PID regulátor patří mezi spojité regulátory a je složený z proporcionální, integrační a derivační části. V systémech řízení se řadí před řízenou soustavu. Do regulátoru vstupuje regulační odchylka a vystupuje akční veličina (ON/OFF). Princip PID regulátoru spočívá ve využití tří různých složek - proporcionální, integrační a derivační - k dosažení co nejlepšího a stabilního řízení.
Princip a funkce PID regulátoru
Díky automatickému ladění na optimální hodnotu v daných podmínkách dosáhneme PID regulátorem nejefektivnější regulace s vysokou přesností bez větších odchylek. PID regulátor vyžaduje pro svou funkci zadání vstupní hodnoty (například požadovaná teplota v místnosti), vstup pro zpětnou vazbu (při regulaci teploty to bude teplotní čidlo) a ovládání výstupu (relé, SSR, apod.) pro spínání topení.
Proporcionální složka (P)
Regulátor odečte změřenou teplotu od požadované a rozdíl - budeme mu říkat odchylka - vynásobí konstantou. Výsledek je výkon, jakým bude páječka topit (třeba v procentech). Pokud bude změřená teplota o hodně nižší než požadovaná, bude výkon velký. Čím víc se bude změřená teplota blížit k požadované, tím bude výkon nižší, pokud bude změřená teplota stejná jako požadovaná, výkon bude nulový.
Integrační složka (I)
Integrační regulátor vezme odchylku, vynásobí ji konstantou a přičte si ji ke své složce. To znamená, že pokud bude změřená hodnota nižší než požadovaná, integrační složka se bude zvyšovat. Pokud změřená teplota bude vyšší než požadovaná, bude se integrační složka snižovat. Čím bude odchylka vyšší, tím rychleji se integrační složka bude měnit. Pokud bude regulátor pouze integrační, bude topit nejdříve málo, výkon se bude zvyšovat a po dosažení požadované teploty a jejím překročení se bude výkon snižovat. Po ustálení teploty na požadované hodnotě bude integrační složka nastavená na výkon, který je třeba pro udržení ustálené teploty (dodáváme stejný výkon, jakým se páječka ochlazuje).
Derivační složka (D)
Derivační regulátor vezme rychlost změny odchylky a vynásobí ji konstantou. Když tedy teplota klesá, derivační složka zvyšuje výkon. Čím rychleji teplota klesá, tím vyšším výkonem bude derivační regulátor topit. Pokud bude teplota stoupat, derivační regulátor bude výkon snižovat. To se projeví velmi dobře právě v okamžiku, když začneme s rozehřátou páječkou pájet. Teplota se najednou začne snižovat a derivační složka na to může okamžitě reagovat zvýšením výkonu. Na druhou stranu, když teplota začne růst příliš rychle, výkon bude snižovat. Pokud bude konstanta pro derivační složku moc velká, bude se teplota dostávat na požadovanou hodnotu celkem pomalu, zato reakce na změnu se projeví velmi prudce na výkonu. Pokud bude konstanta pro derivační složku nízká, bude regulátor pomaleji reagovat na změny teploty.
Čtěte také: Betonování: Teplotní rozsah
Nastavení PID regulátoru a Autotuning
Nastavení parametrů PID regulátoru není vůbec jednoduchá věc. Existuje mnoho metod pro nastavení, více či méně vědeckých. Pokud si koupíte hotový PID regulátor od nějaké firmy, bude mít již zabudovanou nějakou metodu nastavení (autotuning). Regulátor umožňuje nastavení základních parametrů PID regulátoru, popřípadě použít funkci samočinného nastavení parametrů PID (funkce auto-tune) nebo přepnout regulátor do režimu dvoustavového regulátoru / termostatu (ON/OFF).
Model MF108-802 dovoluje manuální nastavení všech prvků (P, I, D), lze však zvolit také automatické ladění pomocí funkce Autotuning. Tuto funkci využijí zejména méně zkušení uživatelé, kteří nemají zkušenosti s manuálním nastavováním PID regulátorů.
Regulátor CH502FK02 podporuje plně automatický PID režim s možností použití funkce automatického ladění (auto-tune), která sama optimalizuje regulační parametry - proporcionalitu, integrační a derivační čas i délku cyklu.
Příklady PID regulátorů a jejich specifikace
Na trhu je k dispozici široká škála PID regulátorů pro montáž na DIN lištu, které nabízejí různé funkce a možnosti připojení.
- Univerzální PID regulátor Wachendorff UR484804, 24-230V AC/DC: Všestranné řešení pro široké spektrum aplikací.
- Mikroprocesorový PID regulátor teploty + SSR výstup do 1750 °C 72 mm x 72 mm: Kompaktní regulátor s vysokým teplotním rozsahem a SSR výstupem pro přesné řízení.
- Hütermann Regulátor teploty - Autonics TC4S-14R, PID, 3 výstupy (Relé, SSR, Alarm), LED displej: Nabízí více výstupů a přehledný LED displej pro snadné sledování.
- Emko ESM-1520-N.5.12.0.2/01.00/2.1.0.0 2bodový a PID regulátor termostat PTC -50 do +150 °C relé 5 A (d x š x v) 61.2 x 35 x 90 mm: Kompaktní regulátor s podporou PTC čidel a relé výstupem.
- Emko ESM-9950.1.20.1.1/00.00/0.0.0.0 2bodový, P, PI, PD, PID univerzální regulátor Pt100, L, J, K, R, S, T, B, E, N, C -200 do 1700 °C relé 5 A: Univerzální regulátor pro širokou škálu termočlánků a odporových čidel, s možností různých typů regulace.
- Enda PID univerzální regulátor Pt100, J, K, L, S, R, T -200 do 1700 °C (d x š x v) 87 x 48 x 96 mm: Další univerzální regulátor s podporou mnoha typů čidel a širokým teplotním rozsahem.
- Emko ESM-4430.2.20.0.1/01.02/0.0.0.0 2bodový, P, PI, PD, PID univerzální regulátor Pt100, L, J, K, R, S, T, B, E, N, C -200 do 1700 °C relé 5 A, SSR: Univerzální regulátor pro řízení teploty a procesů, s relé a SSR výstupy.
- CH502FK02 je plně programovatelný PID regulátor / termostat: Určený pro přesné řízení teploty v rozsahu 0 až 400 °C, s přepínacím relé kontaktem a napěťovým signálem 12 V pro řízení polovodičového relé (SSR). Nechybí ani alarmový výstup (ALARM1) se samostatným spínacím relé. Pracuje s termočlánkem typu K.
- Regulátor teploty LIM1030: Nejkompaktnější regulátor teploty dostupný na trhu. Na měřící vstup lze připojit odporové čidlo teploty Pt100 nebo termočlánek typu J, K nebo T. Funguje v režimu ON/OFF nebo PID. Má dva výstupy (napěťový impulsní výstup 5V a elektromagnetické relé), které lze použít pro alarm nebo řízení, a inovativní odnímatelnou svorkovnici.
Vícekanálové PID regulátory
Existují také vícekanálové PID regulátory pro řízení více zařízení současně:
Čtěte také: Teplotní rozsah pro kvalitní beton
- 4 kanálový PID průmyslový regulátor s relé: Umožňuje velmi přesně řídit teplotu až čtyř různých zařízení či topných těles. Je vybaven čtyřmi vstupy pro teplotní čidla (Cu50, PT2, K, E, J) a čtyřmi reléovými výstupy 230V/3A AC.
- Šestikanálový regulátor: Je vybaven šesti vstupy pro teplotní čidla (K, E, S, J) a napěťovým výstupem 12V/20mA pro ovládání šesti SSR relé nebo šesti reléovými výstupy 230V/3A AC.
- Osmikanálový regulátor: Je vybaven osmi vstupy pro teplotní čidla (K, E, S, J) a osmi reléovými výstupy 230V/3A AC, nebo napěťovým výstupem 12V/20mA pro ovládání osmi SSR relé.
- Dvanáctikanálový regulátor: Je vybaven 12 vstupy pro teplotní čidla PT100 a 12 reléovými výstupy 230V/3A AC, nebo napěťovým výstupem 12V/20mA pro ovládání 12 SSR relé.
Tyto vícekanálové regulátory jsou určeny pro řízení průmyslových zařízení a řízení / automatizaci topných pecí, pájecích zařízení a jiných tepelně závislých strojů. Pracují na principu spínání výstupu s kontrolní zpětnou vazbou z teplotního čidla. Všechny konstanty a parametry lze nastavit a vyladit tak, aby docházelo k optimálnímu řízení a spínání teploty. Vícekanálové regulátory s červenými LED displeji jsou určeny pro vestavbu do panelu zařízení.
Tabulka porovnání vybraných PID regulátorů
| Model | Typ regulace | Rozsah teploty | Vstupní čidla | Výstupní prvky | Další funkce | Rozměry (mm) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Wachendorff UR484804 | PID | N/A | N/A | N/A | Univerzální, 24-230V AC/DC | N/A |
| Mikroprocesorový PID | PID | do 1750 °C | N/A | SSR výstup | Mikroprocesorový | 72 x 72 |
| Autonics TC4S-14R | PID | N/A | N/A | Relé, SSR, Alarm | LED displej | N/A |
| Emko ESM-1520-N.5 | 2bodový, PID | -50 do +150 °C | PTC | Relé 5 A | Kompaktní | 61.2 x 35 x 90 |
| Emko ESM-9950.1 | 2bodový, P, PI, PD, PID | -200 do 1700 °C | Pt100, L, J, K, R, S, T, B, E, N, C | Relé 5 A | Univerzální | N/A |
| Emko ESM-4430.2 | 2bodový, P, PI, PD, PID | -200 do 1700 °C | Pt100, L, J, K, R, S, T, B, E, N, C | Relé 5 A, SSR | Univerzální | N/A |
| CH502FK02 | PID (auto-tune) | 0 až 400 °C | Termočlánek typu K | Přepínací relé, 12V pro SSR, Alarm | Plně programovatelný, LED displeje | N/A |
| LIM1030 | ON/OFF, PID (auto-tune) | N/A | Pt100, J, K, T | 5V puls, Elektromagnetické relé | Kompaktní, odnímatelná svorkovnice | N/A |
Aplikace PID regulátorů
PID regulátory teploty nacházejí uplatnění v široké škále aplikací, a to jak v průmyslu, tak i v domácím prostředí.
Průmyslové aplikace
- Řízení teploty v sušárnách, pecích pro žíhání a vytvrzování.
- Tiskařské stroje.
- Řízení průmyslových zařízení a automatizace topných pecí.
- Pájecí zařízení a jiné tepelně závislé stroje.
- Neutralizace průmyslových odpadních vod: Používá se k regulaci pH pomocí dávkování hydroxidu vápenatého.
Domácí a laboratorní aplikace
- Řízení topných těles v domácích udírnách.
- 3D tiskárny.
- Vývojová prototypová zařízení.
- Pasterizátor na mléko: K regulaci teploty mléka v kotli.
- Dvouplášťový hrnec: Pro udržování stabilní teploty vody v plášti.
- Termostat pro vysoce stabilní teplotu elektronické součástky: Pro dosažení co nejpřesnější regulované teploty bez zákmitů a fluktuací.
- Domácí projekt pájení součástek: S využitím jednoploténkového elektrického vařiče.
Čtěte také: Doba akumulace tepla v budovách
tags: #pid #regulator #teploty #na #din #listu