Die Abstimmung eines Proportional-Integral-Differential-Reglers (PID-Regler) ist eine gängige Tätigkeit für Ingenieure, die sich auf Prozessregelung spezialisiert haben. Unter „Tuning“ versteht man in diesem Fall die Änderung der Parameter Proportionalband, Integral- und Differenzialanteil des Reglers. Es gibt mehrere Methoden zur manuellen Berechnung von Abstimmungsparametern und zahlreiche Softwarepakete, mit denen Regler in einem chemischen Prozess automatisch abgestimmt werden können. Bevor mit der Abstimmung begonnen werden kann, ist es für den Ingenieur entscheidend, zuerst den abzustimmenden Regelkreis und die Auswirkungen des Regelkreises auf das Gesamtsystem zu untersuchen.
Die Leistung eines automatischen Controllers kann durch Ändern der Tuning-Parameter des Controllers angepasst und geändert werden. Bei der Abstimmung eines PID-Reglers können typischerweise drei Einstellungen geändert werden: das Proportionalband, das Integralverhalten und das Differentialverhalten. Diese werden im klassischen PID-Algorithmus durch den ersten, zweiten und dritten Term repräsentiert, bzw. u = KP e + KI ∫ e dt + KD de/dt.
Der Ausdruck u stellt das Rücksignal dar; KP ist die proportionale Verstärkung; e ist der Fehler- oder Offsetterm, der die Differenz zwischen dem aktuellen Wert und dem Reglersollwert darstellt; KI ist die integrale Verstärkung, KD ist die abgeleitete Verstärkung; und es ist Zeit. Die Laplace-Transformation dieser Gleichung kann als KP + KI/s + KDs angegeben werden.
Vor dem Abstimmen eines PID-Reglers sollte ein Techniker zunächst den abzustimmenden Prozess untersuchen, um festzustellen, ob eine unsachgemäße Abstimmung Störungen verursacht oder ob es eine andere zuordenbare Ursache gibt, wie z. B. eine Fehlfunktion oder defekte Ausrüstung. Tuning-Änderungen bedeuten sehr wenig, wenn festgestellt wird, dass die wahre Ursache der Variabilität ein klemmendes Regelventil, defekte Instrumente oder Fehler in der Logik des Regelsystems ist. Erst wenn der Prozess gründlich untersucht und die Funktionsfähigkeit der Feldgeräte verifiziert wurde, sollte über ein Tuning nachgedacht werden.
Es gibt mehrere Methoden, die von Chemie-, Elektro- und Instrumenteningenieuren zum Abstimmen eines PID-Reglers verwendet werden. Das Ziegler-Nichols-Verfahren ist ein solches Beispiel, das die ultimative Verstärkung und die ultimative Periode des Prozesses verwendet, um aggressive Abstimmungsparameter für Nur-P-, Nur-PI- und PID-Regelschemata zu berechnen. Andere Steuerschemata, wie beispielsweise das Tyreus-Luyben-Verfahren, werden formuliert, um die Systemschwingung zu reduzieren. Das zum Abstimmen eines PID-Reglers verwendete Verfahren kann durch die Natur des Regelkreises selbst diktiert werden.
Im Allgemeinen führt eine Erhöhung des Verstärkungsterms eines Controllers dazu, dass der Controller aggressiver agiert. Ein stärkerer Integraleffekt trägt dazu bei, den Offset zwischen dem stationären Wert und dem gewünschten Sollwert zu verringern, kann jedoch zu Schwingungen führen, wenn zu viel verwendet wird. Der Ableitungsterm wird verwendet, um eine schnelle Bewegung des aktuellen Werts des Controllers zu stoppen. Dies sind nur Heuristiken, die einen allgemeinen Eindruck von der Wirkung jedes der klassischen Tuning-Parameter vermitteln.
Viele Pakete für verteilte Steuersysteme (DCS) enthalten Software, die verwendet werden kann, um Regelkreise automatisch abzustimmen. Diese Softwarepakete stimmen häufig Prozesse ab, indem sie die Leistung in der Vergangenheit untersuchen oder automatisch die Testverfahren durchführen, die durch etablierte Abstimmungsverfahren beschrieben werden. Wie bei den meisten Verfahren müssen nach Abschluss des Hauptabstimmungsverfahrens Feinabstimmung und kleine Anpassungen vom Ingenieur vorgenommen werden, um dem Prozess zu entsprechen.