کنترلر PID یا کنترل کننده پی آی دی (PID controller) از رایج‌ترین الگوریتم های کنترلی است که در بسیاری از فرایندهای کنترلی نظیر موارد زیر کاربرد دارد:

  • کنترل سرعت موتور DC
  • کنترل فشار
  • کنترل دما
  • و موارد دیگر

در این ویدئو و مقاله، درباره PID ها می آموزیم. کنترلرهای PID چه هستند؟ و چه زمانی در اتوماسیون صنعتی و PLC ها از آنها استفاده میشود؟

کنترلر PID به چه معناست؟ PID مخفف کلمات Proportional (تناسبی)، Integral (انتگرال ­گیر)، Derivative  (مشتق­ گیر) است.

۱- نحوه کار PID

اگر لازم باشد که چیزی را ثابت نگه داریم، مثلا درجه حرارت، از این روش استفاده میکنیم.

پی آی دی مخفف مشتق انتگرال نسبی

اساسا، کنترل کننده PID از فیدبک حلقه کنترل (control loop feedback) استفاده میکند
تا اطمینان حاصل شود که خروجی درخواست شده همان چیزی باشد که دریافت میکنیم.

به سادگی، یک تنظیم را در کنترلر (مثلا نوع خاصی از سنسور) قرار میدهیم.
این تنظیمات ثابت خروجی را بر اساس فیدبک از برخی ورودی ها حفظ میکند.

ثابت نگهداشتن دما بوسیله کنترلر PID

۲- کنترلر PID در کروز کنترل خودرو

سامانه کنترل سرعت در خودرو یا کروز کنترل (cruise control)، یکی از ضروری ترین PID کنترلرهای مورد استفاده در زندگی روزمره ما است.
اول، ماشین را به سرعتی که میخواهیم با آن ادامه مسیر را طی کنیم، می­رسانیم.
سپس کروز کنترل خودرو را تنظیم می­کنیم. کروز کنترل سیگنال­های خروجی را برای تنظیم سرعت، به throttle (خفه کننده) ارسال میکند.
یک سنسور سرعت (speed sensor) با بدست آوردن فیدبک حلقه کنترل و ارسال آن به کروز، کم یا زیاد شدن سرعت و مقدار این افزایش یا کاهش را برای throttle ماشین تعیین میکند.

سیستم کروز کنترل و کنترلر PID

۳- کنترلر PID در تاسیسات حرارتی

PID های کنترل کننده دما یک نوع مستقل و رایج مورد استفاده در تولید و صنعت هستند.
این کنترل کننده ها کارایی بالایی درکنترل درجه حرارت تجهیزات مختلف دارند و استفاده و راه اندازی از آنها بسیار ساده است.

کنترل دما بوسیله کنترلر PID

برای مثال، یک کنترل کننده PID درجه حرارت  لوله های فرایند را کنترل می کند.

در ابتدا، مثلا، 200 درجه فارنهایت را به عنوان نقطه تنظیم (set point) وارد میکنیم.
حال کنترلر، سیگنالی را به خروجی می­فرستد تا گرمایش را آغاز کند.
فیدبک حلقه کنترل به شکل یک ترموکوپل است که درجه حرارت را می­خواند.
در مثال ما، کنترلر PID میتواند به عنوان کنترل خاموش-روشن در سیستم ایجاد گرمایش  کار کند.

گرمایش و کنترل دما بوسیله کنترلر PID

همراه با نقطه تنظیم 200 درجه، ما کنترل کننده را در چند درجه بالا و پایین 200 نیز قرار می دهیم.
هنگامی که ترموکوپل دمای 202 درجه را ­خواند، گرمایش خاموش میشود.
هنگامی که 198 درجه را ­خواند، گرمایش روشن میشود.
این ساده ترین شکل از کنترلر PID است.

کنترل خاموش و روشن بوسیله کنترلر PID

۴- کنترلر PID در سیستم PLC

میتوانیم یک کنترلر PID را با PLC تنظیم کنیم.
به جای استفاده از یک واحد مستقل، میتوانیم از کارت های ورودی و خروجی موجود در PLC  استفاده کنیم.
متغیر فرآیند (process variable) یا فیدبک حلقه کنترل، به کارت ورودی ما مخابره و به PID برنامه میشود.
و خروجی کنترل شده، به کارت خروجی مخابره میشود.

PID  در PLC میتواند تمام ریاضیات را انجام داده و بر مبنای متغیرها و نقاط تنظیم تصمیم بگیرد.
مهم نیست که با چه روشی تنظیم را انجام میدهیم، کنترلر PID انتخابی عالی برای یک فرآیند خودکار است.

گرمایش و کنترل دما با کنترلر PLC

به طور خلاصه، یک کنترلر PID یک الگوریتم کنترلی، است. PID میتواند فرآیندهای خودکار مثل دما، فشار و یا جریان را به طور اتوماتیک ثابت نگه دارد.

PID  ها با استفاده از فیدبک حلقه کنترل یا متغیرهای فرآیند، جایی که خروجی باید باشد را مانیتور میکنند.
و معمولا در قالب حسگرها و فاصله­ سنج ها (متر) این کار را انجام میدهند.
PID ها در اشکال مختلفی مثل واحدهای مستقل (standalone units) و برنامه نویسی PLC وجود دارند.

الگوی کار در کنترلر PID

ما می­توانیم کارت های ورودی و خروجی خود را همراه با نرم افزار برنامه نویسی برای راه اندازی PID استفاده کنیم.

بلوک برنامه در کنترلر PID

امیدوارم این مقاله در درک نحوه استفاده از یک کنترلر PID به شما کمک کند.

مقاله بالا بخشی از بسته جامع اتوماسیون صنعتی
(بسته جامع +30) است.

برای مشاهده کامل این بسته کلیک کنید.

مشاهده بسته اتوماسیون صنعتی
بسته جامع اتوماسیون صنعتی

در نماتک نظر دهید