Mit der Weiterentwicklung der Rechentechnologie wurde die Rolle des immer zuverlässigen Proportional Integral Derivative (PID)-Reglers in Frage gestellt. Prozesse sind fortgeschritten und anspruchsvoller geworden, was zur Einführung neuer Lösungen führt.
Während sich diese Fortschritte weiterentwickeln und neue Funktionen zu einer verbesserten Effizienz führen werden, haben PID-Regler immer noch einen Platz in industriellen Anwendungen. Für einfache Steuerungslösungen können PID-Regler eine effektive, kostengünstige Lösung sein.
Was sind PID-Regler?
PID-Regler führen konstante Berechnungen durch, um einen Fehlerwert und die Differenz zwischen dem gewünschten Sollwert und einer Prozessvariablen zu bestimmen. Der PID-Regler bestimmt den Korrekturkurs basierend auf den proportionalen, integralen und abgeleiteten – PID-–Bedingungen. Diese Geräte werden manchmal als Drei-Kreis-Regler bezeichnet.
Ein häufiges Beispiel eines PID-Reglers ist die Geschwindigkeitsregelung an einem Fahrzeug. Der Fahrer wählt die Geschwindigkeit aus, die er beibehalten möchte, was der gewünschte Sollwert ist. Der Eingang ist die Geschwindigkeit des Autos und der Ausgang ist der Gaspedal. Während das Fahrzeug einen Hügel hinauffährt und die Geschwindigkeit verliert, berechnet der PID-Regler den aktuellen Zustand, um zu bestimmen, was zur Aufrechterhaltung des Sollwerts erforderlich ist. Das Auto beschleunigt sich, wenn mehr Kraftstoff an den Motor geliefert wird. Wenn das Fahrzeug den Berg hinunterfährt, reduziert der PID-Regler den Kraftstofffluss, um die Geschwindigkeit auf den Sollwert zu reduzieren.
Die moderne PID-Technologie gibt es bereits seit fast 100 Jahren. Der russisch-amerikanische Ingenieur Nicolas Minorsky entwickelte 1922 das formelle Regelungsgesetz, das heute als PID bekannt ist. Es war seit vielen Jahren eine beliebte Lösung, da ein PID-Regler mit Analogschaltungen implementiert werden kann. In den 1980er Jahren war PID eine sehr beliebte Lösung, da es nicht viele Ressourcen benötigte, um richtig zu laufen.
Wenn Ihre Anwendung die Aufrechterhaltung von Temperatur oder Druck erfordert, ist ein PID-Regelkreis wahrscheinlich eine geeignete Lösung. Der PID-Regler ist jedoch möglicherweise nicht für die Inbetriebnahme- und Abschaltphasen des Prozesses geeignet. Das Verständnis des gesamten Umfangs des Systems ist entscheidend, um zu wissen, ob ein PID-Regler für Ihre Einrichtung geeignet ist.
Die richtige Lösung in einigen Situationen
Es gibt Vor- und Nachteile für alles, einschließlich PID-Regler. Anwendungsfälle für PID-Regler sind in Umlauf. Denken Sie an einen Minivan und einen Sportwagen. Beide Fahrzeuge werden Menschen transportieren, aber der Sportwagen wird einer siebenköpfigen Familie nicht helfen. Ebenso passen PID-Regler nicht in jede Situation, aber sie haben immer noch einen Platz in verschiedenen Situationen.
Wenn Ihre Anwendung die Aufrechterhaltung von Temperatur oder Druck erfordert, ist ein PID-Regelkreis wahrscheinlich eine geeignete Lösung. Der PID-Regler ist jedoch möglicherweise nicht für die Inbetriebnahme- und Abschaltphasen des Prozesses geeignet. Das Verständnis des gesamten Umfangs des Systems ist entscheidend, um zu wissen, ob ein PID-Regler für Ihre Einrichtung geeignet ist.
Neue Technologien für moderne Systeme
PID-Regler haben aus verschiedenen Gründen eine loyale Anhängerschaft. Erstens ist PID relativ einfach zu verstehen und für viele Anwendungen ist es effektiv. Menschen finden es angenehm, zu verstehen, was sie in einem teuren Prozess verwenden, und oft reicht dies aus, um diese zuverlässigen Lösungen weiterhin zu verwenden.
Fortschritte bei Reglern können jedoch zu Effizienzsteigerungen in einem Prozess führen. Sie können Zeit sparen, indem sie Ausfallzeiten reduzieren, was die Produktion erhöht und den Kraftstoffverbrauch reduziert, was Geld oder eine Reihe von Vorteilen spart.
Denken Sie an einen Ofen, der für die Pizzaherstellung verwendet wird. Dieser Ofen muss bei 400 Grad Fahrenheit sein, um eine Pizza in 10 Minuten zu kochen. Wenn ein Hausmann die Pizza zu früh überprüft, geht die Hitze verloren und es dauert ein oder zwei Minuten, bis die Pizza gekocht ist. Diese ein bis zwei Minuten haben keinen wirklichen Einfluss auf den Tag des’ Heimkochs. Wenn dieser Hausmann jedoch 50 Pizzas herstellt und jede Pizza zusätzliche zwei Minuten benötigt, wird das Projekt um fast zwei Stunden verlängert.
Obwohl dieses Beispiel keine industrielle Situation ist, zeigt es, wie technologische Verbesserungen die Anzahl der zur Durchführung einer Aufgabe benötigten Personenstunden und die zur Herstellung eines Artikels erforderliche Kraftstoffmenge reduzieren können. Neue Technologien sind so konzipiert, dass das Setup schneller zum idealen Sollwert zurückkehrt und gleichzeitig die Überschreitung des Sollwerts minimiert wird. Letztendlich können Unternehmen mit sogar geringfügigen Verbesserungen in der Effizienz eines Prozesses Zeit und Geld sparen.
In einigen Fällen erreicht die Verwendung von Add-ons oder mehreren PIDs neue Ergebnisse. Zum Beispiel:
Feed-Forward-Regler: Ein Zusatz zu einem PID-Regler, ein Feed-Forward-Regler hilft dem PID, den Sollwert schneller und zuverlässiger zu erreichen. Während die Implementierung eines Feed-forward-Reglers mehr Zeit und Geld in Anspruch nimmt, sind die Vorteile verbesserte Genauigkeit, geringerer Energieverbrauch, geringere Wartungskosten und weniger Verschleiß.
Modellprädiktiver Regler (MPC): Dieser Regler koordiniert Ein- und Ausgänge an das System, um hocheffektive Steuerungsentscheidungen zu treffen. Darüber hinaus haben MPCs einen Vorhersagehorizont, in dem sie antizipieren, was innerhalb des Systems auf der Grundlage von Eingängen geschehen wird. Während herkömmliche PID-Regler Universallösungen sind, ist ein MPC auf das System zugeschnitten, in dem er arbeitet.
Kaskadenregler: In dieser Situation wendet ein PID-Regler Berechnungen für einen Sollwert an. Der Ausgang ist ein variierender Sollwert für einen anderen PID-Regelkreis.
Übersteuerung: Diese Lösung umfasst zwei PID-Regler, die separate Prozessvariablen berechnen, und einen Schalter, um den Reglerausgang auszuwählen. Der Schalter bestimmt, welcher PID-Regler basierend auf einer eingestellten Bedingung, wie dem kleinsten oder größten Ausgang, verfolgt werden soll.
Wie Sie sehen können, können Sie PIDs auf unterschiedliche Weise und in unterschiedlichen Formen koppeln, um unterschiedliche Ergebnisse zu erzielen. Während diese Setups etwas komplexer sind als ein einziges PID, mit technologischen Fortschritten und der Entwicklung von Computeranwendungen, können diese Lösungen zu marginalen Verbesserungen führen, die Ihrem Unternehmen einen Vorteil gegenüber der Konkurrenz verschaffen.
Fragen, die bei der Betrachtung von PID-Reglern gestellt werden sollten
Wenn Sie einen PID-Regler für Ihr System in Betracht ziehen, sollten Sie sich hier einige Fragen stellen.
Ist mein Prozess von Natur aus stabil?
Ist dies ein System erster Ordnung oder ein System zweiter Ordnung? Wenn das System zwei Elemente hat, die miteinander konkurrieren, ist es ein System zweiter Ordnung, und ein PID-Regler ist wahrscheinlich nicht die richtige Lösung. Ein Prozess, der ein Heizelement und einen Kühler beinhaltet, würde zum Beispiel kollidieren, und der PID-Regler wäre nicht effektiv. Es könnte auch das System zerstören. Ein System erster Ordnung würde einen Prozess haben: ein Heizelement, das sich beim Einschalten aufwärmt und beim Abschalten auf natürliche Weise abkühlt.
Was ist der Prozess und schafft er zusätzliche Überlegungen?
Erwägen Sie ein Heizsystem, in dem zwei Chemikalien gemischt werden. In dieser Anwendung müssen die Chemikalien eine bestimmte Temperatur haben, um sich richtig zu mischen. Wenn jedoch diese beiden Chemikalien kombiniert werden, tritt eine exotherme Reaktion auf, die Energie erzeugt. Ein herkömmlicher PID-Regler wäre in dieser Situation nicht effektiv, da er die zusätzliche Wärme nicht anpassen kann.
Watlow® kann Ihnen helfen, Regler für Ihr System zu evaluieren und auszuwählen
Wenn Sie Regler in Ihrem System bewerten, verstehen Sie den Prozess des Systems. Es ist ebenso wichtig zu wissen, wie der Regler in der Anwendung reagieren wird. Benötigen Sie es, um zu reagieren oder zu reagieren? Benötigen Sie einen Regler, um eine Vorhersage zu machen? Benötigen Sie eine Benachrichtigung, bevor innerhalb des Systems Probleme auftreten?
Bei Watlow führen unsere Experten Sie durch diese Fragen und mehr®, um Ihre Lösung zu optimieren und die gewünschten Ziele zu erreichen. Durch die Zusammenarbeit mit einem Watlow-Vertreter können Sie sich auf Ihren Prozess konzentrieren, während wir die thermischen Aspekte ansprechen. Wenden Sie sich noch heute an einen Experten von Watlow, um mit der Bewertung und Auswahl der richtigen Lösung für Ihr System zu beginnen.