Bộ điều khiển PID, khái niệm, phân loại và ứng dụng

PID là một khái niệm quan trọng trong điều khiển tự động, tự động hóa. Hiện nay chúng được sử dụng khá nhiều trong các ứng dụng công nghiệp. Bài viết này Long Phú cùng các bạn tìm hiểu về PID, Bộ điều khiển PID với các thông tin về khái niệm, nguyên lý, phân loại và ứng dụng nhé!

PID đầy đủ là Proportional Integral Derivative. Đây là một cơ chế phản hồi vòng điều khiển trong các hệ thống điều khiển công nghiệp được sử dụng rộng rãi. Bộ điều khiển này được đưa vào sử dụng nhiều nhất trong các hệ thống điều khiển vòng kín hay các hệ thống có tín hiệu phản hồi.

Bộ điều khiển PID giúp các máy công nghệ tính toán ra các giá trị sai số là hiệu số giữa các giá trị đo thông số về biển đối và giá trị đặt theo mong muốn của người thiết kế, người dùng. Thông qua các điều chỉnh giá trị điều khiển đầu mà mà nhờ đó hệ thống điều khiển khi thực hiện sẽ giảm được tối đa những sai số, cho hoạt động chính xác hơn và đạt hiệu quả cao hơn.

• P: là phương pháp điều chỉnh tỉ lệ, tạo ra tín hiệu điều chỉnh tỉ lệ với sai lệch đầu vào theo thời gian lấy mẫu.
• I: là tích phân của sai lệch theo thời gian lấy mẫu. Điều khiển tích phân là phương pháp điều chỉnh để tạo ra các tín hiệu điều chỉnh sao cho độ sai lệch giảm về 0. Từ đó cho biết tổng sai số tức thời theo thời gian hay sai số tích lũy trong quá khứ. Khi thời gian càng nhỏ thể hiện tác động điều chỉnh tích phân càng mạnh, tương ứng độ lệch càng nhỏ.
• D: là vi phân của sai lệch. Điều khiển vi phân tạo ra tín hiệu điều chỉnh sao cho tỉ lệ với tốc độ thay đổi sai lệch đầu vào. Thời gian càng lớn thì phạm vi điều chỉnh vi phân càng mạnh, tương ứng với bộ điều chỉnh đáp ứng với thay đổi đầu vào càng nhanh.

Mục tiêu sử dụng bộ điều khiển PID

PID được coi là là bộ điều khiển lý tưởng của các hệ thống điều khiển quy trình hiện đại. Nó được sử dụng hầu hết trong các ứng dụng điều khiển quá trình tự động trong công nghiệp.

• Để điều chỉnh lưu lượng, nhiệt độ, áp suất,…
• Giảm sai số xác lập đến mức tối thiểu nhất
• Hạn chế độ dao động
• Giảm thời gian xác lập và độ vọt lố.

Các loại bộ điều khiển PID

Bộ điều khiển này có thể phân thành các loại:

• PI hay có tên gọi đầy đủ là Proportional and Integral Controller là bộ điều khiển tỉ lệ, tích phân.
• P là Proportional Controller, bộ điều khiển tỉ lệ.
• PID chính là viết tắt của Proportional, Integral, and Derivative (PID) Controller. Nó là bộ điều khiển tỉ lệ, tích phân, đạo hàm.
• PD là Proportional and Derivative Controller là bộ điều khiển đạo hàm.

Nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển PID

Hệ thống điều khiển PID tự động bao gồm: 

• Thiết bị điều khiển và cài đặt (PLC, HMI).
• Cơ cấu chấp hành (thiết bị gia nhiệt).
• Thiết bị hồi tiếp (cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất).

Vì sao cần điều khiển PID?

Ta sẽ trả lời câu hỏi thông qua việc tìm hiểu quá trình kiểm soát nhiệt độ nước xả ra từ lò sưởi đốt gas công nghiệp.

Với phương pháp thủ công người vận hành phải xem đồng hồ đo nhiệt, điều chỉnh van thì mới kiểm soát nhiệt độ cho nước xả. Nếu nhiệt độ tăng cao thì phải vặn giảm góc mở van gas. Nếu nhiệt độ giảm không đủ mức yêu cầu thì tăng góc mở của van.

Điều khiển này gọi là điều khiển phản hồi vì thay đổi tốc độ đốt thông qua phản hồi từ đồng hồ đo nhiệt. Sự thay đổi van gas đều ảnh hưởng đến nhiệt độ. Kết quả được đưa về cho người vận hành thông qua đồng hồ và nó là 1 vòng lặp lại tuần hoàn.

Ngày nay dùng bộ PID để kiểm soát nhiệt độ dễ dàng hơn. Hệ thống có thể dùng thiết bị đo nhiệt độ điện tử, sử dụng van điều khiển điện kết hợp với bộ điều khiển, thiết lập cũng như kết nối với thiết bị đo nhiệt và van.

Các kỹ sư sẽ thiết lập tham số trong độ điều khiển ở nhiệt mong muốn. Vị trí lắp sao cho đầu ra của bộ là nơi van điều khiển đặt. Từ cảm biến nhiệt, tín hiệu nhiệt độ đo được truyền đến bộ PID. Thiết bị sẽ so sánh giá trị nhiệt độ nhận từ cảm biến với giá trị nhiệt độ điểm đặt ban đầu. Nó tính toán sai số, chênh lệch và dựa trên kết quả vừa tính ra để xác định đầu ra, góc mở van giúp nhiệt độ luôn nằm trong giá trị cho phép tại điểm đặt. Khi nhiệt tăng thì bộ điều khiển sẽ giảm góc mở van và khi nhiệt thấp thì bộ điều khiển sẽ tăng góc mở van.

Ứng dụng của bộ điều khiển PID

Hiện nay PID được ứng dụng trong nhiều ngành nghề khác nhau.

• Nó có thể được dùng để giảm các sai số, hạn chế sự dao động hay là giảm thời gian gian xác lập và độ vọt lố…
• Sử dụng để điều khiển mực nước: bộ điều khiển được tự động hóa nhờ vào các thiết bị điện tử như cảm biến, van điều khiển…
• Điều khiển biến tần: Các thiết bị điện tử kết hợp ở đây gồm có: van điều khiển lưu lượng, cảm biến nhiệt độ, biến tần điều khiển….
• Kiểm soát lưu lượng khí qua đường ống
• Điều khiển PID trong PLC: Ở trong PLC thường sẽ được thiết kế sẵn các hàm dùng để điều chỉnh nhiệt độ, áp suất, lưu lượng….

Bài viết trên là tổng hợp các kiến thức về bộ điều khiển PID, mong rằng sẽ giúp ích cho quý khách hàng. Nếu quý khách có nhu cầu tư vấn lắp đặt trang thiết bị cơ điện, mạch điện, thang máng cáp, các sản phẩm về điện và tủ điện, động cơ điện, camera công nghiệp, vui lòng liên hệ theo thông tin bên dưới để được tư vấn nhé:

CÔNG TY TNHH THƯƠNG MẠI KỸ THUẬT LONG PHÚ

VPGD: 90/14/56 Trần văn Ơn, P. Tân Sơn Nhì, Q. Tân Phú, Tp.HCM

Xưởng Sản Xuất: 149/114 Tân Thới Nhất 17, Phường Tân Thới Nhất, Quận 12, Thành phố Hồ Chí Minh

Hotline: 090 826 9768

Email: infolp@longphutec.com

Website: https://longphutec.com/