[PID là gì?] Tiết lộ những thông tin cơ bản về bộ điều khiển PID

1. Giải nghĩa PID là gì?

PID được biết đến là sự kết hợp của các bộ điều khiển tỷ lệ, vi phân và tích phân. Bộ điều khiển PID này có khả năng điều chỉnh những sai số thấp nhất có thể và tăng được tốc độ đáp ứng, đồng thời giảm đi độ vọt lố và hạn chế các dao động.

Bộ PID đơn giản là một kỹ thuật điều khiển quá trình tham gia vào việc xử lý các vấn đề liên quan đến tỷ lệ, vi phân, tích phân. Điều đó có nghĩa là các tín hiệu về sai số sẽ có thể xảy ra và làm giảm đi mức độ tối thiểu nhất. Vì thực tế nó bị ảnh hưởng bởi những tác động của tỷ lệ, tích phân và được làm rõ bởi tốc độ đạt được đối với các tác động vi phân theo số liệu từ trước đó.

Điều khiển PID là một dạng điều khiển có hồi tiếp vòng kín và đang được sử dụng khá rộng rãi trong lĩnh vực điện – điện tử hiện nay như là trong hệ thống điện, tự động hóa,… Đây được nhận định là một quá trình điều khiển khá phức tạp để có thể đạt được một giá trị điều chỉnh theo mong muốn như áp suất, lưu lượng hay nhiệt độ. Với việc sử dụng bộ điều khiển PID này, chúng ta có thể tìm thấy được các bộ điều khiển độc lập như là điều khiển nhiệt độ PID hoặc là phức tạp hơn thì có thể thấy được cả các cơ sở dữ liệu của PLC, hệ thống scada,…

Kiếm việc làm

2. Mục tiêu sử dụng bộ điều khiển PID hiện nay là gì?

Hiện nay, bộ điều khiển PID được sử dụng rất nhiều và được coi là bộ điều khiển lý tưởng số 1 của các hệ thống điều khiển các quy trình hiện đại. Nó được sử dụng ở hầu hết các ứng dụng điều khiển tự động trong ngành công nghiệp với mục tiêu chính là:

- Thực hiện điều chỉnh các lưu lượng, nhiệt độ, áp suất,…

- Làm giảm bớt các sai số xác lập đến mức tối thiểu nhất có thể

- Giúp hạn chế những dao động

- Làm giảm bớt thời gian xác lập và giảm độ vọt lố

Việc làm điện - điện tử tại hồ chí minh

3. Tìm hiểu các thông tin liên quan đến PID

3.1. Các thông số tương quan giữa PI – PD – PID với bộ điều khiển PID

Khi nhắc đến bộ điều khiển PID chúng ta thường nhớ đến các thuật ngữ liên quan như là tỷ lệ, đạo hàm, tích phân. Các thông số này sẽ được sử dụng để điều chỉnh riêng cho từng mục đích điều khiển khác nhau, tùy theo nhu cầu và mục tiêu của công việc. Theo đó, chỉ cần thay đổi các thông số này cũng sẽ có tác động rất lớn đến quá trình điều khiển PID.

Trong lĩnh vực điện, điện tử hiện nay có 4 loại điều khiển chủ yếu bao gồm:

- Bộ điều khiển tỷ lệ (Proportional Controller).

- Bộ điều khiển tỷ lệ và tích phân (PI – Proportional and Integral).

- Bộ điều khiển đạo hàm (PD – Proportional and Derivative).

- Bộ điều khiển tỷ lệ, tích phân, đạo hàm (PID – Proportional, Integral and Derivative).

Hệ thống của bộ điều khiển PID hiện được thiết kế theo nguyên tắc sau:

- Thiết bị cài đặt là PLC hoặc là bộ điều khiển.

- Cơ cấu chấp hành là các thiết bị gia nhiệt hoặc là các van điều khiển.

- Thiết bị đo hồi tiếp là các thiết bị đo cảm ứng biến nhiệt độ, cảm ứng biến áp suất,…

Như vậy, một hệ thống điều khiển nhiệt độ PID sẽ bằng PLC với các thiết bị là cảm biến đo nhiệt độ, thiết bị gia nhiệt và PLC. Các hệ số PI, PD và PID sẽ được mô phỏng bằng các thuật toán điều khiển trong PLC để có thể hình dung dễ dàng hơn, đồng thời điều khiển nhiệt độ PID tốt hơn.

Đối với cách thức hoạt động của bộ điều khiển PID thì sẽ được thực hiện như sau:

- Khi lựa chọn các giá trị setpoint hay còn được gọi là các giá trị cài đặt, bộ điều khiển PID sẽ gửi đi các thông tin điều khiển đến các thiết bị cơ cấu chấp hành để kiểm tra.

- Quá trình điều khiển PID này sẽ bao gồm 1 loạt các thuật toán có yêu cầu đóng – mở liên tục cùng với thời gian nhanh, chậm phụ thuộc vào hệ thống đang hoạt động của các thiết bị.

- Theo đó, khi nhìn vào biểu đồ điều khiển nhiệt độ ở mức 200◦C thì sẽ thấy được các mức ON – OFF sẽ liên tục được đóng – mở ở nhiệt độ là 198◦C và 202◦C để có thể đảm bảo được nhiệt độ sẽ luôn được giữ ở mức 200◦C theo đúng yêu cầu đã cài đặt.

3.2. Sự khác nhau giữa điều khiển bằng tay và bộ điều khiển PID

Bộ điều khiển PID hiện đóng vai trò vô cùng quá trong lĩnh vực điện, điện tử hay một số ngành liên quan. Và để có thể đánh giá được tầm quan trọng của nó, hãy cùng timviec365.vn tìm hiểu, so sánh giữa 2 cách điều khiển PID và điều khiển truyền thống bằng tay như thế nào nhé!

Điều khiển mức nước bằng tay

Việc thực hiện điều khiển các mức nước bằng tay hay còn được gọi là cách điều khiển thủ công mang lại độ chính xác không cao. Thêm vào đó, quá trình này còn được thực hiện khá nhàm chán, tẻ nhạt. Bởi để có thể duy trì được mức nước cố định ở tank thì sẽ cần vừa xả nước vừa mở van bên dưới ra. Do đó, người công nhân sẽ mất nhiều thời gian, công sức để quan sát bằng mắt thường, từ đó tiến hành điều chỉnh đóng – mở sao cho phù hợp.

Như vậy, người điều khiển van ở đây sẽ đảm nhiệm vai trò như cơ cấu chấp hành còn mắt quan sát thì như thiết bị đo mức nước.

Điều khiển mức nước bằng PID

Còn đối với bộ điều khiển bằng PID thì khi đã có đầy đủ thiết bị điều khiển là cảm biến đo mức nước 4 – 20mA, van điều khiển nước xả tín hiệu 4 – 20mA và bộ điều khiển nhận 4 – 20mA ngõ ra PID 4 – 20mA thì sẽ thực hiện quá trình này vô cùng đơn giản. Bộ điều khiển PID có thể chạy một cách tự động mà không cần đến sự can thiệp của con người. PV sẽ là giá trị thực tế của mức nước đo được lấy từ cảm biến. Còn SV sẽ là giá trị cài đặt cần thiết mà và khi SV khác PV thì bộ điều khiển PID sẽ tự điều chỉnh rồi đưa ra các thuật toán riêng biệt, làm sao để duy trì được các mức nước trong tank chuẩn xác nhất.

3.3. Sử dụng bộ điều khiển PID trong biến tần

Biến tần được biết đến là một thiết bị phù thủy, có vai trò quan trọng trong ngành điều khiển này bởi chỉ cần có một vấn đề nào đó liên quan đến chuyển động và công suất thì biến tần sẽ gần như có thể thể giải quyết được các bài toán khó. Ví dụ tank chứa dung dịch vừa cần trộn đều các dung dịch mà vừa cần phải điều khiển được nhiệt độ tại 70◦C thì sẽ cần sự kết hợp của các thiết bị sau:

- Có van điều khiển lưu lượng

- Có cảm biến nhiệt độ

- Có biến tần điều khiển PID cho động cơ

- Có bộ điều khiển nhiệt độ PID dành cho van điều khiển

Do đó, việc có thể tăng hay giảm nhiệt độ sẽ phụ thuộc chủ yếu vào lưu lượng dung dịch đi qua van điều khiển như thế nào? Và vấn đề trộn dung dịch đều, nhanh hay chậm cũng sẽ phụ thuộc vào các hồi tiếp của biến tần. Thông qua cảm biến nhiệt độ thì chúng ta sẽ có thể dễ dàng điều khiển được tốc độ của biến tần, lưu lượng nước đi qua van điều khiển. Từ đó đảm bảo được vấn đề nhiệt độ, mức trộn đều dung dịch ở trong tank.

Tìm việc làm kỹ sư điện tử

3.4. Sử dụng bộ điều khiển PID trong PLC

Riêng đối với các hệ thống lớn có sử dụng PLC hoặc là DCS thì để điều khiển PID sẽ không cần thiết dùng đến các bộ điều khiển PID riêng lẻ. Bởi thực tế trong PLC đã có sẵn các hàm PID để có thể điều khiển nhiệt độ, lưu lượng và áp suất với các kết quả chính xác như chính bộ điều khiển PID độc lập.

Vấn đề khó khăn hơn của PLC ở đây chính là việc tự lựa chọn các thông số và chạy thực nghiệm để có thể cho ra một hệ số PID chính xác nhất. Trong khi các bộ điều khiển PID 4 – 20mA đều được thiết lập sẵn chức năng tự động mở để dò các hệ số này thì độ chính xác sẽ lên đến 98%. Theo đó, chỉ cần chúng ta hiểu được rõ về các thông số PI – PD – PID thì việc tăng, giảm của các giá trị tham số sẽ có kết quả như mục tiêu đã đặt ra.

Ví dụ như van điều khiển sẽ nhận tín hiệu từ bộ điều khiển PLC thông qua các thiết bị hồi tiếp chính là đồng hồ đo lượng. Do đó, khi cần lưu lượng đi quan van là 100m3/h thì chúng ta sẽ chỉ cần thực hiện thao tác điều khiển trên màn hình HMI để có thể kết nối được với PLC. Từ đó nhanh chóng truyền tín hiệu xuống cho van điều khiển. Khi đó, lưu lượng tăng hay giảm sẽ không phụ thuộc vào áp suất ở phía trong đường ống hay là công suất của bơm mà sẽ được điều khiển theo các tín hiệu của đồng hồ đo lưu lượng truyền về.

3.5. Bộ điều khiển nhiệt độ

Bộ điều khiển nhiệt độ được đánh giá là đơn giản nhất bởi cơ chế đóng – mở khi cài nhiệt độ ở một điểm bất kỳ nào đó hoạt động khá dễ dàng. Cách điều khiển này thông qua các Relay Output của bộ điều khiển nhiệt độ cùng với độ ẩm hoặc là bộ điều khiển nhiệt độ máy ấp trứng.

Và khi cần một sự điều khiển nào đó chính xác hơn để đảm bảo được nhiệt độ luôn giữ lại ở một điểm bất kỳ mà chúng ta hướng tới của các bộ điều khiển PID. Các thông số này sẽ được hiệu chỉnh thông qua các thực nghiệm trước khi hệ thống chạy tự động hoàn toàn.

Trên đây là những thông tin cơ bản nhất giải đáp cho thắc mắc PID là gì và các vấn đề xoay quanh bộ điều khiển này. Hy vọng bài viết sẽ hữu ích và giúp các doanh nghiệp có thể áp dụng một cách chính xác, hiệu quả nhất vào công việc, thực hiện được các mục tiêu đã đặt ra.

Tìm việc làm công nhân điện tử