PID Control System Tuning Guide para sa Refrigeration at HVAC Control Loops

Ang walk-in freezer na nakatakda sa minus 18 degrees Celsius na naaanod sa pagitan ng minus 15 at minus 20, maikling pagbibisikleta sa compressor at pagyeyelo sa isang dulo ng evaporator, ay karaniwang walang nagpapalamig. Ito ay kulang sa mabuting kontrol. Ang sistema ng kontrol ng PID ay nagpapasya kung gaano kalayo ang bubukas ng expansion valve, kapag nagsasara ang liquid line solenoid, at kung gaano kabilis ang pag-recover ng kwarto pagkatapos maiwang bukas ang isang pinto. Walang pagsasaayos ng singil ang mag-aayos ng loop na lumalaban sa sarili nito.

Ang maikling sagot muna. Ang isang PID control system ay isang closed loop controller na naghahambing ng isang sinusukat na halaga sa isang target at itinatama ang pagkakaiba gamit ang tatlong may timbang na termino: proporsyonal, integral at derivative. Sa pagpapalamig at air conditioning trabaho ang arithmetic ay ang simpleng bahagi. Ang magpapasya kung hawak ng loop ang target nito ay ang sensor, ang actuator, at kung tumutugma ang tuning sa thermal inertia ng load.

Paano Nagwawasto ang isang PID Control System ng Error

Ang bawat loop ay tumatakbo sa parehong pagkakasunud-sunod. Binabasa ng controller ang variable ng proseso, ibinabawas ito mula sa setpoint upang makuha ang error, kinokwenta ang tatlong termino, idinaragdag ang mga ito nang magkasama, at ipinapadala ang resulta sa isang panghuling elemento ng kontrol. Ang elemento ay kumikilos, ang proseso ay tumutugon, ang sensor ay nag-uulat, at ang cycle ay umuulit. Ang isang timer na nagpapatakbo ng isang compressor sa loob ng sampung minuto at nagpapahinga ito sa loob ng lima ay wala nito, kaya naman ang open loop control ay hindi maaaring humawak ng isang silid sa pamamagitan ng pagbabago ng load.

Ang Tatlong Tuntunin at Ano ang Inaayos ng Bawat Isa

Proporsyonal na Aksyon

Ang proporsyonal na aksyon ay gumagawa ng isang output na proporsyonal sa kasalukuyang error. Kung ang silid ay umupo ng 2 K sa itaas ng setpoint at ang pakinabang ay nakatakda upang ang bawat kelvin ay magbukas ng modulating valve ng 8 porsiyento, ang balbula ay lilipat sa 16 porsiyento. Ginagawa ng terminong ito ang karamihan sa gawain sa panahon ng paghila pababa.

Hindi nito kayang tapusin ang trabaho nang mag-isa. Habang papalapit ang silid sa setpoint, lumiliit ang error, at lumiliit ang output kasama nito, hanggang sa eksaktong balansehin ng posisyon ng balbula ang pagkarga. Ang punto ng balanse na iyon ay malayo sa setpoint at tinatawag itong offset, o steady state error. Ang proporsyonal lamang na kontrol ay kadalasang nakakakuha ng 1 hanggang 2 K off target, na matitiis para sa komportableng paglamig at hindi para sa isang blast freezer.

Integral na Aksyon

Binubuo ng integral na pagkilos ang error sa paglipas ng panahon at patuloy na nagtutulak hanggang sa huminto ang paglaki ng kabuuan na iyon, na nag-aalis ng offset. Ang gastos ay oras at, kung ito ay itinakda nang agresibo, mag-overshoot. Kapag naipon ang kabuuan sa panahon kung saan hindi makatugon ang output, gaya ng defrost lockout, hinihimok nito nang husto ang output sa sandaling maalis ang lockout. Iyon ay integral na pagwawakas, at isa itong karaniwang dahilan ng pag-overshoot ng isang tindahan ng 5 K pagkatapos ng defrost.

Derivative Action

Tumutugon ang derivative na pagkilos sa rate ng pagbabago ng error, na nagpapahina sa loop na may posibilidad na mag-overshoot. Tumutugon din ito sa ingay ng sensor, dahil ang isang pressure transducer na kumikibot ng 0.2 bar bawat panahon ng sampling ay mukhang napakabilis na rate ng pagbabago. Karamihan sa mga controller ng pagpapalamig ay inilalapat ang derivative term sa variable ng proseso sa halip na sa error at ipares ito sa isang filter na isa hanggang tatlong segundo. Kung saan nangingibabaw ang pagkaantala ng transportasyon, na karamihan sa mga circuit, ang derivative ay naiwan sa zero at isang PI loop ang ginagamit sa halip.

Isang konkretong halimbawa. Ang isang electronic expansion valve na may hawak na superheat sa 5 hanggang 8 K ay umaasa sa proporsyonal na pagkilos upang subaybayan ang pag-load at integral na pagkilos upang i-clear ang standing error. Kung ang superheat ay umuugoy sa pagitan ng 2 K at 15 K, ang derivative term ay bihirang ang salarin. Ang oras ng pagtugon ng sensor at ang resolution ng hakbang ng balbula ay karaniwang.

Thermal Expansion Valve para sa Refrigeration Superheat Control Compact brass o stainless steel valve na may adjustable na 0–8°C na static na superheat para sa komersyal at industriyal na mga aplikasyon sa pagpapalamig. Tingnan ang Produkto →

Mga Paraan ng Pag-tune at Makatotohanang Mga Numero

Ang pag-tune ay kung saan ang teorya ay nakakatugon sa halaman. Tatlong diskarte ang sumasaklaw sa karamihan ng gawain.

1. Manu-manong pag-tune. I-zero ang integral at derivative na termino, itaas ang proporsyonal na pakinabang hanggang sa patuloy na mag-oscillate ang loop, pagkatapos ay hatiin ito sa kalahati. Magdagdag ng mahalagang pagkilos hanggang sa mawala ang offset sa loob ng katanggap-tanggap na oras. Magdagdag lang ng derivative kung mahalaga pa rin ang overshoot.
2. Sina Ziegler at Nichols. Basahin ang ultimate gain at period mula sa oscillation test at ilapat ang nai-publish na talahanayan. Ang resulta ay mabilis at bahagyang agresibo, na nababagay sa mabagal na mga loop ng temperatura.
3. Relay auto tune. Pinipilit ng controller ang isang maliit na ikot ng limitasyon sa paligid ng setpoint at kinukuha ang modelo mula sa amplitude at period nito. Maginhawa ito, ngunit inaayos nito ang loop nang eksakto tulad ng nahanap, kasama ang isang sensor na hindi maganda ang pagkakalagay.

Mga kapaki-pakinabang na reference point. Nag-a-update ang room loop isang beses bawat segundo. Ang isang superheat loop ay nag-a-update tuwing 100 hanggang 200 ms. Ang isang pinalamig na loop ng tubig ay dapat tumagal sa loob ng 0.5 K at isang display case sa loob ng 1 K. Ang pagsa-sample na mas mabilis kaysa sa pagtugon ng proseso ay kadalasang nagpapalakas ng ingay.

Kung saan Natutugunan ng Control Loop ang Hardware

Tatlong pagpapasya sa hardware ang humuhubog sa resulta nang higit sa anumang pare-parehong pag-tune.

• Paglalagay ng sensor at bilis. Ang isang probe sa return air ay nakikita ang silid, habang ang isang probe na nakatali sa coil ay nakikita ang coil. Ang isang loop na nakatutok sa isa at pinaandar sa isa ay mangangaso.
• Resolusyon ng actuator. Ang on at off na solenoid valve ay nagbibigay sa loop ng dalawang posisyon, kaya ang controller ay maaari lamang mag-iba sa duty cycle. Ang isang modulating valve ay nagbibigay dito ng 200 posisyon o higit pa.
• Malayang proteksyon. Ang isang refrigeration pressure controller ay nagpapalit ng compressor o condenser fan sa isang nakapirming presyon anuman ang hinihiling ng loop ng temperatura, na pumipigil sa isang nabigong sensor na maging isang nabigong compressor.

Ang pag-uugali sa paglipas ng panahon ay mahalaga gaya ng pag-uugali sa araw ng pagkomisyon. Ang liquid line solenoid cycling bawat 40 segundo ay mag-iipon ng daan-daang libong operasyon sa loob ng ilang taon, kaya ang disenyo ng upuan, klase ng pagkakabukod ng coil at manual override na pag-access ay magiging praktikal na pamantayan sa pagpili. Mga tala sa pagpapanatiling matatag ng EVR solenoid valve sa mahabang buhay ng serbisyo ay nagkakahalaga ng pagbabasa bago ang isang cycling rate ay naayos.

EVR Solenoid Valve para sa Refrigeration Flow Control EVR solenoid valve para sa mga linya ng likido, higop, o mainit na gas, na may mga opsyon sa AC/DC coil at matibay na sealing para sa mga sistema ng pagpapalamig. Tingnan ang Produkto →

Refrigeration High/Low Pressure Controller na may Auto Reset Mechanical high/low pressure controller na may mga pointer gauge at awtomatikong pag-reset, na naka-link sa mga compressor, fan, at drain valve para sa proteksyon ng system. Tingnan ang Produkto →

Kapag ang Loop ay Maling Gawi: Mga Sintomas at Sanhi

• Malaking overshoot pagkatapos ng defrost: integral windup, o defrost na pagwawakas na itinakda ng oras kaysa sa temperatura ng coil.
• Regular na oscillation tuwing dalawa hanggang limang minuto: masyadong mataas ang proportional gain, o isang balbula na sobrang laki para sa load.
• Panay na offset na hindi kailanman nag-clear: proporsyonal lamang na kontrol, o isang actuator na umabot na sa limitasyon sa paglalakbay nito.
• Random jitter na walang pisikal na dahilan: derivative action na nagpapalakas ng ingay ng sensor, o isang maluwag na bulsa ng probe.
• Maikling pagbibisikleta sa magaan na pagkarga: nakatakda ang hysteresis sa ibaba ng loop na deadband, o isang deadband na mas makitid kaysa sa katumpakan ng sensor.
• Ang isang bahagi ng kaso ay malamig at ang iba ay mainit: lokasyon ng sensor, hindi pag-tune.

Ang cascade control ay nag-aalis ng bahagi nito. Ang panlabas na loop ay nagbabasa ng temperatura ng silid at nagsusulat ng isang setpoint, habang ang panloob na loop ay nagbabasa ng mga kondisyon ng evaporator o pagsipsip at nagtutulak sa balbula. Ang panloob na loop ay tumutugon sa ilang segundo, bago lumipat ang silid, na pumuputol sa overshoot sa mga system na may mahabang pagkaantala sa transportasyon.

Ano ang Dapat Suriin Bago Maglagay ng Order

1. Anong control range at resolution ang kailangan? Ang balbula na nagmodulate sa 10 hanggang 100 porsiyento ng pagkarga ay ibang produkto mula sa isang ganap na bubukas sa 20 porsiyento.
2. Ano ang katumpakan ng sensor at oras ng pagtugon, at mas malawak ba ang loop deadband kaysa sa error ng sensor?
3. Anong cycle count ang inaasahan sa tagal ng serbisyo, at sinusuportahan ba ito ng seat at coil materials?
4. Nababagay ba ang mga kabit na tanso at tanso at mga materyales sa balbula sa ginagamit na nagpapalamig at langis?
5. Available ba ang mga ekstra, boltahe ng coil at manu-manong override sa parehong serye, kaya hindi nangangailangan ng muling paggawa sa bracket ang pag-aayos?
6. Maaari bang magtrabaho ang supplier mula sa isang drawing o isang sample kung ang loop ay nangangailangan ng hindi karaniwang laki ng port o katangian ng daloy?

Mga supplier na parehong gumagawa ng mga bahagi ng kontrol at nauunawaan ang mga loop na kanilang inuupuan nang mas mabilis sa mga puwang na ito. Isang tagagawa na may isang in house test lab at custom na kakayahan sa pagbuo maaaring kumpirmahin ang isang flow coefficient o isang coil rating mula sa drawing sa halip na mula sa isang catalog footnote.

Mga Pangunahing Punto na Dapat Tandaan

• Ang isang PID control system ay isang closed loop: sukatin, ihambing, itama, ulitin.
• Ang proporsyonal na pagkilos ay tumutugon sa kasalukuyang error, ang integral na pagkilos ay naglilinis sa nakaraan, ang derivative na aksyon ay inaasahan ang susunod na ilang segundo.
• Karamihan sa mga refrigeration loop ay pinakamahusay na tumatakbo bilang PI, na may derivative na nakalaan para sa mahusay na na-filter at mabilis na pagtugon sa mga sukat.
• Ang pag-tune ay hindi makakabawi para sa isang mabagal na sensor, isang napakalaking balbula o isang probe sa maling lugar.
• Ang cycle ng buhay at materyal na compatibility ay magpapasya kung gumagana pa rin ang loop sa tatlong taon.

Ang tunay na pagsubok ng isang loop ay hindi ang hakbang na tugon sa araw ng pagkomisyon. Ito ay kung ang kaso ay may target pa rin sa pinakamainit na hapon ng taon, pagkatapos ng defrost, at may bahagyang naka-block na coil. Idisenyo ang hardware sa paligid ng kinakailangang iyon at ang mga numero ng pag-tune ay naging madaling bahagi.