آموزش, اتوماسیون صنعتی

کنترلرPID چیست؟

کنترلر PID

کنترلر PID یک سیستم کنترلی می باشد که خطاهای ما را کاهش می دهد. این سیستم کنترلی در خیلی از کارخانه ها و مکان ها برای کنترل فشار، دما، سطح و بسیاری از فرایندها کاربرد دارد. همه سیستم های کنترلی که در حال حاضر در جهان برای کاهش خطا استفاده می شود از همین سیستم کنترلر PID به عنوان پایه و اساس استفاده کرده اند. برای واضح تر شدن اینکه این سیستم کنترلی چیست مثالی را ذکر می کنیم. در کارخانه های قدیم که این سیستم کنترلی موجود نبود از انسان ها برای انجام کنترل ها استفاده می کردند. به مثال زیر دقت کنید تا تفاوت سیستم های کنترل دستی و سیستم کنترل اتوماتیک را بهتر متوجه شوید.

سيستم كنترل دستي

فرض کنید در یک کارخانه سیمان برای پختن مواد اولیه سیمان در کورده از شعله های با درجه حرارت متفاوت استفاده می کردند و این درجه حرارت باید توسط یک فرد کنترل می شد. نحوه کنترل به این صورت بود که یک نفر به صورت مداوم درجه حرارت بالای کوره را می خواند و با استفاده از آن گاز ورودی به کوره را به صورت دستی کم و زیاد می کرد. به عنوان مثالی دیگر همین شوفاژهایی که در بسیاری از خانه ها برای گرم کردن خانه استفاده می شود را می توان به عنوان یک سیستم کنترلی PID در نظر گرفت. در موتورخانه شوفاژها از یک مبدل حرارتی استفاده می شود که نیاز به کنترل دمای آن است. در صورتی که سیستم کنترلر PID نباشد یک نفر باید به صورت مداوم گیج بالای مبدل را بخواند و دمای آب را کنترل

کند تا آب بسیار داغ یا بسیار سرد نشود و خطاهایی که بوجود می آید را اصلاح کند. این سیستم کنترلی که توسط انسان انجام می شد خودش بسیار خطا داشت و نیاز به این بود که یک سیستم کنترلی اتوماتیک که خطاها را کاهش دهد و از خطرات جانی هم جلوگیری کند طراحی شود چون دما بالا بود و هر لحظه در معرض این دما بودن خطرناک بود. به شکل زیر دقت کنید:

اپراتور دستی تنظیم دما

در شکل بالا اُپراتور به گیج بالای آب دقت می کند و در صورتی که دمای آب زیاد بالا رود اُپراتور شیر گاز را کم کم می بندد تا دمای آب پایین بیاید و در صورتی که دمای آب زیاد کاهش یابد اُپراتور شیر گاز را کم کم باز می کند تا دمای آب بالا رود و به همین ترتیب یک نفر باید آماده و سرپا دمای آب را پایش کند و به صورت دستی شیر گاز را کم و زیاد کند. که کاری بسیار طاقت فرسا و سخت است.

فیدبک(Feedback): همین که اُپراتور از روی گیج دما را می خواند و میزان خطا را متوجه می شود  فیدبک می نامند. یعنی نتیجه آخرکاری به ابتدای کار اطلاع داده می شود تا دستور مناسب انجام شود. در اینجا نتیجه آخرکار که همان دمای گیج می باشد به اُپراتور اطلاع داده می شود تا متوجه شود که شیر گاز را باید کم کند یا زیاد کند؟ فیدبک را با نام های دیگری همانند بازخورد یا پس خورد هم در کتاب های درسی پیدا می کنید.

سيستم كنترل اتوماتيك و کنترلر PID

در سیستم کنترل اتوماتیک دیگر نیازی به اُپراتور نیست. در این روش با استفاده از یک سیستم کنترلر PID تمامی کارهای یک اُپراتور را به صورت کاملا دقیق سنسورها و کنترلر ها انجام میدهند و نه خطای انسانی دارد و نه مسایل جانی و مالی و…!!!

حالا این سیستم کنترلی PID چگونه کار می کند؟

مواد لازم برای حذف اُپراتور:

۱- یک شیر گاز کنترلی به جای شیر گاز دستی 

۲- یک کنترلر PID به جای اُپراتور سخت کوش ما !!! ۳- یک انتقال دهنده دمای گیج به کنترلر) PID ترانسمیتر( : نحوه عملکرد هم به این صورت است که ابتدا ترانسمیتر یا همان انتقال دهنده دمای گیج، دمای خوانده شده مربوط به آب داغ را از طریق سیم ها به کنترلر PIDمنتقل می کنه(البته جدیدا به صورت وایرلس هم انجام می شود) و کنترلر PID هم یه نگاهی به داخل خودش میندازه ببینه این عددی که الان از بالای کوره اومده با عددی که قبلا انسانها بهش گفتن هم خوانی داره یا نه؟؟؟ چون ما قبلا به کنترلر PID گفتیم که ما دمای مثلا دمای ۵۰ درجه می خواهیم. حالا کنترل کننده هم یه چشمش به عددی هست که از بالای کوره اومده و یه چشمش هم به عددیه که انسانها بهش دادن و خلاصه میفته تو کار مقایسه کردن! وقتی مقایسه کرد و اختلاف این دوعدد را متوجه شد سریع به شیر کنترلی دستور میده که شیر گاز رو کم کن یا زیاد کن تا دمای مورد نظر تنظیم بشه. شیرکنترلی هم مجبوره دستور نیروی مافوق رو اطاعت کنه وسریع شیر گاز را کم و زیاد می کند تا شعله کم و زیاد بشه و دمای آب بالای کوره درست بشه.

کنترل دما اتوماتیک

در شکل به وضوح استفاده از یک سیستم کنترلی شرح داده شده است. یک شیر کنترلی هم مشاهده می کنید که با استفاده از فشار هوا و ۴ عدد فنری که در بالای اون قرار دارد به صورت اتوماتیک گاز را کم و زیاد می کند. در محاسبات خطایی که کنترلر آن را متوجه می شود با E نشان می دهند که برگرفته از اول کلمه Error می باشد

انواع سيستم هاى كنترلى

۱-سیستم های کنترلی حلقه باز

۲-سیستم های کنترلی حلقه بسته

۳-سیستم های کنترلی پیشرو

سيستم كنترلي حلقه باز

۱- سيستم كنترلي حلقه باز: (Open Loop Control System) در این سیستم کنترلی همانطور که از اسمش پیداست هیچ گونه فیدبکی از خروجی نداریم. یعنی اینکه خروجی هیچ تاثیری بر ورودی ندارد و به هیچ وجه با هم مقایسه نمی شوند و هر کدام به حال خود رها می شود. در این سیستم کنترلی چون هیچ گونه بازخوردی از خروجی نداریم لازم است که ورودی به دقت کالیبره شود و فقط در جاهایی کاربرد دارد که اغتشاشات و نویز کم است و دقت بالایی مدنظر نیست. مثلا ماشین لباس شویی نمونه ای از آن است. در ماشین لباش شویی لباس ها بر اساس زمانی که ما به ماشین می دهیم لباس را می شوید و خشک می کند و تحویل می دهد و اصلا به تمیزی و کثیفی لباس ها کاری ندارد وزیرا هیچ ابزای برای اندازه گیری کثیفی و تمیزی لباس ها ندارد. در هر سیستم کنترلی حلقه باز دو قسمت وجود دارد:

-کنترل کننده(در این مثال کلید است)

-کنترل شونده(در این مثال لامپ است)

سیستم کنترل حلقه باز

همانطور که در شکل بالا مشاهده می کنید در یک سیستم کنترلی حلقه باز بعد از اینکه کار انجام شد سیستم به حال خود رها می شود.

سيستم كنترلي حلقه بسته

۲- سيستم كنترلي حلقه بسته(Closed Loop Control System)

يكى ديگر از انواع سيستم هاى كنترلى، سيستم كنترل حلقه بسته مى باشد. در سیستم کنترلی حلقه بسته خروجی اثر مستقیم بر ورودی می گذارد و به اصطلاح یک فیدبک داریم. مثلا یخچال یک سیستم کنترل حلقه بسته است. در یخچال تا زمانی که دمای درون آن به دمای مد نظر ما نرسیده باشد یخچال در حال کار کردن است و به محض اینکه به دمای مورد نظر برسد موتور یخچال خاموش می شود و با این عمل از یخ زدگی یا خراب شدن خوراکی های یخچال مراقبت می شود. در یخچال فیدبک توسط سنسور دما

فرستاده می شود. به عنوان مثالی دیگر به شکل زیر دقت کنید:

دونده شروع به دویدن می کند و مربی هم به طور مرتب زمان دویدن را به او فیدبک(یا همان بازخورد یا پسخورد) می دهد و با این روش زمان دویدن را به مرور زمان کاهش می دهد و رکوردش را بهبود می بخشد. به این نحوه کنترل و فیدبک دادن سیستم کنترل حلقه بسته می گویند.

سیستم کنترل حلقه بسته

به عنوان مثالی دیگر سیستم کنترل حلقه بسته فتوسل را در نظر بگیرید. در بیشتر ساختمان ها برای صرفه جویی در انرژی و کنترل روشنایی از سیستم فتوسل استفاده می کنند نحوه کنترل هم بدین صورت است که هنگامی که فرد وارد ساختمان می شود فتوسل ورود فرد را تشخیص می دهد و لامپ را برایش روشن می کند.

استفاده از فتوسل

شکل زیر هم مقایسه سیستم های کنترلی حلقه بسته و حلقه باز را نشان می دهد

ه حلقه باز و بسته


۳- سیستم کنترلی پیشرو (feedforward control system)

یکی از نکاتی که در تمام سیستم های کنترلی دیده می شود این است که همیشه ابتدا خطا به وحود می آید و سپس برای جبران آن اقدام می شود. اکنون میخواهیم سیستمی داشته باشیم که قبل وقوع خطا  آن را جبران نماید. به این سیستم ها feedforward می گویند..

یک مخزن آب را در نظر بگیرید که به جای اینکه با ترانسدیوسر سطح آب داخل مخزن را اندازه گیری کنیم و براساس سطح آب داخل مخزن، شیر ورودی آب را باز یابسته نماییم، با کمک وسیله ای فلوی آب خروجی را اندازه گیری نماییم و بر اساس فلوی خروجی آب ، ورودی آب به این سیستم را تعیید نماییم.

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *