Entenda os controladores PID: o básico

Um controle de temperatura, também conhecido comoControlador PID, é um dispositivo que ajusta automaticamente um sinal de saída em resposta ao feedback. A sigla PID significa Proporcional-Integral-Derivada, referindo-se aos três componentes fundamentais de seu algoritmo de controle:

Proporcional (P), : O componente responde ao erro de corrente - ou seja, a diferença entre a temperatura desejada (o Setpoint ou SP) e a temperatura real medida (a variável de processo ou PV). Quanto maior o erro, mais forte será a ação corretiva. No entanto, o controle proporcional puro pode deixar um erro residual.

Integral: O componente leva em consideração o erro que se acumulou ao longo do tempo. O sistema adiciona continuamente os erros anteriores para remover o erro residual da ação proporcional.

Derivado (D): Este componente prevê erros futuros usando a taxa de alteração do erro. O sistema reage à taxa de mudança de temperatura, o que permite antecipação e ajuste antecipatório para evitar excessos.

Esse sinal calculado é usado pelo controlador para controlar a quantidade de energia fornecida ao elemento para aquecimento ou resfriamento, geralmente por meio de relés ou relés de estado sólido. O sistema de feedback em circuito fechado permite que os controladores corrijam desvios do ponto de ajuste e mantenham a temperatura de maneira consistente. Quando você' re considerando a compra de um controle PID, é importante entender esse princípio.

Como o controlador PID é usado?

Os controladores PID são extremamente versáteis e podem ser usados em muitos campos diferentes. Algumas das aplicações mais comuns são:

Processos industriais: Fornos e fornos (cerâmica, vidro ou metal), estações de soldagem de plástico, fornos de tratamento térmico para cerâmica, fornos secos para produtos químicos, estação de solda, etc.

Pesquisa Científica e Laboratório: Incubadoras e câmaras de crescimento. Centrífugas. Fornos analíticos. Fornos científicos que requerem rampa de precisão.

Alimentos & Bebidas: Fornos de cozimento, armários de prova, equipamentos de pasteurização, máquinas de enlatamento, máquinas de café expresso, fritadeiras.

Hidroponia e Aquários: Bombas que requerem temperaturas estáveis.

Projetos para Hobbyists: Cortadores a laser e rodízios de resina, fornos avançados.

As variações de temperatura que afetam negativamente a qualidade ou a segurança de um processo ou produto podem ser controladas com precisão.

Recursos e fatores de forma para controles PID

Você' Encontrará uma variedade de controladores PID, cada um com diferentes características, qualidade de construção e usos pretendidos.

Digital vs. Analógico: Embora os controladores "PID analógicos" estejam disponíveis, a maioria dos dispositivos modernos oferece programabilidade, interfaces de usuário e são digitais. Os controladores digitais oferecem maior controle e flexibilidade.

Laboratório vs. Bancada: Os controladores de laboratório tendem a ser menores e mais simples. Os controladores industriais tendem a ser mais robustos e apresentam mais recursos de proteção (sobretemperatura ou curto-circuito), uma faixa de temperatura mais ampla, bem como protocolos de comunicação mais complicados.

Os seguintes tipos de entrada estão disponíveis: Os controladores aceitam diferentes sensores de temperatura:

Termopares: Tipo J, Tipo K (mais comum), Tipo T, etc. Os termopares tipo K têm uma ampla faixa de temperatura e precisão.

Detectores de temperatura de resistência (RTDs). Os RTDs Pt100/Pt1000 são tipos de platina comumente usados que possuem um alto grau de precisão na indústria.

Certifique-se de que a entrada do sensor em seu controlador corresponda ao que você está usando.

Os tipos de saída são:

Relé de saída: Liga / desliga totalmente o elemento de aquecimento/resfriamento alternando a tensão total da linha. Esta é uma boa escolha para controle simples de liga/desliga, mas não permite ajustes finos.

Saída de relé de estado sólido (SSR). Permite controle de potência suave e contínuo (modulação por largura de pulso, PWM) ou disparo de ângulo de fase com precisão, o que permite um ajuste de temperatura muito fino. Os elementos de aquecimento são frequentemente preferidos. Os SSRs podem ser controlados por controladores que oferecem controle de fase.

Interface & Display: Telas LCD ou LED mostram temperatura e configuração. As interfaces de usuário podem variar de mostradores a telas sensíveis ao toque com menus complexos.

Requisitos de energia: A maioria dos controladores industriais funciona com alimentação padrão de 240 V CA. Alguns modelos de laboratório usam tensões mais baixas internamente ou têm opções de tensão dupla.

Qual é o melhor controlador PID para você?

Ao selecionar o controlador certo, você deve combinar seus recursos com sua aplicação. Siga estas etapas para começar:

Determine sua aplicação: Como você deseja obter o controle? Quão alta é a temperatura necessária (por exemplo, fornos de até 1.000 ° C ou incubadoras a 37 ° C). Quão precisa é a temperatura necessária (por exemplo, forno até 1000 ° C ou incubadora a 37 ° C?

Defina seus requisitos de precisão: Certas aplicações exigem extrema precisão e podem até exigir recursos de calibração.

Determine as necessidades de saída: Qual dispositivo deve ser controlado por? É um simples interruptor (Relay) ou uma modulação fina? Quanta energia elétrica é necessária (tensão/corrente, classificação da carga)? Verifique se a saída do controlador pode suportar a carga.

Recursos adicionais a serem considerados: Você precisa do Auto-Tune? (Útil para aqueles que não têm experiência em engenharia de controle). Alarmes para alertar sobre limitações de segurança? Integração Modbus para outros sistemas? Perfis multi-Setpoint para perfis complicados? Como controlar o aquecimento e o resfriamento com uma rampa / imersão?

Estabeleça um Orçamento: Decida quanto dinheiro você ' estão dispostos a gastar. Os custos geralmente são mais altos quando há mais funcionalidade e um design robusto.

O que considerar ao comprar?

Interface do usuário: é intuitiva? O procedimento de ajuste do PID parece simples? Você deve procurar avaliações de usuários e documentação clara.

Segurança e consumo de energia: Certifique-se de que as especificações elétricas correspondem à sua configuração. Recursos de segurança, como alarmes de alta temperatura, devem ser considerados.

Instalar & Montar: Verifique as dimensões físicas e as possibilidades de montagem. Certifique-se de que haja espaço suficiente para a fiação e que ela possa ser acessada.

Garantias: Verifique a garantia oferecida pelo fabricante.

Como comprar e o que procurar

Os controladores PID estão disponíveis em várias fontes.

Compre diretamente do fabricante: Oferece melhores preços e suporte ao cliente mais direto. Isso é especialmente verdadeiro para modelos industriais.

Distribuidores de produtos técnicos: Fornecer uma ampla seleção com suporte.

Procure o seguinte ao avaliar listagens de produtos:

Folhas de dados em detalhes: Essencial para programação, detalhes técnicos e diagramas de fiação.

Descrições de produtos claras: Deve descrever com precisão recursos, entradas/saídas e requisitos de energia.

Avaliações de usuários: Forneça informações do mundo real sobre desempenho e confiabilidade.

Informações sobre garantia: Especificações sobre a cobertura e o período de garantia.

Instalando e configurando o sistema

Instalar seu controlador corretamente é importante após a compra.

Primeiro, segurança: desligue toda a energia do equipamento que você vai controlar e deixe os capacitores descarregarem.

Fiação: Siga o diagrama cuidadosamente fornecido pelo controlador ou pelo dispositivo de saída conectado (SSR, Relé). Certifique-se de prestar atenção à polaridade dos sensores e à fiação adequada para SSRs.

Configuração inicial Ligue o controlador. Deixe-o inicializar. Pode ser necessário entrar em modo de programação para escolher a escala de temperatura, calibrar (se necessário) o sensor, definir o Setpoint e configurar os parâmetros básicos como limites superior/inferior do alarme.

Por que você deve ajustar seu controlador PID

O ajuste dos parâmetros PID (valores P, I e D) geralmente é necessário para obter o desempenho ideal. O controlador' A resposta ao erro é ajustada por esse processo.

O que exatamente é ajuste? Descobrir o melhor equilíbrio entre os coeficientes P, I e D para se adequar ao seu sistema e carga.

Por que isso;#39; é importante? O ajuste inadequado leva a instabilidades (oscilações), uma resposta lenta ou falha em atingir o ponto de ajuste. Uma boa afinação garantirá um controle preciso e estável.

Métodos O ajuste manual pode ser complicado e requer conhecimento do processo. Muitos controladores hoje oferecem recursos de ajuste automático que automatizam o processo de determinação dos parâmetros apropriados.

Recursos Pesquise controladores que tenham Auto-Tune ou fóruns online e recursos dedicados ao PID Control para obter o guia de ajuste manual (por exemplo, Control.com Forum).

Solução de problemas comuns (pós-compra)

Mesmo após uma instalação cuidadosa, podem ocorrer problemas. As noções básicas de solução de problemas incluem:

Se a temperatura não se mantiver: verifique as conexões do sensor, o ajuste do PID e a saída de energia.

O controlador não liga: Verifique o fusível, verifique se você tem tensão suficiente e certifique-se de que a fiação esteja correta.

Se seus alarmes não estiverem funcionando, verifique os valores do sensor, as configurações de limite de alarme e a fiação de saída.

Comportamento errático: Verifique se há fios soltos, ruído elétrico, configurações erradas ou controlador defeituoso.

Investimento em controle de precisão