Tự động hóa bao quanh chúng ta ở khắp mọi nơi. Nhưng bạn có thể hiểu nó hoạt động như thế nào nếu bạn không phải là kỹ sư và không phải là chuyên gia kỹ thuật? Chúng tôi mạnh dạn trả lời – có!
Hãy cùng tìm hiểu bộ điều khiển PID là gì – một trong những thiết bị phổ biến nhất trong lĩnh vực tự động hóa. Chúng được sử dụng trong các hệ thống thông gió và điều hòa không khí, hệ thống cấp nước và duy trì áp suất, hệ thống vi khí hậu và các hệ thống khác đòi hỏi phải bảo trì chính xác biến số được kiểm soát.
Định nghĩa chung
bộ điều khiển PIDlà một thiết bị trong vòng điều khiển có phản hồi duy trì giá trị nhất định của biến đầu ra ở một mức nhất định bằng cách kiểm soát ảnh hưởng đầu vào. Nó là cần thiết để có được độ chính xác cần thiết của quá trình nhất thời.
Hãy chia nhỏ định nghĩa bằng một ví dụ về một quy trình đơn giản. Hãy tưởng tượng chúng ta cần đổ đầy nước vào một thùng chứa đến một mức nhất định.
- Thiết bị – là chúng tôi.
- Vòng điều khiển – là tổng thể của tất cả các phương tiện chúng ta sử dụng để thực hiện nhiệm vụ (chạm, tay, mắt, não).
- Phản hồi – là tầm nhìn của chúng tôi, qua đó chúng tôi đánh giá mực nước trong thùng chứa.
- Tín hiệu điều khiển – là tín hiệu từ hệ thần kinh từ não đến tay để mở vòi.
Bộ điều khiển PID trong quá trình này là bộ não. Nó là cơ quan xử lý thông tin đến từ tầm nhìn và tạo thành tín hiệu điều khiển. Đối với điều này, nó cần ba thành phần – tỷ lệ, tích phân và đạo hàm.
P – Thành phần tỷ lệ
Thành phần tỷ lệ– một giá trị tỷ lệ thuận với chênh lệch giữa điểm đặt và giá trị hiện tại, tức là chênh lệch giữa ranh giới lấp đầy và mực nước hiện tại. Sự chênh lệch càng lớn, thành phần càng lớn thì chúng ta càng mở vòi nhiều hơn. Khi điểm đặt và giá trị hiện tại bằng nhau, chúng ta sẽ đóng vòi. Tín hiệu điều khiển trong trường hợp này bằng 0.
Có vẻ như thế là đủ, nhưng trên thực tế, biến được điều khiển không bao giờ ổn định ở giá trị điểm đặt. Như vậy, mộtlỗi trạng thái ổn địnhphát sinh – độ lệch như vậy của biến được điều khiển cung cấp tín hiệu điều khiển ổn định tín hiệu đầu ra một cách chính xác ở giá trị đạt được.
Hãy tưởng tượng rằng trong trường hợp của chúng ta, thùng chứa là một thùng gỗ có những vết nứt và lỗ nhỏ. Tín hiệu điều khiển (độ mở vòi) giảm dần khi mực nước đạt đến giá trị mong muốn. Nhưng nếu chúng ta đóng hoàn toàn vòi, nước sẽ bắt đầu rò rỉ ra ngoài – đây là lỗi ở trạng thái ổn định.
Sự khác biệt giữa giá trị hiện tại và điểm đặt càng lớn (nhận đượchoặchệ số tỷ lệ), sai số trạng thái ổn định càng nhỏ. Tuy nhiên, với mức tăng quá cao, xét đến độ trễ, cũng như tính đến quán tính của quá trình, hệ thống có thể tự dao động và hệ thống có thể mất ổn định.
Trong ví dụ của chúng tôi, điều này có nghĩa là khi chủ động mở và đóng hoàn toàn vòi, mực nước sẽ lệch mạnh so với mức đã đặt cả hướng xuống và hướng lên.
I – Thành phần tích phân
Để loại bỏ lỗi trạng thái ổn định,thành phần không thể thiếuđược sử dụng. Nó tỷ lệ thuận với tích phân thời gian của độ lệch của biến được kiểm soát.
Thành phần này cho phép tính toán sai số ở trạng thái ổn định theo thời gian. Trong ví dụ của chúng tôi, theo thời gian, bộ não sẽ độc lập hiểu nên mở vòi bao nhiêu để nước luôn ở mức đã đặt.
D – Thành phần phái sinh
Thật không may, các thành phần tỷ lệ và tích hợp chỉ hoạt động tốt trong các hệ thống không có tác động đáng kể từ bên ngoài (nếu nước trong thùng chứa hầu như không giảm hoặc giảm với tốc độ không đổi). Hãy tưởng tượng rằng một cái vòi xuất hiện ở đáy thùng của chúng ta. Khi mở và đóng, dòng nước sẽ thay đổi và hệ thống sẽ mất ổn định.
Để giảm thiểu tác động này, cácthành phần phái sinhđược sử dụng. Nó tăng và giảm cùng với ảnh hưởng của môi trường và nhằm mục đích chống lại những sai lệch so với điểm đặt được dự đoán trong tương lai.
Những sai lệch này có thể do cả nhiễu loạn bên ngoài (vòi được thêm vào trong thùng chứa) và do sự chậm trễ trong tác động của bộ điều khiển lên hệ thống. Ví dụ: vòi mở không đều, cũng như thời gian cần thiết để mở vòi từ 0 đến giá trị yêu cầu.
Trong trường hợp của chúng tôi, não sẽ nhận thấy thời điểm và tốc độ nước sẽ giảm khi mở vòi dưới, cũng như thời gian trôi qua từ khi mở vòi trên đến khi nước thực sự chảy vào. Bộ não sẽ tính đến tất cả những dữ liệu này để tính toán mức độ cung cấp nước (tức là để tính toán tín hiệu điều khiển).
Tóm tắt
Bộ điều khiển PID là bộ não của một quy trình tự động. Trong sơ đồ, chúng ta thấy đồ thị hoạt động của bộ điều khiển PID và ảnh hưởng của nó đến biến điều khiển tùy thuộc vào độ lớn của các thành phần.
Ở đâuKplà thành phần tỷ lệ
Kilà thành phần không thể thiếu
Kdlà thành phần phái sinh.
Bộ điều khiển PID trong các thiết bị tự động hóa hiện đại
Tất cảcông cụ tự động hóa hiện đại(bộ điều khiển logic lập trình, rơle lập trình, bộ biến tần ONI) có bộ điều khiển PID tích hợp. Nó cho phép điều chỉnh các quá trình với độ chính xác cao.
Các thuật toán tự động điều chỉnh hiện đại giúp đơn giản hóa công việc của người vận hành: các chuyên gia chỉ cần đặt một vài tham số và không cần các phép tính toán học phức tạp – các mô hình toán học được nhúng trong thiết bị sẽ thực hiện việc đó một cách độc lập.
Bộ điều khiển PID bộ biến tần ONI còn có một số chức năng bổ sung giúp tăng tính linh hoạt và độ chính xác của thiết bị:
- chế độ ngủ, cho phép tiết kiệm năng lượng đáng kể,
- có sẵn một số điểm đặt của bộ điều khiển PID có thể được chuyển đổi cả bằng tay và tự động.
Vẫn còn thắc mắc? Hỏi các chuyên gia hỗ trợ kỹ thuật của ONI:support@oni-system.com, điện thoại: