解決溫度控制難題——一款前所未有的PID溫度控制器
發(fā)布時(shí)間：2024-05-24 www.xstr.xyz
長(zhǎng)期以來(lái)，溫度控制一直是工業(yè)自動(dòng)化控制中的難點(diǎn)。由于溫度參數(shù)的滯后、時(shí)變和非線性，而且溫控同時(shí)受到負(fù)荷變化、燃料波動(dòng)、多區(qū)域溫度等多種因素的影響，溫度控制要做到精準(zhǔn)、穩(wěn)定可靠并不是一件容易的事。
工業(yè)溫度控制有著多種方法，其中常用的是PID控制。PID溫度控制器作為其中的關(guān)鍵組件，其精確的溫度控制功能在各個(gè)領(lǐng)域均發(fā)揮著重要作用。無(wú)論是化工、制藥、食品加工等傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域，還是半導(dǎo)體、新能源、環(huán)保、生物技術(shù)等新興領(lǐng)域，PID溫度控制器都發(fā)揮著不可或缺的作用。
作為全球溫控器的知名廠商，azbil（阿自倍爾）創(chuàng)新地推出了新一代數(shù)字顯示溫度控制調(diào)節(jié)器，不僅在48*48mm規(guī)格儀表上實(shí)現(xiàn)了5位顯示，支持最快25ms的控制周期，可以通過(guò)高精度輸入精度，實(shí)現(xiàn)被控過(guò)程變量（溫度、流量、壓力）的高精度控制，而且內(nèi)置了包括PID智能仿真、超調(diào)抑制調(diào)節(jié)、以及阿自倍爾自主研發(fā)的控制技術(shù)FF-Fitter，可以輕松解決溫度控制的難題。
01 PID仿真：離線PID整定及優(yōu)化
通常各廠家儀表都提供了自動(dòng)獲取PID參數(shù)的自整定功能，但是受裝置結(jié)構(gòu)特性（不允許溫度大范圍波動(dòng)）及生產(chǎn)效率（自整定時(shí)間過(guò)長(zhǎng)）限制等，無(wú)法使用自整定功能來(lái)獲取PID參數(shù)，另外也存在自整定出來(lái)的PID參數(shù)控溫效果不理想，無(wú)法達(dá)到工藝要求的情況。
型號(hào)C1A數(shù)字顯示調(diào)節(jié)器搭載了阿自倍爾專有的PID仿真技術(shù)，可以通過(guò)獲取一段監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)后，在離線狀態(tài)下進(jìn)行PID參數(shù)的自整定及優(yōu)化，可以有效避免以上課題中所述的兩個(gè)問(wèn)題。不僅可以通過(guò)軟件自動(dòng)獲取最佳PID圖，也可以通過(guò)手動(dòng)拖動(dòng)滑塊來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化PID參數(shù)圖，當(dāng)?shù)玫阶罴裀ID參數(shù)后，可以將參數(shù)下載至現(xiàn)場(chǎng)的型號(hào)C1A儀表中，此時(shí)現(xiàn)場(chǎng)裝置的實(shí)際在線控制效果就可以接近或達(dá)到離線狀態(tài)下的優(yōu)化效果。
02 SP.lag控制算法破解大滯后超調(diào)難題
以真空爐為代表的大滯后裝置，在工藝升溫階段，為了保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)不被破壞，需要按照一定速率（斜率升溫）控制溫度到達(dá)目標(biāo)工藝溫度，但是從斜率到保持段時(shí)會(huì)發(fā)生溫度超調(diào)現(xiàn)象，當(dāng)超調(diào)量超過(guò)工藝允許精度時(shí)，需要等待溫度穩(wěn)定后開始工藝，而大滯后裝置的降溫速率通常較慢，等待時(shí)間會(huì)嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。
型號(hào)C1A數(shù)字顯示調(diào)節(jié)器搭載了阿自倍爾自主研發(fā)的控制算法SP.lag，在斜率升溫時(shí)，可以在保證升溫速率與要求一致的前提下，降低或避免溫度到達(dá)保持段時(shí)的溫度超調(diào)，改善控溫品質(zhì)，同時(shí)可以避免溫度回到工藝要求精度范圍的等待時(shí)間，從而提升生產(chǎn)效率。此功能不僅在斜率升溫（升溫速率可控）場(chǎng)合，在階躍升溫時(shí)，也可以起到抑制超調(diào)的作用，尤其針對(duì)具有一定真空度以及溫度大滯后的工藝環(huán)境，可以達(dá)到良好的控溫效果。
03 FF-Fitter：實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的溫度控制
在半導(dǎo)體干法刻蝕、勻膠固化、醫(yī)藥包裝等裝置及工藝過(guò)程中，常會(huì)因生產(chǎn)工藝需求，出現(xiàn)固定時(shí)間頻率及強(qiáng)度的干擾信號(hào)，例如包裝過(guò)程的瞬間壓合造成控穩(wěn)點(diǎn)溫度快速下降，需要盡可能的快速恢復(fù)干擾造成的溫度波動(dòng)，避免影響產(chǎn)品的品質(zhì)，以及降低生產(chǎn)效率。
型號(hào)C1A數(shù)字顯示調(diào)節(jié)器搭載了阿自倍爾自主研發(fā)的控制算法FF-Fitter，是在PID控制的基礎(chǔ)上，結(jié)合了前饋及增益控制的復(fù)合運(yùn)算，針對(duì)各類具有固定頻率恒定干擾的過(guò)程控制場(chǎng)合，可以有效改善控制品質(zhì)，提升生產(chǎn)效率。控制概念如下圖所示，在啟功能前，控制由PID主導(dǎo)，當(dāng)啟動(dòng)FF-Fitter控制功能后，依次通過(guò)FF1（強(qiáng)制）、FF2（增益）、FF3等步驟結(jié)合PID實(shí)現(xiàn)復(fù)合運(yùn)算控制，來(lái)降低干擾對(duì)被控變量的影響，從而減小溫度超調(diào)、縮短溫度穩(wěn)定時(shí)間，有效提升生產(chǎn)效率。
04 無(wú)需PLC編程即可實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通訊
隨著大數(shù)據(jù)以及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求的快速增長(zhǎng)，以及現(xiàn)場(chǎng)對(duì)連鎖控制的要求和對(duì)溫控儀表與PLC的通訊需求的日益加強(qiáng)，不同廠商間通訊協(xié)議差異帶來(lái)的問(wèn)題也越發(fā)凸顯。這意味著每當(dāng)需要更換PLC系統(tǒng)或溫控儀表時(shí)，就不得不重新開發(fā)通訊程序，這一過(guò)程不僅加重了工作負(fù)擔(dān)，而且可能引入運(yùn)行上的風(fēng)險(xiǎn)，比如程序錯(cuò)誤（BUG），從而對(duì)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行和安全性構(gòu)成了潛在威脅。
型號(hào)C1A數(shù)字顯示調(diào)節(jié)器內(nèi)置了眾多主流PLC廠商的驅(qū)動(dòng)協(xié)議，通過(guò)簡(jiǎn)單的參數(shù)設(shè)定（PLC品牌或協(xié)議的指定），再通過(guò)地址表的填寫（地址映射），即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向通訊。由于通訊的建立由型號(hào)C1A獨(dú)立實(shí)現(xiàn)，因此無(wú)需PLC側(cè)編寫通訊程序，可以有效降低PLC側(cè)的程序復(fù)雜性。針對(duì)需要臨時(shí)擴(kuò)展溫控儀表通訊的場(chǎng)合，可以大幅降低工作負(fù)荷，節(jié)約現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)成本。