调节热PID回路

如果你负责和PID温度控制器，您可能已经发现这样的循环可能具有挑战性，并且给定控制器和应用程序的需求可能有很大差异。本讨论旨在帮助解释这些控制器如何工作，并提供处理PID温度控制器的一些基本指导。我们已经尽最大努力避免不必要的行话，同时提供基本的术语和定义，这将有助于参考控制器手册和其他来源．但是请记住，控制器和应用程序各不相同，如果我们让您相信我们的经验涵盖了所有情况，或者我们的建议永远不会出错，那就是我们的疏忽。在执行任何更改时，请仔细考虑应用程序的独特情况。

为什么要调优控制器?

为了获得最佳结果，PID控制器需要知道调节多少热量才能达到所需的温度变化，以及温度对加热器功率变化的反应时间。调优使控制器了解特定系统的特性。控制器在PID设置中捕捉它学到的东西。PID设置的确切名称取决于控制器制造商，但它们通常是:比例带或增益，积分或复位，导数或速率。参考手册找到控制器的PID设置。由于每个系统都是不同的，控制器在进行调优之前无法知道这些参数的最佳值。

当调优不好时，温度会在设定值附近振荡，对变化反应缓慢，或者在启动时或设定值变化时过度超过设定值。当产品在错误的温度下加工时，这会使操作人员等待，降低产量，增加过早故障，从而影响生产效率。

如何调整PID控制器?

最简单的方法来调整PID控制器是使用它自动功能．现在几乎所有的电子温度控制器都有一个，但它们的工作方式不尽相同。要找出如何最好地使用控制器的自动调优，请阅读它的手册或致电它的制造商。有些控制器在负载从环境中加热时进行调优。有些人在设定值附近调整。无论哪种方式，自动调优自动调整PID设置，所以你不需要。但在使用该功能之前，请考虑以下选项和影响:

• 调优时温度可能超过设定值。控制器在设定值附近进行调优，迫使温度上下波动。要限制温度，请设置一个较低的设定值并观察调优行为。在确认调优不会导致温度过高后，您可以在更高的设定值再次调优。
• 自动调优功能可能有时间限制，因此非常慢的进程可能无法调优。在整定前后检查PID设置。如果它们没有改变，自动调优过程就会因为这样或那样的原因而失败。这是向控制器制造商寻求帮助的好时机。
• 定义什么是好的调优取决于流程。有些控制器具有为您的进程自定义自动调优结果的选项。例如，某些Watlow控制器允许您选择温度是否应该在最小的时间内达到设定值，有一点超调，或更谨慎地接近设定值，以最小化或消除超调。

为了在调优时获得最佳结果，请确保条件与系统正常运行的条件相同。以下是成功实现自动调优的技巧:

1. 在开始自动调优过程之前设置设定值。
2. 开机前请确保系统温度稳定。
3. 在将使用系统的时间和位置上对系统进行调优。在加州的夏日里，在实验室里调音可能不会产生在明尼苏达州的冬夜里很好地控制所需的结果。
4. 在操作中使用相同的加热器电压。如果加热器在调整时使用240vac，但在用户现场安装时使用208 Vac，控制器可能必须再次调整，因为功率的变化将改变加热器的工作方式。
5. 调整与实际产品或合理的模拟到位。一个装满金属零件的烤箱和一个空的烤箱的声音是不一样的。
6. 调优完全组装和安装的系统。没有盖的机器在盖上时性能会有所不同。
7. 考虑所有的热源。在烤箱中放入一批有动力的电路卡可以显著改变它的调节方式。
8. 考虑所有的散热器。想象一下，在一条生产线上安装第一台机器，几台机器共用排气管。如果在调试第一台机器时，将连接到其他机器的通风口关闭，那么排气的冷却效果可能比其他机器安装和运行后的效果要大得多。
9. 考虑您希望系统运行良好的温度范围，并在最高、最低和中点进行调优;或者在每个操作温度下，如果没有太多的话。记录每次试验产生的PID设置;每次调优时，控制器通常会覆盖前面的设置。如果试验都控制得很好，使用最宽的比例带(最低增益)，最不活跃的积分(每分钟重复次数最少或每次重复时间最长)和最不活跃的导数(通常是最小的数字)。
10. 当控制多个温度时，一个温度会影响另一个温度，对于在设定值调优的控制器，每次调优一个循环，让其他循环稳定在设定值。对于在从环境加热时进行调优的控制器，最好同时调优循环。
11. 例如，如果产品和热量在输送炉中从一个温度控制区流向另一个温度控制区，则按此顺序调整回路。

什么时候调得好?

当系统升温并迅速稳定在设定值时，当温度稳定在一个新的设定值而没有过度振荡时，系统是调谐良好的。当然，快速和过度是相对的，正如上面所提到的，一些进程容忍一点超调，允许系统在最短时间内改变温度，而其他进程则不能。在一个能够容忍一些超调的系统中，我们寻找像图中所示的响应。对我们来说，一个调谐良好的系统的关键指标不仅是温度稳定，而且输出功率也稳定——它不应该狩猎或振荡超过几个百分点。

使用SpecView等软件来绘制温度、设定值和热功率百分比。使用图表，您可以通过测量到设定值的时间、稳定的时间和振荡振幅(如果有的话)来量化性能。这允许您度量调优是否满足您的需求。

如果自动调优不起作用

如果温度不能让你满意，考虑以下可能性:

• 自动调优是否在理想条件下执行?回顾我们上面的建议。如果有些地方不正确，请纠正它并再次尝试自动调优。
• 当温度在设定值时，如果热功率不在10%到90%之间，则寻找诸如缺少盖子或加热器故障等问题。否则，可能会有设计或安装问题。
• 如果热量是100%，温度没有增加或从未达到设定值，关闭热量，并检查传感器的位置和连接是否正确。否则，试着确定为什么没有足够的加热功率或为什么有太多的冷却。调优可能不是问题所在。
• 如果温度有振荡，是电源开关的原因吗?如果振荡频率与时间比例周期时间相同，如果继电器允许，则减少周期时间设置，或将继电器替换为允许更快切换的固态电源控制器。
• 如果性能差，因为操作条件变化太大，PID控制无法适应，如果你的控制器提供自适应整定，可以考虑使用自适应整定。

切换到手动

如果仍然需要进行改进，可以手动调整调优。提供关于手动整定PID控制的详细说明超出了我们的范围，但请考虑以下内容:

• 如果温度没有足够快地达到设定值，你可能能够修复它，但你可能必须容忍一点超调和稳定时间。
• 如果它不能足够快地稳定下来，您可能能够修复它，但您可能必须容忍对设定值变化的较慢响应。
• 一次只调整一个PID设置。
• 确保您知道如何调整每个参数以获得所需的结果。
• 在进行调整时，将PID设置加倍或减半。对于大多数控制器，小的改变将产生微不足道的影响。
• 更改设定值以测试系统的响应能力。
• 等待足够长的时间来查看每个更改的结果，然后再进行另一个更改。等待多长时间取决于系统的响应速度。如果它在振荡，等待三到四个周期。
• 每次进行更改时绘制结果图，并在图上记录PID设置。这允许您评估您的更改是否是改进。
• 绘制输出功率图。如果输出功率振荡，即使温度稳定，系统也可能不稳定。输出功率就像你得到的水晶球一样，它告诉你控制系统在加热器发生之前试图做什么，在系统将结果过滤到传感器之前。

我们希望这些建议将有助于提高您的控制器的性能。更广泛的讨论PID整定策略可在Watlow的网站．

Beyer是Watlow控制器和电源开关设备的技术支持专家，他在那里工作了32年。威尔金森是Watlow多回路控制器和软件的产品经理，他在那里工作了15年。

点击这里下载温度循环调节的详细说明。

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