Điều khiển công nghiệp, công nghiệp hóa dây chuyền sản xuất là xu hướng tất yếu của sản xuất công nghiệp. Yêu cầu các doanh nghiệp cần đổi mới, nâng cấp hệ thống sản xuất để nâng cao hiệu quả cũng như tính cạnh tranh. Bộ điều khiển là đầu não của hệ thống sản xuất quy mô công nghiệp.
Các nhà khoa học phát triển nhiều bộ điều khiển thông minh, có tính ứng dụng cao. PID là một trong nhiều sự lựa chọn được các doanh nghiệp sản xuất lựa chọn. Bạn đọc quan tâm, cùng Batiea tìm hiểu sâu hơn về PID là gì? Phân loại và ứng dụng của bộ điều khiển PID trong thực tế.
Bộ điều khiển PID là gì? Lịch sử và mục đích sử dụng của PID
Thuật ngữ PID được sử dụng nhiều trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp. Cùng tìm hiểu bản chất của PID là gì qua chia sẻ dưới đây.
PID là gì?
PID là bộ điều khiển vi tích phân tỷ lệ - Proportional Integral Derivative. Có thể hiểu đơn giản, bộ PID là một cơ chế phản hồi vòng điều khiển, được dùng nhiều trong điều khiển công nghiệp.
Bản chất của bộ PID là sự kết hợp của 3 bộ điều khiển: Tỷ lệ, tích phân và vi phân, với khả năng điều khiển sai số thấp nhất có thể, đẩy nhanh tốc độ đáp ứng, giảm sự dao động.
Bộ điều khiển PID đơn giản chỉ là kỹ thuật điều khiển tham gia vào quá trình xử lý về các yếu tố: Tỷ lệ, tích phân và vi phân. PID là bộ điều khiển có hồi vòng kín, ứng dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp.
Lịch sử phát triển của PID
Thiết bị PID là một trong những bộ điều khiển lâu đời, còn được sử dụng nhiều cho đến ngày nay. PID ra đời từ năm 1890, được sử dụng đầu tiên trong các thiết bị điều tốc, sau này ứng dụng trong điều khiển tàu thủy.
Sau này, PID control được phát triển hoàn thiện hơn vào năm 1911. Nhưng mãi đến năm 1922, lý thuyết về bộ điều khiển PID mới được phát triển và phát hành dưới dạng sách. Từ đó, các bộ điều khiển PID được phát triển hoàn thiện dần theo thời gian.
Mục đích sử dụng của PID là gì?
PID được sử dụng trong nhiều hệ thống sản xuất hiện đại. Cụ thể, mục đích sử dụng của bộ điều khiển PID là:
- Giảm sai số đến mức tối thiểu cho hệ thống sản xuất công nghiệp.
- Giảm thời gian xác lập và sự vọt lố.
- Giảm độ dao động của thiết bị.
PID gồm những khâu điều chỉnh nào?
Sơ đồ điều khiển của PID sẽ gồm 3 khâu, được tạo thành bởi các điều khiển, ký hiệu là MV. Với công thức tính MV được xác định cụ thể như sau:
MV (t) = P(out) + I(out) + D(out)
Trong đó:
- Khâu tỷ lệ: Độ lợi và công năng của chúng chính là thay đổi giá trị đầu ra và có tỷ lệ với sai số.
- Khâu phân tích: Tỷ lệ thuận với biên độ sai số và quãng thời gian sảy ra sai số đó.
- Khâu vi phân: Tính tốc độ thay đổi của sai số trong quá trình ta sử dụng độ dốc của sai số theo thời gian.
Phân loại bộ điều khiển PID hiện có
PID được phát triển đưới nhiều dạng khác nhau, với đặc trưng và ứng dụng riêng. Cụ thể, phân loại PID được chia thành các dang sau:
- PID điều khiển lý tưởng và tiêu chuẩn: Bộ điều khiển chuẩn tích hợp để điều khiển thuật toán của PID. Đặc điểm của dạng này là độ lợi của Kp trong khâu I(out) và D(out).
- Dạng Laplace của hệ thống điều khiển PI: Bộ điều khiển PID có dạng Laplace với 1 hàm điều khiển. Dựa trệ hệ thống để xác định vòng truyền kín dễ dàng hơn.
- Dạng PID tương hỗ và tiếp nối: Hệ thống bao gồm những hệ thống điều khiển PI và PD được nối tiếp. Cơ chế hoạt động cũng như cách vận hành PID tương hỗ đơn giản hơn nhiều.
- Dạng PID rời rạc hóa: Một số bộ control PID được gắn trên vi điều khiển MCU và FPGA. Thông thường bộ điều khiển này được yêu cầu vận hành dưới dạng chuẩn nhưng rời rạc.
Ứng dụng của bộ điều khiển PID trong thực tế như thế nào?
Bộ điều khiển PID được ứng dụng nhiều nhất trong hệ thống điều khiển công nghiệp, tự động hóa. Cụ thể, các ứng dụng của PID trong thực tế như sau:
- Ứng dụng của PID trong điều khển mức nước: Nhằm điều khiển các thiết bị điện tử, van và cảm biến giúp chúng hoạt động nhạy cảm hơn.
- Ứng dụng PID trong điều khiển biến tần: PID kết hợp với các thiết bị như bộ điều khiển lưu lượng, cảm biến nhiệt độ, điều khiển cảm biến…
- PID ứng dụng trong kiểm soát với lưu lượng nước qua đường ống.
- PID trong điều khiển tự động hóa, kết nối với PLC nhằm giúp người dùng điều khiển nhiệt độ, lưu lượng và áp suất của các lưu chất, dung dịch… Trong hệ thống sản xuất.
Hiểu được bản chất, mục đích sử dụng của PID sẽ giúp bạn sử dụng và vận hành thiết bị hiệu quả. Hy vọng những chia sẻ trên đây sẽ hữu ích, giúp bạn đọc hiểu rõ và nắm vững những thông tin liên quan về bộ điều khiển PID quan trọng này.
