Tämän postauksen on kirjoittanut Greg McMillan, teollisuuden konsultti, lukuisten prosessinohjauskirjojen kirjoittaja, vuoden 2010 ISA Life Achievement Award -palkinnon saaja ja eläkkeelle jäänyt Senior Fellow Solutia Inc:stä. (nykyisin Eastman Chemical).

Prosentti-, integraali- ja derivaattasäädin (PID-säädin) on kaikkien säätösilmukoiden yhteinen keskeinen komponentti. Perussäätöjärjestelmät ovat riippuvaisia PID:stä, joka muuntaa mittaussignaalit toissijaisten silmukkasäätimien, digitaalisten venttiilisäätimien ja taajuusmuuttajien nopeussäätimien asetusarvoiksi. Edistyneen ohjauksen, kuten malliennustavan ohjauksen, onnistuminen riippuu perusohjausjärjestelmän perustasta ja siten PID:stä.

Elmer Sperry kehitti ensimmäisen esimerkin PID:stä vuonna 1911, ja Nicolas Minorsky julkaisi ensimmäisen teoreettisen analyysin vuonna 1922. Ziegler ja Nichols julkaisivat vuosina 1942 ja 1943 kirjoituksia, joissa käsiteltiin perimmäistä värähtelymenetelmää ja reaktiokäyrämenetelmää säätimen virittämiseksi. Vaikka viritysasetusten tekijöiksi valitut parametrit tarjosivat liian aggressiivisen säädön, perimmäisen vahvistuksen ja perimmäisen jakson peruslähtökohta on olennainen stabiilisuuden rajojen perustavanlaatuisen ymmärtämisen kannalta.

Reaktiokäyrämenetelmässä kaltevuuden tunnistaminen on avain lähes integraattorin käsitteen käyttämiseen, jonka huomaamme tässä olevan kriittisen tärkeä useimmille koostumus-, lämpötila- ja pH-virityssilmukoille, jotta voidaan tehostaa viritysasetuksia ja lyhentää dramaattisesti koeajat. Bohl ja McAvoy julkaisivat vuonna artikkelin, jossa osoitettiin, että PID voi tarjota lähes optimaalisen ohjauksen mittaamattomille kuormitushäiriöille. Shinskey kirjoitti useita kirjoja, joissa käsitellään yksityiskohtaisesti prosessidynamiikan tuntemusta ja suhteita, jotka ovat välttämättömiä PID-säädön parhaalle soveltamiselle.

Shinskey kehitti alkuperäisen yhtälön häiriöistä aiheutuvalle integroidulle virheelle viritysasetusten funktiona, kuten artikkelissa PID-virityssäännöt on esitetty. Shinskey julkaisi myös PID-säätimille omistetun kirjan, jossa osoitettiin, että yksinkertaisella kuolleen ajan lohkon lisäämisellä ulkoiseen nollauksen takaisinkytkentäpolkuun voidaan parantaa PID:n suorituskykyä entisestään kuolleen ajan kompensoinnin avulla. Sisäisen mallinohjauksen (IMC) ja lambdan virityssäännöt kehitettiin napojen ja nollakohtien kumoamiseen perustuen, jotta saadaan hyvä vaste prosessin ulostulon asetusarvoihin ja häiriöihin. Suurin osa asetusarvovasteen parantamisesta olisi kuitenkin voitu saavuttaa asetusarvon lead-lag- tai PID-rakenteella. Nämä virityssäännöt eivät myöskään toimi hyvin prosessin sisääntulossa esiintyvien häiriöiden yleisemmässä tapauksessa (kuorman nousu), varsinkaan viiveellä hallituissa prosesseissa.

Skogestadt kehitti merkittäviä parannuksia IMC-virityssääntöihin. Bialkowski osoitti, että käyttämällä aina lambdaa pikemminkin kuin lambda-kertoimia, suhteuttamalla lambda kuolleeseen aikaan ja käsittelemällä viiveellä hallitsevia prosesseja lähes integraattoreina PID:n avulla PID:n avulla voidaan tarjota hyvä värähtelemätön säätö kuorman heilahteluja varten sen lisäksi, että se käsittelee monia erilaisia vaikeuksia ja tavoitteita, joita varten lambda-viritys alun perin suunniteltiin. Ei ole huomattu, että useimmat menetelmät konvergoituvat samaan perusilmaisuun PID-vahvistukselle ja nollausajalle, kun tavoitteena on kuorman häiriöiden torjunta, ja että viritysparametri, joka on suljetun silmukan aikavakio tai pysäytysaika, asetetaan suhteessa kuolleeseen aikaan.

Ei myöskään tunnisteta, miten PID-ominaisuudet, kuten rakenne, ulkoinen nollauspalaute, laajennettu PID analysaattoria ja langatonta yhteyttä varten, tulevan arvon yksinkertainen laskeminen, venttiilin asentosäädin ja ”täyskaasun” asetusarvovaste, voivat lisätä prosessin tehokkuutta ja kapasiteettia, kuten ISA:n kirjassa 101 vinkkiä menestyksekkääseen automaatio-uraan todetaan.

Ylikuormitus

Käyttäjä kohtaa huomattavia erimielisyyksiä virityssäännöistä, kuten O’Dwyerin vuonna 2006 julkaistun kirjan 400 sivua virityssääntöjä nähdään, eikä hän ymmärrä, että suurinta osaa niistä voidaan säätää tekijöillä tai lähes integraattorikonseptilla hyvän säädön saavuttamiseksi. Nykyaikaisessa PID:ssä on paljon enemmän vaihtoehtoja, parametreja ja rakenteita, jotka lisäävät huomattavasti PID:n tehoa ja joustavuutta, mutta suurinta osaa niistä ei hyödynnetä riittävästi riittämättömän opastuksen vuoksi. Lisäksi useimmissa nykyaikaisissa säätöjärjestelmissä käytetty ISA-vakiomuoto ei ole useimmissa oppikirjoissa esitetty rinnakkaismuoto tai PID-sarjamuoto, jota prosessiteollisuudessa käytettiin laajalti 1990-luvulle asti.

Kaikki tämä voi olla käyttäjälle melko ylivoimaista, erityisesti koska virittämisen tekee usein yleissuunnittelija, joka joutuu kohtaamaan nopeita teknologiamuutoksia ja jolla on monia muita tehtäviä. Tavoitteeni viimeaikaisissa artikkeleissani, kirjoissani ja kolumneissani (mukaan lukien blogit), jotka ovat laajempia ja vähemmän toimittajakohtaisia kuin valkoiset kirjat, on tarjota yhtenäinen lähestymistapa ja kohdennetumpaa opastusta, joka perustuu uusimpiin PID-ominaisuuksiin, jotka puuttuvat kirjallisuudesta.

Hyvä viritys: A Pocket Guide, Fourth Edition pyrkii esittämään lyhyesti tarvittavat tiedot ja yksinkertaistamaan viritystä vaihtamalla vain kahden virityssääntökokonaisuuden välillä, jotka riippuvat suurelta osin siitä, onko PID ensisijainen vai toissijainen säädin. Säiliön tai kolonnin koostumuksen, kaasunpaineen, pinnankorkeuden, pH:n ja lämpötilan säätöön käytettävä ensisijainen PID-säädin käyttää integroivia prosessin virityssääntöjä, joissa asetetaan lambdan pysäytysaika. Nesteen paineen, virtauksen, linjan pH:n ja lämmönvaihtimen lämpötilan säätöön tarkoitettu toissijainen PID käyttää itsesäätyviä prosessin virityssääntöjä, joissa suljetun silmukan aikavakio asetetaan. Molemmissa tilanteissa käytetään lambdaa eikä lambda-kerrointa, ja se valitaan suhteessa pysäytysaikaan, jotta saavutetaan tarvittava säädön tiukkuus ja kestävyys. Parasta, mitä käyttäjä voi tehdä, on käyttää hyviä viritysohjelmistoja, käydä toimittajien kouluja ja hankkia konsultti laitokselle paikan päällä tehtäviä ratkaisuja ja harjoittelua varten. On myös tärkeää ottaa vastuu yleisten viritysvirheiden välttämisestä. Tässä astumme taaksepäin varmistaaksemme, ettemme ole alttiita laiminlyönneille ja väärinkäsityksille. Seuraavassa koosteessa on ensin yleisimmät, häiritsevimmät ja mahdollisesti vaarallisimmat virheet, mutta kaikki voivat tulla kyseeseen ja olla tärkeitä.

Virheet

1. Väärän ohjaustoiminnon käyttäminen: Analogisissa säätimissä ja monissa varhaisissa hajautetuissa ohjausjärjestelmissä (DCS) ja ohjelmoitavissa logiikkaohjaimissa (PLC) venttiilin toiminta vaikutti vain ulostulon näyttöön asemalla tai etulevyssä. Kun vika-avoivalle venttiilille määritettiin venttiilin toiminta ”increase-to-close”, näyttö muuttui, mutta varsinainen ulostulo ei muuttunut. Näin ollen ohjaustoiminnossa oli otettava huomioon venttiilin toiminta prosessin toiminnan lisäksi. Jos venttiili oli ”increase-to-open” (fail close), ohjaustoiminto oli yksinkertaisesti päinvastainen kuin prosessitoiminto (suora ohjaustoiminto käänteisesti vaikuttavalle prosessille ja päinvastoin). Jos venttiili oli ”increase-to-close”, ohjaustoiminto oli sama kuin prosessitoiminto (suora ohjaustoiminto suoraan vaikuttavalle prosessille ja päinvastoin), jos sitä ei ollut käännetty virta-pneumaattisessa (I/P) muuntimessa tai asentosäätimessä. Nykyisissä järjestelmissä käyttäjä voi määrittää ”increase-to-close” -asetuksen digitaalisen venttiilisäätimen lisäksi PID-lohkossa tai analogisessa lähtölohkossa, jolloin säätötoiminto voidaan asettaa prosessitoiminnon vastakohdaksi. Haasteena on tämän toteuttaminen ja sen varmistaminen, että venttiilin increase-to-close-toiminto asetetaan vain yhteen paikkaan. Jos ohjaustoimintoa ei saada määritettyä oikein, millään muulla ei ole merkitystä (PID-venttiili kävelee lähtörajalleen).

2. PID-lohkon oletusasetusten käyttäminen: Asetuksia, jotka tulevat PID-lohkon mukana, kun se vedetään ja pudotetaan kokoonpanoon, ei saa käyttää. Kun PID-lohkoa sovelletaan ensimmäistä kertaa uusien laitosten dynaamisiin simulointeihin, lähtökohtana voidaan käyttää tyypillisiä asetuksia, jotka perustuvat prosessityyppiin ja mittakaava-alueeseen. Viritystestit on kuitenkin tehtävä ja asetukset mukautettava ennen käyttäjän koulutusta ja silmukan käyttöönottoa.

3. Rinnakkaismuodon ja sarjaviritysasetusten käyttäminen ISA-standardimuodossa: Rinnakkaismuoto, jossa käytetään integraattorin vahvistuksen ja derivaatan vahvistuksen asetuksia, jotka on laitettu ISA-standardimuotoon nollausaika- ja nopeusaika-asetuksina, voi poiketa suuruusluokkaa. Sarjamuoto voi tarjota hyvän säädön, kun nopeusaika on yhtä suuri tai suurempi kuin nollausaika. Tämä johtuu siitä, että vuorovaikutustekijät pienentävät luonnostaan PID-vahvistusta ja nopeusaikaa ja pidentävät PID:n nollausaikaa, jotta estetään värähtelyt, jotka johtuvat siitä, että derivaattamoodin osuus on suurempi kuin muiden moodien osuus. Nopeusajan käyttäminen ISA-standardimuodossa, joka on yhtä suuri tai suurempi kuin nollausaika, voi aiheuttaa vakavia nopeita värähtelyjä.

4. Väärien yksiköiden käyttäminen viritysasetuksissa: Tässä tarkastellaan vain sarjamuotoa ja ISA-standardimuotoa. Säätimissä voi olla vahvistus- tai proportionaalikaista-asetus proportionaalimoodia varten. Vahvistusasetus on dimensioton ja se on 100 prosenttia jaettuna proportionaalikaistalla. Joissakin ohjaustutkimuksissa ja todellisissa teollisuusjärjestelmissä käytetyissä PID-algoritmeissa vahvistusasetus on teknisissä yksiköissä, mikä johtaa hyvin omituiseen asetukseen. Integraalitilan asetus voi olla toistoja sekunnissa, toistoja minuutissa, minuutteja toistoa kohti tai sekunteja toistoa kohti. Näiden kahden viimeksi mainitun asetuksen yksikköinä ilmoitetaan yleensä vain minuutit tai sekunnit. ”Per minuutti” -merkinnän poisjättäminen voi aiheuttaa sekaannusta asetusten muuntamisessa. Nopeusajan muuntaminen on yksinkertaisempaa, koska yksiköt ovat yksinkertaisesti minuutteja tai sekunteja.

5. Väärien yksiköiden käyttäminen lähtörajoissa ja nollauksenestorajoissa: Analogisissa säätimissä ja monissa varhaisissa DCS- ja PLC-järjestelmissä ulostulo ja näin ollen ulostulorajat ja nollauksenestorajat olivat prosentteina. Nykyaikaisissa ohjausjärjestelmissä lähtö on teknisissä yksiköissä, ja rajat on asetettava teknisissä yksiköissä. Venttiilien osalta yksiköt ovat yleensä prosenttia venttiilin iskusta. Ensisijaisen (ylemmän) PID:n, joka lähettää asetusarvon toissijaiselle (alemmalle) PID:lle, ensisijaisen PID:n lähtö on toissijaisen PID:n prosessimuuttujan teknisissä yksiköissä.

6. Tasosäätimien virittäminen: Jos lasketaan venttiilin, vahvistuksen, prosessivahvistuksen ja mittausvahvistuksen tulo, jossa prosessivahvistus on yksinkertaisesti nesteen tiheyden ja astian poikkipinta-alan tulon käänteisluku, huomataan, että avoimen silmukan integroiva prosessivahvistus on hyvin pieni (esim. 0,000001 1/sek.), mikä johtaa siihen, että stabiilisuuden takaava PID-vahvistuksen maksimivahvistus on yli 100. Ylivirtaussäiliön pinnankorkeuden säätöön halutaan PID-vahvistus, joka on lähempänä ykköstä, jotta sisääntulovirtausten vaihtelut voidaan vaimentaa ilman, että ne välittyvät muutoksina manipuloituun ulostulovirtaukseen, joka häiritsee jatkokäyttäjiä. Käyttäjät eivät pidä suuresta PID-vahvistuksesta edes silloin, kun tarvitaan tiukkaa tasonsäätöä. Tasonsäätimen vahvistuksen pienentäminen ilman samassa suhteessa tapahtuvaa nollausajan pidentämistä aiheuttaa lähes jatkuvia hitaita heilahteluja. PID-vahvistuksen pienentäminen edelleen vain pahentaa värähtelyjä. Useimmat tuotantolaitosten värähtelyt ja tislauskolonnien huono suorituskyky johtuvat huonosti viritetyistä tasonsäätimistä. Ratkaisu on valita pysäytysaika (lambda integroiville prosesseille), jolla joko maksimoidaan vaihtelun absorptio (esim. ylivuotosäiliöiden tasonsäätö tai tisleen vastaanottimen tasonsäätö, jossa tislevirtausta manipuloidaan) tai maksimoidaan vaihtelun siirto (esim. reaktorin taso viipymäajan säätöä varten tai tisleen vastaanottimen tasonsäätö, jossa refluksivirtausta manipuloidaan sisäistä refluksisäätöä varten). Integroivan prosessin virityssäännöt estävät sallittujen PID-vahvistusten ikkunan rikkomisen asettamalla ensin pysäytysajan ja käyttämällä tätä aikaa nollausajan ja lopulta PID-vahvistuksen laskemiseen.

7. Sallittujen säätimen vahvistusten ikkunan rikkominen: Voimme kaikki samaistua siihen, että liian suuri PID-vahvistus aiheuttaa värähtelyjä. Käytännössä näemme useammin värähtelyjä, jotka johtuvat liian alhaisesta PID-vahvistuksesta primaarisilmukoissa. Useimmat hyvin sekoitettujen astioiden konsentraatio- ja lämpötilansäätöjärjestelmät ovat alttiita alhaisen PID-rajan ylittävälle PID-vahvistukselle, joka aiheuttaa hitaasti liikkuvia, lähes vaimentamattomia värähtelyjä. Näillä järjestelmillä on erittäin viive hallitseva (lähes integroiva), integroiva tai karkaava prosessivaste. Kaikki nämä prosessit hyötyvät integroivan prosessin virityssääntöjen käytöstä, jotta PID-vahvistus ei olisi pienempi kuin kaksi kertaa avoimen silmukan integroivan prosessin vahvistuksen ja nollausajan tulon käänteisluku, mikä estää kuvissa esitetyt värähtelyt. Kuvissa esitetyt värähtelyt olisi voitu pysäyttää lisäämällä nollausaikaa. Teollisuussovelluksissa alusten säätösilmukoiden nollausaikaa on usein kasvatettava kahdella tai useammalla suuruusluokalla. Huomaa, että värähtelyt pahenevat sitä mukaa, kun prosessi menettää sisäisen itsesäätelynsä ja siirtyy lähes integroituvasta (pieni sisäinen negatiivinen takaisinkytkentä) integroituvaan (ei sisäistä takaisinkytkentää) ja karkaavaan (positiivinen takaisinkytkentä) avoimen silmukan vasteeseen. Karkaamisprosesseja varten on olemassa myös nollausajasta riippumaton minimivahvistusasetus, joka on käänteinen avoimen silmukan karkaamisprosessin vahvistukselle. Avoimen silmukan integroivan prosessivahvistuksen tunnistaminen voidaan yleensä tehdä noin neljässä kuollutta kertaa, mikä lyhentää huomattavasti testiaikaa ja vähentää alttiutta kuormituksen häiriöille.

8. Anturin viiveen, lähettimen vaimennuksen tai suodattimen asetusvaikutuksen tunnistaminen puuttuu: Hidas mittausvaste voi antaa illuusion paremmasta valvonnasta. Jos mittauksen aikavakio tulee silmukan suurimmaksi aikavakioksi, PID-vahvistusta voidaan kasvattaa ja värähtelyt ovat tasaisempia, kun mittaus tehdään hitaammin. Näin tapahtuu koko ajan virtauksen säädössä, paineensäädössä, inline pH:n säädössä ja kaasumäärien lämpötilan säädössä, koska prosessin aikavakio on alle sekunnin. Todellinen prosessin vaihtelu on kasvanut, ja se voidaan arvioida yksinkertaisella yhtälöllä. Lisätietoja tästä laajalle levinneestä ongelmasta on Control Talk -blogissa Measurement Attenuation and Deception Tips. Lisätietoja siitä, miten tämä voidaan estää lämpötilan säätöjärjestelmissä, on ISA Interchange -julkaisussa Lämpötila-anturin asennus parhaan vasteen ja tarkkuuden saavuttamiseksi.

9. Viritystestien tekemättä jättäminen eri aikoina, asetusarvoilla ja tuotantonopeuksilla: Useimpien säätöventtiilien ja useimpien pitoisuus-, pH- ja lämpötilaprosessien asennetut ominaisuudet ovat epälineaarisia. Prosessivoitto vaihtelee toimintapisteen ja prosessiolosuhteiden mukaan, mukaan lukien suhteellisen tuntemattomat muutokset katalyytin aktiivisuudessa, likaantumisessa ja syötteen koostumuksessa. Venttiilin vahvistus vaihtelee järjestelmän vastusten ja vaaditun virtauksen mukaan. Toimintapisteen epälineaarisuuksien osalta tunnistettu avoimen silmukan prosessivahvistus riippuu askeleen koosta ja suunnasta sekä jaetun alueen venttiilistä, jota kuristetaan. Lämpötilaprosessin aikavakioilla on myös taipumus vaihdella muutoksen suunnan mukaan. Lisätietoja on Control Talk -blogikirjoituksessa Why Tuning Tests are Not Repeatable (Miksi viritystestit eivät ole toistettavissa).

10. PID-vahvistuksen kasvattamatta jättäminen takaisinkytkentärajan syklin amplitudin pienentämiseksi: Jos värähtelyn amplitudia yritetään pienentää pienentämällä vahvistusta, värähtely pahenee, kun värähtely on rajasyklin päässä välyksestä (deadband). Takaiskun aiheuttama amplitudi on kääntäen verrannollinen PID-vahvistukseen. Takaiskun tai kitkan aiheuttama rajasyklin jakso pitenee myös, kun PID-vahvistusta pienennetään, mikä vähentää prosessivolyymien suodatusvaikutuksen aiheuttamaa vaimennusta. Samaa kohdassa 8 mainittua yhtälöä voidaan käyttää arvioimaan vaimennettua amplitudia hyvin sekoitetun tilavuuden ulostulossa käyttämällä suodatusaikavakiona viipymäaikaa (tilavuus jaettuna läpivirtauksella). Kun olet välttänyt virheet, olet valmis hyödyntämään täysipainoisesti alla olevaa online-liitettä, jossa käsitellään parhaita PID-säätömahdollisuuksia.

Sotatarinoita

1) Nopeammin asennetuista painelähettimistä saadut fosforiuunin paineen trendikaaviot näyttivät huonommilta, vaikka korkeapainerajoitusten määrää oli vähennetty dramaattisesti. Onneksi vanhemmat, hitaammat lähettimet jätettiin asentamatta, mikä osoitti, että paineheilahtelujen amplitudi oli itse asiassa pienentynyt sen jälkeen, kun nopeampia lähettimiä käytettiin uunin paineenvalvontaan. 2) Eräs laitos toimi useita vuosia siten, että kaikkien PID-säätimien oletusviritysasetukset vahvistus ja nollaus (toistoja minuutissa) olivat molemmat yhtä suuret kuin 1. Lähes jokainen silmukka värähteli, mutta laitos onnistui nerokkaasti toimimaan asettamalla lähtörajoja värähtelyamplitudien pienentämiseksi. 3) Kun eräässä laitoksessa siirryttiin analogisista säätimistä DCS-järjestelmään, laitos hämmästyi tislauskolonnin ohjauksen parantumisesta. Kävi ilmi, että kokoonpanoinsinöörit eivät ymmärtäneet PID-vahvistuksen ja proportionaalikaistan (PB) välistä eroa. Kolonnin yläpuolisen vastaanottotason manipuloivan refluksin analogisella säätimellä oli 100 prosentin PB, joka asetettiin sitten DCS:n PID-vahvistukseksi 100. Tiukka tasonsäätö ja siitä seuraava suuri sisäinen refluksisäätö pysäyttivät alhaisen vahvistusrajan rikkomisesta johtuvat hitaasti rullaavat värähtelyt ja torjuivat ”Blue Northerner” -kylmäsademyrskyjen aiheuttamat häiriöt.

Lisäys

Top PID-säätömahdollisuudet

1. Käytä kaskadisäätöä, joten toissijaiset proportionaali-, integraali-, derivaatta- (PID-) säätimet (esim, virtauksen ja vaipan lämpötilan säätimet) eristävät ensisijaiset PID-säätimet (esim. koostumuksen, tason, pH:n ja lämpötilan) säätöventtiilin asennetun virtauksen ominaispiirteen epälineaarisuudesta, painehäiriöistä ja prosessin epälineaarisuudesta ja mahdollistavat feedforward- ja suhdeohjauksen. Jos virtausmittarilla ei ole tarvittavaa vaihteluväliä, korvaa se inferenssivirtausmittauksella, jossa käytetään asennetun venttiilin virtausominaisuutta, kun virtaus laskee pisteeseen, jossa mittarin signaali on liian kohinainen tai epäsäännöllinen. (Katso Control Talk -blogikirjoitukset Best Control Valve Installed Flow Characteristic ja Secondary Flow Loop and Valve Positioner Tips). Poikkeuksena on, että paineensäätimen ulostulojen on yleensä mentävä suoraan lopullisiin ohjauselementteihin (esim. säätöventtiiliin tai taajuusmuuttajaan) nopeamman vasteen aikaansaamiseksi. Usein asennetun venttiilin virtausominaisuus on lineaarinen näissä painesilmukoissa lineaarisen trimmin avulla, koska painehäviö on suhteellisen vakio. Käytä ulkoista nollauspalautetta (esim. dynaaminen nollausraja) varmistaaksesi, että ensisijainen PID-lähtö ei muutu nopeammin kuin toissijainen PID-prosessimuuttuja voi reagoida.
2. Käytä feedforward-säätöä, joka päätyy lähes aina suhdelukusäätöön, jossa jakajina ja osoittajina ovat useimmiten virtausnopeus, mutta se voi olla myös nopeus tai energiamäärä. Suhdetta korjataan ensisijaisella PID-säätimellä. Käyttäjän pitäisi pystyä asettamaan haluttu suhde ja näkemään todellinen korjattu suhde. Dynaamista kompensointia olisi sovellettava tarpeen mukaan, jotta säädetty virtaus saapuu prosessissa samaan pisteeseen ja samaan aikaan kuin syöttövirtaus. Usein tämä tehdään lisäämällä syöttösignaaliin säädettäviä kuollutta aikaa ja etu-/viivytyslohkoja. Reaktiovirtojen tai seosvirtojen ajoituksen synkronoimiseksi siten, että stökiometrinen suhde säilyy tuotantonopeuden muutosten ja suhdeluvun korjausten aikana, suodatetaan johtava asetuspiste ja sovelletaan suhdelukukerrointa, joka muuttuu muiden virtaussäätimien asetuspisteiksi. Kukin virtauksen PID-säädin viritetään siten, että vaste on tasainen ja riittävän nopea käsittelemään painehäiriöitä ja venttiilin epälineaarisuuksia. Johtavan asetusarvon suodatin asetetaan riittävän suureksi, jotta kaikki virtaussilmukat reagoivat yhdenmukaisesti. (Katso Feedforward-säätö mahdollistaa joustavan ja kestävän valmistuksen)
3. Käytä oikeaa PID-rakennetta. PI on error ja D on error -rakenne on usein oikea valinta. Jos prosessimuuttuja voi reagoida vain yhteen suuntaan, mikä voi olla tilanne panosprosesseissa, joissa ei ole reaktio- tai muutosvaihetta ja joissa ei ole jaetun alueen vastakkaisventtiiliä (esim. lämpötilan säätö, jossa on lämmitys, mutta ei jäähdytystä, ja pH:n säätö, jossa on emäsreagenssi, mutta ei happoreagenssia), tarvitaan rakennetta, jossa ei ole integraalista toimintoa (P virheen varassa ja D PV:n varassa, ei I:tä). Näissä tapauksissa bias asetetaan PID-ulostuloksi, kun PID-prosessimuuttuja on asettunut lähelle asetuspistettä. Jos asetusarvon ylitys on kriittinen ja asetusarvon saavuttamiseen kuluvalla ajalla ja kuorman häiriövasteella ei ole merkitystä, voidaan käyttää rakennetta, jossa I riippuu virheestä ja PD PV:stä. Joustavammassa lähestymistavassa käytetään kahden vapausasteen PID-rakennetta, jossa asetuspisteen painokertoimet beta ja gamma asetetaan suhteelliselle ja derivoituvalle tilalle, jotta voidaan optimoida kompromissi asetuspistevasteen ja kuormitusvasteen tavoitteiden välillä. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää asetuspisteen etuviivettä halutun asetuspistevasteen saavuttamiseksi PID:llä, joka on viritetty hyvään kuorman häiriövasteeseen (pienin huippuvirhe ja integroitu absoluuttinen virhe). Katso lisäys C Hyvä viritys: A Pocket Guide (taskuopas), jossa on lisätietoja siitä, mikä vaikuttaa näihin virheisiin. Asetuspisteen viive asetetaan yhtä suureksi kuin PID:n nollausaika, ja etumatka asetetaan nopeamman asetuspistevasteen aikaansaamiseksi. Nollan etumerkki vastaa PID-säädintä, jolla ei ole suhteellista tai derivaattorivaikutusta virheeseen (esim. beta ja gamma ovat nolla).
4. Viritä kaikki silmukat oikeassa järjestyksessä hyvällä ohjelmistolla. Valitse virityssäännöt (esim. itsesäätyvä vs. integroiva prosessi) ottaen huomioon, että itsesäätyvillä prosesseilla, joiden aikavakion ja kuolleen ajan suhde on yli 4, voidaan katsoa olevan lähes integroiva vaste ja niiden tulisi käyttää integroivan prosessin virityssääntöjä. Käytä virityskertoimia (esim. lambda suhteessa kuolleeseen aikaan), jotka perustuvat erilaisiin tavoitteisiin (esim. asetusarvo vs. kuormitusvaste ja vaihtelun siirron maksimointi vs. vaihtelun absorption maksimointi) ja vaikeisiin tilanteisiin (esim. resonanssi, vuorovaikutus ja käänteisvaste). Katso Hyvän virityksen liitteen D taulukko D-1: A Pocket Guide (taskuopas). Suunnan tulisi yleensä edetä ylävirran PID:stä alavirtaan. Kaasun ja nesteen paineen PID-säätimet olisi viritettävä ensin ja sen jälkeen toissijaiset PID-virtauksen ja hyötyjärjestelmän säätimet. Tason PID-säätimet olisi sitten viritettävä oikeaan tavoitteeseen, joka riippuu siitä, onko tason PID-säädin vastuussa materiaalitasapainon varmistamisesta (esim. kolonnin lämpötilasäädin, joka säätelee refluksivirtausta) vai onko sen vain pidettävä taso rajoissa, koska muutettu virtaus häiritsee tuotantoketjun loppupään yksikkötoimintoja (esim. kolonnin lämpötilasäädin, joka säätelee tislevirtausta). Lopuksi ensisijaiset konsentraatio-, pH- ja lämpötilasäätimet olisi viritettävä haluttua asetusarvoa tai kuormitusvastetta varten ja sallittua manipuloidun virtauksen äkillistä liikettä varten, kun ne voivat häiritä muita käyttäjiä tai palata häiritsemään vastaavaa silmukkaa (esim. plug flow -järjestelmät, joissa on lämpöintegraatio ja kierrätysvirrat). Jos ensisijaisella PID:llä ei ole lähes integroivaa, todella integroivaa tai karkaavaa vastetta eikä huippuvirhe ja nousuaika ole huolenaiheena, tavoite minimoida ensisijaisen PID:n ulostulon ylitys lopullisen lepoarvon yli voi olla edullinen. Toissijaisen PID:n tai analogisen lähdön asetusarvon nopeusrajat, joissa on ensisijaisen PID:n ulkoinen nollauspalaute, voivat estää äkilliset muutokset.
5. Käytä adaptiivista ohjausta. PID-säätimen viritysasetukset muuttuvat yleensä jaetun vaihteluvälin avulla käsiteltävän muuttujan kanssa tuotantonopeudella, lämmönsiirtopinnan likaantumisella, katalyytin aktiivisuudella ja asetusarvolla sekä jaksoaikojen kanssa panosprosesseissa (esim, erätaso, reaktionopeus ja konsentraatio).

Katso myös PID-säätimen ja analysaattorisovellusten haasteiden voittaminen -artikkeli, jossa kerrotaan parannetun PID:n käytön mahdollisuuksista.

Tietoa kirjoittajasta
Gregory K. McMillan, CAP, on eläkkeelle jäänyt vanhempi tutkija Solutiasta/Monsantosta, jossa hän työskenteli insinööritekniikan tehtävissä prosessinohjauksen parantamisessa. Greg oli myös Saint Louisin Washingtonin yliopiston apulaisprofessori. Greg on ISA:n jäsen, ja hän sai ISA:n Kermit Fischer Environmental Award -palkinnon pH:n säädöstä vuonna 1991, Control-lehden vuoden insinööri -palkinnon prosessiteollisuudessa vuonna 1994, hänet valittiin Control-lehden Process Automation Hall of Fameen vuonna 2001, InTech-lehti palkitsi hänet vuonna 2003 yhtenä automaatioalan vaikutusvaltaisimmista innovaattoreista ja hän sai ISA:n elämäntyöpalkinnon vuonna 2010. Greg on kirjoittanut lukuisia prosessinohjausta käsitteleviä kirjoja, muun muassa Advances in Reactor Measurement and Control ja Essentials of Modern Measurements and Final Elements in the Process Industry. Greg on ollut Control-lehden kuukausittainen ”Control Talk” -kolumnisti vuodesta 2002. Tällä hetkellä Greg toimii osa-aikaisena mallinnus- ja ohjauskonsulttina Emerson Automation Solutionsin prosessisimuloinnin teknologiaosastolla ja on erikoistunut virtuaalisen laitoksen käyttöön uusien mahdollisuuksien tutkimisessa. Suurimman osan ajastaan hän käyttää kirjoittamiseen, opettamiseen ja vuonna 2011 perustamansa ISA Mentor Program -ohjelman johtamiseen.