स्वचालित सिस्टम में पीआईडी नियंत्रण को समझना

आधुनिक स्वचालित छँटाई और पैकेजिंग लाइनों में, गति, गति और स्थिति पर सटीक नियंत्रण बनाए रखना महत्वपूर्ण है। आनुपातिक-इंटेग्रल-डेरिवेटिव (PID) नियंत्रक इन वातावरणों में इस्तेमाल होने वाले सबसे आम बंद लूप फीडबैक उपकरण हैं। वे कन्वेयर बेल्ट वेग, रोबोटिक संयुक्त कोण, पिक-एंड-प्लेस त्वरण, और छँटाई वाले गेट टाइम जैसे चरों का प्रबंधन करते हैं। एक ठीक से ट्यून किए गए PID लूप यह सुनिश्चित करता है कि वास्तविक प्रक्रिया मूल्य न्यूनतम देरी, कोई निरंतर त्रुटि और स्वीकार्य स्थिरता मार्जिन के साथ वांछित सेटपॉइंट से मेल खाता है।

एक PID नियंत्रक एक त्रुटि संकेत की गणना करता है e(t) सेटपॉइंट (लक्ष्य मूल्य) और प्रक्रिया चर (माया मूल्य) के बीच अंतर के रूप में। नियंत्रक आउटपुट तीन शर्तों का योग है:

  • ]प्रोपोशनल टर्म:] Kp]]× e(t)]]. यह वर्तमान त्रुटि के बराबर एक सुधार लागू होता है। एक उच्च आनुपातिक लाभ प्रणाली को शीघ्रता से जवाब देता है लेकिन अगर भी आक्रामक हो तो ओवरशूट और दोलन का कारण बन सकता है।
  • ]Integral term:] Ki]]× trle(t)] dt. इस शब्द को पिछले त्रुटियों को संक्षेप में रखकर स्थिर राज्य ऑफसेट उन्मूलन किया गया है। हालांकि, बहुत अधिक अभिन्न कार्रवाई अभिन्न windup और अस्थिरता, विशेष रूप से परिवर्तनीय भार के साथ प्रणालियों में नेतृत्व कर सकते हैं।
  • Derivative term:] K]d]] × de(t)]/dt. व्युत्पन्न परिवर्तन की दर को देख कर भविष्य की त्रुटि की भविष्यवाणी करता है। यह भिगोने और निपटान समय में सुधार करता है, लेकिन यह शोर को बढ़ाता है - शोर विनिर्माण वातावरण में आवश्यक व्युत्पन्न फ़िल्टरिंग।

प्रभावी पीआईडी ट्यूनिंग इन तीन गुणांकों को संतुलित करता है ताकि सिस्टम स्वीकार्य वृद्धि समय, ओवरशूट, सेटलिंग समय और स्थिर-राज्य सटीकता को प्राप्त हो सके। उच्च गति सॉर्टिंग और पैकेजिंग में, अतिरिक्त सेटिंग के कुछ मिलीसेकंड भी गलत-पैक या जाम का कारण बन सकते हैं, जिससे उचित ट्यूनिंग को नियंत्रण इंजीनियरों के लिए सर्वोच्च प्राथमिकता मिलती है।

व्यवस्थित पीआईडी ट्यूनिंग विधि

कई अच्छी तरह से स्थापित प्रक्रियाएं ट्यूनिंग पीआईडी लूप्स के लिए मौजूद हैं। विधि का विकल्प सिस्टम की गतिशीलता, स्वीकार्य प्रक्रिया को परेशान करने और ऑपरेटर के अनुभव स्तर पर निर्भर करता है। नीचे तीन व्यापक रूप से इस्तेमाल किए गए दृष्टिकोण हैं:

Ziegler-Nichols अल्टीमेट गेन विधि

यह क्लासिक विधि मध्यम समय के साथ स्व-विनियमन प्रक्रियाओं के लिए अच्छी तरह से काम करती है।

  1. सेट Ki] और Kd] to शून्य.
  2. K]p को बढ़ाएँ जब तक कि प्रक्रिया स्थिर आयाम (परम लाभ K]u]] के साथ दोलनों तक।
  3. दोलन अवधि (P]u] को मापें।
  4. Ziegler-Nichols तालिका मान लागू करें: Kp] = 0.6 K]u], K]i] = 2 Kp] / Pu], K]]d[FLT:]]] = K]p[FLT[F:13]]]]]]]]]P[FLT[F[F]]]]]

परिणामस्वरूप मापदंडों अक्सर लगभग 4:1 का एक क्षय अनुपात का उत्पादन करते हैं, जो कई पैकेजिंग अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है। हालांकि, विधि यह मानती है कि सिस्टम को निरंतर दोलन में मजबूर किया जा सकता है, जो कुछ सटीक छंटनी लाइनों के लिए स्वीकार्य नहीं हो सकता है।

कोन-कून विधि

महत्वपूर्ण समय (ट्रांसपोर्ट देरी) के साथ प्रक्रियाओं के लिए, कोहेन-कून विधि Ziegler-Nichols की तुलना में बेहतर प्रदर्शन प्रदान करती है। यह एक कदम परीक्षण से डेटा का उपयोग करता है: नियंत्रक आउटपुट में एक कदम बदलाव लागू करें और प्रक्रिया परिवर्तनीय प्रतिक्रिया रिकॉर्ड करें। इससे आप प्रक्रिया लाभ, समय स्थिर और मृत समय निकालते हैं। ट्यूनिंग सूत्र तब अधिक आक्रामक सेटिंग्स का उत्पादन करते हैं जो अभिन्न समय को कम करते हैं, जो कि तीव्र गड़बड़ी अस्वीकृति की आवश्यकता होती है- पैकेजिंग सिस्टम में आम तौर पर जहां उत्पाद घनत्व में उतार-चढ़ाव होता है।

मैनुअल परीक्षण और चरण परीक्षण के साथ त्रुटि

उत्पादन वातावरण में अधिकांश तकनीशियनों को क्षणिक मैनुअल ट्यूनिंग पर भरोसा है। रूढ़िवादी लाभ (पी, नहीं I और D) के साथ शुरू करें। एक छोटा सेटपॉइंट कदम लागू करें और प्रतिक्रिया का निरीक्षण करें। Kp] को बढ़ाएं जब तक प्रतिक्रिया थोड़ी कम हो जाती है, तब K]]i को ऑफसेट को खत्म करने के लिए जोड़ें, और अंततः एक छोटा K] को ओवरशूट को कम करने के लिए जोड़ें। प्रत्येक परिवर्तन को रिकॉर्ड करने के लिए एक चार्ट या डेटा लॉगर का उपयोग करें। इस विधि को धैर्य की आवश्यकता है लेकिन ऑपरेटर को मशीन के व्यवहार में गहरी अंतर्दृष्टि देता है।

आम ट्यूनिंग Pitfalls और countermeasures

  • Over-tuning: "स्नैप" प्रतिक्रिया प्राप्त करने के लिए अत्यधिक उच्च लाभ का उपयोग करना। इससे लगातार दोलन, एक्चुएटर पहनने और असंगत उत्पाद हैंडलिंग की ओर जाता है। Solution: कम से कम 2 और 45 डिग्री - 60 डिग्री के चरण मार्जिन का उपयोग करें।
  • ]Integral windup: जब अभिन्न शब्द एक्टेरिएक्ट संतृप्ति के दौरान एक बड़ी त्रुटि जमा करता है, तो Occurs। सिस्टम "विंड" और फिर गंभीर रूप से जब सेटपॉइंट पहुंच जाता है तो ओवरशॉट्स। Solution: ] कार्यान्वयन विरोधी हवा का तर्क (clamping या सशर्त एकीकरण)।
  • Derivative किक: Spikes in the व्युत्पन्न अवधि, जो सेटपॉइंट परिवर्तन के कारण हुई थी। Solution:] केवल प्रक्रिया चर पर व्युत्पन्न का प्रयोग करें, त्रुटि पर नहीं।
  • ]Ignoring Sensor noise: Noisy प्रतिक्रिया (जैसे, photoelectric सेंसर या एनकोडर से) व्युत्पन्न कार्रवाई अस्थिर बनाता है। Solution:[]]]]]: एक कम-पास फिल्टर को व्युत्पन्न अवधि या प्रक्रिया चर संकेत के लिए लागू करें।
  • प्रोसेस गैर-रेखीयता: छंटाई और पैकेजिंग सिस्टम में अक्सर उत्पाद के आकार, वजन, या आर्द्रता के आधार पर चर लाभ होते हैं। Solution: का उपयोग लाभ शेड्यूलिंग या अनुकूली नियंत्रण ( आगामी अनुभाग देखें)।

पैकेजिंग और छंटाई अनुप्रयोगों के लिए उन्नत विचार

अनुकूली ट्यूनिंग और लाभ शेड्यूलिंग

बहु उत्पाद छँटाई लाइनों में, गतिशील विशेषताओं में परिवर्तन जब भारी crates और हल्के बक्से के बीच स्विच. फिक्स्ड पीआईडी लाभ एक उत्पाद के लिए अच्छी तरह से काम कर सकते हैं लेकिन दूसरे के लिए अस्थिरता का कारण बन सकता है. निर्धारण उत्पाद प्रकार या वजन से चयनित पूर्व-ट्यूनेड पीआईडी मापदंडों की एक लुकअप तालिका का उपयोग करता है. अनुकूली नियंत्रक लगातार मॉडल संदर्भ तकनीकों या रिले ऑटो-ट्यूनिंग का उपयोग कर ऑनलाइन ट्यूनिंग करते हैं. कई आधुनिक PLC और गति नियंत्रकों (जैसे सीमेंस, एलन-ब्रैडली, बेकहॉफ़) निर्मित ऑटो-ट्यूनिंग कार्यों की पेशकश करते हैं जिन्हें उत्पाद परिवर्तन के दौरान बुलाया जा सकता है।

फीडफर्ड कंट्रोल

जब गड़बड़ी मेस्यूरेबल होती है (उदाहरण के लिए, इनबाउंड उत्पाद प्रवाह में अचानक वृद्धि), फीडफॉरवर्ड नियंत्रण को पीआईडी लूप में जोड़ा जा सकता है। फीडफॉरवर्ड टर्म शुरू होने की संभावना को रोकता है और एक अनिवार्य आउटपुट को सीधे लागू करता है, जबकि पीआईडी लूप अवशिष्ट त्रुटियों को सही करता है। यह संयोजन नाटकीय रूप से उच्च-थ्रूपुट पैकेजिंग लाइनों में गड़बड़ी को अस्वीकार करता है: कन्वेयर गति में बदलाव को पूर्व-अनुमोदित किया जा सकता है ताकि छँटाई वाले गेट उचित समय को बनाए रखते हैं।

सुरक्षा और सुरक्षा

आक्रामक पीआईडी ट्यूनिंग यांत्रिक ओवरस्पीड या अत्यधिक टोक़ का कारण बन सकता है। हमेशा नियंत्रक उत्पादन और रैंप-रेट सीमा पर सॉफ्टवेयर सीमाएं शामिल हैं। पारस्परिक गति (जैसे, केस स्टेरेक्टर्स, पैलेटाइज़र) के साथ पैकेजिंग सिस्टम में, अत्यधिक तेज प्रतिक्रियाएं भौतिक टकराव या भाग थकान का कारण बन सकती हैं। आपातकालीन स्टॉप स्थिति और घड़ी वाले टाइमर को पीआईडी आउटपुट को ओवरराइड करना चाहिए यदि सिस्टम सुरक्षित सीमाओं से बाहर निकलता है।

आधुनिक मशीन विजन और गुणवत्ता नियंत्रण के साथ एकीकरण

PID ट्यूनिंग अलगाव में नहीं होता है। दृष्टि से छिपा हुआ छँटाई में, PID लूप जो रोबोट के अंतिम दृष्टिकोण को एक पिक पॉइंट पर नियंत्रित करता है, को कैमरे के फ्रेम रेट और प्रोसेसिंग देरी के साथ मिलकर काम करना चाहिए। एक बेमेल ओवरशॉट का कारण बन सकता है जो कन्वेयर से उत्पादों को नॉक करता है। एक मृत समय के कम्पेंसेटर (स्मिथ भविष्यवक्ता) को जोड़कर दृष्टि प्रणाली विलंबता के साथ ट्यूनिंग को समन्वयित करता है यदि दृष्टि प्रसंस्करण में देरी लूप नमूना समय से अधिक हो जाती है।

पैकेजिंग लाइनों के लिए जो वजन आधारित भरने नियंत्रण (जैसे प्रीमियम खाद्य या रासायनिक कंटेनर) का उपयोग करते हैं, पीआईडी नियामकों को नियामक सहिष्णुता को पूरा करते समय ओवरफिल को कम करने के लिए ट्यून किया जाना चाहिए। यहां प्रक्रिया चर अक्सर एक लोड सेल संकेत होता है जिसमें अंतर्निहित यांत्रिक रिंगिंग होती है। डिजिटल सिग्नल को फ़िल्टर करें और लूप को अत्यधिक अंतराल पेश किए बिना अनुनाद आवृत्ति को अस्वीकार करने के लिए ट्यून करें।

प्रमाणीकरण और रखरखाव

ट्यूनिंग के बाद, विभिन्न ऑपरेटिंग बिंदुओं पर कई कदम परिवर्तनों के साथ प्रदर्शन को मान्य करें। ट्यूनिंग गुणवत्ता की तुलना के लिए ISE (वर्गीय त्रुटि के अभिन्न) या ITAE (समय-वजनित पूर्ण त्रुटि के अभिन्न) जैसे मीट्रिक का उपयोग करें। प्रमुख रखरखाव घटनाओं (मोटर प्रतिस्थापन, बेल्ट तनाव समायोजन, सेंसर सफाई) के बाद रिकॉर्ड बेसलाइन प्रतिक्रियाएं और शेड्यूल फिर से ट्यूनिंग। कई पैकेजिंग सुविधाएं अब लगातार लूप प्रदर्शन और ध्वज degrading लूप की निगरानी के लिए किनारे आधारित डेटा एनालिटिक्स का उपयोग करती हैं।

केस स्टडी: हाई-स्पीड बॉटलिंग सॉर्टेशन

एक पेय पैकिंग संयंत्र ने पीआईडी लूप को नियंत्रित करने के लिए एक बढ़े हुए ज़िग्लर-निचोल्स दृष्टिकोण का इस्तेमाल किया जो कि चार पैकिंग लेन तक की बोतलों को नियंत्रित करता है। प्रारंभिक मैनुअल ट्यूनिंग ने प्रति मिनट 120 बोतलों पर अत्यधिक बोतल की टिपिंग की। एक चरण-परीक्षण विश्लेषण को लागू करने और एक 2-Hz कम-पास फिल्टर को जोड़ने के दौरान 40% तक व्युत्पन्न लाभ को कम करने के बाद, टिप-दर 3 % से 0.1% तक गिर गया। इस संयंत्र ने गर्मियों (प्रकाशक प्लास्टिक) बनाम सर्दियों (भारी कांच) के दौरान अलग-अलग बोतल वजन को संभालने के लिए शेड्यूलिंग भी जोड़ा।

बाह्य संसाधन गहरी रीडिंग

निष्कर्ष

विश्वसनीय पीआईडी ट्यूनिंग उच्च प्रदर्शन स्वचालित सॉर्टिंग और पैकेजिंग सिस्टम का एक आधारशिला बना हुआ है। प्रक्रिया की गतिशीलता को समझने के द्वारा, उचित ट्यूनिंग विधि का चयन करना, और शोर, विंडअप और गैर-रैखिकता जैसी गैर-विविधता पर ध्यान देना, इंजीनियर तंग नियंत्रण प्राप्त कर सकते हैं जो थ्रूपुट को अधिकतम करता है और अपशिष्ट को कम करता है। रूढ़िवादी सेटिंग्स के साथ शुरू करें, एक व्यवस्थित प्रक्रिया का पालन करें और वास्तविक उत्पादन डेटा के आधार पर लाभ को परिष्कृत करें। उचित ट्यूनिंग के साथ, आपकी पैकेजिंग लाइन चिकनी, आखिरी लंबी चली जाएगी, और न्यूनतम डाउनटाइम के साथ उत्पाद की मांग को बदलने के लिए अनुकूल होगी।