Kao Lu의 PID 컨트롤러가 내장된 고정밀 비례 압력 조절기

1. 카오루의 비례 압력 조절기 소개

바이오의약품 및 반도체 산업에서는 미세 양압에 대한 요구 조건이 높은 경우가 많으며, 표준 대기압보다 약간 높은 미세 양압 조건에서 0.1%의 초정밀 압력 제어가 필요합니다. 현재 미세 양압 초정밀 제어 기술에는 두 가지 문제가 있습니다.

많은 마이크로 양압 제어 장치는 전기 비례 밸브를 직접 사용하지만, 내장된 압력 센서와 컨트롤러의 정밀도에 한계가 있습니다. 전기 비례 밸브는 초고정밀 압력 제어 요구 사항을 전혀 충족할 수 없습니다.
측정 및 교정 시험 분야에서 압력 제어의 정밀도를 향상시키기 위해 초고정밀 분리 구조가 흔히 사용됩니다. 즉, 독립적인 압력 센서, 데이터 수집기, 데이터 제어기 및 마이크로컴퓨터 프로세서를 사용하여 폐루프 제어 회로를 구성하는 방식입니다. 이 방법은 0.01%와 같은 매우 높은 정확도를 달성할 수 있지만, 전체 비용이 높아 산업 및 계측 분야에는 적합하지 않습니다.

이러한 이유로 본 기사에서는카오루(Kao Lu)의 비례 압력 조절기를 소개합니다. 초고정밀 압력 센서와 PID 컨트롤러를 연결하고카오루의 비례 압력 조절기를 활용하면 압력 제어 정확도를 크게 향상시키면서 전체 비용은 낮게 유지할 수 있습니다.

2. 이 문제를 어떻게 해결할까요?

그림 1에서 보는 바와 같이, 구체적인 해결책은Kao Lu의 비례 압력 조절기를 기반으로 합니다. 고정밀 압력 센서와 PID 컨트롤러를 외부에 연결하여 폐루프 PID 제어 루프를 구성함으로써 0.1%의 초고정밀도로 미세 양압 제어를 구현합니다.

이 솔루션의 특징은 Kao Lu의 비례 압력 조절기를 액추에이터로 사용하고, 초고정밀 제어를 위해서는 외부의 고정밀 압력 센서와 PID 컨트롤러가 필요하다는 점입니다.

이전 평가 테스트 및 제어 프로세스 데이터 분석에 따르면, 산업용 통합 PID 제어기에서 0.1%의 제어 정확도를 달성하기 위해서는 다음과 같은 기술 지표를 충족해야 한다는 결론에 도달했습니다.

외부 센서는 0.1% 이상의 초고정밀도를 갖춰야 합니다.
외부 액추에이터(비례 압력 조절기) 또한 높은 정밀도가 필요하지만, 반드시 0.1%의 초고정밀도가 요구되는 것은 아닙니다. 전체적인 정확도는 1% 정도면 충분하며, 이는 주로 사용되는 비례 압력 조절기의 비율 표시기 덕분입니다.
PID 컨트롤러의 ADC 비트 수는 최소 16비트, 가급적 24비트여야 합니다.
PID 컨트롤러의 부동소수점 연산은 출력 백분율이 0.01%~0.05%의 조정 범위를 갖도록 보장해야 합니다.
PID 컨트롤러의 DAC 비트 수는 최소 14비트 이상이어야 하며, 16비트가 가장 좋습니다.

위의 기술 지표 요구사항 및 시험 결과에서 알 수 있듯이, 초고정밀 압력 제어를 달성하기 위해서는 외부 압력 센서, 비례 압력 조절기 및 PID 컨트롤러의 ADC가 정확도 요구사항을 충족해야 합니다. 또한, PID 컨트롤러의 DAC 제어 출력과 부동 소수점 연산 역시 충분한 정밀도를 가져야 하며, PID 컨트롤러 출력의 최소 오차율은 0.01% 이상이어야 합니다.

위 분석을 바탕으로 솔루션의 하드웨어 구성은 주로 다음과 같은 부분으로 구성됩니다.

압력 센서: 정확도는 0.05%이며, 측정 범위는 절대 압력 0.1~1MPa이고, 해당 전압 출력은 0~10V입니다.
카오루의 비례 압력 조절기 : 최대 입력 가스 압력은 300kPa이고, 설정 압력 제어 범위는 0~100kPa이며, 외부 아날로그 수치를 통해 위 솔루션의 효과를 평가할 수 있습니다.
위의 구성에 따라 그림 2와 같이 평가 테스트 장치를 제작하였다. 입력 신호는 0~10DVC이고, 선형성은 ±0.3%FS 미만, 반복성은 ±0.2%FS 미만, 히스테리시스는 0.3%FS 미만이다.
PID 컨트롤러: ADC는 24비트, DAC는 16비트이며, ADC 범위는 0~10V, DAC 범위는 0~10V이고, 아날로그 제어의 최소 출력 백분율은 0.01%입니다.

3.카오루의 비례 압력 조절기를 살펴보십시오.

위의 해결책들의 효과를 평가하기 위해, 그림 2와 같이 위의 구성에 따라 평가 테스트 장치를 제작하였다.

평가 시험 데이터를 효과적으로 수집, 모니터링 및 저장하기 위해 그림 2의 평가 시험 장치에 다음 내용이 추가됩니다.

다채널 데이터 수집기
고압 배관 부속품: 압력 용기로 사용되며 압력 센서 및 비례 압력 조절기와 연결됩니다.
컴퓨터: PID 컨트롤러 및 데이터 수집기와 통신하는 데 사용됩니다. 또한 해당 소프트웨어 프로그램을 설치하고 실행하여 PID 컨트롤러 및 데이터 수집기의 제어, 데이터 수집, 곡선 표시 및 데이터 저장을 수행할 수 있습니다.

4. 결론

위의 솔루션 및 평가 테스트 결과를 통해, 이 솔루션이 미세 양압에 대해 0.1%의 초고정밀 압력 제어를 달성할 수 있음을 입증했습니다. 구체적인 결론은 다음과 같습니다.

외부 초고정밀 압력 센서와 PID 컨트롤러는 Kao Lu의 비례 압력 조절기의 압력 제어 정확도를 효과적으로 향상시켜 0.1%의 초고정밀 압력 제어를 달성할 수 있습니다.
초고정밀 0.1% 압력 제어 공정에서 측정 정확도, 제어 정확도 및 PID 컨트롤러의 부동 소수점 연산은 전체 제어 정확도를 결정하는 핵심 기술 지표입니다. 본 논문에서 설명하는 솔루션은 24비트 ADC, 16비트 DAC 및 0.01% 출력 오차를 갖는 고정밀 부동 소수점 연산을 사용하여 초고정밀 제어 요구 사항을 완벽하게 충족함을 입증합니다.
본 논문의 솔루션 및 테스트 검증을 통해Kao Lu의 비례 압력 조절기가 더 낮은 비용으로 초고정밀 제어를 구현할 수 있음을 입증했습니다.
본 기사에서 제시하는 솔루션은 뛰어난 유연성을 제공하며, 다양한 범위의 압력 센서와Kao Lu의 비례 압력 조절기를 선택할 수 있습니다. 범용 초정밀 PID 컨트롤러를 통해 다양한 압력 범위에서 초정밀 제어가 가능합니다.

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