O que é um controlador PID e como ele funciona?

1. (Seção Entendendo o controlador PID)

O controle PID é um regulador automático que minimiza o erro entre uma variável em um processo (como temperatura) e o ponto de ajuste desejado. Isso é feito calculando continuamente três termos diferentes, com base no erro atual.

Proporcional: O termo responde instantaneamente aos erros. A saída do controlador é proporcional ao erro de magnitude. Quanto maior o ' Ganho proporcional (Kc),' mais forte é a reação ao desvio de corrente. No entanto, muito ganho pode causar oscilações.

Inteiro (I): O termo é usado para explicar o acúmulo de erros ao longo do tempo. O objetivo é remover qualquer erro residual de estado estacionário por meio da integração de sinais de erro. Este parâmetro, ' Tempo Integral' (Ti), determina a velocidade na qual esse erro se acumula e influencia a ação do controlador. Um Ti mais baixo indica uma correção mais rápida de erros passados.

Derivado (D): O termo é usado para prever erros futuros com base em mudanças na taxa de erro. Este termo ajuda a prever mudanças e também pode melhorar a estabilidade por meio do amortecimento de oscilações. Este parâmetro, ' Tempo Derivado' (Td), controla a quantidade de ' ação futura;#39; com base nas mudanças de taxa. O ruído pode afetar a ação derivada.

Este controlador então combina os três termos calculados (P, I e D) em um único sinal de saída que controla um atuador, como um sistema de aquecimento ou sistema de resfriamento. Os parâmetros P, D e I são essenciais para alcançar o desempenho ideal. No entanto, a fiação precisa é a base principal que garante que os controladores vejam a temperatura real do processo e sinalizem corretamente os atuadores.

2. Os principais componentes emControle de temperaturaFiação PID

(Seção: Componentes-chave)

Familiarize-se com os componentes básicos de um sistema de controle de temperatura antes de mergulhar na fiação específica:

Controlador PID: É o cérebro do sistema. O controlador PID mede a temperatura, compara-a com o ponto de ajuste e calcula seus parâmetros de saída. Em seguida, ele envia um sinal de saída para um dispositivo.

Entradas Destinado a sensores como termopares ou RTDs. Alguns modelos podem aceitar sinais de tensão e corrente.

Saídas: Um relé é usado para controlar a fonte de alimentação dos elementos de resfriamento/aquecimento. Alguns controladores possuem saídas de 0-10V e portas de comunicação.

Potência de entrada: geralmente é uma tensão CC de baixa intensidade (por exemplo, 12-24V) ou alimentação CA.

Interface/Display: Possui um display LCD e botões para definir parâmetros, view status e entrar no modo de ajuste automático.

Sensor de temperatura: Um dispositivo que mede temperaturas reais. Algumas das escolhas mais comuns são:

Termopares Confiável, grande faixa de temperatura e relativamente barato. Os termopares produzem uma tensão proporcional à temperatura. As características dos diferentes tipos (por exemplo, J, K e E) também são variadas.

Detectores de temperatura de resistência (RTDs). Proporcionam maior precisão e estabilidade, principalmente em temperaturas mais baixas. A resistência elétrica muda com a temperatura. Eles são comumente usados.

Termistores Alta sensibilidade, resposta rápida, mas geralmente limitada a faixas de temperatura menores. Devido à sua resposta não linear, eles são comumente usados em medidores digitais de temperatura.

Elemento de Controle Final / Atuador: Dispositivo manipulado pelo controlador para mudança de temperatura. Pode ser:

3. Elementos de aquecimento: Aquecedor, aquecedor de água e caldeira.

Elemento de resfriamento: Chiller, ventilador, cooler Peltier.

Válvulas: Controle de fluxo de fluidos de calor/resfriamento.

Dispositivo/relé de saída Um relé de estado sólido ou eletromecânico, geralmente localizado dentro ou fora do controlador PID. Os sinais de saída do controlador são usados para ligar ou desligar a energia. Os relés têm três contatos: Normalmente Aberto (NO), Normalmente Fechado (NC) e Comum (COM). Eles requerem cuidados na fiação para evitar danos causados por motores, solenóides ou outras cargas magnéticas.

Fonte de alimentação: Fornece a tensão necessária para o sistema do controlador PID e atuadores.

Como conectar o sensor de temperatura ao controlador PID

(Seção: Diagrama de fiação do sensor)

É a parte que tem maior impacto no sistema de controle, pois leituras imprecisas dos sensores podem levar a um desempenho ruim.

Detectores de temperatura de resistência

Os RTDs são muito precisos e resistentes a mudanças na resistência do fio condutor. Esses dispositivos requerem corrente constante para excitação.

Fiação Conecte os dois cabos de detecção, geralmente designados como RTD A e B em paralelo com a excitação (RTD C), para completar o circuito. O controlador determinará a polaridade exata com base em seus circuitos internos, mas normalmente mede a tensão através do cabo de detecção do RTD. Consulte o manual do seu controlador para obter detalhes sobre pinagens e excitação. Um diagrama de fiação geralmente ajuda.

Importância Ao usar uma configuração de 3 fios, você pode compensar as variações na resistência causadas pelo comprimento e temperatura dos fios condutores. A fiação errada de um circuito pode causar erros de medição significativos.

4. Termopares

Os termopares produzem uma tensão baseada na diferença de temperatura entre duas junções. (Junção quente, a ponta do sensor; junção fria, geralmente um padrão interno ou externo). O alcance é muito maior, mas a sensibilidade é menor do que os RTDs.

Fiação Conecte dois fios dos fios do termopar com os terminais correspondentes à entrada do termopar do controlador PID. não#39; t importa qual é a polaridade. O controlador ou uma referência da Omega Engineering, como a Omega Engineering, especificará a maneira correta de conectar os fios positivos (+) e (-). Certos controladores detectam automaticamente a polaridade.

Compensação de junção fria: A maioria dos controladores PID modernos mede e compensa os valores do termopar com base em medições internas. Certifique-se de que o termopar seja representativo das temperaturas do processo e que...#39; não está sendo aquecido por outras fontes.

(Título H3)

Termistores

Os termistores são comumente usados como termômetros digitais. Eles exibem uma mudança extrema na resistência quando a temperatura muda (coeficiente de temperatura negativo, NTC).

A fiação é normalmente conectada por meio de um circuito divisor de tensão ou em configuração de detecção de corrente. A fiação específica é determinada pelo tipo de entrada do controlador (medição de tensão ou medição de corrente).

Considerações A temperatura e a resistência não estão linearmente relacionadas. Para controle e exibição precisos da temperatura, geralmente são necessárias tabelas de calibração ou pesquisa no controlador.

Conexão de uma entrada analógica de tensão/corrente (menos comum para temperatura direta)

Alguns controladores PID são capazes de receber um sinal de tensão direta (0-5V ou 0-10V), ou um sinal de corrente (4-20mA), de um transmissor externo ou condicionador de sensor. O circuito do sensor é ignorado.

Fiação: Conecte de acordo com a faixa de tensão ou faixa de corrente. Verifique a polaridade correta dos sinais de tensão. Consulte o manual do seu controlador para configurações como tipo de entrada e alcance.

5. Como alimentar o controlador PID

(Seção: Potência do controlador)

A maioria dos PIDs autônomos precisa de uma fonte separada para operar em baixa tensão.

Fiação: Conecte sua fonte de alimentação aos terminais designados como ' Entrada de energia, ' ' Vcc, ' ou outros terminais semelhantes. O manual especificará a faixa de tensões.

Importante: Certifique-se de que a fonte de alimentação seja capaz de fornecer corrente suficiente para o controlador e quaisquer monitores ou interfaces conectados.

A saída do relé é conectada ao atuador.

(Seção Controle de saída).

As saídas de relé são a interface entre os controladores PID inteligentes e os elementos físicos (aquecimento/resfriamento).

Fiação: Conecte os terminais de saída do relé do controlador (normalmente "COM", "NO" ou "NC") ao circuito de controle do atuador.

Comum (COM): Conecta o terminal positivo (+) da fonte de alimentação ao atuador ou carga.

Não (Normalmente aberto): Este terminal é conectado ao COM quando o relé (sinal de saída ativado) é ligado. O circuito então vai para o atuador. O aquecimento geralmente é ativado dessa maneira.

NC: Este terminal é conectado ao COM quando o relé é desenergizado. Este terminal é frequentemente usado para controlar intertravamentos de segurança e circuitos de resfriamento.

Example: O controle de um aquecedor requer uma fonte de alimentação positiva.

Conecte o terminal positivo (+) do atuador ao terminal "NO".

Conecte o fio negativo (-) do atuador ao terminal marcado com ' NC.

Conecte o terminal "COM" ao fio negativo (-) da fonte de alimentação.

Conecte o fio positivo (+) da fonte de alimentação à entrada de saída do relé do controlador PID (geralmente por meio de jumpers ou terminais separados). Consulte o controlador' s manual para obter informações sobre a fiação de saída do relé.

Importante: Normalmente, a energia para operar um atuador (aquecedor ou motor) vem de outra fonte. A saída do controlador PID é usada para controlar o relé. Isso controla a fonte de alimentação de alta potência para o atuador. Não é recomendado que o controlador manuseie diretamente cabos de alta potência, a menos que tenha sido projetado especificamente para isso (raramente para controladores PID).

Segurança: Quando comutadas, cargas indutivas, como relés e motores, podem produzir picos de tensão. Os diodos flyback (diodo entre a carga e a fonte de alimentação com o cátodo voltado para a carga) protegem a bobina do relé contra EMF traseiros prejudiciais. Isso geralmente é embutido nos circuitos de relé do controlador. Sempre siga o protocolo de segurança ao conectar alta tensãotage energia elétrica.

6. Conexão de uma entrada analógica: cenário menos comum

(Seção: Entrada Analógica)

Alguns controladores PID podem ser conectados a um sinal externo de tensão/corrente como uma entrada de feedback ou ponto de ajuste.

Fiação Conectando a fonte de sinal (por exemplo, outro transmissor de sensor ou um potenciômetro), de acordo com a faixa de tensão ou corrente especificada. Consulte o manual para obter detalhes sobre a impedância de entrada.

Sistema de atuador alimentado

(Potência do Atuador de Seção).

Potência exigida pelos atuadores (elementos de aquecimento, motores, etc.). A potência necessária para um atuador (elemento de aquecimento, motor, etc.) é normalmente muito maior do que a de um controlador com baixa tensão.

Fiação Conecte diretamente os cabos de alimentação do atuador à fonte de alimentação apropriada (tensão da rede se o dispositivo tiver alta potência ou tensão mais baixa se o dispositivo exigir). A saída do relé do controlador PID alterna entre a fonte de alimentação e o atuador. (Consulte a seção de retransmissão para obter detalhes).

Leve em consideração: Use fiação e conectores com classificação adequada para lidar com a tensão e a corrente do atuador. Certifique-se de que o tamanho do atuador esteja correto para sua aplicação.

É' s tudo sobre a fiação e ajuste de loops PID

(Seção de Ajuste & fiação)

Requisito de ajuste: Você deve primeiro garantir que seu controlador receba uma leitura de temperatura precisa e estável do processo e que esteja acionando o relé do atuador com o sinal de saída correto. Antes de mergulhar em métodos de ajuste mais complexos, como os testes de resposta da Ziegler Nichols ou o recurso de ajuste automático do controlador, comece com a verificação básica da fiação. Consulte Engenharia de Controle' s métodos de afinação detalhados.

Considerações de segurança

(Seção Segurança em primeiro lugar)

7. Os sistemas elétricos requerem cautela ao trabalhar com eles.

Desconecte a energia: Antes de trabalhar com fiação ou circuitos de alta tensão, sempre desconecte a fonte principal.

Verifique a polaridade de todas as fontes de alimentação, sensores e atuadores (especialmente termopares) para garantir que estejam na direção correta. A polaridade incorreta pode danificar ou mau funcionamento do equipamento.

Alto voltage: Tenha muito cuidado ao trabalhar com fontes de alimentação ou atuadores alimentados por corrente de rede. Use o EPI apropriado e os procedimentos de bloqueio/sinalização, se necessário.

Calor Os componentes de aquecimento podem ficar extremamente quentes. Deixe os componentes esfriarem antes de manuseá-los.

Limites para componentes: Certifique-se de que todos os seus componentes (fios e conectores), sensores, atuadores ou relés sejam adequados à tensão, temperatura, faixa de corrente, etc. da aplicação.

Consulte os manuais: Consulte sempre os diagramas de fiação, fichas de dados de segurança e outras documentações fornecidas pelo controlador PID.

(Conclusão)