江森metasys系统PID

江森Metasys系统是一套先进的楼宇自动化控制系统，该系统集成了多种技术来实现对楼宇内各种机电设备的集中监控和管理。在Metasys系统中，PID（比例-积分-微分）控制是一个重要的组成部分，用于实现对特定系统参数（如温度、湿度、压力等）的精确控制。

江森metasys系统PID

• PID
  • 介绍
    • 比例，积分和微分控制（PID）逻辑块提供反馈控制操作，以通过调整其当前值来最小化两个输入之间的误差。控制方向，正向控制为过程变量增加导致控制器的当前值增加，例如表冷盘管的温度控制，反之过程变量的增加会导致控制器的当前值减小。
    • 当手动调谐为假，自适应调谐为真，饱和状态为正常，定时低或定时高时， PRAC+会尝试调谐PID。对于饱和状态的所有其他状态， PRAC+关闭。
  • 状态
    • •Reliable：过程变量输入可靠， PID或PRAC +算法无错误。
    • • Unreliable：过程变量输入在PID或PRAC +算法开始时不可靠。
    • •Input Out of Range：一个或多个输入未通过其验证检查。
    • • 数学溢出： PID算法中的数学溢出。
    • • 数学下溢： PID算法中的数学下溢。
    • • 除以零：在PID或PRAC +算法中尝试除以零。
    • • 数学错误：其他数学错误
  • 参数
    • 输入
      • Adaptive Tuning
        • 自适应调整
          • 确定是否允许自适应调整操作。设置为False时，禁用自适应调整。设置为True且手动调整属性为False时，启用PRAC+，这可能导致运行时更改Eff比例带和Eff积分时间。写入自适应调整时， Eff比例带和Eff积分时间没有变化。这些输出保持其当前值。
      • Process Variable
        • 过程变量
          • 表示正在控制的区域的值。过程变量通常起源于传感器，并在将一些信号处理传递给PID之后。
      • Setpoint
        • 设定值
      • Deadband
        • 死区
      • Startup Value
        • 起始值
      • Saturation Time
        • 饱和度时间
          • 设置Eff饱和时间。此值是“当前值”必须达到或超过“饱和状态”的“下限”或“上限”的持续时间，以将饱和状态设置为“低”或“高” 。
      • Proportional Band
        • 比例带
          • 设置初始Eff比例带。此值是过程变量中的变化量，它在当前值中产生全范围变化（上限 - 下限）。该值必须是正数，且必须大于零。使用直接作用输入而不是比例带的符号设置动作。
      • Integral Time
        • 积分时间
          • 设置初始Eff积分时间。该值是积分作用为控制器输出提供与恒定误差的比例项相同的量所需的时间。当Adaptive Tuning为False或Manual Tuning为True时，积分时间必须为零（禁用积分作用）或必须大于或等于Interval的2倍。防止将积分时间设置为小于间隔的2倍的值。如果积分时间从监控设备写入小于间隔的2倍的值，则PID可靠性将更改为输入超出范围。当Adaptive Tuning为True且Manual Tuning为False时， PRAC +将Eff积分时间限制为Interval的30倍。如果将积分时间写入大于间隔30倍的值，则PID可靠性将更改为输入超出范围。
      • Derivative Time
        • 微分时间
          • Sets the Eff Derivative Time when Manual Tuning is True.不需要的时候设置为0禁用微分
      • Interval
        • 间隔
          • 设置Eff周期，该值是正常PID算法执行之间的时间段。
      • Direct Acting
        • 动作方向
          • True:举例表冷盘管的温度控制；False:举例加热盘管的温度控制
      • High Limit
        • 输出上限值
          • 建议默认100，采用span进行二次缩放
      • Low Limit
        • 输出下限值
          • 建议默认0，采用span进行二次缩放
      • Offset
        • 偏移
          • 表示用于生成当前值的比例项，积分项和微分项之和的值。当比例，积分和微分项等于零时，当前值等于偏移量。偏移对PI或PID控制没有影响（也就是说，无扰动转移到启动值会抵消偏移的影响） 。
      • Process Dead Time
        • 处理死时间
      • Minimum Tune Band
        • 最小调谐范围
          • 指示PRAC+未尝试调整的设定点周围的区域。 PID预处理器和PMAC预处理器块根据受控输出计算此值。计算的值等于0.04 *比例输出的处理范围或分级输出的更大。对于可手动配置此值但仍保持PRAC +活动的自定义模块（自适应调整=真和手动调整=假），最小允许值限制为0.01 *过程范围，以防止PRAC +调整过程噪声中的微不足道的波动变量。如果最小调谐带小于过程范围的1％，则PID可靠性将更改为输入超出范围。
      • Process Range
        • 过程范围
          • 指示过程变量遍历的范围的大小，因为PID的当前值在其最小值和最大值之间变化。例如，当过程变量的范围在60到90度之间时，由于PID当前值从其下限变为其上限，则过程范围设置为30（| 60 - 90 |）。此输入必须具有大于零的值。PID算法当前使用此值来验证最小调谐带是否小于过程范围的1％。如果最小调谐带小于过程范围的1％，则PID可靠性将更改为输入超出范围。
      • Reset Tuning
        • 重置调整
          • 当Reset Tuning为True时，使PID将Eff比例带和Eff积分时间重置为比例带和积分时间中的值。当复位调整为真时，不更新当前值，绝对Effort EWMA，绝对Error EWMA，Error EWMA和当前值EWMA。手动调整对此行为无效。当Reset Tuning为False时， PID正常运行。
      • Time Constant
        • 时间常数
          • 表示系统在达到100％步进变化时达到其最终幅度的63％所需的时间。 PID算法当前不使用该值。
    • 输出
      • Present Value
        • 表示PID块的当前输出。该值通常传递给执行器以提供重新定位信息，或者在使用级联控制回路时将设定值提供给另一个PID块。现值等于比例，积分，微分和偏移项的总和。
      • Present Value EWMA
        • 100.0 x (Present Value - Low Limit) / (High Limit - Low Limit)的EWMA
      • Saturation Status
        • 指示PID块的当前操作状态。此值基于输出和输出处于上限或下限的时间量。在PID启用（或。）后，饱和状态设置为正常重新启用）。从非正常状态返回后，饱和状态为正常，至少执行一次。例如，如果饱和状态为Timing High且当前值等于下限，则在下一次执行转换为Timing Low之前，饱和状态为正常执行一次。
      • 绝对Effort EWMA
        • 100 x ABS（当前现值 - 最后当前值） /（上限 - 下限）的EWMA值
      • 绝对Error EWMA
        • ABS（设定值- 过程变量）的EWMA值 。
      • Eff积分时间
        • 指示PID当前用于积分调整值的值。如果Manual Tuning为False且Adaptive Tuning为True，则PRAC +会在执行期间更新此值。如果Manual Tuning为True且Adaptive Tuning为False，则此值等于Integral Time输入。启动时，如果Tuning Updated为True，则Eff积分时间使用存储在PRAC Integral Time属性中的值。如果Tuning Updated为False，并且如果任何比例带，积分时间，间隔或饱和时间输入自启动以来已接收到写入，则此输出将设置为积分时间输入的值。如果没有写入这些输入，则根据以下计算设置Eff积分时间的值如右所示
      • Eff比例带
        • 指示PID当前用于比例调整值的值。如果Manual Tuning为False且Adaptive Tuning为True，则PRAC +会在执行期间更新此值。如果Manual Tuning为True且Adaptive Tuning为False，则此值等于比例带输入。启动时，如果Tuning Updated为True，则Eff比例带使用存储在PRAC Prop Band属性中的值。如果Tuning Updated为False，并且如果任何比例带，积分时间，间隔或饱和时间输入自启动以来已接收到写入，则此输出将设置为比例带输入的值。如果没有写入这些输入，则根据以下计算设置Eff比例带的值如右所示
      • Error
        • 如果死区为零，为（设定值 - 过程变量），否则便宜死区/2
      • Error EWMA
        • （设定值- 过程变量）的EWMA值 。
      • Execution Count
        • 执行计数
          • 表示PID执行的执行次数。此值在每次执行时递增1，并在达到最大浮点值后转换为0。
      • PRAC状态
        • •Normal：正常运行
        • • Monitoring Setpoint Change：正在进行大设定值更改后的功能提取
        • • 监控负载扰动：正在进行大负载扰动后的特征提取
        • • 调整未更新：观察到无效模式或控制输出饱和
        • • 正常调谐更新：已计算新增益和积分时间
        • • 增益下降：由于快速振荡而计算出新的减少的增益
• PRAC+
  • 介绍
    • PRAC+是JohnsonControls®专利的自适应调整算法，可与Metasys®PID控制一起使用。 PRAC+在PID激活时检查控制回路输出和系统响应，并连续调整比例带和积分时间的调节参数。如果存在大的振荡响应（振荡），则调整调整参数以使响应更慢。如果响应较小且误差较大，则调整调整参数以使响应更快.
  • 优点
    • • 调整新控制系统所需的时间减少或消除。
    • • 由于季节，负载或设备性能的变化而重新调整控制系统所需的时间被消除。
    • • 设备寿命增加，因为更少的振动导致更少的磨损。
    • • 能量使用随着稳定的控制回路而减少振荡控制行为导致不必要的预热或机械冷却，自适应控制可防止这种情况。
    • • 通过更精确的控制系统性能提高舒适度。
    • • 在安全系统依赖于HVAC控制系统（例如医院和实验室）的性能的环境中，安全性得到改善。
  • Process IDs
  • Standard Tuning Attribute
    • 可以关闭Standard tuning，允许您输入自己的参数，同时仍允许进行PRAC +自适应调整。此操作发生在PID预处理器中。当Standard tuning设置为True时，将使用与定义的进程ID关联的参数。如标准调整为True，进程ID为ZN-T。当Standard tuning设置为False时，不使用与定义的过程ID关联的参数， PID预处理器使用这些定义的参数：单位，过程范围，时间常数，过程死区时间，比例带，积分时间，间隔和饱和时间。
  • 影响因素
    • 样本间隔不当
      • PRAC +能够在环路处于控制状态时调整PID控制器，信息相对较少。但是，为了选择合适的采样间隔，系统动态的一般概念是必要的。 PRAC +适用于系统时间常数的1/40到一倍的采样间隔，最佳采样间隔约为时间常数的八分之一。如果过程采样过慢， PRAC +必须将回路调整到缓慢的控制状态，以补偿采样之间的长时间，或将振荡解释为噪声，而不是完全调谐。如果过程采样过快，在60或75个样本之后， PRAC +可能会错误地将响应误解为缓慢，因为它没有看到完整模式中包含的信息。图188显示了由于采样缓慢导致控制不良的示例，图189显示了由于快速采样导致控制不良的示例。
      • 如果您正在执行DA-T控制并且模拟输入设置为ZN-T，则PID每12秒采样一次，但过程变量仅每30秒更新一次，这会导致控制不良。另一方面，如果模拟输入设置为管道静压控制且控制是区域环路，则模拟输入滤波器截止频率过高，高频干扰可能会传递给PID，导致调谐和控制不良。
  • 初始PID参数
    • 详见江森自适应PRAC+初始参数表
• 手动PID控制
  • 适合手动PID
    • 冗余系统
      • 数据中心通常使用冗余HVAC系统构建，因此如果单个设备发生故障，其他设备就能够处理整个负载。在正常操作期间，两个系统的运行容量都不到一半。对于PRAC +，这显示为高增益系统，并相应地调整调整参数。但是，如果一个系统出现故障而另一个系统必须接管满负荷，则在需要满负荷时系统的增益会减半。当这种情况发生时，两个系统运行时最佳的调整参数现在都很缓慢，并且HVAC系统在最需要时可能不会足够快地响应。在这种情况下，最好关闭自适应调整并手动调整系统。当手动调整系统以实现最佳操作时，系统在两个系统运行时振荡更大（振荡更多），并且如果其中一个系统发生故障仍然响应。
    • Delay Time Dominant Systems
      • 超延迟滞后系统（死区时间大于时间常数）很难通过PID控制。在这种情况下，我们建议您手动调整系统。例如：冷凝器水温控制，在机组和冷却塔之间具有异常长的管道。在这种类型的系统中，将水从冷却塔送到机组所需的时间可能长于冷却塔通过调节风扇速度来冷却水所需的时间。理解如空间大回风温度控制滞后一样，死区时间大于时间常数。
    • Oversized Staged Systems
    • Systems Controlled with a Sequencer
    • 非线性系统
      • 非线性器件在不同负载条件下具有不同增益。根据非线性的严重程度， PRAC +可能无法调整到最佳参数，您可能需要手动调整设备。在释放前导补偿器之前， PRAC +可以用球阀致动器次优地调整回路。阀门在前15％旋转时几乎不允许流动，在接下来的50％到60％旋转时快速打开，并且在最后25％的旋转中几乎没有变化。在正常操作期间， 球阀处于高增益区域， PRAC +相应地调节该区域。但是，在关机后，死区处于旋转的前15％，这会导致响应缓慢。采用控制策略来克服区域控制的这些问题（例如实施排气温度设定值复位和引线补偿器）。但是，在高度非线性控制回路中仍然可能出现这种情况。
  • 调节关键
    • 手动调节控制器时， PID预处理器的关键属性是比例带和积分时间
  • 调节方法
• 备注：EWMA
  • Effort Exponential Weighted Moving Average（EWMA）是项目管理和预测中常用的一种技术，用于计算过去努力的加权平均值，特别是强调最近的数据点。它特别适用于平滑变动并更多地关注最近的努力，因此是预测未来努力水平或评估努力趋势的良好工具。