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Preparazione per TUS e SAT: Messa a punto del PID

Una parte importante della convalida dell'apparecchiatura è l'esecuzione di indagini sull'uniformità della temperatura (TUS) e di test di accuratezza del sistema (SAT); ma prima è necessario sapere come configurare correttamente l'apparecchiatura.

Che cos'è la sintonizzazione PID?

Un controllore proporzionale-integrale-derivativo (PID) viene utilizzato per garantire che la temperatura del forno durante un ciclo di riscaldamento rimanga il più vicino possibile alla temperatura nominale per il tasso e la quantità di variazione desiderati.

Capire la regolazione del PID

Regolando le tre impostazioni di base - proporzionale, integrale e derivata - l'utente può garantire che il forno raggiunga e mantenga la temperatura di set point desiderata. La componente proporzionale (P) modifica la variabile di processo, che è un rapporto diretto dell'errore di controllo. La componente integrale (I) viene utilizzata per eliminare l'offset e modifica la temperatura in proporzione all'errore integrato. La componente derivativa (D) viene utilizzata per stabilizzare il sistema o accelerarne la risposta e modifica la temperatura in proporzione alla derivata della variabile di processo.

Variabile di processo - la variabile che si sta manipolando; in questo caso, la temperatura effettiva del forno

Errore di controllo - la differenza tra la temperatura di set point e la temperatura effettiva

Errore integrato - l'entità e la durata dell'errore di controllo

Derivata della variabile di processo - il tasso di variazione della temperatura effettiva del forno

I regolatori PI sono i più utilizzati nel settore, poiché la combinazione di P e I fornisce in genere i risultati necessari e mantiene le cose semplici. Tuttavia, regolando anche la derivata (D), è possibile ottenere guadagni P e I maggiori mantenendo l'anello stabile, il che si traduce in una risposta più rapida e in migliori prestazioni dell'anello.

Passi per la messa a punto del PID

Durante il processo di regolazione PID, questi sono alcuni passi fondamentali che riteniamo tutti debbano tenere a mente. Naturalmente, i passi da compiere possono variare a seconda del tipo di controllore di cui si dispone. I passaggi che seguono sono indicati tenendo conto di un controllore CompactLogix di Allen Bradley e sono pensati per coloro che non si considerano dei matematici.

  1. Annotare le impostazioni PID correnti.
  2. Eseguire un bump test consentendo al forno di eseguire un ciclo completo con le impostazioni PID correnti. A tal fine, il forno deve essere alimentato in modo coerente con i tassi di rampa tipici della produzione e poi deve essere sottoposto a un'immersione intorno al punto di regolazione desiderato.
  3. Se le impostazioni PID attuali non forniscono i risultati desiderati (ad esempio, oscillazione della variabile di processo [PV] o superamento del set point desiderato), prendere i numeri PID e dimezzarli. Poi eseguite un altro ciclo completo per vedere quali sono i risultati. L'obiettivo è che la temperatura effettiva del forno si avvicini alla temperatura di set point per la velocità e la variazione desiderate. Tuttavia, se si allontana, significa che è necessario raddoppiare le impostazioni PID originali.
  4. Ripetete questo processo di aggiustamenti graduali fino a raggiungere i risultati desiderati.

Nota: Assicurarsi sempre di lasciare che il forno faccia il suo ciclo e attendere per vedere quale sia la causa e l'effetto prima di effettuare una nuova regolazione.

Per i matematici, ecco una correlazione di regolazione del regolatore PI per ottenere una forma PID ideale:

PI controller equation

Kc = Guadagno del regolatore (parametro di regolazione)

Kp = Guadagno di processo (fino a che punto)

Өp = Tempo morto (quanto ritardo)

Ƭp = Costante di tempo (quanto veloce)

Ƭc = Costante di tempo ad anello chiuso

ƬI = Tempo di reset (parametro di sintonizzazione)

Effects of PID Tuning

Quando si utilizza questa correlazione di regolazione, è necessario tenere conto anche delle dimensioni della termocoppia rispetto alle prestazioni, utilizzando queste regole:

  1. Aggressivo: Ƭc è il maggiore tra 0,1 Ƭp o 0,8 Өp (per applicazioni a bassa temperatura <800 °F)
  2. Moderato: Ƭc è il maggiore tra 1,0 Ƭp e 8,0 Өp (per applicazioni a temperature più elevate >800 °F)

La regolazione PID può spesso essere un processo di tentativi ed errori. Tuttavia, comprendendo come i tre componenti di base si relazionano tra loro e influiscono sul risultato desiderato, nonché tenendo a mente alcuni passaggi fondamentali, questo processo sarà notevolmente semplificato.

Se avete bisogno di ulteriore assistenza per la messa a punto del PID, contattate Ipsen all'indirizzo 1-844-GO-IPSEN.