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PID-Regler

PID-Regler sind ein sehr weit verbreiteter Reglertyp und werden inindustriellen Automatisierungs-, Mess- und Regelungstechnik eingesetzt. Seine hohe Genauigkeit und Effizienz zeichnen den PID-Regler aus.

Die akYtec GmbH bietet den robusten PID-Regler für drei speziellen Anwendungsbereiche in der Automatisierungs-, Mess- und Regeltechnik an:

  • TRM210 für allgemeine industrielle Anwendungen
  • TRM212 für Ventile mit analoger oder Dreipunkt-Regelung
  • TRM500 PID-Temperaturregler für Industrieöfen

Alle drei Produkte sind mit zwei 4-stelligen LED-Anzeigen zur visuellen Darstellung von Prozesswert-, Soll- und Konfigurationsparametern ausgestattet. Die Gerätegehäuse sind nach IP54 (außer die Wandmontage-Variante, IP44) Schutzklasse auf der Vorderseite (IP20 auf der Rückseite) gegen Staub und Spitzwasser geschützt und können im Temperaturbereich von +1 bis +55 °C betrieben werden.

Der TRM210 ist ein PID-Prozessregler für allgemeine industrielle Anwendungen, der neben den TC- und RTC-Temperatursignalen auch analoge Eingangssignale von 4-20 mA und 0-1 V unterstützt. Diese autarken Geräte verfügen über zwei optionale Ausgänge verschiedener Typen: 4-20 mA, 0-10 V, Relais, NPN, TRIAC, SSR. Filterung des Eingangssignals, Signalkorrektur, Quadratwurzelfunktion. Weitere Funktionen machen diesen PID-Regler besonders flexibel in der Anwendung für unterschiedlichsten Aufgaben. Dank der RS485-Schnittstelle lässt sich dieser Prozessregler problemlos an ein industrielles Modbus-Netzwerk (nur Slave) anschließen.

Der TRM212 ist ein wetterkompensierter PID-Regler für Ventile mit analoger oder Dreipunkt-Regelung. Neben allen Funktionalitäten (außer Zweipunktregelung) des TRM210, unterstützt der TRM212 viele Zusatzfunktionen, die sich meist auf die Steuerung von analogen oder 3-Punkt-Regelventilen beziehen und finden in den unterschiedlichsten Prozessen in den Bereichen der Industrie- Landwirtschaft und Versorgung Anwendung.

Der TRM500 Temperaturregler für Industrieöfen ist ein universeller PID-Regler für den Schaltschrankeinbau, der eine breite Palette von TC und RTC unterstützt. Dieses Gerät verfügt auch über einen digitalen Eingang, der für drei Zwecke verwendet werden kann: Sollwertumschaltung, Regelung Ein- oder Ausschalten, Umschaltung zwischen manuellen und automatischen Betrieb. Der TRM500 ist mit zwei Relaisausgängen (5A, 3A und 20 A unterstützt), einem SSR-Ausgang (0 / 5V, 25-40 mA) ausgestattet. Die Temperatursteuerungen können in einem Betriebstemperaturbereich von -20 …+50 ° C vorgenommen werden.

PID-REGELUNG ALLGEMEIN

Jeder PID-Regelungsalgorithmus besteht aus drei Anteilen: Einem P-Anteil, einem I-Anteil und einem D-Anteil.

Proportionale Regelung Proportionaler (P-Anteil). Je größer die Regelbweichung vom Sollwert (Regeldifferenz) ist, desto größer ist der Reglereingriff und umgekehrt. Daraus ergibt sich, dass die Stellgrösse proportional zur Regelabweichung ist. Dieser Effekt wird durch Multiplizieren der Regeldifferenz mit dem Koeffizient, der als Proportionalbeiwert bezeichnet wird, erreicht. Obwohl der P-Anteil eine schnelle Reaktion auf eine Regelabweichung gewährleistet, ist ein P-Glied oft nicht ausreichend, weil es immer eine bleibende Regeldifferenz bei der proportionalen Regelung im Beharrungszustand gibt.
PI-Regelung Integraler (I-Anteil). Je länger eine Regeldifferenz auftritt, desto grösser ist die Stellgröße. Der Reglereingriff ist proportional dem Zeitintegral der Regelabweichung multipliziert bei einen konstanten Integralbeiwert. Auf diese Weise, wird die entstandene Regeldifferenz nach einiger Zeit ganz beseitigt.
PID-Regelung Differenzieller (D-Anteil). Je schneller ist die Änderungsgeschwindigkeit der Regeldifferenz, desto größer ist die Stellgröße.

Anschaulich ausgedrückt, der proportionale Anteil ist verantwortlich für die Bewältigung der aktuellen Regelabweichung. Der integrale Anteil übernimmt alle Regeldifferenzen in der Vergangenheit und der differnzielle Anteil prognostiziert die Prozessänderungen in der Zukunf. Die Kombination dieser drei Komponenten macht die Strategie der Prozesssteuerung.

ANWENDUNG DER PID-REGELUNG

PID-Regler werden für Prozesse, bei denen eine schnelle und präzise Regelung erforderlich ist, empfohlen. Desweiteren finden sie Anwendung bei der Regelung von Druck, Feuchtigkeit, Durchfluss und anderen Prozessen in der Automatisierungs- Mess- und Regelungstechnik.

Typische industrielle Anwendungsbreiche von PID-Reglern sind:

  • Temperaturregelung in einem Batchreaktor. Ein Batchreaktor ist ein geschlossenes System ist, in dem die Störungs-Wahrscheinlichkeit sehr gering ist. Darüber hinaus wird die Hitze in solchen Systemen in der Regel addiert und nicht subtrahiert. Auch die Dynamik eines solchen Prozesses ist geringer und nicht linear. Solche Prozessbedingungen sorgen für eine ideale Anwendung der PID-Regelung
  • Temperaturregelung in einem Ofen. Ein Ofen ist in der Regel mit einer großen Masse an Rohstoff befüllt. Deshalb steigt die Temperatur. auch bei einem hohen Sollwert, nur allmählich an. Dieser Prozess ist ziemlich inertial. Aufgrund dieser Bedingungen ist die Regelgröße relativ stabil und ermöglicht dem D-Anteil des PID-Reglers, die Regelabweichungen effektiv zu beseitigen, ohne übermäßige Schaltungen am Reglerausgang oder der Stelleinrichtung.
  • Regelung der pH- Neutralisierung. Die pH-Neutralisierung ist ein sehr dynamischer und nicht-linearer Prozess, der schwierig zu regeln ist. Trotzdem passen hier die PID-Regelalgorithmen perfekt. Da die Menge von Säure oder Ätzmittel im Vergleich zu dem Volumen der Flüssigkeit gering ist, wird der pH-Wert langsam verändert. Somit verbessert der D-Anteil den Regelungsvorgang durch Verhinderung einer Überstrapazierung des Stellglieds.

Während ca. 90% der geschlossenen Regelkreise einen PID-Regler beinhalten, könnten etwa 30% dieser PID-Regler nicht ordnungsgemäß eingestellt sein, was zu einem erheblichen Verlust ihrer Effizienz führt. Aus diesem Grund ist die korrekte Einstellung der Verstärkungskonstanten (insbesondere des Differenzierbeiwertes) eine große Herausforderung für den ordnungsgemäßen Betrieb von PID-Reglern.

Deshalb verfügen alle akYtec PID-Regler über eine Autotuning-Funktion. Während des Autotunings arbeitet der Regler im Zweipunkt-Regelungsmodus. Wenn die P-, I- und D-Konstanten berechnet und gespeichert sind, schaltet das Gerät in den PID-Modus um. Das Autotuning bestimmt die besten PID-Komponenten in Bezug auf das Prozessverhalten.

Oftmals besteht keine Notwendigkeit, alle drei Anteilen des PID-Regler einzubeziehen. Zu diesem Zweck unterstützen die PID-Regler von akYtec eine manuelle Einstellung. Auf diese Weise, wenn einer von drei Koeffizienten auf 0 gesetzt ist, wird der entsprechende Anteil nicht in den Steueralgorithmus eingeschlossen. Kombinationen von PI- und PD-Kontrollen werden in praktischen Anwendungen sehr häufig verwendet.

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