Como configurar e conectar um controlador PID.

Este guia inclui informações sobre fiação do sensor, controles do atuador, conexões de energia, ajuste PID e testes para controle de temperatura.

1. Introdução

O controlador PID usa um algoritmo para calcular a correção necessária e aplicá-la ao elemento de controle final, minimizando o erro. O controlador de temperatura PID usa um algoritmo complexo que combina ações Proporcionais (P), Inteiras (I) e Derivadas para calcular e aplicar continuamente a correção ao elemento de controle. Isso minimiza o erro e garante estabilidade. A primeira etapa crítica para maximizar os recursos de um controlador PID é conectá-lo e configurá-lo corretamente. O guia orienta você através do processo completo de conexões de sensores, controles de atuadores, fontes de alimentação, configurações, testes e solução de problemas. Baseia-se em princípios estabelecidos para garantir uma implementação bem-sucedida.

2. Noções básicas de controle de temperatura PID

 Essa diferença, ou "erro", é como você a chama.

Ação Proporcional (P): O componente que ajusta a saída de acordo com a magnitude do erro. A saída é ajustada com base na magnitude de um erro. Um grande erro resultará em um ajuste maior, enquanto um pequeno erro levará a um menor. O controle proporcional reduz o erro rapidamente, mas deixa para trás um erro residual (deslocamento).

Ação integral (I): A ação integral leva em consideração o erro cumulativo. A saída é continuamente acionada para remover o erro residual da ação proporcional. Este componente lembra erros passados e faz ajustes na saída para atingir o ponto de ajuste.

Ação derivada (D), a parte que reage à taxa de alteração no erro. A Ação Derivada aplica uma força apropriada ao sistema se a temperatura mudar rapidamente.

3. Estabelecendo as bases para sua conexão

O planejamento é a chave para uma conexão bem-sucedida. Esta etapa não deve ser apressada, pois pode resultar em fiação e configuração incorretas, danos ao equipamento ou questões de segurança.

Defina seu sistema: Defina o processo ou sistema cuja temperatura requer controle preciso. Qual é a faixa de temperatura normal? Qual precisão é necessária? Quanta massa térmica é necessária e quanto tempo leva para o sistema responder? As especificações do controlador e do atuador são determinadas por essas informações.

Escolha o controlador certo: Os controladores PID não precisam ser todos iguais. Leve em consideração fatores como:

Algoritmo de controle: Este controlador possui um PID padrão ou algoritmos avançados? (ou seja, opções de preditor e filtro de Smith) Ou oferece proteção anti-reset contra enrolamentos.

Tipos de entrada: Certifique-se de que o controlador seja capaz de aceitar os sinais do sensor que você pretende usar.

Qual tipo de saída você escolherá? Existem muitas opções, incluindo relés de estado sólido para ventiladores ou aquecedores, saídas de relé que controlam solenóides ou contatores, modulação por largura de pulso (PWM), saídas usadas para controlar diretamente as velocidades do ventilador e tensão/corrente analógica para interface com outros dispositivos ou controladores.

Comunicações: A aplicação requer comunicação para monitoramento, registro ou integração com um sistema maior (por exemplo, Modbus RTU/TCP/Profibus, Ethernet/IP, etc.)?

Interface e exibição: Qual nível de interface você precisa?

A calibração é uma consideração: A calibração inicial pode ser necessária dependendo dos requisitos da aplicação e do estado em que o sensor/controlador foi instalado inicialmente. Isso garantirá que as leituras sejam precisas e o controle funcione corretamente.

Preenchendo a lacuna de medição: Conectando o sensor de temperatura

Os sensores de temperatura são o "nariz" do controlador - eles medem a temperatura. Termopares, como Tipo K, E, J ou KJ, e Sensores de Temperatura de Resistência, Pt100, Pt1000, são sensores industriais comuns.

Localize os terminais de entrada do sensor: Localize os terminais de entrada designados no painel do controlador PID, que geralmente são marcados como "IN", "THERM" ou "RTD".

Determine o Tipo de Sensor: Certifique-se de identificar o tipo de sensor que você' re usando. Este tipo de sensor deve ser configurado no controlador.

Consulte o diagrama de fiação: Consulte o manual do controlador PID e a tabela de fiação que o acompanha. O diagrama informará como conectar os terminais e que tipo de conexão é necessária (por exemplo, quatro fios para RTDs ou três para termopares padrão). Ele também mostra a polaridade e qualquer outra informação necessária.

Termopar Ex: Normalmente conecte usando conectores específicos, por exemplo, BNC, DB9 ou terminais de parafuso. Este diagrama mostra quais fios se conectam a cada terminal e se a compensação da junção fria foi incorporada ao controlador (comum com controladores de bancada) ou requer um sensor externo.

Exemplo de RTD: Pode exigir até quatro fios, dependendo se o elemento sensor é usado e como ele' está animado. Os diagramas de fiação detalharão as conexões adequadas para medições precisas de resistência.

Protegendo a conexão: Apare os fios do sensor e insira-os nos terminais. Aperte os parafusos. Para evitar curtos-circuitos, certifique-se de que a conexão esteja segura e bem isolada. Se os blocos de terminais estiverem disponíveis, use-os. Evite conexões roscadas diretas para maior confiabilidade.

Teste de calibração (opcional, mas recomendado): Execute um teste básico após a fiação se você conseguir acessar uma fonte de temperatura conhecida e calibrar um termômetro. Verifique a temperatura exibida pelo controlador em relação à calibração. Pequenos ajustes podem ser possíveis dependendo dos recursos de calibração do seu controlador.

Executando o comando de controle: Conectando ao elemento de controle final (atuador).

É "o músculo" de todo o sistema. O receptor PID ajusta a temperatura do processo com base nos sinais recebidos do PID.

Identifique o atuador: Determine qual dispositivo vai ajustar a temperatura. (por exemplo, um aquecedor controlado por relé ou um ventilador controlado via PWM).

Localize os terminais de saída Procure os terminais de saída do controle PID, que geralmente são marcados como "OUT", "AO" ou "DA" (Digital/Relé/Analógico) Saídas.

Certifique-se de que a saída do controlador corresponda à do atuador: Certifique-se de que o tipo de saída seja o mesmo que o requisito de entrada.

Saída analógica (AO/DA).

Saída digital/relé (DA): Usada para comutar energia para dispositivos como contatores e relés, que controlam grandes cargas. Deve-se prestar atenção ao voltage classificações (por exemplo, lógica de 5 V ou bobina de relé de 24 V) e a configuração da fiação (por exemplo, Normalmente Aberto (NO) vs Normalmente Fechado (NC). É importante definir a saída do controlador corretamente (por exemplo, comprimento de pulso e ciclo de trabalho).

Conecte um atuador: Instale o atuador de acordo com sua folha de dados. Se você estiver usando saídas de relé para alternar dispositivos, certifique-se de que o dispositivo esteja conectado corretamente entre os terminais NO/COM (ou NC/COM, dependendo da aplicação) da saída e da fonte de alimentação. Conecte o fio de entrada do atuador analógico ao fio de sinal proveniente do controlador.

Defina a faixa de saída e a escala: Abra o menu de configuração do seu controlador (normalmente por meio de uma tela LCD ou botões). Navegue até a saída e ajuste os parâmetros para se adequar ao seu atuador. Defina a faixa de saída (por exemplo, 0-100%, 0-10V) e certifique-se de que corresponde à faixa de operação do atuador.

Conectando a energia ao controlador: Sistema de energização

Um fornecimento estável de energia é necessário para que o PID funcione. A fiação incorreta pode levar a sérios perigos.

Localize os terminais de entrada de energia. Procure os terminais "AC IN", VAC ou outros terminais semelhantes localizados na parte traseira ou lateral do controlador.

Conecte os terminais do controlador à fonte de alimentação (Live, Neutral e Ground). O diagrama de fiação está no manual do usuário.

Conecte a fonte de alimentação, que geralmente é o cabo com fusível da alimentação principal CA.

Segurança e Polaridade: Verifique todas as conexões. Antes de tocar em qualquer fio, certifique-se de que a eletricidade esteja desligada. Verifique a fase da alimentação CA (L1/L/N/G). O controlador pode ser danificado por polaridade incorreta ao usar a alimentação CC.

Algoritmos de ajuste para o controlador PID

O controlador' s inteligente ganha vida durante a configuração. É necessária atenção nesta etapa.

Acesso ao modo de configuração: Entre no modo de programação usando o teclado ou os botões do controlador ou usando um software de interface de PC. Isso pode ser indicado com padrões de LED específicos ou por uma mudança no modo de exibição.

Configuração dos parâmetros PID iniciais (ajuste): Muitas vezes a parte mais complicada. Freqüentemente, os parâmetros iniciais precisam ser ajustados ("tuning") Autotune ou "Auto Tune", um recurso de muitos controladores, executa um teste automático, que envolve uma mudança no ponto de ajuste (geralmente com um pequeno passo) para observar como ele responde. Em seguida, calcula os valores P, I e D. Consulte os recursos de ajuste manual do PID (como o método Ziegler Nichols) se preferir ou precisar. Ajuste incrementalmente, começando com valores conservadores. Monitore a resposta do processo (overshoot mínimo e sedimentação rápida). É importante ajustar o sistema de controle para obter um processo estável, responsivo e sem oscilações.

Filtro de saída e amortecimento: Certos controladores têm uma configuração de filtro de saída que suaviza os sinais de ruído provenientes dos sensores, o que evita ações erráticas. Alguns controladores têm funções de amortecimento que podem reduzir a caça ou overshoot (pequenas oscilações perto do ponto de ajuste).

Transmissão sem solavancos: Configure a transmissão sem solavancos se o controlador for capaz. Isso permite que você altere os parâmetros ou o ponto de ajuste sem que o sinal salte repentinamente. Isso pode causar overshoot ou até mesmo danificar seu sistema.

Salvar configurações e sair: Após a configuração, certifique-se de que as configurações estejam armazenadas na memória do controlador (verifique seu manual para descobrir o comando de salvamento exato). Saia do modo de configuração.

Verificação e teste: validando o desempenho

É importante testar minuciosamente após a configuração física e a conexão para garantir o desempenho correto e verificar a operação.

Inspeção visual: Verifique todos os fios quanto ao isolamento, correção e segurança.

Ligar: Substitua o fusível ou disjuntor na fonte de alimentação.

Monitor de resposta inicial: Observe a tela do seu controlador. Está mostrando a temperatura certa?

Controle de malha fechada: Modifique o Setpoint (SP). Observe a resposta do sistema. O sistema é capaz de atingir o ponto de ajuste com precisão? É preciso? Existem oscilações excessivas ou overshoots em torno do ponto de ajuste? Observe a taxa de aproximação e a estabilidade.

Ajuste final: Se necessário, ajuste os parâmetros do PID com base no desempenho inicial. Para um desempenho ideal, podem ser necessários pequenos ajustes. Isso é especialmente verdadeiro para a Ação Integral para reduzir erros de estado estacionário e a Ação Derivada para aumentar a estabilidade.

Registro de dados (opcional). Se o seu controlador tiver recursos de registro de dados, você poderá habilitar o registrador de dados para registrar dados de temperatura e dados de controle de saída. Ele pode ser inestimável na análise do desempenho do seu sistema e na solução de problemas.

Problemas comuns e solução de problemas: como resolvê-los

Mesmo com um planejamento cuidadoso, ainda podem surgir problemas. Aqui estão alguns sintomas que podem ocorrer e suas possíveis causas.

Temperatura não muda / saída do controlador não ativa:

Verifique se o ponto de ajuste foi definido corretamente e está dentro da faixa do processo.

Verifique se a configuração de saída é compatível com os requisitos do atuador.