bộ điều khiển PID là gì
Bộ điều khiển PID giữ một quá trình ở một giá trị đặt. Nó đọc cảm biến, so sánh phép đo với con số mà người vận hành đã nhập, rồi điều chỉnh đầu ra để thu hẹp chênh lệch. Trên một cỗ máy, nó là thiết bị quyết định lượng nhiệt, lượng làm mát hay lưu lượng đưa vào, đó là lý do nó có mặt trên máy ép đùn, máy ép nhựa, dây chuyền đóng gói, tủ sấy, bể ổn nhiệt và buồng thử chứ không chỉ trong phòng thí nghiệm.
Cần tách bộ điều khiển khỏi những thiết bị quanh nó, vì các yêu cầu báo giá thường gộp lẫn chúng. Cảm biến nhiệt độ thực hiện phép đo và tạo ra một tín hiệu. Bộ truyền xử lý tín hiệu đó rồi truyền tiếp. Bộ ghi dữ liệu lưu lại tín hiệu đó. Bộ điều khiển thì tác động lên nó. Bộ điều khiển có thể hiển thị giá trị đo, và thường là có, nhưng màn hình không phải thứ biến nó thành bộ điều khiển; chính mạch vòng kín mới là thứ đó.
Vì vậy việc lựa chọn phụ thuộc vào bốn câu hỏi: đầu vào đang đo cái gì, tải cần đầu ra nào, quá trình yêu cầu bao nhiêu kênh báo động, và không gian panel còn lại là bao nhiêu. Mọi thứ khác suy ra từ bốn điểm đó, và thứ tự cũng quan trọng, vì trên một số thiết bị, kích thước panel giới hạn luôn những kiểu đầu ra có thể được lắp.
Cách bộ điều khiển PID đo
Khác biệt giữa một bộ điều khiển PID và một bộ ổn nhiệt là điều xảy ra khi phép đo đến gần giá trị đặt. Bộ ổn nhiệt đóng hoàn toàn đầu ra cho tới khi đạt giá trị đặt rồi ngắt hoàn toàn, nên quá trình vọt lên trên, rơi xuống và dao động quanh giá trị thay vì ổn định tại nó. Mạch vòng PID nhìn đồng thời ba thứ: quá trình cách giá trị đặt bao xa, đã lệch khỏi nó bao lâu, và đang di chuyển nhanh thế nào. Sau đó nó điều chỉnh đầu ra theo tỷ lệ thay vì theo bậc, và một mạch vòng được tinh chỉnh đúng sẽ ổn định gần giá trị đặt hơn và duy trì tại đó.
Dạng tín hiệu đầu ra quyết định việc điều chỉnh đó truyền tới tải như thế nào. Một rơ-le chỉ có thể đóng hoặc ngắt, nên mạch vòng dẫn động rơ-le thay đổi tỷ lệ thời gian tiếp điểm ở trạng thái đóng trong một chu kỳ. Bộ lái SSR đóng ngắt ở trạng thái rắn và do đó chia tỷ lệ trên một chu kỳ ngắn hơn nhiều, phù hợp với một quá trình nhiệt nhanh. Đầu ra dòng hoặc áp tuyến tính dẫn động một bộ điều khiển công suất hoặc một van thay vì đóng cắt trực tiếp tải, và là dạng được dùng ở nơi tải quá lớn so với tiếp điểm. Không có gì trong số này thay đổi thuật toán điều khiển; chúng thay đổi mức độ chi tiết mà quyết định của thuật toán có thể được áp dụng.
Trên hầu hết thiết bị panel, kiểu đầu vào là một thiết lập trong menu chứ không phải một lựa chọn phần cứng, và đó là chuyện của bước nghiệm thu cũng nhiều như của bước đặt hàng. Một bộ điều khiển được cấu hình cho một kiểu cặp nhiệt điện sẽ hiển thị một giá trị có vẻ hợp lý nhưng sai khi một cảm biến khác được đấu vào cùng các cầu đó, vì nó tuyến tính hóa tín hiệu millivolt đi vào theo một đường cong không đúng. Đặt kiểu đầu vào khớp với cảm biến thực sự được lắp là một phần của việc đưa mạch vòng vào vận hành.
Lựa chọn cấu hình
Phần lớn thông số được quyết định bởi những lựa chọn này chứ không phải bởi cấp chính xác. Mỗi lựa chọn ràng buộc lựa chọn kế tiếp, nên chúng được chốt theo thứ tự.
| Cấu hình | Tùy chọn cần xác định | Nó thực sự quyết định điều gì |
| Kích thước panel và lỗ khoét | Các cỡ DIN vuông và chữ nhật thông dụng, từ cỡ gọn đến chiều rộng đầy đủ | Không gian còn lại trong panel, và trên một số thiết bị là cả những đầu ra có thể lắp được hay không, vì một vỏ máy nhỏ không mang nổi mọi tổ hợp. |
| Kiểu đầu vào | Các họ cặp nhiệt điện và RTD, cùng đầu vào dòng và áp tương tự | Những cảm biến nào có thể được đấu vào mà không cần một bộ truyền riêng. Dải các kiểu thường rộng nhưng không bao quát hết, nên một cảm biến khác thường đáng được kiểm tra thay vì mặc định là dùng được. |
| Dạng tín hiệu đầu ra | Tiếp điểm rơ-le, bộ lái trạng thái rắn, dòng hoặc áp tuyến tính, hoặc một tổ hợp | Đầu ra có thể được chia tỷ lệ tinh đến mức nào, và do đó việc điều khiển chặt đến mức nào trên một quá trình cụ thể. |
| Số lượng đầu ra | Một đầu ra đơn, hoặc một đầu ra thứ hai để làm mát hay cho vùng thứ hai | Liệu một quá trình cần cả gia nhiệt lẫn làm mát có thể chạy từ một thiết bị hay không, điều giúp loại bỏ bộ điều khiển thứ hai cùng phần đi dây của nó. |
| Kênh báo động | Một hoặc hai đầu ra báo động, hoặc không có | Liệu bộ điều khiển có thể phát tín hiệu trạng thái vượt giới hạn độc lập với đầu ra điều khiển hay không, và báo động đó là tuyệt đối hay tương đối so với giá trị đặt. |
| Chức năng báo động | Các kiểu lệch, dải, tuyệt đối, thời gian và đứt bộ gia nhiệt | Thứ mà báo động thực sự bắt được. Báo động đứt bộ gia nhiệt phát hiện một phần tử đã hỏng chứ không phải một phép đo cao, và cần hai tham số của nó được đặt theo đúng quá trình thì mới hoạt động. |
| Truyền thông | Bus nối tiếp, có hoặc không kèm một hệ thống chủ | Liệu các giá trị đặt và các phép đo có thể được thu gom về một trung tâm hay không, và liệu một thay đổi công thức có thể được đẩy tới nhiều bộ điều khiển cùng lúc. |
| Nguồn cấp và khả năng đóng cắt | Nguồn điện lưới hoặc nguồn hạ áp, và định mức tiếp điểm của mọi đầu ra rơ-le | Liệu tải có thể được đóng cắt trực tiếp hay cần một rơ-le trung gian, vốn là bố trí thông thường cho một tải cảm ứng. |
Cách chọn bộ điều khiển PID
| Yếu tố | Vì sao nó quyết định kết quả | Cách xác định trước khi gửi yêu cầu |
| Kiểu cảm biến và dải đo | Kiểu đầu vào phải khớp với cảm biến, và dải đo phải nằm gọn trong dải đo của thiết bị | Hãy nêu kiểu cảm biến và dải nhiệt độ hoặc dải quá trình mà nó sẽ phủ, kể cả các giá trị biên chứ không chỉ điểm làm việc bình thường. |
| Tải và định mức của nó | Dạng tín hiệu đầu ra và định mức tiếp điểm đều suy ra từ thứ đang được đóng cắt | Nêu loại tải, dòng điện của tải và tải là thuần trở hay cảm ứng. Định mức tiếp điểm không phải là định mức tải. |
| Chất lượng điều khiển cần có | Một quá trình phải giữ trong một dải hẹp cần việc chia tỷ lệ mịn hơn một quá trình chỉ cần nằm trong một cửa sổ rộng | Hãy mô tả dung sai yêu cầu và điều gì xảy ra nếu nó bị vượt, thay vì nêu tên một kiểu bộ điều khiển. |
| Yêu cầu báo động | Một báo động bắt lỗi bộ gia nhiệt hỏng là chức năng khác với một báo động bắt một phép đo cao | Hãy nói báo động đó có nhiệm vụ bắt điều gì. Mô tả sự cố, không mô tả tên báo động. |
| Không gian panel và lỗ khoét | Lỗ khoét thường đã bị cố định bởi vỏ tủ và không thể nới rộng nếu không làm lại panel | Hãy cho biết lỗ khoét sẵn có, hoặc không gian còn lại nếu panel còn mới. |
| Môi trường tại panel | Nhiệt, bụi và việc rửa bằng nước tác động lên mặt trước và lên tuổi thọ của thiết bị | Mô tả vị trí của panel, không phải nhà máy nói chung, và cho biết mặt trước có bị xịt nước hay không. |
| Tích hợp | Việc giá trị đặt được đặt tại chỗ hay được đẩy từ một hệ thống chủ quyết định có cần truyền thông hay không | Hãy nêu thiết bị nào, nếu có, đọc bộ điều khiển từ xa, và đọc theo giao thức nào. |
Dải đo của thiết bị và dải làm việc là hai con số khác nhau. Một bộ điều khiển được chọn theo nhiệt độ lớn nhất mà quá trình có thể đạt tới sẽ phân giải kém hơn ở nhiệt độ mà nó thường vận hành, vì vậy điểm làm việc mới là con số cần nêu.
Các lựa chọn thay thế gần nhất
Đây là những loại mà một yêu cầu về bộ điều khiển PID thường hóa ra là, và là điểm mà lựa chọn thực sự được quyết định.
| Loại thay thế gần nhất | Điều gì phân biệt nó với bộ điều khiển PID |
| Hệ thống PLC | Một bộ điều khiển khả trình chỉ thực hiện một mạch vòng điều khiển khi mạch đó được viết và khi đầu vào và đầu ra tương tự được lắp, và khi đó nó xử lý nhiều mạch vòng cùng lúc như một phần của một chương trình rộng hơn. Bộ điều khiển PID là một thiết bị tự chủ cho một hoặc hai mạch vòng, được cấu hình chứ không được lập trình, và nó vẫn tiếp tục làm việc như một bộ điều khiển nếu chương trình của máy bị dừng. |
| Bộ chuyển đổi tín hiệu | Bộ chuyển đổi thay đổi dạng hoặc dải của một tín hiệu, chẳng hạn từ cặp nhiệt điện thành 4-20 mA, mà không tác động lên quá trình. Bộ điều khiển PID đo, quyết định và dẫn động một đầu ra. Ở nơi một đồng hồ panel hoặc một PLC cần một tín hiệu chuẩn từ một cảm biến, bộ chuyển đổi chính là phần cung cấp tín hiệu đó. |
| Mô-đun điều khiển | Mô-đun điều khiển là một khối nằm bên trong một hệ thống điều khiển lớn hơn, không có giao diện vận hành riêng. Bộ điều khiển PID là một thiết bị hoàn chỉnh lắp ở mặt trước panel với màn hình, các phím và một đầu ra, và đó là thứ mà người vận hành máy thường điều chỉnh. |
| Cảm biến nhiệt độ | Cảm biến tạo ra một tín hiệu và không làm gì thêm. Chính bộ điều khiển quyết định phải làm gì với giá trị mà cảm biến báo về. Hai thứ thường được quy định cùng nhau, vì chọn kiểu đầu vào mà không để ý đến cảm biến đang được lắp là lý do phổ biến nhất khiến một mạch vòng mới đọc sai ngay lần khởi động đầu tiên. |
| Bộ ghi dữ liệu công nghiệp | Bộ ghi dữ liệu lưu lại điều đã xảy ra và được dùng để chứng minh về sau rằng một quá trình đã nằm trong các giới hạn của nó. Bộ điều khiển thì tác động ngay trong thời điểm đó. Một quá trình vừa phải được điều khiển vừa phải được lưu hồ sơ cần cả hai, hoặc cần một bộ điều khiển có một hệ thống ghi phía sau. |
Nội dung cần có trong yêu cầu
Phản hồi đầu tiên có thể là một báo giá thay vì một loạt câu hỏi nếu yêu cầu mang theo những thông tin này. Khi không biết một giá trị, hãy gửi mô tả nhiệm vụ và chúng tôi sẽ xác nhận nó ngụ ý điều gì.
- Kiểu cảm biến sẽ được đấu nối, và ký hiệu cặp nhiệt điện hoặc RTD nếu đó không phải kiểu thông dụng
- Dải quá trình cần điều khiển, kèm điểm làm việc cũng như các giá trị biên
- Đầu ra dẫn động cái gì: công tắc tơ, rơ-le trạng thái rắn, cụm thyristor hay van
- Dòng điện của tải đó, và tải là thuần trở hay cảm ứng
- Kích thước lỗ khoét panel, hoặc không gian còn lại nếu panel chưa được gia công
- Số mạch vòng cần điều khiển, và có cần cả gia nhiệt lẫn làm mát hay không
- Điều mà báo động phải bắt được, mô tả như một sự cố chứ không phải như một kiểu báo động
- Hệ thống chủ có đọc bộ điều khiển hay không, và đọc qua giao thức nào
- Điện áp nguồn khả dụng tại panel
- Có cần hồ sơ hóa quá trình tách riêng khỏi việc điều khiển hay không