Sıcaklık kontrolörleri, ısıtma ekipmanını kontrol etmek için kullanılan araçlardır. Endüstriyel ve evsel ortamlarda, zaman içinde minimum dalgalanmalarla ayarlanan bir sıcaklığı korumak için kullanılırlar. Bu yazımızda PID Sıcaklık Kontrol Cihazlarından, nasıl çalıştıklarından ve nasıl kullanılacağından bahsedeceğiz.
PID Sıcaklık kontrolörü nedir ve nasıl çalışır?
PID kontrolörlerinden bahsetmeden önce genel olarak sıcaklık kontrolörlerinden bahsedelim. Sıcaklık kontrolörleri, bir proses için gerekli sıcaklığı sağlamak için ısıtma elemanlarını/bobinleri kontrol edebilen cihazlardır. Bunlar termostat gibi elektronik veya elektromekanik cihazlar olabilir. Temel işlevleri, sıcaklık minimumun altına düştüğünde ısıtma elemanını açmak ve istenen sıcaklığa ulaşıldığında kapatmaktır.
Üç ana tip sıcaklık kontrol cihazı vardır; on-off, orantılı ve PID döngüsü tip kontrolörler. PID tipi, sıcaklık kontrolörlerinin en gelişmiş tipidir. En doğru ve en hızlı yanıt veren denetleyicidir.
'PID' kısaltması, hızla değişen ortamlarda kullanılan oldukça popüler ve etkili bir kapalı döngü kontrol yöntemi olan 'Oransal-İntegral-Türev' kontrolü anlamına gelir. ' e aittir.optimumBelirli bir süreç değişkenini en iyi şekilde elde etme girişimini tanımlayan kontrol teorisi kategorisi.
PID sıcaklık kontrolörlerinde optimal değişken proses sıcaklığıdır. Cihaz, aşırıya kaçmadan, gecikmeden, bozulmadan, ayarlanan sıcaklığa mümkün olan en hızlı şekilde en doğru şekilde ulaşmak için çalışmalıdır. Proses değerini/mevcut sıcaklığı izlemek için, PID sıcaklık kontrolörleri bir veya daha fazla termokupl/RTD veya başka bir sıcaklık ölçümü şekli. Bu değeri ayar noktasına karşı bir giriş olarak kullanarak, kontrolör sıcaklığı artırmak için aktüatöre (ısıtıcı) sağlanan gücü ayarlar. Mevcut sıcaklık ayar noktasından yüksekse, ısıtıcıya giden gücü keser. Proses değeri ile ayar noktası arasındaki farka denir. hata. Kontrolör, hatayı her zaman sıfıra yakın tutmaya çalışır.
Bununla birlikte, PID uygulamasının arkasındaki fikir, ayarlanan sıcaklığa mümkün olduğunca hızlı ulaşırken sıcaklık ayar noktasını asla aşmamaktır. Bunun için PID sıcaklık kontrolörleri üç farklı, ancak bağlantılı yaklaşım kullanır:
-
- Orantılı: proses değeri (mevcut sıcaklık okuması) ayar noktasından düşük olduğunda, çıkış hatayla orantılı olarak artar. Daha büyük hata, hızlı ısınmak için ısıtıcıya daha yüksek güç sağlandığı anlamına gelir. Daha küçük hata, denetleyicinin gücü düşürmesine neden olur.
- integral: Kontrolörün entegre kısmı, ayar noktasına ulaşmak için geçen süreyi azaltmak için ısıtıcıya giden çıkış gücünü artırmaya çalışır. Güç hatayı azaltmak için yeterli değilse, entegre kontrolör ısıtıcıya giden gücü artırmaya çalışır.
- Türev: Türev kontrolü, geçen zamandan etkilenir. Zaman geçtikçe ve sıcaklık hatası azaldıkça, aşmayı önlemek için çıkış gücü de azaltılır.
Bu üç kontrolör, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi bir yanıt elde etmek için nihai olarak ısıtıcıya giden gücü kontrol eder. bu ayar x ekseninde işaretlenen nokta istenen sıcaklıktır.
PID sıcaklık kontrol devresi
PID sıcaklık kontrolörleri birçok konfigürasyonda mevcuttur. Genellikle, kontrolör proses sıcaklığını bir sensör aracılığıyla okur ve ısıtıcıya uygulanan gücü kontrol etmek için SSR gibi harici bir güç kontrol cihazını kontrol eder. Aşağıdaki resim, PID sıcaklık kontrolörü, bir SSR (Katı hal Rölesi), soğutucu ve sıcaklık sensörüne sahip böyle bir kiti göstermektedir.
Bu sistemi kablolamak için aşağıdaki şema izlenebilir. Termokupl kabloları, kontrolörün proses sıcaklığını okuma yeteneğini engellediği için değiştirilmemelidir. Geçersiz sıcaklık okuması, PID sıcaklık kontrolörünün arızalanmasına neden olabilir.
Bazı kontrolörler, ek güvenlik için açık termokupl algılama gibi hata algılama özelliklerine sahiptir. Bu tür kontrolörler, termokuplun bağlantısının kesildiğini algılarlarsa çalışmayı durdurabilir ve ısıtıcıya giden gücü kesebilir.
Kontrolör tarafından yapılan dahili hesaplamalara göre, ısıtma elemanına uygulanan ortalama gücü kontrol etmek için katı hal rölesini (SSR) kontrol eder. Bu, güç kontrol cihazını anlık olarak açıp kapatarak yapılır. Uygun şekilde ayarlandığında sistem, istenen sıcaklığa ulaşabilir ve dış etkenler altında bile koşulları koruyabilir.
Sıcaklık Kontrol Cihazlarının Farklı Tipleri Nelerdir?
Yukarıda tartıştığımız gibi, PID sıcaklık kontrolörleri en doğru ve en hızlı tepki veren endüstriyel sıcaklık kontrolörleridir. Daha az doğru olan ancak belirli uygulamalarda kullanışlı olan iki tür sıcaklık kontrol cihazı daha vardır.
Açık/Kapalı Sıcaklık Kontrol Cihazları
Bu, sıcaklık kontrolörlerinin en basit şeklidir. Açma-kapama sıcaklık kontrol cihazının iki parametresi vardır, ayar noktası ve diferansiyel. Ayar noktası, sistemin sahip olması gereken istenen sıcaklıktır. Diferansiyel (olarak da bilinir) histerezis) sıcaklık kontrol cihazının ne zaman açılıp kapanması gerektiğini sınırları tanımlayan iki uç noktadır. Isıtıcının hangi sıcaklıkta açılacağı ve bunun tersi için tanımlanan minimum.
Açma/kapama sıcaklık kontrolörleri genellikle kablolanması en kolay olanlardır. Çalışmak için üç harici bağlantıya ihtiyaçları vardır:
- Power Supply – Sıcaklık kontrol cihazına güç sağlar.
- algılayıcı – Sistemden mevcut sıcaklığı elde etmek için RTD veya termokupl gibi bir sıcaklık sensörü.
- Çalıştırıcı – Bu, a'yı kontrol eden bir röle veya SSR olabilir. yüksek güçlü ısıtıcı veya cihazda yerleşik bir röle varsa doğrudan ısıtıcı bağlantısı
- Kullanıcı Girişi – Modern sıcaklık kontrolörleri, parametreleri yapılandırmak için düğme girişli dijital ekranlara sahiptir. Bazı cihazlarda, limitleri manuel olarak ayarlamak için döndürülebilir potansiyometreler bulunur.
On/off tip sıcaklık kontrolörleri, sıcaklık değişimlerinin çok yavaş olduğu ve hassas kontrolün gerekli olmadığı sistemlerde kullanılır.
Oransal Sıcaklık Kontrol Cihazları
Orantılı sıcaklık kontrolörleri, PID sıcaklık kontrolörlerinin basitleştirilmiş bir versiyonudur. Sıcaklık eşik değerlerin altına düştüğünde veya üstüne çıktığında etkinleşen açma/kapama tipi kontrolörlerin aksine, oransal kontrolörler sıcaklığı korumak için hemen hemen her zaman çıkışı çalıştırır.
Bu tip kontrolörler, ısıtıcıya sağlanan gücü değiştirerek sıcaklığı düzenler. Bu, güç çıkışını ayarlamak için SSR gibi katı hal kontrolünü içerir. Cihazın çalıştığı sıcaklık aralığına 'oransal bant' denir. On/off tipinde olduğu gibi bunların da alt ve üst limitleri vardır.
Başlatma sırasında oransal sıcaklık kontrolörleri açma/kapama tipine benzer şekilde davranır. Sistem sıcaklığını oransal banda getirmek için kontrolör ısıtıcıyı %100 güçte çalıştırdı. Sıcaklık, orantısal bandın minimum eşiğini aştığında, sıcaklığı gerekli bölgede tutmak için güç azaltılır.
Aşağıda gösterilen şemada, kahverengi arsa saf bir orantısal denetleyicidir. 10 ila 18 santigrat derece arasındaki dar bir bölgede sıcaklığın nasıl sürekli değiştiğini gözlemleyebiliriz.
PID Sıcaklık Kontrol Cihazının Avantajları ve Dezavantajları
PID sıcaklık kontrolörleri dinamik sistemlerde çok kullanışlıdır. Sıcaklığın sıklıkla dalgalandığı uygulamalarda yaygın olarak kullanılırlar. PID sıcaklık kontrolörleri, değişen sistem koşullarından bağımsız olarak önceden ayarlanmış sıcaklıkları koruyabilir.
Diğer endüstriyel kontrolörler gibi, PID sıcaklık kontrol cihazlarının da avantajları ve dezavantajları vardır.
PID Sıcaklık Kontrol Cihazı Avantajları
PID sıcaklık kontrol cihazı kullanmanın avantajlarından bazıları şunlardır:
- Kolay kurulum ve uygulama
- PID sıcaklık kontrolörleri, çalışması için yalnızca birkaç harici bileşene ihtiyaç duyan entegre cihazlardır.
- Sistemin artan kararlılığı
- PID kontrolörleri, sistemdeki harici bozulmaları hızla telafi edebilir. Bu, sıcaklığa duyarlı uygulamalarda çok önemlidir.
- Kararlı durum hatasını azaltır
- Normal açma-kapama tipi kontrolörler genellikle büyük bir aşmaya sahiptir. Bu, sistem sıcaklığının, belirli bir süre için bile olsa, neredeyse her zaman istenen değerden daha yüksek olabileceği anlamına gelir. Düzgün ayarlanmış PID kontrolörü, aşırıya kaçmadan ayarlanan sıcaklığa ulaşarak bu sorunu ortadan kaldırabilir.
- Daha hızlı yanıt
- PID kontrolörleri, çoğu durumda ayar noktasına diğer kontrolörlerden daha hızlı ulaşır. Bu, gerekli sıcaklığa ulaşmak ve korumak için oldukça dinamik sistemlerde çok kullanışlıdır.
PID Sıcaklık Kontrol Cihazının Dezavantajları
PID kontrolörlerin bazı durumlarda kullanılması sorunlu olabilecek bazı doğal dezavantajları da vardır. Örneğin,
- İlk ayardaki zorluklar
- Çoğu PID denetleyicisi, kontrol döngüsünün oransal, türev ve integral sabitlerinin manuel olarak ayarlanmasını gerektirir. Parametreler bilinmediği için bu işlem çok zaman alabileceğinden başlangıçta zahmetli olabilir. Bir PID kontrol cihazını ayarlamak için aşağıdaki adımları takip edebilirsiniz. Re-Tweet video.
- PID sıcaklık kontrolörleri
- PID kontrolörleri genel olarak doğrusaldır. Bu, lineer (öngörülebilir) sistemlerde en iyi şekilde çalıştıkları anlamına gelir. Sistem doğrusal değilse, performans değişebilir.
PID kontrol, set noktası ile proses değeri arasındaki hataya dayanan bir geri besleme kontrol sistemidir. Hatayı artıran harici bir bozulma meydana geldiğinde, PID kontrolörü müdahale eder ve hatayı sıfıra getirmeye çalışır. Bu, daha yüksek büyüklükteki bozulmalar için iyi çalışır. Bununla birlikte, bir sistemdeki küçük değişiklikler için, PID döngüsünün telafi edilmesi daha uzun sürebilir ve bu, bazı durumlarda daha az istenebilir.
Sıcaklık kontrolü için PID'yi nasıl ayarlarsınız?
İki tür PID ayarı vardır, otomatik ve manuel ayar. Otomatik ayarlama, kontrolör için oransal, integral ve türev sabitlerini otomatik olarak belirlemek için bir algoritma izler. Denetleyiciyi uygun şekilde ayarlamak için manuel işlem deneme yanılma gerektirir. Otomatik kontrolörler, belirli sabitlerin değerlerini daraltarak bu işlemi kolaylaştırabilir.
Belirli bir denetleyicinin P, I ve D sabitlerinin nasıl yapılandırılacağını öğrenmek için lütfen önce kullanım kılavuzuna bakın. Ayrıca, herhangi bir değişiklik yaparken, ayarlamaların sisteme ciddi bir etkisi olmayacağından emin olun. İdeal olarak, ayarlama işlemini gerçekleştirmek için kontrollü bir ortama ihtiyacınız olacaktır.
PID ayarı genellikle diğer iki değeri sabit bırakarak orantısal kazancın belirlenmesi ile başlar. Orantılı sabiti, sistemin ayar noktası etrafında salınmaya başlayacağı bir değere ayarlayın. Mevcut P değerini iki kat artırabilirsiniz ve çok fazla salınım yapıyorsa artırılan miktarın %50'si kadar azaltabilirsiniz.
Oldukça kararlı bir salınım elde ettikten sonra, integral terimi aynı şekilde ayarlanabilir. İntegral sabitini ayarlarken, sistemin ayar noktasına en kısa sürede ulaşması için ayarlayın. İntegral sabitini ayarlarken, aşmalar ve salınımlar olabilir.
Son olarak, harici rahatsızlıklar altındaki salınımları en aza indirmek için türev sabitini ayarlayın.
gibi daha gelişmiş bir PID denetleyicisi kullanıyorsanız, Omega Platinum Serisi PID Kontrolörler, üretici, sistemi daha doğru bir şekilde ayarlamak için özel yazılımlar sunabilir. Kilitleme çıkışları, alarmlar ve akıllı otomatik ayar algoritmaları gibi ek özellikler de olabilir.
PID Sıcaklık Kontrol Cihazlarının Uygulamaları
PID sıcaklık kontrolörleri genellikle daha hızlı tepki süresi ve daha yüksek doğruluğun gerekli olduğu uygulamalarda kullanılır.
Böyle bir uygulama, lastik imalat endüstrisidir. Hammaddeyi hazırlarken ve bileşikleri karıştırırken, malzemenin uygun şekilde işlenmesini sağlamak için kauçuk karışımının sıcaklığı çok ince bir sınırda tutulmalıdır.
Süt pastörizasyonu gibi yiyecek ve içecek işleme endüstrilerinde, bakterilerin büyümesini ve önemli besin maddelerini kaybetmesini önlemek için sıcaklıkların çok hassas olması gerekir. Pastörizasyon işlemi sırasında sütün sıcaklığını korumak için PID sıcaklık kontrolörleri kullanılır.
PID kontrolörlerinin bir başka uygulaması da sağlık sektörüdür. Test ekipmanı, tıbbi buzdolapları, inkübatörler ve yetiştirme odaları gibi makineler, sıcaklığı çok dar sınırlar altında tutmalıdır. PID sıcaklık kontrolörleri neredeyse her zaman bu sistemlerde uygulama bulur.
PID Sıcaklık Kontrol Cihazı Nasıl Seçilir?
Bir PID sıcaklık kontrolörü satın alırken aşağıdaki temel özelliklere bakın:
- Giriş tipi
- Sıcaklık kontrol cihazının proses değerini elde etmek için uygun bir sensöre ihtiyacı vardır. Bu bir sıcaklık sensörü aracılığıyla yapılır. Bir termokupl (K, J, T tipi veya başka herhangi bir) olabilir, bir RTD hatta bazı durumlarda dijital bir sıcaklık sensörü. Belirli bir uygulamada kullanılmak üzere özelleşmiş olanı seçin.
- Sıcaklık aralığı
- Sistemin çalışacağı sıcaklık aralığını bilmek önemlidir. Sistemin çalışması sırasında maruz kalabileceği herhangi bir ekstremiteyi hesaba katın.
- Çıktı türü
- Çıkış tipi elektromekanik (röle) olabilir. SSR veya dijital çıkış.
- Kontrol eylemi
- Bu basit açma/kapama, göreceli veya PID kontrolü olabilir.
- Ek özellikler
- Cihazın gelişmiş ayarı ve alarm çıkışları, programlanabilir profiller ve uygulama gerektiriyorsa SCADA sistemleri ile entegrasyon desteği gibi ek özellikleri destekleyip desteklemediğini kontrol edin.
Sonuç
PID sıcaklık kontrolörleri, sıcaklıkları doğru bir şekilde kontrol etmek ve korumak için birçok otomasyon sisteminde kullanılmaktadır. Bu doğruluk ve hızın gerekli olmadığı sıcaklık kontrol uygulamalarında kullanılabilecek PID kontrolörlerin alternatifleri bulunmaktadır.
