مرکز دانش←اتوماسیون، ورودی‌ها و ارتباطاتراهنمای فنی 17کنترلر PIDتنظیم مرجع، فیدبک و ضرایب حلقهٔ PID برای کنترل فرآیند.PDF اصلی منبع ناشر

نسخهٔ مطالعه، چیدمان چاپی و اجزای تکراری را حذف کرده است. شکل‌ها و نمودار‌ها در همان بخش نمایش داده می‌شوند؛ پیوند PDF برای بزرگ‌نمایی یا تطبیق نهایی باقی مانده است.

پارامتر‌های قابل جست‌وجو: FbK Frq H49 H50 H51 H52 H53 H55 H56 H57 H59 I1 I20 I24 rEF

1. معرفی کلی

کنترلر PID برای زمانی استفاده می‌شود که هدف فقط تنظیم دستی سرعت موتور نیست؛ بلکه باید یک کمیت واقعی در ماشین مانند فشار، دبی، سطح مخزن، دما یا کشش روی مقدار مطلوب ثابت بماند.

در این حالت، اپراتور مقدار هدف را تنظیم می‌کند و درایو مقدار واقعی را از سنسور یا ترانسمیتر می‌خواند. سپس فرکانس خروجی موتور را کم یا زیاد می‌کند تا مقدار واقعی به مقدار هدف نزدیک شود.

توجه: برای اپراتور PID، یعنی: مقدار هدف را درست انتخاب کن، سنسور Feedback را درست ببند، جهت Direct/Reverse را درست بگذار و سپس ضرایب را مرحله‌ای تنظیم کن تا سیستم بدون نوسان به هدف برسد.

2. کنترل PID در درایو چه زمانی استفاده می‌شود؟

در حالت عادی، فرکانس خروجی از یک مرجع اصلی مانند کیپد، ورودی آنالوگ یا ارتباطات دریافت می‌شود. در حالت چندمرحله‌ای، چند فرکانس ثابت از قبل تنظیم می‌شود و ورودی‌های دیجیتال مشخص می‌کنند که کدام فرکانس فعال باشد.

جدول (1)

Feedback نمونه	هدف اپراتور	کاربرد
ترانسمیتر فشار mA 20-4 روی `I1` یا V 10-0 روی V1	فشار لوله روی مقدار تنظیم‌شده ثابت بماند.	کنترل فشار پمپ
فلوترانسمیتر آنالوگ	دبی خروجی حتی با تغییر مصرف ثابت بماند.	کنترل دبی
سنسور سطح آنالوگ	سطح مخزن در محدوده مطلوب نگه داشته شود.	کنترل سطح مخزن
سنسور دما با خروجی آنالوگ	دما با تغییر سرعت موتور کنترل شود.	کنترل دما با فن یا پمپ
لودسل یا سنسور کشش با خروجی آنالوگ	سیگنال کشش نزدیک مقدار هدف بماند.	کنترل کشش ساده

اگر اپراتور فقط سرعت ثابت می‌خواهد، استفاده از PID. لازم نیست PID. زمانی ارزش دارد که سرعت موتور باید بر اساس مقدار سنسور فرآیند به‌صورت خودکار تغییر کند.

3. مفهوم تنظیم PID برای اپراتور

جدول (2)

عبارت	معنی ساده برای اپراتور	اثر روی فرکانس خروجی
Setpoint یا Reference	مقدار هدف، مثل فشار مطلوب یا سطح مطلوب	اگر با Feedback اختلاف داشته باشد `PID`، فرکانس را تغییر می‌دهد.
Feedback	مقدار واقعی خوانده‌شده از سنسور	نشان می‌دهد فرآیند واقعاً به هدف نزدیک شده یا نه.
Kp یا `H51`	قدرت واکنش اولیه	زیاد شود خروجی سریع‌تر تغییر می‌کند، ولی ممکن است نوسان کند.
Ti یا `H52`	قدرت اصلاح خطای باقیمانده	کم شود اثر انتگرال قوی‌تر می‌شود؛ زیاد کم باشد نوسان می‌دهد.
Td یا `H53`	اثر پیش‌بینی و کاهش جهش	در اغلب پمپ‌ها و سنسور‌های نویزی روی صفر بماند.

4. انتخاب مرجع و فیدبک

قبل از تنظیم ضرایب، ابتدا باید مشخص شود مقدار هدف از کجا وارد می‌شود و مقدار واقعی از کدام ورودی آنالوگ خوانده می‌شود. این مرحله مهم‌ترین بخش راه‌اندازی است.

جدول (3)

پارامتر	انتخاب	کاربرد برای اپراتور
`H49`	0 غیرفعال:1 فعال:	برای فعال شدن کنترل، `PID` مقدار ۱ انتخاب شود.
`H57`	Keypad:0 Keypad Pot:1 V1:2 `I1`:3	منبع Reference یا مقدار هدف را مشخص می‌کند.
`H50`	`I1`:0 V1:1	ورودی سنسور Feedback را مشخص می‌کند.
`H59`	Direct:0 Reverse:1	جهت عملکرد را مشخص می‌کند. اگر با افزایش خطا سرعت باید زیاد شود، معمول Direct انتخاب می‌شود.
`H55`	حد بالای خروجی `PID`	بیشترین فرکانس مجاز موتور در کنترل `PID`
`H56`	حد پایین خروجی `PID`	کمترین فرکانس مجاز موتور در کنترل `PID`

توجه: برای پمپ فشار معمولاً اگر فشار کمتر از مقدار هدف شود، سرعت باید زیاد شود؛ بنابراین در اغلب موارد H59 = 0 مناسب است. اگر با فعال شدن PID خروجی به سمت اشتباه حرکت کرد، ابتدا H59 را بررسی کنید.

۵) نمایش Reference و Feedback روی کیپد

در برنامه، دو صفحه‌نمایش مخصوص PID برای اپراتور در نظر گرفته شده است. صفحهٔ rEF مقدار Reference یا همان مقدار هدف PID را نشان می‌دهد و صفحهٔ FbK مقدار Feedback یا مقدار واقعی خوانده‌شده از سنسور را نمایش می‌دهد. این دو صفحه فقط برای مشاهده هستند و برای تنظیم مستقیم پارامتر استفاده نمی‌شوند. وقتی اپراتور وارد صفحهٔ rEF یا FbK شود، عدد با یک رقم اعشار نمایش داده می‌شود؛ بنابراین نمایش 25.0 یعنی مقدار داخلی PID برابر 25.0 واحد فرآیندی یا معادل مقیاس انتخاب‌شده است.

صفحه‌نمایش	معنی برای اپراتور	کاربرد در راه‌اندازی
`rEF`	Setpoint یا `PID` مقدار هدف	بررسی کنید مقدار هدف از منبع انتخاب‌شده در `H57` درست خوانده می‌شود.
`FbK`	مقدار واقعی سنسور یا Feedback	با تغییر فشار، دبی یا سطح، این مقدار باید منطقی و در جهت درست تغییر کند.
رفتن به صفحه‌ها	در حالت فعال بودن، `PID` از منوی مانیتور قابل مشاهده است.	قبل از تنظیم `H51`/`H52`/`H53` حتماً `rEF` و `FbK` را کنترل کنید.

نکته مهم: اگر rEF درست، اما FbK تغییر نمی‌کند، مشکل معمولاً در سیم‌کشی سنسور، انتخاب H50 یا مقیاس ورودی آنالوگ است. اگر FbK تغییر می‌کند ولی خروجی PID در جهت اشتباه حرکت می‌کند H59، را بررسی کنید.

6. پارامتر‌های مهم و اثر عملی هرکدام

جدول (5)

پارامتر	نام کاربردی	اثر عملی	مقدار شروع پیشنهادی
`H49`	فعال‌سازی `PID`	وقتی ۱ باشد خروجی `PID` به‌عنوان فرمان سرعت استفاده می‌شود	۱
`H50`	انتخاب Feedback	مشخص می‌کند سنسور از `I1` یا V1 خوانده شود	مطابق سنسور
`H51`	Kp یا بهره تناسبی	سرعت واکنش اولیه را تعیین می‌کند. زیاد بودن باعث نوسان می‌شود	۳۰۰
`H52`	Ti یا زمان انتگرال	خطای باقیمانده را حذف می‌کند. مقدار کمتر یعنی اصلاح قوی‌تر	۱۰
`H53`	Td یا زمان مشتق	برای کاهش Overshoot در سیستم‌های خاص است؛ در فیدبک نویزی معمول استفاده نشود	۰
`H55`	حداکثر خروجی	بالاترین فرکانس مجاز خروجی `PID`	Hz 50.0
`H56`	حداقل خروجی	پایین‌ترین فرکانس مجاز خروجی `PID`	Hz 0.5
`H57`	Reference منبع	محل دریافت مقدار هدف را تعیین می‌کند	صفر یا مطابق کاربرد
`H59`	جهت عملکرد	Direct یا Reverse بودن کنترل را تعیین می‌کند	صفر برای بیشتر پمپ‌های فشار

واحد نمایش برخی پارامتر‌ها در منوی محصول ممکن است به‌صورت ضریب‌دار باشد؛ برای مثال H55 = 500 به معنی 50.0Hz است. مقدار‌های پیشنهادی، نقطه شروع راه‌اندازی هستند و باید با ماشین واقعی تنظیم نهایی شوند.

7. روش راه‌اندازی مرحله به مرحله

جدول (6)

اقدام اپراتور
ابتدا موتور را در مد معمولی `V/F` یا مد کاری اصلی بدون `PID` تست کنید.
سنسور فرآیند را به `I1` یا V1 وصل کنید و مقدار `FbK` را روی کیپد کنترل کنید.
`H57` را بر اساس منبع مقدار هدف تنظیم کنید و `rEF` را مشاهده کنید.

باشد.

۴	`H50` را مطابق ورودی سنسور Feedback تنظیم کنید.	Feedback از ورودی درست خوانده شود.
۵	`H55` و `H56` را برای محدود کردن سرعت موتور تنظیم کنید.	موتور از محدوده مجاز مکانیکی و فرآیندی خارج نشود.
۶	`H51` = 300، `H52` = 10 و `H53` = 0 را به‌عنوان شروع قرار دهید.	سیستم با تنظیم محافظه‌کارانه شروع شود.
۷	`H49` را روی ۱ قرار دهید و با بار واقعی تست کنید.	`PID` فعال شده و سرعت موتور بر اساس خطا تغییر کند.
۸	اگر حرکت در جهت اشتباه بود `H59`، را تغییر دهید.	با کمتر شدن Feedback از هدف، خروجی در جهت صحیح تغییر کند.

8. نمودار اثر H51، H52 و H53 بر فرکانس خروجی

نمودار‌های زیر مفهومی هستند و مقدار دقیق آنها به ماشین، سنسور، بار، زمان شتاب و محدودیت‌های H55/H56 بستگی دارد. هدف نمودار‌ها این است که اپراتور بداند با تغییر هر پارامتر، شکل تغییر فرکانس خروجی چگونه عوض می‌شود.

نمودار (1): اثر H51 یا Kp روی سرعت واکنش فرکانس خروجی PIDبزرگ‌نمایی صفحهٔ 7 در PDF

اگر H51 خیلی کم باشد، خروجی PID کند بالا می‌رود و فرآیند دیر به مقدار هدف می‌رسد. اگر H51 مناسب باشد، خروجی با سرعت قابل قبول و بدون نوسان زیاد به هدف نزدیک می‌شود. اگر H51 زیاد باشد، فرکانس خروجی ممکن است از مقدار لازم عبور کند و نوسان ایجاد شود.

نمودار (2): اثر H52 و H53 روی حذف خطا، نوسان و Overshootبزرگ‌نمایی صفحهٔ 7 در PDF

H52 بزرگ باعث اصلاح آرام و کند خطای باقیمانده می‌شود H52. خیلی کوچک اثر انتگرال را شدید می‌کند و می‌تواند نوسان ایجاد کند H53. در بعضی سیستم‌های کند می‌تواند Overshoot را کمتر کند، اما برای سنسور‌های نویزی معمولاً بهتر است صفر بماند.

9. روش تنظیم Kp، Ti و Td

تنظیم PID باید مرحله‌ای انجام شود. در بیشتر کاربرد‌های پمپ و فن، بهتر است ابتدا Td را صفر نگه دارید و فقط Kp و Ti را تنظیم کنید.

جدول (7)

گام	اقدام تنظیمی	نشانهی تنظیم درست
۱	`H53` را روی 0 قرار دهید.	حساسیت به نویز Feedback کم می‌شود.
۲	`H52` را نسبتا بزرگ نگه دارید؛ مثال 10 تا.30	اثر انتگرال آرام است و سیستم کمتر نوسان می‌کند.
۳	`H51` را آرامآرام افزایش دهید.	سیستم سریع‌تر به هدف نزدیک می‌شود.
۴	اگر خروجی یا فشار نوسان کرد `H51`، را کم کنید.	نوسان کاهش پیدا کند.
۵	اگر مقدار واقعی به هدف نزدیک می‌شود اما خطا باقی می‌ماند `H52`، را کمی کم کنید.	خطای باقیمانده آرامآرام حذف شود.
۶	اگر با کم کردن `H52` نوسان ایجاد شد `H52`، را دوباره افزایش دهید.	سیستم پایدار شود.
۷	فقط در سیستم‌های کند و بدون نویز، مقدار کوچک برای `H53` تست شود.	Overshoot کمتر شود؛ اگر صدا یا نوسان زیاد شد `H53` = 0، شود.
قاعده ساده تنظیم `H51`: سرعت واکنش را زیاد می‌کند `H52`، خطای باقیمانده را حذف می‌کند `H53`، معمول برای اپراتور ضروری نیست و در سنسور‌های نویزی می‌تواند مشکلساز شود

10. عیب‌یابی تنظیمات PID

جدول (8)

مشاهده در زمان کار	علت محتمل	اقدام پیشنهادی
با فعال کردن، `PID` خروجی به سمت اشتباه می‌رود.	جهت عملکرد اشتباه است.	`H59` را تغییر دهید و دوباره تست کنید.
فشار یا Feedback نوسان دارد.	`H51` زیاد است یا `H52` خیلی کوچک است.	`H51` را کاهش دهید یا `H52` را افزایش دهید.
سیستم خیلی کند به هدف می‌رسد.	`H51` کم است یا `H52` خیلی بزرگ است.	`H51` را کمی افزایش دهید؛ در صورت باقی ماندن خطا `H52` را کاهش دهید.
به هدف نزدیک می‌شود اما همیشه کمی خطا دارد.	اثر انتگرال ضعیف است.	`H52` را مرحله‌ای کاهش دهید.
خروجی همیشه روی حد بال مانده است.	Setpoint غیرواقعی، سنسور اشتباه یا محدوده `H55`/`H56` درست نیست.	Reference، Feedback جهت `H59` و محدوده `H55`/`H56` را بررسی کنید.
خروجی پایین‌تر از حد انتظار نمی‌آید.	حد پایین `H56` یا حداقل فرکانس منبع فرمان محدودکننده است.	`H56` و حداقل فرکانس‌های مربوط را بررسی کنید.

با اضافه کردن Td سیستم بد‌تر شد.	Feedback نویزی است یا `H53` زیاد است.	`H53` را به صفر برگردانید.
`rEF` درست است اما `FbK` ثابت می‌ماند.	سنسور، سیم‌کشی یا انتخاب `H50` اشتباه است.	ورودی، `I1`/V1 تغذیه سنسور و `H50` را بررسی کنید.

11. تغییر موقت بین کنترل PID و کنترل عادی

این قابلیت برای زمانی است که کنترل خودکار فرآیند با PID فعال است، اما اپراتور یا سیستم فرمان می‌دهد که برای مدتی فرکانس موتور از مرجع عادی درایو دریافت شود. در این حالت، تنظیمات PID حذف نمی‌شوند و پس از برداشتن فرمان بایپس، کنترل خودکار دوباره برقرار می‌شود.

برای استفاده از این قابلیت، یکی از پارامتر‌های I20 تا I24 روی مقدار 21 قرار داده می‌شود. پایه دیجیتال متناظر، فرمان انتخاب بین کنترل PID. و مرجع عادی فرکانس خواهد بود.

جدول (9)

ردیف	وضعیت یا تنظیم	عملکرد برای اپراتور
۱	`H49` = 1	کنترل `PID` آماده است و در حالت عادی فرمان سرعت را تعیین می‌کند.
۲	یکی از `I20` تا `I24` برابر 21	پایه متناظر به فرمان تغییر بین `PID` و کنترل عادی اختصاص می‌یابد.
۳	پایه غیرفعال	فرکانس خروجی توسط `PID` و بر اساس Reference و Feedback تعیین می‌شود.
۴	پایه فعال	کنترل `PID` موقتاً کنار گذاشته می‌شود و فرکانس از منبع عادی انتخاب‌شده در `Frq` دریافت می‌شود.
۵	پایه دوباره غیرفعال	کنترل `PID` دوباره برقرار می‌شود و فرآیند بر اساس مقدار هدف و فیدبک کنترل خواهد شد.
۶	RUN/STOP فرمان	بدون تغییر باقی می‌ماند؛ این ورودی فرمان روشن یا خاموش کردن موتور نیست.

در زمان فعال بودن بایپس، مقدار سنسور ممکن است همچنان در صفحه FbK قابل مشاهده باشد، اما برای اصلاح فرکانس خروجی استفاده نمی‌شود. با غیرفعال شدن پایه، کنترل خودکار PID دوباره ادامه پیدا می‌کند.

12. روش تنظیم و آزمایش بایپس PID

جدول (10)

مرحله	اقدام اپراتور	نتیجه مورد انتظار
۱	ابتدا درایو را در حالت عادی و بدون `PID` آزمایش کنید و منبع فرکانس `Frq` را بررسی کنید.	موتور با مرجع عادی مورد نظر و در جهت صحیح کار کند.
۲	پارامتر `H49` را روی 1 قرار دهید و عملکرد `PID` را کنترل کنید.	در حالت غیرفعال بودن پایه بایپس، سرعت موتور بر اساس Reference و Feedback تغییر کند.
۳	یکی از پارامتر‌های `I20` تا `I24` را روی 21 تنظیم کنید.	پایه دیجیتال متناظر برای بایپس `PID` آماده شود.
۴	پایه انتخاب‌شده را با کلید، رله یا خروجی کنترلی مناسب فعال و غیرفعال کنید.	در حالت فعال، مرجع عادی و در حالت غیرفعال، خروجی `PID` فرمان سرعت را تعیین کند.
۵	آزمایش را ابتدا با فرکانس پایین و شرایط ایمن انجام دهید.	تغییر سرعت، جهت و عملکرد فرآیند قابل کنترل و بدون وضعیت خطرناک باشد.
۶	مقدار مرجع عادی، حداقل و حداکثر فرکانس و زمان‌های شتاب و کاهش سرعت را بررسی کنید.	هنگام تغییر حالت، موتور از محدوده مجاز مکانیکی و فرآیندی خارج نشود.

13. نکات مهم هنگام استفاده

قبل از فعال کردن پایه بایپس، مقدار مرجع عادی انتخاب‌شده در Frq را کنترل کنید؛ این مقدار نباید ناخواسته صفر، بسیار کم یا حداکثر باشد.

فعال شدن پایه بایپس باعث توقف موتور نمی‌شود و فقط روش تعیین فرکانس را تغییر می‌دهد.

اگر فرکانس خروجی PID با مرجع عادی اختلاف زیادی داشته باشد، هنگام تغییر حالت افزایش یا کاهش محسوس سرعت طبیعی است.

برای بازگشت خودکار به کنترل، PID پارامتر H49 باید روی 1 باقی بماند.

این قابلیت جایگزین توقف اضطراری یا مدار ایمنی نیست. برای توقف اضطراری از تجهیزات و مدار ایمنی مستقل استفاده کنید.

توجه: در زمان راه‌اندازی، ابتدا مرجع عادی را روی مقدار ایمن تنظیم کنید؛ سپس پایه بایپس را آزمایش کنید. اگر با فعال یا غیرفعال شدن پایه، سرعت در جهت یا محدوده نامناسب تغییر کرد، تنظیمات Frq، H55، H56 و زمان‌های شتاب و کاهش سرعت را بررسی کنید.

14. نکات ایمنی و محدودیت‌ها

قبل از فعال کردن، PID صحت سیم‌کشی سنسور و جهت تغییر Feedback را بررسی کنید؛

برای پمپ، حداقل و حداکثر فرکانس را طوری تنظیم کنید که به پمپ، لوله، شیر‌ها یا فرآیند آسیب وارد نشود؛

اگر سنسور قطع شود یا مقدار غیرواقعی بدهد PID، ممکن است خروجی را به حد بالا یا پایین ببرد؛ برای کاربرد‌های حساس، حفاظت جداگانه لازم است؛

در کاربرد‌های فشار، از شیر اطمینان و حفاظت مکانیکی مناسب استفاده شود؛ و

خودداری کنید.

15. مطالعه و راه‌اندازی سریع

جدول (11)

ردیف	کار مورد نیاز	مقدار شروع پیشنهادی
۱	تست موتور بدون `PID`	موتور باید در مد عادی درست کار کند.
۲	Feedback انتخاب	`H50` = 0 برای `I1` یا `H50` = 1 برای V1
۳	مشاهده `FbK`	با تغییر سنسور، مقدار `FbK` باید تغییر منطقی داشته باشد.
۴	Reference انتخاب	Setpoint مطابق منبع `H57`
۵	مشاهده `rEF`	مقدار `rEF` باید همان هدف مورد انتظار باشد.
۶	تنظیم جهت	`H59` = 0 برای بیشتر پمپ‌های فشار. در صورت حرکت اشتباه تغییر داده شود.
۷	تنظیم حد بال	= `H55` حداکثر فرکانس مجاز، مثال ۵۰۰ برای Hz 50.0
۸	تنظیم حد پایین	= `H56` حداقل فرکانس مجاز، مثال ۵ برای Hz 0.5
۹	شروع ضرایب	`H51` = 300، `H52` = 10، `H53` = 0
۱۰	فعال‌سازی `PID`	`H49` = 1
۱۱	تنظیم بایپس `PID`	یکی از `I20` تا `I24` روی مقدار 21 قرار داده شود.
۱۲	آزمایش بایپس `PID`	پایه غیرفعال: کنترل `PID`؛ پایه فعال: مرجع عادی `Frq`
۱۳	اصلاح نهایی	نوسان `H51`: کمتر یا `H52` بیشتر کندی `H51`: بیشتر یا `H52` کمتر

توجه: قبل از تغییر ضرایب، PID همیشه rEF و FbK را از روی کیپد کنترل کنید. اگر مقدار هدف یا فیدبک اشتباه باشد، تغییر H51، H52 و H53 مشکل اصلی را حل نمی‌کند.

	مرکز دانش درایو HiPower VSES نسخه ۱.۸ - شهریور ۱۴۰۵ مرکز دانش آفلاین