صتعت

ما قصد داریم توضیح دهیم که چرا از کنترل‌کننده‌های PID در فرآیندهای صنعتی به جای کنترل‌کننده‌های ساده ON/OFF استفاده می‌شود.

ما نشان خواهیم داد که چگونه تنظیمات کنترلر به نام های متناسب، انتگرال و مشتق بر فرآیندهای مختلف تحت کنترل تأثیر می گذارد.

ما همچنین یک نمای کلی از فعالیت بسیار مهم به نام تنظیم کنترلر ارائه خواهیم کرد.

یک مثال ساده
بیایید با بحث در مورد کنترل دمای خانه شروع کنیم زیرا برای بسیاری از مردم آشناست.

این خانه دارای یک کوره است که گرما را در سراسر آن توزیع می کند و یک کنترل کننده دیواری به نام ترموستات.

ترموستات دارای سنسوری است که دمای خانه را اندازه گیری می کند و آن اندازه گیری را با یک نقطه تنظیم قابل تنظیم مقایسه می کند.

سنسور ترموستات
اگر دمای اتاق کمتر از نقطه تنظیم باشد، کوره روشن می شود.

هنگامی که دمای اتاق بالاتر از نقطه تنظیم افزایش می یابد، کوره خاموش می شود. به این نوع کنترل، ON/OFF یا Bang-Bang Control می گویند.

مثال روزمره PID - کنترل دمای خانه
در زیر نموداری از کاری است که دمای اتاق در یک بازه زمانی زمانی که کوره روشن و خاموش می شود انجام می دهد.

همانطور که می بینید، دما دقیقاً در نقطه تنظیم 70 درجه فارنهایت نگه داشته نمی شود، بلکه چرخه های بالاتر و پایین تر از نقطه تنظیم است.

نوسانات دمای خانه
کنترل ON/OFF ممکن است برای خانه شما مناسب باشد، اما برای فرآیندهای صنعتی یا کنترل حرکت مناسب نیست.

یک نمونه صنعتی
بیایید به مثالی از کنترل سطح مخزن برای توضیح دلیل آن نگاه کنیم. هنگامی که پمپ آن را تخلیه می کند، شیر مخزن را پر می کند. اگر شیر با کنترل ON/OFF کار کند، آب در حدود 50% نقطه تنظیم نوسان می کند.

کنترل PID - شیر مخزن
برای هدف ما، فرض کنید نوسان ± 10٪ است. در اکثر کاربردهای صنعتی، این نوسان در اطراف نقطه تنظیم قابل قبول نیست.

خوب، خوب، اگر بتوان دریچه گاز را دریچه گاز گرفت و آن را در هر موقعیتی بین ON و OFF قرار داد چه؟

کنترل کننده PID
اکنون می‌توانیم در مورد کنترل‌کننده PID صحبت کنیم. P مخفف Proportional، I مخفف Integral و D مخفف مشتق است.

از آنجایی که هر فرآیند به طور متفاوتی پاسخ می دهد، کنترل کننده PID تعیین می کند که چقدر و با چه سرعتی تصحیح با استفاده از مقادیر مختلف عملکرد متناسب، انتگرال و مشتق اعمال شود.

هر بلوک یک سیگنال منحصر به فرد را ارائه می دهد که برای ایجاد سیگنال خروجی کنترلر به یکدیگر اضافه می شود.

کنترل کننده PID
حلقه کنترل بازخورد
بیایید ببینیم که چگونه یک کنترلر PID در یک حلقه کنترل بازخورد قرار می گیرد. کنترلر مسئول اطمینان از این است که فرآیند بدون توجه به اختلالات مختلف تا حد امکان به مقدار مورد نظر نزدیک می شود.

کنترل کننده سیگنال متغیر فرآیند فرستنده (PV) و نقطه تنظیم را مقایسه می کند.

بر اساس آن مقایسه، کنترل کننده یک سیگنال خروجی برای کار با عنصر کنترل نهایی تولید می کند. این خروجی کنترلر PID قادر است عنصر کنترل نهایی را در کل محدوده 100٪ خود کار کند.

حلقه کنترل بازخورد
بلوک منطقی کنترل کننده PID
اکثر کنترل‌کننده‌های PID مدرن بخشی از یک PLC یا DCS هستند و در منطق کنترل برنامه با استفاده از دستورات بلوک ایجاد می‌شوند.

بلوک منطقی کنترل کننده PID
کنترل کننده PID مستقل
قبل از ظهور PLC ها، یک کنترل کننده PID یک دستگاه مستقل بود که مسئول کنترل یک حلقه بود.

کنترل کننده PID مستقل
پارامترهای کنترل کننده PID
یک اتاق کنترل دارای ده ها یا صدها کنترلر مستقل است که روی یک پانل نصب شده اند.

هنوز بسیاری از کنترلرهای PID مستقل در حال تولید و استفاده هستند.

خوب، بیایید برگردیم و در مورد کارهایی که هر یک از اجزای P، I و D کنترلر PID انجام می دهند صحبت کنیم.

به یاد داشته باشید که قبلاً گفتیم که کنترل کننده PID مسئول اطمینان از این است که فرآیند بدون توجه به اختلالات مختلف تا حد امکان به نقطه تنظیم نزدیک می شود.

بیایید به تفاوت بین Process Variable و Setpoint به عنوان سیگنال خطا اشاره کنیم.

سیگنال خطای PID
1) بلوک متناسب
بلوک متناسب یک سیگنال خروجی متناسب با بزرگی سیگنال خطا ایجاد می کند.

بلوک متناسب PID و سیگنال خطا
متأسفانه، هرچه به نقطه تنظیم نزدیک‌تر می‌شوید، فشار آن کمتر می‌شود. در نهایت، فرآیند فقط به طور مداوم نزدیک به نقطه تنظیم اجرا می شود، اما کاملاً در آنجا نیست.

بلوک متناسب PID
این زمانی است که Integral وارد می شود.

2) بلوک انتگرال
بلوک انتگرال یک خروجی متناسب با مدت زمان و بزرگی سیگنال خطا ایجاد می کند.

هر چه خطا طولانی تر و مقدار بیشتر باشد، خروجی انتگرال بزرگتر است.

بلوک انتگرال PID و سیگنال خطا
تا زمانی که یک خطا وجود داشته باشد، اقدام Integral ادامه خواهد داشت.

بلوک انتگرال PID
3) بلوک مشتق
بلوک مشتق یک سیگنال خروجی متناسب با نرخ تغییر سیگنال خطا ایجاد می کند.

هر چه خطا سریعتر تغییر کند، خروجی مشتق بزرگتر است.

بلوک مشتق PID و سیگنال خطا
کنترل مشتق به آینده نگاه می کند تا ببیند خطا در آینده چیست و بر این اساس به خروجی کنترل کننده کمک می کند. این ما را به اصطلاحی به نام Controller Tuning می رساند.

بلوک مشتق PID
تنظیم کنترلر
قبلاً گفتیم که هر فرآیند متفاوت پاسخ می دهد و PID c

کنترلر تعیین می کند که چقدر و با چه سرعتی تصحیح با تنظیم عملکرد متناسب، انتگرال و مشتق اعمال می شود.

تنظیم کنترلر شامل تنظیم صحیح مقادیر P، I و D کنترل کننده برای الزامات فرآیند خاص است. جالب اینجاست که تنظیمات صحیحی که توسط Controller Tuning به دست می‌آید به دلیل نیازهای خاص می‌تواند بین فرآیندها بسیار متفاوت باشد.

تنظیم کنترلر
به عنوان مثال، پس از تنظیم کنترلر، یک برآمدگی نقطه تنظیم یک درصد در کنترل سطح مخزن، یک واکنش میرایی موج چهارم ایجاد می کند.

این نوع پاسخ ممکن است در یک فرآیند در سطح تانک مناسب باشد اما در یک فرآیند کنترل حرکت می تواند فاجعه آمیز باشد.

تنظیم کنترل کننده سطح مخزن
روش های تنظیم کنترلر
روش های دستی زیادی برای تنظیم یک کنترلر وجود دارد که شامل مشاهده پاسخ فرآیند پس از اعمال تغییرات تنظیم کننده کنترلر می شود.

یک روش شامل افزایش مقدار تغییر نقطه تنظیم و تکرار این روش تا زمانی است که فرآیند وارد حالت نوسان حالت پایدار شود.

روش های تنظیم کنترلر
این روش تنظیم نتایج کافی را ایجاد می کند اما اغلب در بسیاری از کاربردها غیر عملی است. site برای مثال، وادار کردن سطح سیال در یک مخزن بزرگ برای رسیدن به نوسان حالت پایدار چقدر عملی است؟

اکثر کنترلرهای فرآیند، PLC و کنترلرهای حلقه DCS که امروزه فروخته می شوند دارای قابلیت تنظیم خودکار هستند.

کنترل کننده PID می آموزد که چگونه فرآیند به تغییر در نقطه تنظیم پاسخ می دهد و تنظیمات PID را پیشنهاد می کند.

روش تنظیم خودکار کنترلر
صرف نظر از اینکه پارامترهای اولیه PID از روش‌های تنظیم دستی یا خودکار مشتق شده‌اند، معمولاً متخصصان اتوماسیون باتجربه به تنظیمات اضافی برای دریافت پاسخ مورد نیاز نیاز دارند.

روش دستی تنظیم کنترلر
اگر می خواهید درباره کنترل PID اطلاعات بیشتری کسب کنید، بهتر است دو مقاله دیگر ما را مرور کنید:

- پارامترهای تنظیم PID چیست؟

– تنظیم PID | نحوه تنظیم یک کنترلر PID

خلاصه
خوب، بیایید مرور کنیم:

– یک کنترلر ON/OFF یا Bang-Bang تنها دو حالت خروجی دارد و به طور ناگهانی بین این دو حالت سوئیچ می کند.

– در یک کنترلر PID، P مخفف Proportional، I مخفف Integral و D مخفف مشتق است.

کنترل کننده PID مسئول اطمینان از این است که فرآیند بدون توجه به اختلالات مختلف تا حد ممکن به مقدار مورد نظر نزدیک می شود.

- کنترل کننده PID تعیین می کند که چقدر و با چه سرعتی تصحیح با استفاده از مقادیر مختلف عملکرد P، I و D اعمال می شود.

- بلوک متناسب سیگنال خروجی متناسب با بزرگی سیگنال خطا ایجاد می کند.

- بلوک انتگرال یک خروجی متناسب با مدت و بزرگی سیگنال خطا ایجاد می کند.

– بلوک مشتق یک سیگنال خروجی متناسب با نرخ تغییر سیگنال خطا ایجاد می کند.

- تنظیم کنترلر شامل تنظیم صحیح مقادیر P، I و D کنترلر برای الزامات فرآیند خاص به صورت دستی یا خودکار است.

اگر در مورد PID Controller یا PID Tuning سؤالی دارید، آن را در نظرات زیر اضافه کنید و ما در کمتر از 24 ساعت با شما تماس خواهیم گرفت.

دوست، مشتری یا همکار دارید که بتواند از برخی از این اطلاعات استفاده کند؟ لطفا این مقاله را به اشتراک بگذارید.