คู่มือการปรับแต่งระบบควบคุม PID สำหรับลูปควบคุมการทำความเย็นและ HVAC

ตู้แช่แข็งแบบวอล์กอินที่ตั้งไว้ที่ลบ 18 องศาเซลเซียส ซึ่งอยู่ระหว่างลบ 15 ถึงลบ 20 การหมุนเวียนของคอมเพรสเซอร์และน้ำค้างแข็งที่ปลายด้านหนึ่งของคอยล์เย็น มักจะไม่ขาดแคลนสารทำความเย็น มันขาดการควบคุมที่ดี ระบบควบคุม PID จะตัดสินใจว่าวาล์วเอ็กซ์แพนชั่นจะเปิดได้ไกลแค่ไหน โซลินอยด์ไลน์ของเหลวปิดเมื่อใด และห้องจะฟื้นตัวได้เร็วเพียงใดหลังจากเปิดประตูทิ้งไว้ ไม่มีการปรับการชาร์จจะแก้ไขลูปที่ต่อสู้กันเอง

คำตอบสั้น ๆ ก่อน ระบบควบคุม PID คือตัวควบคุมวงปิดที่เปรียบเทียบค่าที่วัดได้กับชิ้นงาน และแก้ไขความแตกต่างโดยใช้เงื่อนไขการถ่วงน้ำหนักสามเงื่อนไข: สัดส่วน อินทิกรัล และอนุพันธ์ ในงานทำความเย็นและการปรับอากาศ เลขคณิตเป็นส่วนที่เรียบง่าย สิ่งที่ตัดสินว่าลูปจับเป้าหมายได้หรือไม่คือเซ็นเซอร์ แอคชูเอเตอร์ และการปรับจูนตรงกับความเฉื่อยทางความร้อนของโหลดหรือไม่

ระบบควบคุม PID แก้ไขข้อผิดพลาดได้อย่างไร

ทุกวงจะมีลำดับเดียวกัน ตัวควบคุมจะอ่านตัวแปรกระบวนการ ลบออกจากค่าที่ตั้งไว้เพื่อรับข้อผิดพลาด คำนวณคำศัพท์ทั้งสามคำ เพิ่มเข้าด้วยกัน และส่งผลลัพธ์ไปยังองค์ประกอบควบคุมขั้นสุดท้าย องค์ประกอบทำงาน กระบวนการตอบสนอง เซ็นเซอร์รายงาน และวงจรจะเกิดซ้ำ ตัวจับเวลาที่ทำงานคอมเพรสเซอร์เป็นเวลาสิบนาทีและพักเป็นเวลาห้านาทีจะไม่เกิดสิ่งใดเลย ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการควบคุมแบบลูปเปิดจึงไม่สามารถรักษาห้องไว้โดยผ่านภาระที่เปลี่ยนแปลงไป

ข้อกำหนดสามข้อและสิ่งที่แต่ละข้อแก้ไข

การกระทำตามสัดส่วน

การกระทำตามสัดส่วนจะสร้างเอาต์พุตตามสัดส่วนกับข้อผิดพลาดปัจจุบัน ถ้าห้องอยู่เหนือค่าที่ตั้งไว้ 2 K และเกนถูกตั้งค่าเพื่อให้แต่ละเคลวินเปิดวาล์วมอดูเลต 8 เปอร์เซ็นต์ วาล์วจะเคลื่อนไปที่ 16 เปอร์เซ็นต์ คำนี้ทำงานส่วนใหญ่ระหว่างการดึงลง

ไม่สามารถทำงานให้เสร็จเพียงลำพังได้ เมื่อห้องเข้าใกล้จุดที่กำหนด ข้อผิดพลาดจะลดลง และเอาต์พุตจะลดลงตามไปด้วย จนกว่าตำแหน่งของวาล์วจะปรับสมดุลโหลดได้อย่างแน่นอน จุดสมดุลนั้นอยู่ห่างจากค่าที่ตั้งไว้และเรียกว่าข้อผิดพลาดออฟเซ็ตหรือสถานะคงที่ การควบคุมตามสัดส่วนเท่านั้นมักจะชำระจากเป้าหมาย 1 ถึง 2 K ซึ่งสามารถทนต่อการทำความเย็นแบบสบาย ๆ และไม่ใช่สำหรับช่องแช่แข็งแบบระเบิด

การดำเนินการที่เป็นหนึ่งเดียว

การดำเนินการแบบอินทิกรัลจะรวมข้อผิดพลาดเมื่อเวลาผ่านไปและผลักดันต่อไปจนกว่าผลรวมนั้นจะหยุดเพิ่มขึ้น ซึ่งจะลบออฟเซ็ตออก ต้นทุนคือเวลา และหากตั้งไว้เชิงรุก ก็เกินเลยไป เมื่อผลรวมสะสมในช่วงเวลาที่เอาท์พุตไม่ตอบสนอง เช่น การล็อคการละลายน้ำแข็ง มันจะขับเคลื่อนเอาท์พุตอย่างหนักทันทีที่การล็อคหายไป นั่นคือการสิ้นสุดการทำงานที่สำคัญ และเป็นสาเหตุทั่วไปที่ทำให้ร้านค้ามีอุณหภูมิเกิน 5 K หลังจากการละลายน้ำแข็ง

การดำเนินการอนุพันธ์

การดำเนินการอนุพันธ์จะตอบสนองต่ออัตราการเปลี่ยนแปลงของข้อผิดพลาด ซึ่งจะทำให้ลูปที่มีแนวโน้มจะเกินกำหนด นอกจากนี้ยังตอบสนองต่อสัญญาณรบกวนของเซ็นเซอร์ด้วย เนื่องจากทรานสดิวเซอร์ความดันกระตุก 0.2 บาร์ในแต่ละช่วงการสุ่มตัวอย่างดูเหมือนเป็นอัตราการเปลี่ยนแปลงที่รวดเร็วมาก ตัวควบคุมการทำความเย็นส่วนใหญ่จะใช้คำที่เป็นอนุพันธ์กับตัวแปรกระบวนการ แทนที่จะใช้กับข้อผิดพลาด และจับคู่กับตัวกรองที่มีความยาวหนึ่งถึงสามวินาที ในกรณีที่ความล่าช้าในการขนส่งครอบงำ ซึ่งเป็นวงจรส่วนใหญ่ อนุพันธ์จะเหลือไว้ที่ศูนย์ และใช้ลูป PI แทน

ตัวอย่างที่เป็นรูปธรรมประการหนึ่ง วาล์วขยายตัวแบบอิเล็กทรอนิกส์ที่กักเก็บความร้อนยวดยิ่งที่ 5 ถึง 8 K อาศัยการกระทำตามสัดส่วนเพื่อติดตามโหลดและการกระทำรวมเพื่อแก้ไขข้อผิดพลาดในการยืน หากความร้อนยวดยิ่งแกว่งไปมาระหว่าง 2 K ถึง 15 K อนุพันธ์มักจะไม่ค่อยเป็นสาเหตุ เวลาตอบสนองของเซ็นเซอร์และความละเอียดของสเต็ปวาล์วมักจะเป็น

วาล์วขยายตัวทางความร้อนสำหรับการควบคุมความร้อนยวดยิ่งของเครื่องทำความเย็น วาล์วทองเหลืองหรือสเตนเลสขนาดกะทัดรัดพร้อมความร้อนยวดยิ่งคงที่แบบปรับได้ 0–8°C สำหรับการใช้งานทำความเย็นเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรม ดูผลิตภัณฑ์ →

วิธีการปรับแต่งและตัวเลขที่สมจริง

การปรับจูนเป็นจุดที่ทฤษฎีมาบรรจบกับพืช สามแนวทางครอบคลุมงานส่วนใหญ่

1. การปรับจูนด้วยตนเอง เงื่อนไขอินทิกรัลและอนุพันธ์เป็นศูนย์ เพิ่มอัตราขยายตามสัดส่วนจนกว่าลูปจะแกว่งอย่างต่อเนื่อง จากนั้นลดลงครึ่งหนึ่ง เพิ่มการดำเนินการที่สำคัญจนกว่าออฟเซ็ตจะเคลียร์ภายในเวลาที่ยอมรับได้ เพิ่มอนุพันธ์เฉพาะในกรณีที่การเกินกำหนดยังคงมีความสำคัญ
2. ซีกเลอร์ และ นิโคลส์. อ่านค่าเกนและช่วงเวลาสุดท้ายจากการทดสอบการแกว่งและใช้ตารางที่เผยแพร่ ผลลัพธ์ที่ได้จะรวดเร็วและรุนแรงเล็กน้อย ซึ่งเหมาะกับวงจรอุณหภูมิที่ช้า
3. รีเลย์ปรับอัตโนมัติ ตัวควบคุมบังคับวงรอบขีดจำกัดเล็กน้อยรอบๆ จุดที่ตั้งไว้ และรับแบบจำลองจากแอมพลิจูดและคาบของโมเดล สะดวก แต่ปรับลูปตรงตามที่พบ รวมถึงเซ็นเซอร์ที่วางไม่ดีด้วย

จุดอ้างอิงที่เป็นประโยชน์ ลูปห้องอัปเดตหนึ่งครั้งต่อวินาที ลูปความร้อนยวดยิ่งจะอัปเดตทุกๆ 100 ถึง 200 มิลลิวินาที วงจรน้ำเย็นควรคงอยู่ภายใน 0.5 K และกล่องแสดงผลภายใน 1 K การสุ่มตัวอย่างเร็วกว่ากระบวนการมากสามารถตอบสนองการขยายสัญญาณรบกวนได้เป็นส่วนใหญ่

จุดที่ Control Loop ตรงกับฮาร์ดแวร์

การตัดสินใจด้วยฮาร์ดแวร์สามประการกำหนดผลลัพธ์ได้มากกว่าค่าคงที่ในการปรับแต่งใดๆ

• ตำแหน่งเซ็นเซอร์และความเร็ว โพรบในอากาศกลับมองเห็นห้อง ในขณะที่โพรบที่มัดไว้กับคอยล์มองเห็นคอยล์ วงที่ปรับบนวงหนึ่งและดำเนินการกับอีกวงหนึ่งจะตามล่า
• ความละเอียดของแอคชูเอเตอร์ โซลินอยด์วาล์วเปิดและปิดทำให้ลูปมีตำแหน่งสองตำแหน่ง ดังนั้นตัวควบคุมจึงสามารถเปลี่ยนแปลงได้เฉพาะรอบการทำงานเท่านั้น วาล์วมอดูเลตมีตำแหน่งตั้งแต่ 200 ตำแหน่งขึ้นไป
• การป้องกันที่เป็นอิสระ ตัวควบคุมความดันทำความเย็นจะเปลี่ยนคอมเพรสเซอร์หรือพัดลมคอนเดนเซอร์ที่แรงดันคงที่ ไม่ว่าวงจรอุณหภูมิจะร้องขออะไร ซึ่งจะทำให้เซ็นเซอร์ที่ไม่ทำงานกลายเป็นคอมเพรสเซอร์ที่ไม่ทำงาน

พฤติกรรมเมื่อเวลาผ่านไปมีความสำคัญพอๆ กับพฤติกรรมในวันที่เริ่มดำเนินการ การหมุนเวียนโซลินอยด์ไลน์ของเหลวทุกๆ 40 วินาทีจะสะสมการทำงานนับแสนครั้งภายในไม่กี่ปี ดังนั้นการออกแบบเบาะนั่ง ระดับฉนวนของคอยล์ และการเข้าถึงการแทนที่ด้วยตนเองจึงกลายเป็นเกณฑ์การคัดเลือกที่ใช้งานได้จริง หมายเหตุเกี่ยวกับ ทำให้โซลินอยด์วาล์ว EVR มีความเสถียรตลอดอายุการใช้งานที่ยาวนาน ควรอ่านก่อนที่อัตราการปั่นจักรยานจะได้รับการแก้ไข

EVR โซลินอยด์วาล์วสำหรับควบคุมการไหลของเครื่องทำความเย็น โซลินอยด์วาล์ว EVR สำหรับท่อของเหลว ท่อดูด หรือท่อแก๊สร้อน พร้อมตัวเลือกคอยล์ AC/DC และการซีลที่ทนทานสำหรับระบบทำความเย็น ดูผลิตภัณฑ์ →

เครื่องทำความเย็นตัวควบคุมแรงดันสูง/ต่ำพร้อมรีเซ็ตอัตโนมัติ ตัวควบคุมแรงดันสูง/ต่ำแบบกลไกพร้อมพอยน์เตอร์เกจและการรีเซ็ตอัตโนมัติ เชื่อมโยงกับคอมเพรสเซอร์ พัดลม และวาล์วระบายน้ำเพื่อป้องกันระบบ ดูผลิตภัณฑ์ →

เมื่อ Loop ทำงานผิดปกติ: อาการและสาเหตุ

• เกินกำหนดขนาดใหญ่หลังจากการละลายน้ำแข็ง: การสิ้นสุดการละลายน้ำแข็งแบบครบวงจร หรือการสิ้นสุดการละลายน้ำแข็งที่กำหนดตามเวลา แทนที่จะเป็นตามอุณหภูมิของคอยล์
• การสั่นสม่ำเสมอทุกๆ สองถึงห้านาที: อัตราขยายตามสัดส่วนสูงเกินไป หรือวาล์วมีขนาดใหญ่เกินไปสำหรับโหลด
• ออฟเซ็ตคงที่ที่ไม่เคยเคลียร์: การควบคุมตามสัดส่วนเท่านั้น หรือแอคชูเอเตอร์ที่ถึงขีดจำกัดการเคลื่อนที่แล้ว
• ความกระวนกระวายใจแบบสุ่มโดยไม่มีสาเหตุทางกายภาพ: การกระทำอนุพันธ์ที่ขยายสัญญาณรบกวนของเซ็นเซอร์ หรือช่องโพรบหลวม
• การหมุนเวียนสั้นๆ ที่โหลดเบา: ฮิสเทรีซิสที่ตั้งไว้ใต้เดดแบนด์ของลูป หรือเดดแบนด์ที่แคบกว่าความแม่นยำของเซ็นเซอร์
• ส่วนหนึ่งของเคสเย็นและส่วนที่เหลืออุ่น: ตำแหน่งเซ็นเซอร์ ไม่ใช่การปรับจูน

การควบคุมแบบเรียงซ้อนจะลบบางส่วนออก วงรอบด้านนอกอ่านอุณหภูมิห้องและเขียนค่าที่ตั้งไว้ ในขณะที่วงด้านในอ่านสถานะเครื่องระเหยหรือสภาวะการดูดและขับเคลื่อนวาล์ว วงในตอบสนองในไม่กี่วินาที ก่อนที่ห้องจะเคลื่อนที่ ซึ่งจะตัดการทำงานเกินในระบบที่มีความล่าช้าในการขนส่งที่ยาวนาน

สิ่งที่ต้องตรวจสอบก่อนทำการสั่งซื้อ

1. ต้องใช้ช่วงการควบคุมและความละเอียดเท่าใด วาล์วที่ปรับโหลดได้ 10 ถึง 100 เปอร์เซ็นต์เป็นผลิตภัณฑ์ที่แตกต่างไปจากวาล์วที่เปิดเต็มที่ที่ 20 เปอร์เซ็นต์
2. ความแม่นยำและเวลาตอบสนองของเซ็นเซอร์เป็นเท่าใด และลูปเดดแบนด์กว้างกว่าข้อผิดพลาดของเซ็นเซอร์หรือไม่
3. อายุการใช้งานคาดว่าจะมีกี่รอบ และเบาะนั่งและวัสดุม้วนรองรับหรือไม่
4. ข้อต่อทองแดงและทองเหลืองและวัสดุวาล์วเหมาะสมกับสารทำความเย็นและน้ำมันที่ใช้หรือไม่?
5. อะไหล่ แรงดันไฟฟ้าของคอยล์ และตัวเลือกการแทนที่แบบแมนนวลมีอยู่ในซีรีส์เดียวกันหรือไม่ ดังนั้นการซ่อมแซมจึงไม่จำเป็นต้องทำขายึดใหม่
6. ซัพพลายเออร์สามารถทำงานจากแบบหรือตัวอย่างได้หรือไม่ หากลูปต้องการขนาดพอร์ตหรือลักษณะการไหลที่ไม่เป็นมาตรฐาน

ซัพพลายเออร์ที่ทั้งสร้างส่วนประกอบการควบคุมและเข้าใจลูปที่พวกเขาปิดช่องว่างเหล่านี้ได้เร็วขึ้น เป็นผู้ผลิตด้วย ห้องปฏิบัติการทดสอบภายในและความสามารถในการพัฒนาแบบกำหนดเอง สามารถยืนยันค่าสัมประสิทธิ์การไหลหรือพิกัดคอยล์จากแบบร่าง แทนที่จะยืนยันจากเชิงอรรถแค็ตตาล็อก

ประเด็นสำคัญที่ต้องจำ

• ระบบควบคุม PID เป็นแบบวงปิด: วัด เปรียบเทียบ แก้ไข ทำซ้ำ
• การกระทำตามสัดส่วนตอบสนองต่อข้อผิดพลาดในปัจจุบัน การกระทำเชิงบูรณาการช่วยล้างอดีต การกระทำอนุพันธ์คาดว่าจะเกิดขึ้นในไม่กี่วินาทีถัดไป
• ลูปการทำความเย็นส่วนใหญ่ทำงานได้ดีที่สุดในฐานะ PI โดยมีอนุพันธ์ที่สงวนไว้สำหรับการวัดที่มีการกรองอย่างดีและตอบสนองรวดเร็ว
• การปรับจูนไม่สามารถชดเชยเซ็นเซอร์ที่ช้า วาล์วขนาดใหญ่ หรือโพรบในตำแหน่งที่ไม่ถูกต้อง
• อายุการใช้งานของวงจรและความเข้ากันได้ของวัสดุเป็นตัวตัดสินว่าลูปจะยังคงทำงานได้ในปีที่สามหรือไม่

การทดสอบลูปจริงไม่ใช่การตอบสนองขั้นตอนในวันที่ทดสอบการใช้งาน ประเด็นสำคัญอยู่ที่ว่ากรณีนี้ยังคงเป้าหมายในช่วงบ่ายที่ร้อนที่สุดของปี หลังจากการละลายน้ำแข็ง และขดลวดถูกปิดกั้นบางส่วนหรือไม่ ออกแบบฮาร์ดแวร์ตามความต้องการนั้น และหมายเลขการปรับแต่งจะกลายเป็นส่วนที่ง่าย