Điều khiển nhiệt độ áp suất thông qua PID như thế nào ?

Pid controller là gì ? Bộ điều khiển PID là gì ? Tìm hiểu về thuật toán PID !

Thuật toán pid điều khiển nhiệt độ hoặc áp suất là một trong những ý tưởng cực kỳ độc đáo của các nhà nghiên cứu công nghiệp. Một phần không thể thiếu trong các hệ thống sản xuất như lò hơi; khí nén…..

Hôm nay; sẽ giới thiệu đến anh em yêu nghề chi tiết về loại thiết bị điều khiển tuyến tính chuyên dành cho các loại van để anh em mua sử dụng hoặc thực hiện các bài tập yêu cầu thiết kế mô hình điều khiển pid 4-20ma hoàn chỉnh do nhà trường đề ra…..

Và để giải thích Pid controller là gì thì anh em hãy tìm hiểu thêm:

Thuật toán PID là gì

PID là một dạng đạo hàm phân tích sử dụng các thuật toán điều khiển có sức lan rộng trong ngành công nghiệp hiện nay

Thuật toán PID thể hiện rõ trên 3 hệ thông số cơ bản: Đạo hàm + Tỷ lệ tuyến tính + Hệ thống tích phân để tạo nên một dạng thuật toán hoàn chỉnh có ý nghĩa rất quan trọng

Pid controller là gì

Từ suy nghĩ đơn giản tạo nên một thiết bị đọc hiểu các tín hiệu đầu vào từ dòng cảm biến nhiệt độ – áp suất.

Sau đó; kết hợp với 3 hệ số cơ bản trên tính toán mức tuyến tính đầu ra theo một tỷ lệ khép kín nhất định để điều khiển con van đóng mở tuyến tính theo tỷ lệ đưa ra

Còn nói một cách đơn giản thì Pid controller hay còn gọi bộ điều khiển PID là một dạng thiết bị chuyên dụng trong các hệ thống sản xuất. Tiếp nhận các tín hiệu đầu vào từ việc đo áp suất hoặc nhiệt độ điều khiển theo tuyến tính đầu ra dạng 4-20ma giúp các con van đóng mở theo ý muốn

Ứng dụng của bộ điều khiển PID ( Pid controller )

Anh em thường nghe: Bộ điều khiển nhiệt độ pid – Bộ điều khiển áp suất PID – Điều khiển lưu lượng PID…. Điều này có nghĩa:

Điều khiển pid đóng vai trò là một con thiết bị được sinh ra để hiệu chỉnh và kiểm soát nhiệt độ nước nóng; lưu lượng nước chảy qua đường ống; áp suất và tốc độ dòng chảy……Thông qua đó truyền tín hiệu PID 4-20mA về con van để đóng mở tuyến tính một cách tuần hoàn theo chu kỳ khép kín

Anh em có thể tham khảo thực tế một con điều khiển PID đa năng chuyên dụng phổ biến tại nhiều nhà máy hiện nay tại: Điều khiển PID ATR244-12ABC

Điểm nổi bật của các loại đồng hồ điều khiển PID chính là sự kết hợp hiển thị kỹ thuật số. Có nghĩa là ngoài việc điều khiển pid; thì bộ này còn được thiết kế màn hình LED dùng để hiển thị các thông số nhiệt độ áp suất đo được từ các hệ thống

Nguyên lý điều khiển PID Controller là gì

Nguyên lý vận hành các bộ điều khiển PID hầu hết đều có điểm chung gần như giống nhau. Mặc dù về thiết kế + cấu tạo kiểu dáng các đầu đọc này có sự khác biệt

Đối với quy trình điều khiển pid sẽ trải qua các giai đoạn:

Tiếp nhận > Phân tích > Phản hồi kết quả

Tiếp nhận ở đây là cấp input đầu vào từ các thiết bị đo. Ví dụ cảm biến nhiệt độ 0-1000 oC tương ứng với đầu ra 4-20ma. Người ta thường gọi đây là loại đầu dò nhiệt độ 4-20ma

Thì khi dòng 4-20ma tuyến tính từ cảm biến đo được và phản hồi lại thì đầu đọc PID có nhiệm vụ tiếp nhận

Phần phân tích là phần sử dụng các thiết kế mô hình đạo hàm tích phân có sẵn trong đầu đọc một cách nhanh chóng để truyền về bộ phận phản hồi

Bộ phận phản hồi cho thẳng kết quả tuyến tính dòng 4-20ma output ra đóng mở van tuyến tính

Lưu ý: Việc đóng mở các con van với tốc độ nhanh chậm đề tuỳ thuộc vào chúng ta trong quá trình cài đặt chúng

Ví dụ điều khiển áp suất pid Controller là gì

Quá trình điều khiển áp suất khí nén trên đường ống nhằm tác động vào con van đóng mở áp tỏng các trường hợp thiếu áp suất hoặc quá áp cực kỳ đơn giản

Anh em lắp đặt chỉ cần:

• Một con cảm biến áp suất tín hiệu ra 4-20ma
• Một đầu đọc pid nhận được tín hiệu 4-10ma để điều khiển
• Kết hợp con van khí tuyến tính đóng mở tín hiệu 4-20ma

Trường hợp này ví dụ cảm biến áp suất 0-10 bar người dùng yêu cầu luôn giữ ở mức khi đường ống với áp lực 5bar chẳng hạn

Lúc này; chúng ta cài giá trị set point bao gồm 2 giá trị SV và PV ở mưc cho phép 5 bar = 5000 mbar

Lúc này cứ ở mức  4998 mbar và 5002 mbar sẽ xảy ra hiện tượng đóng mở van dạng On – Off một cách liên tục

Các phương pháp điều khiển PID Controller là gì

Đối với các phương pháp sử dụng chuyên dùng để xác định các tham số của bộ điều khiển PID bằng định luật Ziegler-Nichols; Matlab bap gồm các tham số P, PI, PID…..

Về vấn đề điều khiển pid trong công nghiệp chúng ta có 2 phương pháp điều khiển chính

• Điều khiển PID trực tiếp bằng tay
• Điều khiển PID bằng đầu đọc analog

Điều khiển pid trực tiếp bằng tay

Là một phương pháp truyền thống khi mà các bộ điều khiển pid dạng điện ra đời

Phương pháp này cần một con van cơ sơ cấp với người công nhân làm việc như hình

Nhược điểm của pid điều khiển mức nước bằng tay là không thể hiện được mức nước chứa trong bồn. Người công nhân chỉ áng chừng bao nhiêu phần của bồn theo kinh nghiệm dự đoán

Nguyên lý pid điều khiển bằng tay:

Nước trong đường ống được bơm vào bồn nếu nước gần đầy người công nhân sẽ vặn tay cầm để mở rộng đường ống khoá phía dưới để dòng chảy mạnh hơn tránh nước đầy vượt bồn

Nước trong bồn gần cạn thì người công nhân sẽ khoá van tay đường ống nhỏ lại để bồn đầy dần

Thuật toán PID điều khiển nhiệt độ 

Đối với phương pháp này; anh em gắn con cảm biến áp lực hoặc con cảm biến nhiệt độ dưới đáy bồn nước và nó sẽ quy đổi áp lực nước ra dòng điện 4-20mA truyền về con đồng hồ điều khiển tuyến tính PID đã được setting từ trước đó

Dựa vào độ tuyến tính 4-20ma chúng ta có thể cài đặt đầu output điều khiển lượng nước trong bồn một cách liên tục theo chu kỳ nhất định

Ưu điểm việc điều khiển pid bằng điện cực kỳ tiện lợi ở chỗ nó có thể hiển thị mức nước trong bồn một cách chính xác theo đơn vị lit hoặc ml. Đối với giám sát nhiệt thì hiển thị nhiệt độ thực tế tại điểm đo

Điều khiển PID trong biến tần INVT

Đó chỉ là thuật ngữ công nghiệp chứ còn thực tế mà nói lấy tín hiệu từ biến tần thông qua đồng hồ PID điều khiển con van

Ví dụ:

Bài toán đặt ra cần điều khiển nhiệt độ khí trên một đường ống hơi có dải nhiệt 0-150 oC. Khách có biến tần + Cảm biến nhiệt độ và một con van đóng mở khí

Lúc này con cảm biến có chức năng giám sát nhiệt độ và xuất ra dòng 4-20ma tương ứng đưa về biến tần

Biến tần có chức năng giám sát và điều khiển áp suất đồng thời xuất 1 tín hiệu 4-20ma đưa về PID Controller nhằm mục đích đóng mở con van nhằm điều khiển mức hơi gas chảy vào

Việc tăng lượng hơi gas vào bồn giúp tăng nhiệt độ từ đó thay đổi áp suất đầu ra

Đối với thuật toán điều khiển pid liên quan đến plc mitsubishi gần như có cùng một nguyên lý. Quan trọng anh em phải rành về thiết bị lập trình plc để thiết lập các thông số giám sát điều khiển

Ở bài sau sẽ chia sẻ chi tiết đến bạn đọc cách cài đặt PID cho biến tần INVT – Schneider – ATV340 – Mitsubishi

Các bộ điều khiển pid thông dụng

Giới thiệu đến bạn đọc các bộ điều khiển PID Controller của hãng Pixsys. Một trong các hãng châu âu có thiết kế nhỏ gọn đa dạng về nhiều chức năng khác nhau

Đọc và điều khiển nhiệt độ – Áp suất ATR121-B

ATR121-B là một dòng mặc dù không phải dạng điều khiển điều khiển PID thông dụng. Tuy nhiên; nó là một bộ đọc đa năng chuyên về xử lý các tín hiệu:

• Cảm biến pt100, pt5000, pt1000, NTC dao động 10K
• Analog từ nhiệt độ áp suất 0-20mA, 4-20ma, 0-10V, 0-40mV
• Thậm chí đọc được cả biến trở 6KΩ, 150KΩ

Điểm nhấn mạnh ở đây là đầu ra output 2 relay cũng mang tính chất điều khiển đóng mở áp suất hoặc nhiệt độ một cách trực tiếp để tránh tình trạng quá áp – quá nhiệt hoặc hụt áp – giảm nhiệt

Mục đích cuối cùng của dạng điều khiển relay và điều khiển pid chính là lúc nào cũng giữ cho lượng nhiệt độ hoặc áp suất luôn trong trạng thái ổn định theo yêu cầu sản xuất

Điều khiển PID dạng SSR ATR144-ABC

ATR144-ABC của pixsys là một con có cấu hình gần như tương tự dòng atr121. Tuy nhiên; mức độ đa dạng của con này là hiển thị được 4 số giúp độ phân giải pháp suất – mức nước chuẩn hơn

Ngoài ra; atr144-abc của pixsys có khả năng nhận và điều khiển tín hiệu thông qua PID SSR hay còn gọi là con relay bán dẫn

Có nghĩa là thuật toán điều khiển pid đối với con pt100 nhiệt độ như sau:

Tín hiệu điện trở từ con cảm biến nhiệt đô được sẽ truyền thẳng tới bộ điều khiển pixsys atr144

Sau đó; con đồng hồ điều khiển nhiệt sẽ xuất tín hiệu PID dạng SSR dạng pnp đóng ngắt on/off ta đấu về một con relay bán dẫn như hình để gia tăng công suất giúp quá trình gia nhiệt thuận lợi đáp ứng bài toán sản xuất

Điều khiển PID 4-20mA ATR244-12ABC

Hệ thống điều khiển PID tuyến tính theo 4-20ma chỉ có con ATR244 dùng rất ok

Điểm đặc biệt của việc sử dụng tín hiệu 4-20ma dạng pid trong hệ thống điều khiển không chỉ dùng cho nhiệt độ – áp suất mà đối với đo mức nước hoặc đo lưu lượng nước…..Chúng ta đều áp dụng được cả

Nói nôm na đơn giản là đối với những thiết bị đo lường trong công nghiệp output tín hiệu analog 4-20ma; thì đều áp dụng được phương pháp điều khiển dạng PID4-20ma tuyến tính này

Nhiều anh em thắc mắc:

Tín hiệu 4-20ma xuất ra từ các thiết bị đo và tín hiệu 4-20ma xuất ra sau khi được đồng hồ PID tiếp nhận

Chúng đều là dòng analog 4-20ma đâu có gì khác nhau ?

Thực tế khác xa hoàn toàn anh em nhé ! Còn khác như nào chỉ có anh em nào đã dùng mới hiểu được bản chất của nó. Chứ phân tích 4-20ma PID trên này nhiều anh em không rõ lại hoang mang :))))

Một điểm đặc biệt từ bộ đồng hồ PID atr244 của hãng pixsys:

Chúng ta có thể cài đặt các thông số bằng điện thoại thông qua phần mềm hãng

Bên cạnh đó; chỉ cần cài đặt 1 bộ sau đó tự động các bộ còn lại có thể tiếp nhận được thông số cài đặt pid một cách nhanh chóng. Thay vì phải mất thời gian cài đặt từng bộ

Tại sao dùng bộ điều khiển PID Controller

Thiết bị output 2 tín hiệu relay đóng ngắt kết hợp con relay trung gian cũng điều khiển con van được vậy.

Nhưng tại sao vẫn cứ phải dùng PID 4-20mA trong ngành điều khiển ?

Thực tế; sử dụng đầu đọc tín hiệu relay điều khiển van nó khá phổ biến và thông dụng trong các hệ thống sản xuất. Nhưng xét về độ chính xác thì không thằng nào lại bộ pid trừ khi anh em lập trình điều khiển PID bằng PLC

Chính vì điều đó; với các hệ thống lớn chả bao giờ người ta đấu nối trực tiếp con can nhiệt pt100 vào bộ điều khiển PID. Mà họ sử dụng một con transmitter để chuyển đổi pt100 ra 4-20ma. Sau đó; sử dụng 4-20ma này đưa vào đồng hồ điều khiển pid để output ra dòng PID 4-20ma với tốc độ phản hồi điều khiển nhanh nhất  + Chuẩn xác nhất

Báo giá bộ điều khiển PID ( PID Controller )

Anh em cần thông tin hỗ trợ về các phương pháp điều khiển pid trong công nghiệp; yêu cầu báo giá nhanh hoặc gửi bản PDF catalog để tham khảo bộ điều khiển dạng pid để sử dụng cho các dự án nhà máy

Hoặc cần các thiết bị cùng bộ liên quan đến áp suất – Nhiệt độ – Lưu lượng…. có thể liên hệ tại:

HUNG PHAT AUTOMATION TECHNOLOGY CO.,LTD

Trưởng Phòng Kinh Doanh

Kỹ Sư Cơ Điện

0931 429 989  –  0972 56 05 06 – Mr. Thành

Mail: thanh.nguyen@huphaco.vn

Địa chỉ: Rosita Khang Điền; Phường Phú Hữu, Q9, TP.HCM