PID KONTROL
1 GENEL BAKIŞ Hitachi inverterler standart olarak PID kontrol özelliğine sahiptir. Hava veya sıvı akışkan kontrollü için fan ve pompa uygulamalarında akışkan değerini sabit tutmak PID kontrol kullanılır ve buna ait özellikler aşağıda açıklandığı gibidir. Referans sinyal: Referans değer sadece dijital operatör üzerinden değil aynı zamanda harici dijital sinyal olarak, 16 farklı hız referans değeri için set edilir. Ayrıca, Analog sinyalinden gelen bilgiye göre (0-10V veya 4-20mA) olarak da verilir. Feedback sinyal (Geribeslem sinyali): Hitachi inverterlerine analog giriş gerilim(10v max.) ve akım(20ma max) olarak verilir.. Geri besleme sinyali için, performans aralığı tanımlanabilir. Örneğin, 0-5V, 4-20mA, veya diğerleri Scale conversion(analog metre veya dijital metrenin kullanılması durumunda) özelliğinin kullanılması, referans değerin gerçek değerini ve display üzerinde sıcaklık, suyun akışı, havanın akışı için geri besleme değerini alabilirsiniz. Hitachi serisi inverterlerinde PID uygulamasını etkin ve doğru bir şekilde kullanmak ve herhangi bir sorun yaşamamak için, önerimiz bu kullanım kılavuzunu okumanızdır. ABC ENSER OTOMASYON 1
2 HİTACHİ PID KONTROL PID KONTROL PID içinde yeralan P harfi Proportional(oransal), I harfi Integral(integral), D harfi ise Differential(türevsel) anlamını taşımaktadır. PID olarak adlandırılmasının nedeni budur. PID kontrol geniş bir alanda kullanılır, sıcaklık,basınç, su akışı ve hava akışının kontrolü gibi. Referans değer ile geri besleme ile alınan değer arasındaki sapmaya göre PID hesaplaması baz alınarak inverterin çıkış frekansı kontrol edilir. İnvertör sapmaları düzelterek motor çıkış frekansını ayarlamaktadır.bu kontrol blok diyagramı aşağıdaki gösterildiği gibi olacaktır. Referans değeri ve geri besleme sinyalini set ederek, PID kontrolü yapılmaktadır. Bir fan uygulaması için hava akış kontrol devresinin bağlantı şeması aşağıda verilmiştir. ABC ENSER OTOMASYON 2
P : ORANSAL CONTROL Bu kontrol şeklinde çıkış frekansı kontrol edildiği için çıkış ve sapma arasında oransal bir bağ vardır. Bu çıkış frekansını kontrol eder ve çıkış frekansı ile sapma arasında oranı düzenler. Sapma katsayısı ve çıkış frekansı (% olarak açıklanmış)arasındaki bağıntıya biz Proportional Gain (Kp) (oransal kazanç) olarak adlandırılır..bu parametre A71 fonksiyonu ile set edilecektir. Aşağıdaki resim bize sapma ile çıkış frekansı arasındaki ilişki göstermektedir.eğer Kp değerini yüksek bir değer girilir ise, sapmanın hızlı değişimleri için cevap hızlı olacaktır, ama Kp değeri aşırı yüksek olursa sistem kararsız olacaktır. Çıkış frekansının 100% ü maksimum çıkış frekansına eşittir.kp değeri 0,2 ila 5.0 arasında A71 parametresi kullanılarak seçilir. ABC ENSER OTOMASYON 3
I : Integral Kontrol Bu çıkış frekansını sapmanın integralini alarak düzelten bir kontrol şeklidir. Oransal ayarlanmasında, büyük sapmalar büyük çıkış frekans ayarını, küçük sapmalar daha küçük frekans ayarına neden olacaktır.buna rağmen sapmayı sıfır yapamayız. Integral performansı bu problemi kompanze edecektir. Çıkış frekansının integral olarak düzeltilmesi sapmaların geçen zamana göre hesaplanmasıyla ortaya çıkar. Sonuç olarak sapma sıfırdır. Hitachi inverterlerde Ti integral zamanını set edebilirsiniz. Bu zaman 0,5 sn ila 150sn arasındadır. Eğer 0,0 sn olarak set edilirse integral kontrolden söz edilemeyecektir. D: Türevsel Kontrol Bu kontrolde sapmanın farklılaşmasıyla (differentiating) çıkış frekansının düzeltilmesi şeklinde bir kontroldür. P oransal kontrolde sapmanın gerçek değeri baz alınarak, I kontrolde sapmanın bir önceki değeri baz alındığından dolayı daima bir gecikme ile bir kontrol yapılacaktır. Türevsel kontrol bu problemi kompanze edecektir. Geçen zamana karşı sapma oranındaki değişime göre çıkış frekansının düzeltilir. Bu nedenden dolayı, D türevsel kontrolde sapmada herhangi bir değişik olduğu zaman çıkış frekansı hızlı bir şekilde D ile düzeltilir. Kd değeri 0 ve 100 arasında set edilir. Kazanç (Fmax/10) sapmadaki her saniyede sapmanın değerindeki değişime karşılık A74 ile set edilebilir. PID KONTROL PID kontrol P (Oransal), I (integral), D (türevsel) kontrollün birleştirilmesinden oluşmuştur. Burada P-kazanç, I-kazanç, D-kazançların her birini ayarlanarak en uygun kontrol elde edilebilir. P-kontrol ile düzgün yumuşak bir kontrol elde edilir, I kontrol ile steady-state düzeltebilirisiniz, D kontrol ile geri besleme değerini etkileyen ABC ENSER OTOMASYON 4
gürültülere kısa sürede cevap verilecektir. Büyük sapmalar P kontrol ile sindirilir. Küçük sapmalar I kontrol ile düzeltilir. D kontrol sapmanın differentiation baz alınarak performansın göstermektedir. Bu nedenden dolayı gereksiz sinyaller için bir tepki verecektir.örneğin dışarıdan gelen gürültülere. D kontrol normalde sıcaklık, basınç, akış kontrolü için istenmez. PID PARAMETRELERİN AYARLANMASI Sistemden sisteme, şartlardan şarta göre PID kazancı değişir. Bunun anlamı sistemin bireysel kontrol karakteristiği dikkate alınarak şu parametreler set edilmesi gerekmektedir. İyi bir PID kontrolü için aşağıdaki görüşler gerekmektedir; kararlı performans, çabuk cevap, küçük kararlı sapmalar. Kp, Ti, Kd parametreler kararlı bir performans aralığında ayarlanmalıdır. Genellikle, her bir kazanç değeri (Kp, Ki, Kd ) parametreler artırılırsa (= İntegral zamanı :Ti zamanı azaltılmalı), kısa bir zamanda cevap alınacaktır. Ama eğer bu değerleri çok fazla artırırsak, kontrol kararsız olacaktır, çünkü geri besleme değeri sürekli artacak veya azalacaktır. Her bir parametreyi ayarlamak içim aşağıdakiler izlenir: 1-Referans değerin cevap yavaş ise: P-kazanç (Kp) artırılır Değiştirilmesi sonrasında cevap hızlı ama Kararsız ise P-kazanç) azaltılır 2-Referans ve geri besleme eşit olmadığında Ti zamanını azaltınız Kararsız titreşim sonrası Eşit olmaya başladığında Ti zamanının artınız 3-Kp değerinin artırıldıktan cevap hala yavaş ise D-kazanç (Kd) artırınız sonra bile Hala kararsız ise D-kazanç (Kd) azaltınız 3 KULLANIM ŞEKLİ ABC ENSER OTOMASYON 5
PARAMETRE & YAPI KONTROL MODU Operatör panelinden : A71 : 00/ 01 DOP, DRW : F43 :PID SW ON/OFF Hitachi serisi inverterler iki kontrol özelliğine sahiptir. Frekans kontrol modu PID kontrol modu PID özelliğinin seçimi için A71 parametresi kullanılır.. Frekans kontrol modu standart frekans inverterlerindeki verilen 4 bit dijital operatör panelinden veya analog gerilim veya akım olarak kontrol terminalinden inverteri bir frekans komutu verilmesine olanak sağlayan genel kontrol modudur. PID kontrol modunda; çıkış frekansı otomatik olarak set edilir böylece geri besleme ile amaçlanan değer arasındaki sapma sıfır olacaktır. Parametreler: Aşağıdaki şekil bizlere her bir parametre ile PID kontrol blok diyagramı arasındaki ilişkiyi gösterir. ABC ENSER OTOMASYON 6
Sapmanın Hesaplanması Hitachi hız kontrol ünitesinde PID kontrolündeki her hesaplama % alınarak oluşturulur böylece değişik uygulama ve birimlerde kullanılır. Örneğin, basınç (N/m 2 ), akış (m 3 /min), sıcaklık(derce) ve bunun gibi. Örneğin, Karşılaştırılan referans değer ile geri besleme değeri referansın % ve geri beslemenin % alınarak oluşturulur. A75 parametresi scale conversion function olarak adlandırılmakta. Eğer bu özelliği kullanırsak, bir referans değerini set edebilir veya özel uygulamanın gerçek birimdeki geri besleme ve referans değerlerin gözleyebiliriz. Buna ek olarak, (A11-A14) performing area of PID setting geri besleme sinyali baz alınarak oluşturulan bir alan tanımlanmasına olanak sağlar. Lütfen daha iyi anlamak için aşağıdaki şekilleri takip ediniz. REFERANS GİRİŞ Referans giriş methotlarından yalnızca bir tanesi seçilir aşağıdakilerden, Operatörden(DOP veya DRW veya panel üzerinden) Kontrol terminalinden gelen 4 bit dijital giriş ile Analog giriş terminali (O-L terminali veya OI-L terminali) Giriş Geri Besleme & PID Performans Aralığı Akışkan kontrolünden gelen geri besleme sinyalleri aşağıdaki methodlardan birisi verilir. Analog gerilim giriş terminali (O terminal :10V maksimum) Analog akım giriş terminali (OI terminal :20 ma maksimum) Onlardan bir tanesi seçilmelidir. Geri besleme giriş method seçimi A76 ile yapılır. ABC ENSER OTOMASYON 7
Geri besleme sinyali aşağıdaki şekillerdeki gibi tanımlanabilir, böylece sisteminize bağlı olarak en uygun performansı sağlayanı seçebilirsiniz.düşey eksende gösterilen yüzdeler dahili hesaplamalar baz alınan maksimum değerdir. Yukarıdaki şemalarından da görüleceği üzere, Eğer A11 ve A12 parametreleri 0 dan başka bir değer set edilirse düşey eksende geçerli bir alanda referans değeri set edebilirsiniz. Yoksa,geri besleme değerini olmadığı için kararlı bir performans ABC ENSER OTOMASYON 8
sağlamak imkansız olacaktır. Bunun anlamı, sürekli eğer set edilir ise inverter hem maksimum çıkış frekansı veya duruş veya düşük seviye frekansı verecektir. SCALE CONVERSION Bu özellik kullanılarak, referans değeri set edilebilir ve gözlemlenebilir ve geri besleme değeri işletme değerinin gerçek bir birimi olarak gözlemlenebilir. Geri besleme değerinin %100 değerine karşılık olarak parametreler bağımsız olarak set edilir. Fabrika ayarları, örneğin giriş ve gözlemleme 0-100% olarak baz alınarak oluşturulmuştur. Örneğin: Yukarıdaki (a) grafiğinde, geri besleme değerinin 20mA değeri PID iç hesaplama değerinin %100 değerine cevap verecektir. Örneğin, eğer geri besleme değerinin 20mA deki gerçek akışkan değeri 60m 3 /min, parametre değerini 0,6ya(=60/100) fonksiyon modundaki A75 i set edebilirsiniz. Ve böylece geri besleme değerinin gerçek değerini monitör üzerinden d04 ile gözlemlemeniz mümkündür., Aynı zamanda kontrol sistemin gerçek değeri olarak referans değeri de set edebilirsiniz. ABC ENSER OTOMASYON 9
PID KONTROLÜ İÇİN GEREKLİ PARAMETRELERİN ÖZETİ Hitachi serisi inverterler gerek PID gerekse kontrol modunda aynı fonksiyon numaralamsı kullanılmıştır.her bir fonksiyon için verilen fonksiyon ismi frekans kontrol modu (genellikle genel uygulamalarda kullanılan) baz alınarak oluşturulmuştur.bu nedenden dolayı bazı fonksiyonlar yanıltıcı açıklamalar içermektedir instruction manuelde. Bunu karıştırmamak için, PID kontro modu ve frekans kontrol modu içim fonksiyon isimlerinin açıklamaları yapılan aşağıdaki tabloyu inceleyiniz. Fonksiyon No Fonksiyon ismi Integrated Frekans kontrol modu PID kontrol modu Operator DOP, DRW İçeriği İçeriği d04 Monitör modu - PID Geri besleme izleme F01 Monitör modu Çıkış frekans monitör Referans değer izleme A01 Monitör modu Frekans komut orjinal set Referans değer origin ayarı A11 F31 Harici frekans set START Kabul edilebilir en düşük seviye için (birim: Hz) geribeslem giriş değerinin cevap verme % 'si (birim : %) A12 Harici frekans set END Kabul edilebilir en yüksek seviye için (birim: Hz) geribeslem giriş değerinin cevap verme % 'si (birim : %) A13 Harici frekans set aralığı START Kabul edilebilir en düşük seviye için (birim: Hz) geri besleme değeri (birim : %) A14 Harici frekans set aralığı END Kabul edilebilir en düşük seviye için (birim: Hz) geri besleme değeri (birim : %) A21-A35 F11 Çok kademeli Hız 1-15 arasında Referans Çok -kademeli 1-15 arası ayar A71 F39 PID modunun seçimi ABC ENSER OTOMASYON 10
A72 A73 A74 A75 A76 P-kazanç ayarlaması I-kazanç ayarlaması D- kazanç ayarlaması Geri besleme sinyalinin origin noktasının seçimi ABC ENSER OTOMASYON 11
Uygulama Örneği Frekenas Kontrol Modundaki Her Bir Parametrenin Set Edilmesi PID modunda sistemi çalıştırmadan önce, frekans kontrol modundaki her bir parametre değerini seçelim. Lütfen aşağıdaki birimlere dikkat ediniz. Hızlanma ve Yavaşlama rampası PID hesaplamasının çıkışı hız kontrol ünitesinin frekans çıkışı kadar hızlı olmayacaktır. Hız kontrol ünitesinin gerçek çıkış frekansı set edilen hızlanma ve yavaşlama rampalarına göre hesaplanan çıkış frekansına göre değiştirilir. Bununla anlatılmak istenen :D-kazanç değerini en yüksek değere göre set etseniz dahi, gerçek çıkış frekansının değişimi hızlanma ve yavaşlama rampaları ile sınırlandırıl, ve bu da stabil olmayan bir kontrol olacaktır. PID kontrolünün karalı performans aralığı her bir kazanç parametre değerinin değiştirilmesi ile sağlanmaktadır(a72, A73, A74 ). Sistemin size izin verdiği ölçüde hızlanma ve yavaşlama rampaları en hızlı olana göre set etmeliyiz. Atlama Frekansı / Aralık Atlama frekansının ayarı için gerekli olan koşulu frekans atlandığı zaman geri besleme değerinde herhangi bir değişme olmamalıdır. Atlama frekans aralığının içinde eğer kararlı bir kontrol noktası mevcut ise, iki son aralığın arasında bir yakalama noktası olacaktır. ABC ENSER OTOMASYON 12
MODE AYARI ( REFERANS & GERİ BESLEME) PID kontrol modunda, Referans ve geri besleme origin noktalarının birleşimi aşağıdaki tabloya göre set edilir G.Besleme Orijin Referans Giriş Orijini Operator Çok kademeli Panel üzerinde Analog gerilim Analog akım Paneli referans(terminal) pot-meter girişi(o-l) girişi(oi-l) Gerilim girişi A 01 = 02 A 01 = 00 - A 01 = 01 O-L :0-10V A076 = 01 A076 = 01 A076 = 01 Akım girişi A 01 = 02 A 01 = 00 A 01 = 01 - OI-L : 4-20Ma A076 = 01 A076 = 01 A076 = 00 Analog giriş terminaline her iki origin değeri set edilmesi mümkün değildir. Hız kontrol ünitesi set edilen yavaşlama rampasına göre azalır ve PID kontrolü boyunca bir stop sinyali verildiği zaman hız kontrol ünitesi durdurulur. SCALE CONVERSION ORANSAL AYARI Bu oranı kendi uygulamanıza göre ayarlayınız örneğin; akış, sıcaklık, basınç v.s. Daha fazla bilgi için lütfen SCALE CONVERSION İÇİN STRUCTURE &PARAMETERS kısmına bakınız.(manuel ) ABC ENSER OTOMASYON 13
DİJİTAL GİRİŞ SİNYALİ İLE REFERANS DEĞERİ Dijital sinyal ile referans değerinin değiştirilmesi için aşağıdakileri inceleyiniz; Giriş Terminallerinin Atanması Hitachi hız kontrol üniteleri için 5 akıllı terminale sahiptir. Her şeyden, akıllı terminalin değerini CF1, CF2, CF3, CF4 belirlemeliyiz. Bu atama I/O kartındaki 1 ve 5 terminaline cevap veren.co1 ve C05 fonksiyon numaraları ile olmaktadır. Setting each target value Daha sonra (1-15 e kadar maksimum referans) gerekli referans değerleri aşağıdaki tabloya göre set edilir. Bunları A21ile A35 arasındaki fonksiyonlara set ediniz.a20 ve F01 benzeri referans 0 dır. No CF4 CF3 CF2 CF1 Referans Numaraları fonksiyon numarası giriş olacak) 1 0 0 0 0 Referans 0 (A20 veya F01) 2 0 0 0 1 Referans 1 (A21) 3 0 0 1 0 Referans 1 (A22) 4 0 0 1 1 Referans 1 (A23) 5 0 1 0 0 Referans 1 (A24) 6 0 1 0 1 Referans 1 (A25) 7 0 1 1 0 Referans 1 (A26) 8 0 1 1 1 Referans 1 (A27) 9 1 0 0 0 Referans 1 (A28) 10 1 0 0 1 Referans 1 (A29) 11 1 0 1 0 Referans 1 (A30) 12 1 0 1 1 Referans 1 (A31) 13 1 1 0 0 Referans 1 (A32) 14 1 1 0 1 Referans 1 (A33) 15 1 1 1 0 Referans 1 (A34) 16 1 1 1 0 Referans 1 (A35) ABC ENSER OTOMASYON 14
Örnekten de anlaşılacağı üzere eğer 4 referansa ihtiyacımız varsa sadece CF1 ve CF2 kullanacaksınız. Eğer 8 referansa ihtiyaç duyarsanız, CF1 CF2 CF3 kullanmalısınız. PID MOD AYARI PID mod seçimi A71 01 yapılarak olur. HER BİR KAZANCIN AYARLANMASINA ÖRNEK (Kp & Ti) Referans Geri besleme sinyalinin cevap vermesini veya hız kontrol ünitesinin çıkış frekansının çek ediniz Geri besleme değerinin dalga şeklini veya inverterin çıkış frekansını izlemek için diğer ölçüm aletlerini veya osiloskop kullanınız. DI sinyali tarafından değiştirilecek olan 2 referans değerlerini hatırlamak, böylece referansları step change olarak değiştirilir. Çıkışta kontrol sistemi mutlaka stabil olmalı. ORANSAL KAZANCIN AYARLANMASI (Kp:FUNCTION NO: A72) P- kontrol ile işleme başlarsak I-kontrol veya D- kontrol olmaksızın Öncelikle, P-kazanç değerini minimum olarak set edilir ve nasıl çalıştığı gözlemlenir. Sonuçlara göre P-kazanç değeri artırılır. Bu prosedürü tekrarlarsak en iyi performansı yakalayıncaya kadar. ( Alternatif olarak P-kazanç değerini maksimum olarak set edilir ve performansını gözlemlenir) Eğer sistem kararlı değiş ise bu değeri orta düzeye çekebilirsiniz ve bunun sonucunda sistemin çalışması gözlemlenir. Bu şekilde prosedür tekrarlanır.) ABC ENSER OTOMASYON 15
Performanstaki kararsızlık durumunda P-kazanç azaltılır. Kararlı sapmalar kabul edilebilir oranda ise P-kazanç ayarını tamamlamışsınızdır. İNTEGRAL ZAMANI Ti AYARLANMASI (Ti: FUNCTION NO. A73) & KP ORANININ AYARLANMASI İntegral zamanını minimum olarak set edilmesiyle işleme başlarsak. Ayarlanması çok zor dahi olsa P-kazanç değerini azaltalım. Bu durumda sapmalar...olmuyorsa İntegral zamanını azaltınız. Bunun sonucunda eğer sistem kontrolü kararsız oluyorsa P-kazanç değerini azaltınız. Bu işlemi uygun parametre değerini bulana kadar devam ediniz. Instruction manual içinde, A73 fonksiyonun tanımı,, Integral Kazanç (Ki). Ama gerçekte bu Integral Zamanıdır. Lütfen bu parametreleri set ederken dikkat ediniz. GENEL ÖNLEMLER AVR fonksiyonunu (A81) DOFF olarak set ettiğinizde, Duruş esnasında PID kontrolü kullanıldığında AVR fonksiyonu geçersiz kılacaktır. Bunun nedeni motor aniden hızlanır veya yavaşlar her bir AVR fonksiyonu kapatıldıktan sonra, buda motorun dönme kararsızlığına neden olabilir. Bu durumda AVR fonksiyonunu OFF yapınız. ABC ENSER OTOMASYON 16
Uygulama Örnekleri Sabit Akış Kontrol Referans değerleri 150m 3 / min ve 300m 3 / min olan, aşağadaki şekilde bir örnek Fonksiyon No DOP,DRW PID Kontrol Modunda Fonksiyon Adı Giriş Bilgisi Açıklama Integrated Operator F01 Monitor Referans 0 150 Doğrudan giriş 150m 3 /min A01 modu Referans giriş orjın değeri 02 Operator Kabul edilebilir en düşük seviye için A11 A12 A13 A14 F31 geribesleme giriş değerinin cevap verme % 'si (birim : %) Kabul edilebilir en düşük seviye için geribesleme değeri (birim : %) Kabul edilebilir en düşük seviye için geribesleme değeri(birim : %) Kabul edilebilir en düşük seviye için geribesleme değeri (birim : %) 0 0% 100 100% 20 20% 100 100% A21 F11 Referans 1 300 300(m 3 /min) A71 PID mod seçimi 01 PID modu ON durumunda A72 P kazanç ayarı - A73 I kazanç ayarı - A74 F39 D kazanç ayarı - Uygulamalara bağlı A75 PID scale conversion oran ayarı 5.0 500(m 3 /min) de 100% Geribesleme sinyalinin origin OI-L terminallerinden A76 00 noktasının seçimi geribesleme ABC ENSER OTOMASYON 17
Sabit Sıcaklık Kontrolu Bir önceki bölümde sabit akış kontrollü olma durumunda, geribesleme değeri referans değerinden daha küçük ise inverterin çıkış frekansı artar,beribesleme değeri referans değerinden daha büyük ise inverterin çıkış frekansı azalır. Buna karşılık sıcaklık kontrol durumunda ise tam tersi geçerlidir.invertör çıkış frekansını artırır geribesleme sinyalinin değeri refernas sıcaklıktan daha fazla olduğu zaman soğutucu fanı daha fazla çalıştıracaktır. Fonksiyon No DOP, DRW Integrated Operator PID Kontrol Modunda Fonksiyon Adı Giriş Bilgisi Açıklama F01 Monitor Referans 0 150 Doğrudan giriş 20 A01 modu Referans giriş orjın değeri 02 Operator A11 Kabul edilebilir en düşük seviye için geribesleme giriş değerinin cevap verme % 'si (birim : %) 100 100% A12 A13 A14 F31 Kabul edilebilir en düşük seviye için geribesleme değeri (birim : %) Kabul edilebilir en düşük seviye için geribesleme değeri(birim : %) Kabul edilebilir en düşük seviye için geribesleme değeri (birim : %) 0 0% 0 0% 100 100% A21 F11 Referans 1 30 30 A71 F39 PID mod seçimi 01 PID modu ON A72 P kazanç ayarı - Uygulamalara bağlı ABC ENSER OTOMASYON 18
A73 I kazanç ayarı - A74 D kazanç ayarı - A75 PID scale conversion oran ayarı 5.0 50 de 100% ABC ENSER OTOMASYON 19