В данной статье мы хотим рассказать простым и понятным языком о принципах работы различных промышленных ПИД-регуляторов, сферу их применения, а также на что стоит обратить внимание при покупке ПИД устройств.
Прежде всего ПИД-регуляторы - это промышленные устройства (контроллеры) предназначенные для регулирования и поддержания различных технологических параметров (температура, давления, влажность и т.п.). ПИД регулятор также называют ПИД контроллерами. Данные устройства имеют расшифровку "пропорционально-интегральная-дифференциальная" составляющая. Данные составляющие в ПИД-регуляторе формируют выходной сигнал, который регулирует подключаемое устройство. В подавляющем большинстве систем с замкнутым контуре в промышленной автоматизации используются ПИД регуляторы, тем самым обеспечивая точную настройку и регулировку различных технологических параметров. Современные ПИД регуляторы как правило используют аналоговые электрокомпоненты, которые обеспечивают точность регулирования. Основной задачей ПИД-регулятора заключается в поддержании технологического параметра на заданном пользователем уровне.
Рассмотрим пример настройки ПИД регулятора для поддержания благоприятного температурного режима в помещении. Для регулирования температуры используется нагреватель, а измерения температуры производится с помощью аналогового датчика температуры с унифицированным токовым входом 4-20мА. С помощью ПИД-регулятора необходимо поддерживать определенную температуру (например, 24°С) в помещении. Настройка и регулировка параметров ПИД-регулятора заключается в определении нужного коэффициента для данной задачи, тем самым способствуя поддержанию температуры в помещении на нужном уровне.
На данном рисунке представлены графики изменения температуры в помещении в зависимости от правильности настройки ПИД регулятора. С аналогового датчика температуры ПИД-регулятор получает данные, которые в последствии обрабатываются по определенному алгоритму и на выход регулятора подается управляющее воздействие, тем самым происходит увеличение нагрева в помещении, либо его охлаждение. В дальнейшем регулятор вновь замеряет параметр и сравнивает его с заданной уставкой, тем самым вычисляя ошибку регулирования. Следующее управляющее воздействие образуется с учётом ошибки регулирования на каждом шаге. Таким образом, если коэффициенты подобраны не верно регулирования будет производится не верно и в помещении будет происходить перепад температур (то жарко, то холодно). На рисунке видно, если ПИД-регулятор настроен верно, то кривая имеет плавный характер и таким образом будет поддерживаться стабильная температура в помещении.Рассмотрим более подробно каждую из составляющих влияющих на правильную настройку ПИД-регулятора. Напоминаем, что ПИД регулирование производится по трем составляющим:
- пропорциональная
- интегральная
- дифференциальная
На данном рисунке наглядно показано на что влияют составляющие при настройке ПИД-регулятора. Также большое влияние оказывает тип выхода регулятора. Например, аналоговых выходом 4-20мА можно осуществлять более точную регулировку трёх ходового клапана, чем выходным реле поворачивая клапан на определенный уровень. Все же обоими способами можно добиться хорошей настройки регулировки клапана с помощью ПИД-регулятора, тем самым обеспечивая правильное смешивание горячей и холодной воды на выходе.
- пропорциональная составляющая - чем больше необходимо нагревать температуру в помещении, тем большую мощность регулятор установит на нагревателе.
- интегральная составляющая - учитывает предыдущий опыт работы ПИД-регулятора и корректируя выходные сигналы делает управление более точным. При достижении заданной температуры, ошибки регулирования сведутся к нулю и данная составляющая перестает влиять на работу ПИД-регулятора.
- дифференциальная составляющая - отвечает за скорость изменения технологического параметра (температуры). Данный составляющая помогает по разному реагировать на резкие изменения измеряемого параметра (температуры), тем самым обеспечивая плавное изменение.
Очень часто ПИД-регуляторы настраиваются в ручном режиме, тем самым подбирая выходные сигналы опытным путём. Это связано с тем, что не каждый наладчик знаком с правильностью настройки составляющих для ПИД-регулятора.
Для выбора ПИД-регуляторов стоит обратить внимание на следующее:
- поддержка дискретного управление - используется как правило для нагрева или охлаждения и может вкл/выкл подключенное оборудование
- ПИ и ПИД регулирование
- поддержка интерфейса Modbus RTU
- скорость опроса датчиков - как правило необходимая скорость опроса составляет 1с, т.к. процесс регулирования чаще всего это длительный процесс
Наша компания продаёт бюджетный ПИД-регуляторы и измерители уровня жидкости (с цифровой шкалой), которые способны обеспечивать необходимое регулирования в разных промышленных областях. За более подробной информацией обращайтесь к нашим менеджерам.