrývají tři přístupy.

1. Ruční ladění. Vynulujte integrální a derivační členy, zvyšte proporcionální zesílení, dokud smyčka stabilně osciluje, a poté jej snižte na polovinu. Přidejte integrální akci, dokud se offset nevymaže v přijatelném čase. Derivát přidejte pouze v případě, že překmit stále záleží.
2. Ziegler a Nichols. Přečtěte si konečný zisk a periodu z oscilačního testu a použijte publikovanou tabulku. Výsledek je rychlý a mírně agresivní, což vyhovuje pomalým teplotním smyčkám.
3. Automatické ladění relé. Regulátor vynutí malý limitní cyklus kolem nastavené hodnoty a odvodí model z jeho amplitudy a periody. Je to pohodlné, ale vyladí smyčku přesně tak, jak bylo nalezeno, včetně špatně umístěného snímače.

Užitečné referenční body. Smyčka místnosti se aktualizuje jednou za sekundu. Smyčka přehřátí se aktualizuje každých 100 až 200 ms. Smyčka chlazené vody by měla udržet do 0,5 K a vitrína do 1 K. Vzorkování mnohem rychleji, než může proces reagovat, většinou zesiluje hluk.

Kde se řídicí smyčka setkává s hardwarem

Tři hardwarová rozhodnutí ovlivňují výsledek více než jakákoli konstanta ladění.

• Umístění a rychlost snímače. Sonda ve zpětném vzduchu vidí místnost, zatímco sonda připevněná k cívce vidí cívku. Smyčka naladěná na jednom a provozovaná na druhém bude lovit.
• Rozlišení aktuátoru. Solenoidový ventil zapínání a vypínání dává smyčce dvě polohy, takže ovladač může měnit pouze pracovní cyklus. Modulační ventil poskytuje 200 nebo více pozic.
• Nezávislá ochrana. Regulátor tlaku chlazení spíná kompresor nebo ventilátor kondenzátoru na pevný tlak bez ohledu na to, co požaduje teplotní smyčka, což zabraňuje tomu, aby se z vadného snímače nestal vadný kompresor.

Chování v průběhu času je důležité stejně jako chování v den uvedení do provozu. Cyklování elektromagnetu kapalinového vedení každých 40 sekund nashromáždí stovky tisíc operací během několika let, takže design sedadla, třída izolace cívky a ruční ovládání se stávají praktickými kritérii výběru. Poznámky na udržení stability elektromagnetického ventilu EVR po dlouhou životnost stojí za přečtení, než bude stanovena sazba cyklování.

Solenoidový ventil EVR pro řízení průtoku chlazení Solenoidový ventil EVR pro vedení kapaliny, sání nebo horkého plynu s volitelnými cívkami AC/DC a odolným těsněním pro chladicí systémy. Zobrazit produkt →

Regulátor vysokého/nízkého tlaku chlazení s automatickým resetem Mechanický vysokotlaký/nízkotlaký regulátor s ručičkami a automatickým resetem, spojený s kompresory, ventilátory a vypouštěcími ventily pro ochranu systému. Zobrazit produkt →

Když se smyčka chová špatně: Příznaky a příčiny

• Velký překmit po odmrazování: integrální natahování nebo ukončení odmrazování nastavené spíše časem než teplotou výměníku.
• Pravidelné kmitání každé dvě až pět minut: proporcionální zesílení je příliš vysoké nebo ventil předimenzovaný pro zátěž.
• Stabilní offset, který se nikdy nevymaže: pouze proporcionální ovládání nebo akční člen, který dosáhl svého limitu zdvihu.
• Náhodné jitter bez fyzické příčiny: derivační akce zesilující šum snímače nebo uvolněná kapsa sondy.
• Krátké cyklování při nízké zátěži: hystereze nastavená pod mrtvé pásmo smyčky nebo mrtvé pásmo užší, než je přesnost snímače.
• Jedna část pouzdra studená a zbytek teplá: umístění senzoru, ne ladění.

Kaskádové řízení část toho odstraňuje. Vnější smyčka čte pokojovou teplotu a zapisuje požadovanou hodnotu, zatímco vnitřní smyčka čte podmínky výparníku nebo sání a pohání ventil. Vnitřní smyčka reaguje během několika sekund, než se místnost pohne, což u systémů s dlouhým transportním zpožděním snižuje překmit.

Co zkontrolovat před zadáním objednávky

1. Jaký regulační rozsah a rozlišení je požadováno? Ventil, který moduluje v rozsahu 10 až 100 procent zatížení, je odlišný produkt od ventilu, který se plně otevírá při 20 procentech.
2. Jaká je přesnost snímače a doba odezvy a je pásmo necitlivosti smyčky širší než chyba snímače?
3. Jaký počet cyklů se očekává během životnosti a podporují ho materiály sedla a cívky?
4. Vyhovují měděné a mosazné fitinky a materiály ventilů používanému chladivu a oleji?
5. Jsou náhradní díly, napětí cívek a možnosti ručního ovládání dostupné ve stejné řadě, takže oprava nevyžaduje přepracování držáku?
6. Může dodavatel pracovat z výkresu nebo vzorku, pokud smyčka potřebuje nestandardní velikost portu nebo průtokovou charakteristiku?

Dodavatelé, kteří vytvářejí řídicí komponenty a chápou smyčky, ve kterých sedí, rychleji uzavírají tyto mezery. Výrobce s vlastní testovací laboratoř a schopnost vlastního vývoje může potvrdit průtokový koeficient nebo jmenovitý výkon cívky z výkresu spíše než z poznámky v katalogu.

Klíčové body k zapamatování

• PID řídicí systém je uzavřená smyčka: měřte, porovnejte, opravte, opakujte.
• Proporcionální akce reaguje na současnou chybu, integrální akce vymaže minulost, derivační akce předjímá několik příštích sekund.
• Většina chladicích smyček funguje nejlépe jako PI, s derivací vyhrazenou pro dobře filtrovaná a rychle reagující měření.
• Ladění nedokáže kompenzovat pomalý snímač, předimenzovaný ventil nebo sondu na špatném místě.
• Životnost cyklu a materiálová kompatibilita rozhodují o tom, zda smyčka stále funguje ve třetím roce.

Skutečným testem smyčky není kroková odezva v den uvedení do provozu. Jde o to, zda pouzdro stále drží cíl v nejteplejším odpoledni roku, po odmrazení a s částečně zablokovanou cívkou. Navrhněte hardware podle tohoto požadavku a čísla ladění se stanou snadnou součástí.