کنترلر PID چیست؟ کاربردهای صنعتی

امروز می‌خواهیم در مورد PIDها صحبت کنیم. اینکه اصلا PID چیست و چه زمانی در فرآیند اتوماسیون و PLCها از آنها استفاده می‌شود.

بسیار خب، از اینجا شروع کنیم که کنترلر PID چیست؟

PID مخفف سه کلمه‌ی Proportional ،Integral ،Derivative است، به معنای تناسبی – انتگرال – مشتق‌گیر. هر جا که قرار باشد متغیری را ثابت نگه‌ دارند، مثلا دما را، از این کنترلر استفاده می‌کنند.

اساسا طرز کار PID کنترلرها به این صورت است که از یک فیدبک حلقه‌ی کنترلی استفاده می‌کنند تا اطمینان حاصل کنند خروجی دقیقا در همان مقداری ثابت شده که مد نظر بوده است.

به عبارت ساده‌تر اگر بخواهیم بگوییم، فقط کافیست تا تنظیمات اولیه‌ و ساده‌ی مدار را به خوبی انجام دهید، و پس از آن خود مدار بر اساس فیدبک‌هایی که از یک سری ورودی‌هایش می‌‌گیرد، خروجی را در مقدار دلخواه ثابت نگه می‌دارد. این داده‌های ورودی‌ معمولا به کمک تعدادی سنسور جمع‌آوری می‌شوند.

یکی از PID کنترلرهایی که احتمالا خیلی از ما در زندگی روزمره خود با آن سروکار داریم، سیستم کروز کنترل خودروهایمان است و طرز کار آن به این شکل است که ابتدا سرعت را به سرعت دلخواه خود می‌رسانیم و سپس کروز کنترل را فعال می‌کنیم. این سیستم با ارسال یک سری سیگنال کنترلی به محفظه‌ی احتراق و سایر قسمت‌های لازم، کاری می‌کند که سرعت در همان سطح تنظیم شده و ثابت بماند.

در خودروی شما یک سنسور سرعت‌سنج وجود دارد که در یک فیدبک حلقه بسته به سیستم کروز اطلاع می‌دهد که در هر لحظه‌ای آیا سرعت ماشین باید افزایش یابد یا کاهش و بر همین اساس چه مقدار سوخت باید از محفظه احتراق تامین شود و …

یکی دیگر از انواع متداول کنترلرهای PID که در خطوط تولیدی و صنعتی کاربردهای فراوانی دارند؛ PIDهای کنترل دما هستند.

نصب و استفاده از این نوع PIDها به راحتی آب خوردن و در عین حال کاری که برای ما انجام می‌دهند بسیار ارزشمند است. با استفاده از این کنترلرهای دما می‌توان دمای فرآیندها و تجهیزات مختلفی را کنترل نمود.

به عنوان مثال، PID کنترلری را در نظر بگیریم که دمای قسمت‌های لوله‌کشی را در یک فرآیند به عهده دارد. از طریق این لوله‌ها ردیابی گرما انجام می‌شود و با کمک این کنترلر دمای آنها اندازه‌گیری شده و ثابت نگه داشته می‌شود.

در وهله‌ی اول، باید دمای مد نظر را تعیین کنیم. مثلا می‌خواهیم در 200 درجه‌ی فارنهایت ثابت شود. سپس کنترلر را فعال می‌کنیم. کنترلر شروع می‌کند به ارسال سیگنال‌های برای خروجی تا پروسه‌ی گرم شدن لوله‌های ردیابی گرما آغاز شود. در همین حین، حلقه‌ی فیدبک نیز فعال است و مثلا با استفاده از یک ترموکوپل، دما را در هر لحظه می‌خواند و به کنترلر اطلاع می‌دهد تا زمانی که به همان 200 درجه برسد. در این نقطه کنترلر پروسه گرم شدن را به گونه‌ای تنظیم می‌کند که دما دیگر نه کاهش یابد و نه افزایش.

PID کنترلر ما در این مثال در واقع مشابه یک ON/OFF کنترلر عمل می‌کند.

اما ممکن است بپرسید تنظیم دما در نقطه‌ی نهایی چگونه اتفاق می‌افتد؟ بگذارید قدری جزئی‌تر توضیح دهیم، ما به جز تنظیم نقطه‌ی 200 درجه در کنترلر، دو یا چند نقطه‌ی دمایی دیگر را نیز در حول و حوش آن تعیین کرده و به کنترلر می‌دهیم. مثلا 202 درجه و 198 درجه، و سپس  برنامه‌ی کنترلر را چنین می‌نویسیم که زمانی که دما به 202 درجه رسید سیستم گرمایش را خاموش کن و زمانی که به 198 درجه رسید آن را روشن کن.

این ساختار، یکی از ساده‌ترین انواع PID کنترلرهاست.

یکی دیگر از کاربردها و در واقع قابلیت‌های کنترلرهای PID، استفاده از آنها در PLCهاست. به این ترتیب که به جای آنکه آنها را به عنوان یک واحد مستقل استفاده کنیم، آنها را به عنوان جزئی از PLC به کار ببریم و ورودی‌ها و خروجی‌های آنها را از داده‌های سنسورهای PLC تامین کنیم.

قسمت حلقه‌ی فیدبک نیز به ورودی‌های PLC متصل می‌شود تا با کمک دستورات برنامه‌نویسی، از آنجا به PID انتقال یابد. به همین شکل متغییر کنترل شده توسط PID نیز به خروجی PLC متصل می‌شود.

PID استفاده شده درون یک PLC، می‌تواند تمام بار محاسباتی و تصمیم‌گیری را بر مبنای مقادیر ثابت تعیین شده برای انواع متغیر به عهده بگیرد.

بنابراین فارغ از اینکه ریز جزئیات یک سیستم PID چه باشد و اینکه چگونه آن را به کار بگیرید، این کنترلرها، با اطمینان بهترین روش کنترلی در فرآیندهای اتوماسیون هستند.

به عنوان یک جمع‌بندی مختصر؛ گفتیم که کنترلر PID، یا به تعبیر دیگر کنترلر تناسبی – انتگرالی – مشتق‌گیر، می‌تواند فرآیند اندازه‌گیری و کنترل مقادیری چون دما، فشار، شدت جریان و .. را اتومات کند. این کنترلرها برای اینکه بتوانند تصمیم بگیرند که خروجی در هر لحظه در چه نقطه‌ای باید قرار بگیرد، از یک کنترل حلقه بسته با استفاده از فیدبک بهره می‌گیرند و این فیدبک‌ها معمولا به وسیله‌ی سنسورها و یا سایر ابزارهای سنجشی تامین می‌شوند.

هم‌چنین گفتیم که PIDها به شکل‌های مختلفی استفاده می‌شوند. می‌توان آنها را به عنوان یک واحد مستقل و جداگانه استفاده کرد و یا در PLCها.

زمانی که در ساختمان PLCها از آنها استفاده می‌کنیم، ورودی‌ها و خروجی‌های PLC را به PID نیز می‌دهیم و با کمک کدهای نرم‌افزای متناسب، پارامترهای مورد نیاز را تحت کنترل می‌گیریم.

• منبع: ترجمه از سایت realpars.com

امیدواریم که پس از خواندن این آموزش، درک صحیحی از ماهیت و نحوه‌ی کار کنترلرهای PID پیدا کرده ‌باشید.

اگر این نوشته‌ برایتان مفید بود لطفا کامنت بنویسید.