Naarmate de rekentechnologie zich heeft ontwikkeld, is de rol van de altijd betrouwbare Proportional Integral Derivative (PID) controller in twijfel getrokken. Processen zijn gevorderd en veeleisender geworden, wat leidt tot de invoering van opkomende oplossingen.
Hoewel deze ontwikkelingen zich zullen blijven ontwikkelen en nieuwe functies zullen leiden tot verbeterde efficiëntie, hebben PID-controllers nog steeds een plaats in industriële toepassingen. Voor eenvoudige besturingsoplossingen kunnen PID-controllers een effectieve, goedkope oplossing zijn.
Wat zijn PID-controllers?
PID-controllers voeren constante berekeningen uit om een foutwaarde en het verschil tussen het gewenste instelpunt en een procesvariabele te bepalen. De PID-controller bepaalt de corrigerende koers op basis van de proportionele, integrale en afgeleide – PID-–termen. Deze apparaten worden ook wel drietermijncontrollers genoemd.
Een veelvoorkomend voorbeeld van een PID-controller is de cruise control op een voertuig. De bestuurder selecteert de snelheid die hij wil behouden, wat het gewenste instelpunt is. De ingang is de snelheid van de auto en de uitgang is het gaspedaal. Terwijl het voertuig een heuvel oprijdt en snelheid verliest, berekent de PID-controller de huidige status om te bepalen wat nodig is om het instelpunt te behouden. De auto versnelt naarmate meer brandstof aan de motor wordt geleverd. Als het voertuig de heuvel afdaalt, vermindert de PID-regelaar de brandstofstroom om de snelheid tot het instelpunt te verlagen.
Moderne PID-technologie bestaat al bijna 100 jaar. De Russisch-Amerikaanse ingenieur Nicolas Minorsky ontwikkelde in 1922 de formele controlewet, nu bekend als PID. Het was al vele jaren een populaire oplossing omdat een PID-controller kan worden geïmplementeerd met analoge circuits. In de jaren 80, toen de rekencapaciteiten toenam, was PID een zeer populaire oplossing omdat het niet veel middelen nodig had om correct te werken.
Als uw toepassing het behoud van temperatuur of druk vereist, is een PID-lus waarschijnlijk een geschikte oplossing. Het is echter mogelijk dat de PID-controller niet geschikt is voor de opstart- en afsluitfasen van het proces. Het volledige bereik van het systeem begrijpen is cruciaal om te weten of een PID-controller geschikt is voor uw installatie.
De juiste oplossing in sommige situaties
Er zijn voor- en nadelen voor alles, inclusief PID-controllers. Gebruiksscenario's voor PID-controllers zijn indirect. Denk aan een minibusje en een sportwagen. Beide voertuigen vervoeren mensen, maar de sportwagen zal een gezin van zeven personen niet helpen. Evenzo passen PID-controllers niet in elke situatie, maar ze hebben nog steeds een plek in verschillende situaties.
Als uw toepassing het behoud van temperatuur of druk vereist, is een PID-lus waarschijnlijk een geschikte oplossing. Het is echter mogelijk dat de PID-controller niet geschikt is voor de opstart- en afsluitfasen van het proces. Het volledige bereik van het systeem begrijpen is cruciaal om te weten of een PID-controller geschikt is voor uw installatie.
Opkomende technologieën voor moderne systemen
PID-controllers hebben om verschillende redenen een trouwe aanhang. Ten eerste is PID relatief eenvoudig te begrijpen en voor veel toepassingen is het effectief. Mensen vinden het prettig om te begrijpen wat ze gebruiken in een duur proces, en vaak is dit voldoende om die betrouwbare oplossingen te blijven gebruiken.
Vooruitgang in controllers kan echter efficiëntie in een proces creëren. Ze kunnen tijd besparen door uitvaltijd te verminderen, wat de productie verhoogt, waardoor het brandstofverbruik wordt verminderd en geld of een willekeurig aantal voordelen wordt bespaard.
Denk aan een oven die wordt gebruikt om pizza te maken. Die oven moet op 400 graden Fahrenheit staan om een pizza in 10 minuten te bereiden. Als een thuiskok de pizza te vroeg controleert, gaat er warmte verloren en duurt het een extra minuut of twee om de pizza te bereiden. Die één tot twee minuten hebben niet echt een impact op de dag’van de thuiskok. Als die thuiskok echter 50 pizza's maakt en elke pizza twee minuten extra kost, voegt het bijna twee uur toe aan het project.
Hoewel dit voorbeeld geen industriële situatie is, illustreert het hoe technologische verbeteringen het aantal persoonsuren dat nodig is om een taak te voltooien en de hoeveelheid brandstof die nodig is om een item te produceren, kunnen verminderen. Opkomende technologieën zijn ontworpen om de instelling sneller terug te zetten naar het ideale instelpunt, terwijl het overschrijden van het instelpunt tot een minimum wordt beperkt. Uiteindelijk kunnen bedrijven tijd en geld besparen met zelfs marginale verbeteringen in de efficiëntie van een proces.
In sommige gevallen bereikt het gebruik van add-ons of meerdere PID's nieuwe resultaten. Bijvoorbeeld:
Feed-Forward Controllers: een toevoeging aan een PID-controller, een feed-forward controller helpt de PID om het instelpunt sneller en betrouwbaarder te bereiken. Hoewel het implementeren van een feed-forward controller meer tijd en geld kost, zijn de voordelen verbeterde nauwkeurigheid, verminderd energieverbruik, lagere onderhoudskosten en minder slijtage.
Model Predictive Controller (MPC): Deze controller coördineert in- en uitgangen naar het systeem om zeer effectieve besturingsbeslissingen te nemen. Bovendien hebben MPC's een voorspellingshorizon, waarin ze anticiperen op wat er binnen het systeem gebeurt op basis van input. Hoewel traditionele PID-controllers one-size-fits-all-oplossingen zijn, is een MPC afgestemd op het systeem waarin het werkt.
Cascade Controller: in deze situatie past één PID controller berekeningen toe voor een set point. De uitgang is een variërend instelpunt voor een andere PID-regellus.
Override Controller: Deze oplossing omvat twee PID-controllers die afzonderlijke procesvariabelen berekenen en een schakelaar om de controlleruitgang te selecteren. De schakelaar bepaalt welke PID-controller moet worden gevolgd op basis van een ingestelde toestand, zoals de kleinste of grootste uitgang.
Zoals u kunt zien, kunt u PID's op verschillende manieren en vormen koppelen om verschillende resultaten te bereiken. Hoewel deze instellingen iets complexer zijn dan een enkele PID, kunnen deze oplossingen met technologische vooruitgang en de ontwikkeling van computertoepassingen leiden tot marginale verbeteringen die uw bedrijf een voordeel ten opzichte van de concurrentie geven.
Vragen om te stellen bij het overwegen van PID-controllers
Wanneer u een PID-controller voor uw systeem overweegt, zijn hier een paar vragen die u uzelf moet stellen.
Is mijn proces innately stabiel?
Is dit een eerste-ordersysteem of een tweede-ordersysteem? Als het systeem twee elementen heeft die met elkaar concurreren, is het een tweede-ordesysteem en is een PID-controller waarschijnlijk niet de juiste oplossing. Bijvoorbeeld, een proces dat een verwarming en een koelmachine omvat, zou botsen en de PID-regelaar zou niet effectief zijn. Het kan ook het systeem vernietigen. Een systeem van eerste orde zou één proces hebben: een verwarming die opwarmt wanneer het wordt ingeschakeld en op natuurlijke wijze afkoelt wanneer het wordt uitgeschakeld.
Wat is het proces en creëert het aanvullende overwegingen?
Overweeg een verwarmingssysteem waarin twee chemicaliën worden gemengd. In deze toepassing moeten de chemicaliën op een bepaalde temperatuur zijn om goed te kunnen mengen. Wanneer deze twee chemicaliën echter worden gecombineerd, treedt er een exotherme reactie op, die energie genereert. Een traditionele PID-regelaar zou in deze situatie niet effectief zijn omdat hij zich niet zou kunnen aanpassen aan de extra warmte.
Watlow® kan u helpen bij het evalueren en selecteren van controllers voor uw systeem
Als u controllers in uw systeem beoordeelt, begrijpt u het proces van het systeem. Het is even belangrijk om te weten hoe de controller in de applicatie zal reageren. Hebt u het nodig om te reageren of te reageren? Hebt u een controller nodig om een voorspelling te doen? Hebt u een melding nodig voordat er problemen ontstaan binnen het systeem?
Bij Watlow begeleiden®onze experts u door deze vragen en meer om uw oplossing te optimaliseren en de gewenste doelen te bereiken. Door samen te werken met een vertegenwoordiger van Watlow kunt u zich richten op uw proces terwijl we ons richten op de thermische aspecten. Neem vandaag nog contact op met een Watlow-expert om te beginnen met het evalueren en selecteren van de juiste oplossing voor uw systeem.