Como funciona o controle de relé PID

1. Como funciona o controle do relé PID 

Controle de temperatura do relé PID: como funciona, dicas de fiação e ajuste

Controle de temperatura do relé PID mestre: SSR vs. relés mecânicos, diagramas de fiação, ajuste de proporção de tempo, implementação do Arduino, diretrizes de segurança e aplicações industriais.

1. Relé como mecanismo de comutação 

Os relés funcionam como intermediários eletromecânicos, traduzindo sinais computados por PID (normalmente 5–24VDC) em comandos de comutação para aquecedores que consomem amperes para quiloamperes. Existem dois tipos de relé primários:

·· Relés mecânicos: Empregam eletroímãs e contatos para comutação, oferecendo acessibilidade, mas vida útil limitada (~ 100k ciclos) e resposta mais lenta (10 a 100 ms), arriscando a soldagem por contato sob cargas indutivas.

Referência: SSR vs. relés mecânicos - Omron

2. Controle de Dosagem de Tempo 

Algoritmos PID modulam o relé Ciclos de trabalho em vez de tensão analógica. Por exemplo, um comando de saída de 60% pode disparar 6 segundos ON e 4 segundos OFF em um ciclo de 10 segundos. Essa técnica de "proporcionalidade de tempo" se aproxima da entrega de potência variável, evitando danos ao relé devido ao ciclo excessivo. Para evitar tagarelice (alternância rápida e desestabilizadora ON/OFF perto dos pontos de ajuste), as bandas de histerese introduzem um buffer (por exemplo, zona morta de 0,5 ° C onde os relés permanecem inativos). Referência: PID de Proporcionalidade de Tempo - Engenharia de Controle

3. Fiação e Implementação 

 Diagramas de fiação padrão 

Configurações de SSR:

· Loop de controle: saída PID → terminais de entrada SSR (3–32VDC).

· Loop de carga: rede elétrica CA (120 / 240V) → terminais de saída SSR → aquecedor.

· Proteções críticas:

· Dissipadores de calor classificados ≥40 ° C abaixo da temperatura máxima do SSR.

· Circuitos de amortecimento (redes RC) para cargas indutivas (motores, solenóides).

· Fusíveis de ação rápida nas linhas de controle e de carga.

Circuitos mecânicos do relé:

· Diodos flyback através das bobinas do relé para absorver picos de tensão.

· Optoacopladores que isolam os sinais do microcontrolador de transientes de alta tensão.

Referência visual: Guia de fiação PID + SSR - Automation Direct

4. Componentes:

· Tempos mínimos de ligar/desligar: Aplicando ciclos de 1 a 5 segundos para evitar o desgaste prematuro do relé.

· Filtragem Derivada: Aplicação de filtros passa-baixa (por exemplo, corte de 5Hz) para K_d prazo.

· Controle feedforward: Antecipação de distúrbios (por exemplo, aberturas de portas em fornos).

O método de malha fechada aproveita as oscilações induzidas pelo relé:

. Desabilite ações integrais (K_i=0) e derivadas (K_d=0).

. Aumente gradualmente K_p até Oscilações sustentadas ocorrem (ciclos de relé de forma constante).

. Período de oscilação recorde (P_u) e ganho crítico (K_u).

Referência: Método de ajuste de relé - Control Global

5. Aplicações industriais vs. DIY 

· Extrusão de plástico: Os SSRs mantêm as temperaturas do barril dentro de ±1 ° C para controle de viscosidade.

·

Estudo de caso: Controle de relé PID em fornos - Watlow

· Fogões Sous-Vide: Arduino + SSR + aquecedor de imersão atinge estabilidade de ±0,2 ° C.

· Incubadoras de répteis: ESP32 + relé mecânico + tapete térmico com registro de temperatura IoT.

· Camas de impressora 3D: O PID proporcional ao tempo reduz o estresse térmico do MOSFET.

Ideia do projeto: Torrefador de café Raspberry Pi PID - Hackster

6. Segurança e melhores práticas 

·

· Barreiras de isolamento: Separadores físicos entre seções de PCB de baixa / alta tensão.

Referência: Guia de dimensionamento SSR - Crydom

· Software: temporizadores de watchdog independentes redefinem os controladores durante os travamentos.

· Hardware:

· Fusíveis térmicos (por exemplo, corte de 250 ° C) ligados a aquecedores.

· Disjuntores limitadores de corrente nas entradas de rede.

· Termistores redundantes acionando desligamentos de relés.

· Teto de precisão: A latência de comutação limita o controle a ±0,5 ° C em configurações ideais.

· Ruído audível: Os relés mecânicos emitem cliques durante o ciclo (inadequado para laboratórios).

· Interferência de RF: Os contatos de arco geram ruído eletromagnético.

Quando evitar relés (H3)

· Controle de alta frequência (>10Hz): Opte por drivers MOSFET/IGBT (por exemplo, TECs de diodo laser).

· Ruído ultrabaixo: Drivers analógicos lineares (LDOs) para instrumentação sensível.

· Resposta de microssegundos: Transistores de carboneto de silício (SiC) em sistemas aeroespaciais.

7. Conclusão

O controle de temperatura do relé PID continua sendo a escolha pragmática para sistemas térmicos sensíveis ao custo e de dinâmica lenta.