Controlador de temperatura PID, você sabe como criá-lo?

O controlador PID ou proporcional integral derivado (PID) é usado no controle de pressão, fluxo, outras variáveis ​​de processo e, mais ainda, temperatura. A finalidade de um controlador derivativo integral proporcional é obrigar o feedback a corresponder a um determinado ponto de ajuste com base em uma configuração de temperatura. Os controladores de temperatura PID são usados ​​principalmente em sistemas que reagem rapidamente às mudanças de energia adicionadas ao processo. Isso é muito útil em sistemas com mudanças constantes de carga e consiste em uma massa ligeiramente pequena.

Resumindo, um controlador PID é um dispositivo que analisa o setpoint e posteriormente converte as temperaturas para o setpoint desejado. Então, como você configura seu controlador de temperatura PID? Quais são as ferramentas, etapas e precauções que você precisa seguir? O artigo tenta discutir quase tudo relacionado ao controlador de temperatura PID, desde a configuração até as ferramentas necessárias aos passos a seguir, para citar apenas alguns.

Princípio de funcionamento do controlador de temperatura PID

Para entender claramente o princípio de funcionamento por trás de um controlador de temperatura PID, talvez seja necessário observar o diagrama abaixo com atenção.

Então, o que está acontecendo aqui? O Setpoint (SP) é o valor desejado que todo o processo deve produzir. Suponha que o sistema de controle de temperatura em sua casa tenha um ponto de ajuste de 22°C;

Portanto, se você deseja que todo o processo crie uma temperatura constante próxima a 22°C ou algo muito próximo disso. Este é o ponto onde entra o controlador de temperatura PID. O controlador PID fatora o setpoint e então o compara com o valor real da Variável de Processo (PV).

De volta à sua casa, um controlador PID analisa o valor atual da temperatura ambiente e vê a que distância ou perto está de 22°C. Caso o setpoint (SP) e a variável de processo (PV) sejam iguais, seu controlador não precisa fazer nada como tal. Mas se houver uma disparidade entre os dois valores, significa que há um erro que requer correção.

De volta à sua casa, o erro que requer correção pode ser resfriamento ou aquecimento, e isso depende se o valor PV é maior ou menor que o SP. Se a temperatura estiver baixa, o sensor pegará a temperatura mais baixa e a alimentará no controlador. O controlador então vê o “erro de temperatura” e tenta corrigi-lo ou convertê-lo para a faixa desejada. Se uma perturbação (aumento/diminuição de temperatura) atingir o sistema novamente, o controlador entrará em ação novamente. É tão simples quanto isso.

Configurando suas ferramentas e materiais de PID necessários

Você está planejando configurar um controlador de temperatura PID por conta própria? Se sim, então existem algumas ferramentas e materiais que você deve ter. Ao usar ferramentas e materiais errados ou abaixo do padrão, tenha a certeza de um controlador de temperatura PID cuja funcionalidade será desagradável. As ferramentas e os tipos de equipamentos corretos são necessários para criar um controlador de temperatura PID que converta ou defina as temperaturas para o ponto de ajuste desejado.

A seguir estão as ferramentas que você precisará quando quiser configurar um controlador de temperatura PID por conta própria:

• Ferro de solda, pinça de fluxo e fio de solda
• Uma fresadora
• Um cortador a laser
• Cabo USB TTL-232 serial FTDI
• Multímetro (voltímetro e ohmímetro)

O primeiro passo para ter seu controlador de temperatura PID é certificar-se de que todas as ferramentas acima estejam ao seu alcance.

·Materiais

Além das ferramentas, as seguintes compõem a combinação de materiais que você também precisará:

• Placa de cobre baquelite de um lado (é bom usar uma 60*35 mm)
• Microcontrolador Attiny 45
• Relé de estado sólido
• diodos 1N4004
• Esmalte
• Capacitores (de preferência livro SMT 0603 Adafruit)
• transformador CA-CC (de preferência 230V-9V)
• Transistor
• Amplificador operacional
• Regulador de tensão

Programação do controlador

Programar um controlador de temperatura PID com o único objetivo de garantir que ele cumpra sua função não é um processo complicado como tal. Tudo que você precisa é o software certo, e você está pronto para ir. Existem muitos pacotes de software nos quais se pode confiar, embora o sintonizador PID pareça ser o melhor.

Existem algumas razões para tal. Por exemplo, o software PID Tuner simplifica o processo de girar vários loops individuais, reduzindo as oscilações e aumentando a largura de banda.

O software também permite atingir os requisitos de design e desempenho desejados enquanto é gratuito. O PID Tuner é robusto, simples e oferece excelente desempenho em uma vasta gama de condições de operação.

Além do software PID Tuner, pode-se também usar o software IJ-6. Este tipo de software permite o monitoramento e controle seguro de uma vasta gama de temperatura(s) com muita facilidade.

Como ajustar para o valor PID necessário

O ajuste é o processo de alterar as temperaturas para a quantidade necessária (s). Infelizmente, ajustar um controlador de temperatura PID parece um pouco complicado saber por onde começar e qual direção seguir. Existem três métodos principais de ajuste do controlador de temperatura PID. Eles incluem ajuste manual, ajuste automático e heurística de ajuste, conforme explicado abaixo:

·Ajuste manual

O ajuste manual pode ser alcançado definindo o tempo de reinicialização para o valor máximo, com a taxa permanecendo em zero. Depois disso, o ganho precisa aumentar o nível em que o loop começa a oscilar em uma amplitude estável. Corrija qualquer offset, o benefício do PID deve ser ajustado para metade do valor de reset ao ajustar o tempo.

·Ajuste Automático

Aqui, o controlador PID normalmente “aprende” como responder a quaisquer alterações ou distúrbios em configurações PID precisas. Quando se escolhe a função “Auto-Tune”, o controlador aciona imediatamente uma saída. É importante notar que o controlador requer um ponto de ajuste de 10 graus ou mais para que o auto-ajuste seja bem-sucedido.

·Heurística de ajuste

Também conhecido como método de Ziegler-Nichols, a heurística de ajuste é outro método para ajustar um controlador PID. Para conseguir isso, é preciso definir um valor integral I e derivada D ganhos a zero. O ganho proporcional P é então aumentado lentamente até atingir o que é conhecido como ganho final K_u .

Algumas coisas que você precisa prestar atenção

Quando se trata de controladores de temperatura PID, existem algumas coisas que você precisa prestar muita atenção em todos os momentos. Entre outras coisas, a segurança e a precaução são as mais importantes. Você precisa garantir que você leve em consideração medidas de precaução específicas para não colocar sua vida ou a de pessoas próximas a você em perigo. Primeiro, se você não sabe como instalar seu controlador de temperatura PID recém-adquirido, é melhor procurar os serviços de um profissional.

Além disso, é essencial garantir que você conecte seu controlador de temperatura de acordo com a diretiva do manual. Além disso, certifique-se de que a poluição condutiva seja excluída do local onde o controlador deve ficar. Por fim, certifique-se de que haja um gabinete completo das partes vitais do controlador.

Campos nos quais os controladores de temperatura PID podem ser aplicados

Os controladores de temperatura PID encontram uso em várias aplicações dignas de nota. Embora o controle PID lute contra o ruído, eles são necessários em muitos campos. Milhões de residências, veículos e entidades comerciais em todo o mundo contam com controladores de temperatura PID. No entanto, eles encontram uso pesado em todo o setor industrial.

Aqui estão algumas das aplicações industriais cotidianas de controladores de temperatura proporcional integral derivado (PID).

• Controle de temperatura do forno – a maioria dos fornos retém grandes quantidades de matérias-primas sob altas temperaturas. Independentemente do calor, a temperatura do material não muda rapidamente. No entanto, um termo derivado corrige o erro usando um sinal PV estável.

• Controle de temperatura do lote – aqui, a operação é em sistema fechado, onde as temperaturas podem subir a níveis indesejados. Um controle de temperatura PID é necessário para manter tudo sob controle.

• Controle de pH de neutralização – muitas indústrias veem o pH como um desafio considerável. Por exemplo, eles tendem a ser não lineares às vezes, um aspecto com o qual muitas empresas lutam. É aqui que entra um controlador de temperatura PID. Um controlador de temperatura PID neutraliza eficientemente o pH para mantê-lo sob controle

Resumo

Como o nome diz, um controlador de temperatura PID é um dispositivo usado para controlar a temperatura. Consiste em um sensor que recebe entrada e, na outra extremidade, uma saída conectada a um elemento/dispositivo como um aquecedor ou um ventilador. Os controladores de temperatura PID são usados ​​em residências, veículos e escritórios. No entanto, eles encontram uso pesado em aplicações de controle industrial. O ajuste é necessário para atingir os níveis desejados de temperatura. Felizmente, há mais de uma única maneira de ajustar esses dispositivos que os usuários podem usar. Melhor ainda, existem algumas plataformas de software nas quais se pode confiar para programar o controlador de temperatura PID para funcionar conforme desejado. Ao configurar seu controlador de temperatura PID, é vital garantir que medidas preventivas específicas sejam levadas em consideração. Com essas medidas de precaução, você estará garantindo sua segurança e a longevidade de seu controlador de temperatura.