نحوه کارکرد سیستم کنترل PID

نحوه کارکرد سیستم کنترل PID - PID 1 s

موضوع مقاله : نحوه کارکرد سیستم کنترل PID

 

چکیده مقاله :

کنترل PID یک روش کنترل حلقه بسته است که سه سبک کنترلی تناسب، انتگرال و مشتق را با یکدیگر ترکیب می­کند. کنترل تناسبی باعث ایجاد یک کنترل صاف و بدون تغییرات شدید می­گردد. کنترل انتگرالی به طور خودکار خطای سیستم را اصلاح می­کند. کنترل مشتق به سرعت به اختلالات پاسخ می­دهد. کنترلر PID مورد استفاده­ترین نوع کنترل در پروسه­های مختلف به حساب می­آید. زمانیکه از این نوع کنترلر در سیستم استفاده می­شود ترکیب کنترل­های تناسبی، انتگرالی و مشتق باعث تکمیل شدن یکدیگر شده و در نهایت منجر به کاهش خطاهای سیستم و رسیدن آنها به صفر در زمان کوتاهی در مقایسه با سایر تکنیکهای کنترلی می­شود.

مقدمه

سیستم کنترل حلقه بسته (Closed Loop) :

برای دستیابی به کنترل دقیق تر، پارامتر تحت کنترل باید اندازه گیری شده و با ورودی مرجع مقایسه شود و سیگنال تحریکی متناسب با تفاضل ورودی و خروجی به سیستم اعمال شده در نتیجه، خطا تصحیح شود. سیستمی با یک یا چند مسیر فیدبک مانند شکل ذیل، یک سیستم حلقه بسته نامیده میشود.

نحوه کارکرد سیستم کنترل PID - Close Loop

یکی از روشهای کنترل دقیق در سیستمهای دارای بازخورد یا حلقه بسته ، کنترل PID می باشد. در این روش:

P مخفف Proportional یا کنترل تناسبی

I مخفف Integrator یا انتگرال گیر

D مخفف Derivative یا مشتق گیر

عملکرد کنترل تناسبی(Proportional)

اغلب کنترلرها در صنعت به شکل پیوسته عمل می­کنند، در این کنترلرها خروجی پیوسته در تغییر است تا بهتر بتواند میزان خطا را محدود کند و متغیر تحت کنترل را کنترل نماید. در این وضعیت حالتهای نوسانی عملکرد OFF-ON از بین می رود. کنترل کننده های با خروجی پیوسته از ادغام حالتهای تناسبی، انتگرال و مشتق به وجود می آیند.

در کنترلرهای با عملکرد تناسبی، خروجی از کنترل کننده در تناسب با مقدار خطاست. بدین معنی که با تغییر مقدار خطا، سیگنال خروجی از کنترلر در تناسب با آن زیاد یا کم می شود.

مساله مهم در مورد عملکرد کنترل تناسبی این است که در آن برای این که خروجی از کنترلر بتواند سیستم را در حالت با ثبات نگاه دارد همواره باید مقداری خطا موجود باشد. از این رو کنترل دقیق سیستم امکان پذیر نیست و همیشه سیستم با قدری انحراف (Offset) همراه است.

نحوه کارکرد سیستم کنترل PID - Proportional

عملکرد کنترل تناسبی انتگرال(PI)

به منظور حل مشکل کنترل تناسبی و حذف انحراف همیشگی آن ، از عملکرد انتگرال استفاده می شود. انتگرال یک منحنی بین دو نقطه عبارت است از سطح زیر آن منحنی بین آن دو نقطه. در عملکرد انتگرال، سطح زیر منحنی خطا، انتگرال منحنی خطاست. از این رو هر چند در عملکرد تناسبی، منحنی خطا دارای انحراف است، ولی چنانچه عملکرد انتگرال را به آن بیافزاییم به مرور سطح زیر منحنی خطا (هر چند خطا کم باشد) زیاد می شود و این امر باعث افزایش سیگنال خروجی از کنترل کننده و کاهش مقدار خطا و انحراف می گردد.

نحوه کارکرد سیستم کنترل PID - PI

عملکرد کنترل تناسبی انتگرال مشتق

چنانچه گفته شد عملکرد انتگرال به گذشته نظر دارد. برای افزودن آینده نگری به سیستم کنترل، عملکرد مشتق به دو عملکرد یاد شده اضافه می شود. مشتق یک منحنی در یک نقطه – در اینجا منحنی خطا- ضریب زاویه یا میل به آینده منحنی را در آن نقطه نشان می دهد. از این رو می توان در فرآیندهایی که در آنها جرم زیادی باید شتاب داده شوند یا شتابشان کم شود و یا گرم یا سرد شوند از آنها استفاده کرد.

نحوه کارکرد سیستم کنترل PID - انتگرال مشتق

کنترل­ کننده PID

کنترل کننده­های تناسبی به جهت از بین بردن نوسانات سیستم های کنترل­ OFF/ ON طراحی شده­اند. این کنترلرها از قابلیتی برخوردار هستند که به  عملگرها (شیرها، موتورها،جک ها ، رله ها و هیترها)  اجازه می­دهند تا یک موقعیت نسبی بین حالت روشن یا خاموش به خود بگیرند. کنترلر تناسبی  به عملگر اجازه می­دهد تا به صورت آنالوگ و پیوسته تغییر کند.

کنترل­کننده­های تناسبی می­توانند کنترل دقیق­تری از متغیرهای پروسه را به ما ارائه دهند چراکه خروجی این نوع کنترلرها می­تواند هر مقداری مابین روشن بودن کامل یا خاموش بودن کامل مطابق با اندازه سیگنال خطا باشد. شکل 14-14 نمونه­ای از یک شیر برقی با کنترل آنالوگ نسبی را نشان می­دهد که به عنوان عملگر استفاده شده است. عملکرد شیر کنترلی مذبور را می­توان به صورت ذیل خلاصه نمود:

  • عملگر، جریانی بین 4 تا 20 میلی­آمپر از کنترلر دریافت می­کند.
  • در پاسخ آن ، عملگر کنترل خطی برای شیر ایجاد می­کند.
  • 4 میلی آمپر مطابق است با کمترین مقدار باز بودن شیر (غالبا صفر) و 20 میلی­آمپر مطابق است با حداکثر میزان باز بودن شیر (بیشترین مقدار)
  • مقدار کمتر از 4 میلی­آمپر به سیستم اجازه می­دهد تا باز بودن مدار را پیدا کند. اگر مدار باز باشد نتیجه صفر میلی­آمپر نشان داده خواهد شد و سیستم پیام هشدار خواهد دارد.

سیگنال مورد استفاده سیگنال جریان است به دلیل تاثیر بسیار کمتری که از تغییرات مربوط به مقاومت سیم­های ارتباطی نسبت به سیگنال ولتاژ می­گیرد و همچنین حساسیت کمتری نسبت به نویز سیگنال های دیگر دارد.

نحوه کارکرد سیستم کنترل PID - 22 1

کنترل تناسبی سیستم می­تواند به وسیله روشن یا خاموش کردن عملگر در فاصله زمانی کوتاه نیز به اجرا در آورد. عملکرد تناسبی زمانی (مدولاسیون عرض پالس (ضربه)) نسبت زمان روشن بودن تا خاموش بودن را تغییر می­دهد. شکل شماره 14-15 مثالی از عملکرد تناسبی زمان است که در آن از یک هیتر 200 واتی می­تواند توان­های مختلفی تولید کند که در ادامه آورده شده است:

  • برای تولید 100 وات هیتر باید 50% زمان روشن باشد.
  • برای تولید 50 وات هیتر باید 25% زمان روشن باشد.

برای تولید 25 وات هیتر باید 12.5% زمان روشن باشد

نحوه کارکرد سیستم کنترل PID - 55 3

کنترل تناسبی همواره در یک بازه نسبی در اطراف نقطه تنظیم عملکرد عمل می­کند. جدول موجود در شکل 16-14 یک مثال برای عملکرد کنترل تناسبی یک سیستم گرمایشی است که نقطه تنظیم (SP) آن بر روی 500 درجه فارنهایت تنظیم شده و بازه نسبی آن در 80 درجه فارنهایت (+-40 درجه فارنهایت) است. کنترل تناسبی سیستم به صورت ذیل خواهد بود:

  • خارج از بازه نسبی فانکشن های کنترلر مانند واحد OFF/ON ، یا کاملا روشن هستند (زیر بازه) و یا کاملا خاموش هستند (بالای بازه)
  • در داخل بازه عملکرد خروجی سیستم با توجه به میزان تغییر بازه نسبت به نقطه تنظیم در حالت خاموش یا روشن خواهد بود.
  • در نقطه تنظیم (وسط بازه نسبی) خروجی OFF/ON دارای نسبت 1:1 است که به آن معناست که زمان روشن و زمان خاموش برابر هستند.
  • اگر دمای سیستم از نقطه تنظیم تغییر یابد، زمان روشن یا خاموش بودن سیستم نیز با توجه به تغییرات دمایی تغییر خواهد داشت.
  • اگر دما به زیر نقطه تنظیم حرکت کند، خروجی مدت زمان بیشتری روشن . اگر دمای بالای نقطه تنظیم قرار بگیرد خروجی مدت زمان بیشتری در حالت خاموش خواهد بود.

نحوه کارکرد سیستم کنترل PID - 99 3

در تئوری، یک کنترلر تناسبی تمام آن چیزی است که برای کنترل یک پروسه نیاز است. هرگونه تغییری در خروجی سیستم با تغییر متناسب خروجی کنترلر اصلاح می­گردد. متاسفانه عملکرد یک کنترلر تناسبی در نهایت منجر به یک خطای پایدار می­گردد که به آن انحراف گویند. این خطای حالت پایدار تفاوت میان مقدار به دست آمده از کنترلر و مقدار مورد نیاز است که به صورت یک سیگنال انحراف دیده می­شود و مقدار بسیار کمی پایین­تر از مقدار تنظیمی است. این سیگنال در شکل 17-14 نشان داده شده است. بسته به اینکه برنامه کاربردی PLC چگونه باشد این میزان انحراف می­تواند قابل پذیرش و یا غیر قابل پذیرش باشد.

نحوه کارکرد سیستم کنترل PID - 88 3

پروسه موجود در شکل 18-14 نشان می­دهد که خطای حالت پایدار یک کنترل نسبی چه اثراتی بر روی عمل پر شدن تانک خواهد داشت. این سیستم به یک عملگر نیاز دارد تا یک تنظیم کوچک انجام دهد (تنظیم دستی) تا متغیر کنترلی را در راه اندازی اولیه و یا هر زمانیکه شرایط پروسه به صورت قابل توجهی تغییر نماید به نقطه تنظیم (SP) برساند. این عملکرد در ادامه توضیح داده شده است:

  • زمانیکه شیر B باز می­شود، مایع به بیرون آزاد شده و سطح آن در داخل تانک کاهش می­یابد.
  • این عمل باعث می­شود که شناور داخل تانک پایین رفته و شیر A باز شود و مایع بیشتری وارد تانک گردد.
  • این عمل ادامه پیدا می­کند تا جائیکه سطح مایع به نقطه­ای برسد که شناور به اندازه کافی برای باز کردن شیر A پایین باشد بنابراین در این حالت میزان دبی خروجی و دبی ورودی برابر خواهد شد.
  • به دلیل وجود شرایط خطای حالت پایدار، سطح مایع کمی پایین­تر از نقطه تنظیمی مطلوب به حالت پایدار خواهد رسید.

نحوه کارکرد سیستم کنترل PID - 77

کنترل تناسبی معمولا در به همراه کنترل انتگرال (PI) و یا کنترل مشتق (PD) استفاده می­گردد.

  • عمل انتگرال را گاهی اوقات به عنوان اقدام مجدد نیز نامگذاری می­کنند، پاسخ متناسب با مدت زمان سیگنال خطا. یک سیگنال خطا زمانی به وجود می­آید که تفاوتی میان متغیرهای پروسه و مقدار تنظیم شده به وجود آید، بنابراین عمل انتگرال باعث می­شود تا خروجی های پروسه تغییر یابند و این کار را آنقدر تکرار می­کند تا دیگر خطایی وجود نداشته باشد. عمل انتگرال باعث حذف خطای حالت پایدار می­گردد. مقدار عمل انتگرال براساس دقیقه بر دفعه و یا دفعه بر دقیقه اندازه­گیری می­گردد که ارتباط میان تغییرات و زمان است.
  • عمل مشتق بر سرعت تغییرات سیگنال خطا تاثیر می­گذارد، بر این اساس هر چقدر که تغییرات سیگنال خطا بزرگتر باشد میزان اصلاح خروجی پروسه بزرگتر خواهد بود. عمل مشتق براساس زمان اندازه­گیری می­شود.

کنترل تناسبی انتگرال (PI) مشخصه­های هر دو نوع سیستم کنترلی را ترکیب می­کند. یک پله تغییر در نقطه تنظیم (SP) باعث ایجاد پاسخ تناسبی مناسب در کنترلر می­شود که از پاسخ انتگرالی پیروی می­کند. به منظور آنکه سیستم انتگرالی بتواند تغییرات خروجی را به عنوان یک عملگر زمانی تشخیص دهد لازم است که عملکرد انتگرالی بیشتری در سیستم انجام شود که در این صورت تغییرات خروجی با سرعت بیشتری اتفاق می­افتد. که این عملیات را می­توان به صورت ذیل خلاصه کرد:

  • به منظور از بین بردن خطای افست، کنترلر باید مدام خروجی خود را تغییر دهد تا زمانیکه خطای متغیر پروسه به صفر برسد.
  • بازنشانی کنترل انتگرال با استفاده از مقدار مورد نیاز هدایت متغیرهای پروسه به سمت نقطه تنظیم باعث تغییر خروجی کنترلر می­شود.
  • نقطه تعادل جدید پس از بازنشانی سیستم در نقطه C خواهد بود.
  • به دلیل آنکه کنترل کننده نسبی همواره می­بایست در داخل بازه نسبی خود عمل نماید، این بازه می­بایست به صورتی جا به جا شود که نقطه C را نیز شامل شود.
  • کنترلر A عمل بازنشانی را به صورت خودکار انجام می­دهد.

سرعت عمل (کنترل مشتق) شبیه به عملکرد عمل بازنشانی سیستم را بر روی سیگنال خطا انجام می­دهد. کنترل مشتق یک عملکرد مربوط به نسبت میان سرعت تغییر و اندازه خطا است. سرعت عمل به عنوان یک تغییر در خروجی سیستم در یک بازه زمانی مشخص تعریف می­گردد و معمولا آن را با واحد دقیقه نشان می­دهند. تغییرات ایجاد شده در خروجی کنترلر توسط میزان مشتق شده خطا محاسبه می­گردد. تغییر ورودی سیستم به جای تغییر خطای کنترل نسبی برای اصلاح پاسخ سیستم مورد استفاده قرار می­گیرد. سرعت عمل باعث تغییر بسیار سریع موقعیت خروجی سیستم می­شود در صورتیکه عملگر نسبی به تنهایی این عمل را به تدریج انجام می­دهد. در اصل سرعت عمل باعث تغییر آنی بازه نسبی سیستم با توجه به تغییرات افست و خطای سیستم می­شود.

کنترلر PD در سیستم­های کنترلی مورد استفاده قرار می­گیرد که در آنها خطاها بسیار سریع و آنی تغییر می­کنند. با اضافه نمودن یک کنترلر مشتق شده به یک کنترلر تناسبی به سیستم کنترلی دست خواهیم یافت که به نرخ تغییرات خطا به اندازه اندازه آنها پاسخ خواهد داد.

کنترل PID یک روش کنترل حلقه بسته است که کنترل های تناسبی، انتگرال و مشتق را با یکدیگر ترکیب می­کند. کنترل تناسبی باعث ایجاد یک کنترل صاف و بدون تغییرات شدید می­گردد. کنترل انتگرالی به طور خودکار خطای افست را اصلاح می­کند. کنترل مشتق به سرعت به اختلالات بزرگ پاسخ می­دهد. کنترلر PID مورد استفاده­ترین نوع کنترلر در پروسه­های مختلف به حساب می­آید. زمانیکه از این نوع کنترلر در سیستم استفاده می­شود ترکیب کنترل­های تناسبی، انتگرالی و مشتق باعث تکمیل شدن یکدیگر شده و در نهایت منجر به کاهش خطاهای سیستم و رسیدن آنها به صفر می­شود که این اتفاق در این نوع کنترلر از کنترلرهای دیگر بسیار سریعتر اتفاق می­افتد. شکل 19-14 نشان دهنده بلوک دیاگرام یک حلقه کنترل PID است که می­توان آنرا به شرح ذیل توصیف نمود:

  • در زمان تعیین نقطه تنظیم (SP)، بازه تناسبی سیستم، بازنشانی (انتگرال)، نرخ تغییر (مشتق) و محدوده خروجی مشخص می­گردد.
  • تمامی این مشخصه­ها می­توانند در طول عملکرد سیستم و به منظور بهبود آن تغییر نمایند.
  • سیستم انتگرال باعث بهبود دقت و سیستم مشتق باعث کاهش خرابی­های گذرای سیستم می­گردد.

از خروجی سیستم می­توان برای کنترل موقعیت شیر، دما، تجهیزات اندازه­گیری جریان و غیره استفاده نمود.

نحوه کارکرد سیستم کنترل PID - PID CONTROL LOOP

  • کنترلر PID اجازه می­دهد تا سطح توان خروجی سیستم تغییر نماید.
  • به عنوان مثال فرض کنید :

که دمای یک کوره بر روی 50 درجه سانتیگراد تنظیم شده است.

توان گرمکن به دلیل پایین­تر بودن دمای آن از نقطه تنظیم 50 درجه، افزایش پیدا می­کند.

هرچه دما پایین­تر باشد توان سیستم بالاتر خواهد بود.

با نزدیک شدن سیگنال دما به نقطه تنظیمی کنترلر PID توانایی آن را دارد که به سرعت توان خروجی سیستم برای گرمکن را کاهش دهد.

مدت زمان طولانی عملکرد یک سیستم فارغ از بزرگ یا کوچک بودن آن نیازمند انرژی بسیار زیادی جهت تعادل میان ورودی و خروجی سیستم می­باشد. اگر یک پروسه تمام مدت زمان عملکرد خود را در نقطه تعادل سیستم کار کند، کنترل آن بسیار ساده است. زمانیکه یک تغییر در سیستم به وجود می­آید پارامتر بحرانی سیستم زمان است چراکه برای سیستم اهمیت دارد که چه زمانی طول می­کشد تا تغییرات به وجود آمده در ورودی سیستم خود را در خروجی نشان بدهند. ثابت زمانی سیستم می­تواند از کسری از ثانیه تا چندین ساعت تغییر نماید. کنترلر PID  توانایی آن را دارد که کنترل خود را در یک ثابت زمانی مشخص در سیستم تصحیح نماید. کنترلر PID میزان سیگنال خروجی سیستم را با استفاده از یک روش مشخص ریاضیاتی تغییر می­دهد که در آن مقدار خطا و نرخ تغییر سیگنال را محاسبه می­نماید.

کنترلرهای قابل برنامه­ریزی می­توانند با روش­های ورودی و خروجی که کنترلر PID تولید می­کند همگام شوند و یا اینکه عملگرهای ریاضی مناسبی را از قبل تدارک دیده­اند که به وسیله آنها در کنترلرهای PID عمل می­نمایند. PID در اصل یک معادله­ای است که کنترلر از آن برای ارزیابی متغییرهای سیستم استفاده می­نماید. شکل 20-14 نشان می­دهد که چگونه می­توان از یک PLC در یک حلقه کنترلی PID استفاده نمود. عملکرد آن به شرح ذیل می­باشد:

  • متغییر پروسه (فشار) اندازه­گیری شده و فیدبک آن تولید می­گردد.
  • برنامه PLC فیدبک تولید شده را با نقطه تنظیم مقایسه نموده و یک سیگنال خطا تولید می­کند.
  • خطا به سه شکل در حلقه کنترلی PID بررسی و امتحان می­گردد: به روش­های تناسبی، انتگرال و مشتق شده
  • سپس کنترلر با استفاده از تولید خروجی مناسب به وسیله تغییر تنظیم خروجی شیر نسبت به اصلاح خطا اقدام می­نماید.

پاسخ مربوط به یک حلقه PID نرخی است برای جبران­ سازی خطا با استفاده از تنظیم خروجی. حلقه PID با استفاده از سیستم­های تناسبی، انتگرالی و یا مشتق شده تنظیم و تصحیح می­گردد. یک حلقه PID به طور نرمال به وسیله ایجاد یک تغییر ناگهانی در نقطه تنظیم سیستم و مشاهده پاسخ­های ایجاد شده آزمایش می­گردد. تنظیمات ایجاد شده سپس می­توانند به صورت ذیل باشند:

  • مادامی که بهره نسبی سیستم افزایش می­یابد، کنترلر پاسخ­های سریعتری می­دهد.
  • اگر بهره نسبی سیستم خیلی بالا برود، کنترلر به حالت ناپایدار و نوسان کننده تبدیل می­شود.
  • بهره سیستم انتگرالی به صورت یک تثبیت کننده عمل می­کند.
  • بهره انتگرالی همچنین در حالتی که خطای سیستم صفر باشد نیز توان تولید می­کند. (به طور مثال حتی زمانیکه یک اجاق به دمای نقطه تنظیم خود می­رسد ولی باز هم برای گرم ماندن به توان نیاز دارد.)
  • بدون این توان پایه و اولیه، کنترلر افت کرده و به نقطه تنظیم بازمی­گردد.
  • بهره مشتق سیستم به صورت یک پیش بینی کننده عمل می­کند.
  • بهره مشتق سیستم برای کاهش سرعت عملکرد کنترلر در حالتی که تغییرات بسیار سریع است استفاده می­گردد.

نحوه کارکرد سیستم کنترل PID - PLC CONTROL OF A PID

به طور کلی کنترلرهای PID میزان متغیرهای سیستم برای رسیدن به بهره مناسب سیستم را تصحیح می­کنند. (پارامترهای تصحیح سیستم عبارتند از: باند تناسبی، نرخ تغییر (مشتق) و زمان (انتگرال)).

بسته به شاخص­های مربوط به انحراف متغیرهای پروسه از نقطه تنظیمی سیستم، پارامترهای تصحیح عمل کرده و باعث تغییر خروجی­های کنترلر می­شوند تا از این طریق بتوانند متغیرهای پروسه را تغییر داده و به میزان مطلوب خود برسانند. به طور کلی سه روش برای تصحیح کنترلرها استفاده می­گردد:

به صورت دستی:

  • اپراتور مقدار پارامترهای تصحیح مورد نیاز برای رسیدن به پاسخ مطلوب کنترلر را تخمین میزند.
  • پارامترهای تناسبی، انتگرالی و مشتقی سیستم می­بایست به صورت جداگانه و در یک سیستم مشخص با استفاده از روش آزمون و خطا تنظیم و تصحیح گردند.

نیمه اتوماتیک(Auto Tune):

در این روش کنترلر از محاسبه و تنظیم پارامترهای PID محافظت می­کند.

  • خروجی سنسورهای اندازه­گیری
  • محاسبه خطا، مجموع خطا؛ نرخ تغییرات خطا
  • محاسبه توان مطلوب با استفاده از معادلات PID
  • به روز رسانی خروجی کنترل

کاملا اتوماتیک یا هوشمند:

  • این روش همچنین در صنعت به نام روش کنترل منطقی فازی نامیده می­شود.
  • کنترلرها در این سیستم از هوش مصنوعی برای تصحیح پارامترهای PID استفاده می­کنند و این عمل به طور مداوم و تا زمانیکه لازم باشد اتفاق می­افتد.
  • علاوه بر آنکه سیستم خروجی را توسط فرمول محاسبه می­نماید کنترلر فازی قوانین را نیز ارزیابی می­نماید. اولین قدم تغییر خطا از حالت متغییرهای پیوسته به متغییرهای زبانی مانند منفی بزرگ یا مثبت کوچک است. سپس قوانین سیستم ارزیابی می­گردند تا خروجی سیستم تولید شود. نتیجه خروجی سیستم مجدد می­بایست به متغییرهای پیوسته مانند موقعیت تبدیل گردند.

کنترل های PID در FATEK PLC

کنترلرهای قابل برنامه ریزی PID در ساختار خود از سیستم کنترلی حلقه بسته برای کنترل اتوماتیک پارامترهای فیزیکی مانند دما، فشار، سطح مایع یا شارش استفاده می­نماید.

 در PLC FATEK برای کنترل PID های عمومی از Fun30 و برای کنترل حلقه بسته دما  از Fun86  استفاده میشود.

مثالی از کاربرد تابع 30 درPLC FATEK   :

نحوه کارکرد سیستم کنترل PID - LADDER

  • مخزنی داریم که باید فشار داخل آن توسط یک شیر تناسبی که در ورودی آن نصب شده است، کنترل شود. میخواهیم برنامه ای بنویسیم که فشار داخل مخزن را در یک مقدار مشخص ثابت نگه دارد، با در نظر گرفتن اینکه اندازه گیری فشار توسط یک حسگر انجام میشود که فشار 0 تا 10 بار را اندازه میگیرد و خروجی 0 تا 10 ولت دارد.

نحوه کارکرد سیستم کنترل PID - 33 5

پارامترهایی که باید از طریق HMI یا در قسمت تنظیمات به  PLC مقداردهی شود :

همانطور که در شکل بالا میبینید ، عدد تنظیمی فشار سیستم در R1001 ریخته میشود، حد بالای آلارم در R1002، حد پایین آلارم در R1003 و بالاترین مقداری که حسگر میتواند حس کند، برابر  با 100 (با دقت 10 برابر از حداکثر فشاری که حسگر حس می کند) در نظر گرفته شده و حداقل فشار نیز برابر 0 بار در نظر گرفته شده است. توجه داشته باشید که برای عملکرد صحیح PID،  مقدار تنظیمی فشار یعنی R1001 باید در 10 ضرب شود.

مثالی از کاربرد تابع 86 درPLC FATEK   :

نحوه کارکرد سیستم کنترل PID - 22 2

می­خواهیم با استفاده از تابع PID دما ، دمای کانال1 و 2 کارت دما را از طریق خروجی Y10  و Y11 کنترل نمائیم. به عبارت دیگر، هدف ما فعال کردن یک SSR  با کمک PID و داشتن یک دمای ثابت در سیستم کنترل است.

برای اجرای این پروژه، باید به این ترتیب عمل کنیم.

نحوه کارکرد سیستم کنترل PID - 44 4

در ابتدا WM200 در رجیستر R4012 ریخته میشود (R4012  رجیستر ویژه ای است که برای فعال کردن هر حلقه PID از آن استفاده میشود.)

در صورت مسئله، حلقه های1 و 2 انتخاب شده است، بنابراین بیت های M201  و M202  برای فعال کردن حلقه 1 و 2 روشن شده اند.

توجه فرمایید، که حلقه 0 در این مثال فعال نیست، بنابراین M200  روشن نمیشود.

مقدار SetPoint در رجیسترهایR500 و R501 نوشته می­شود. توجه فرمایید که در این مثال، برای حلقه 1 دمای 110 درجه  و برای حلقه 2  دمای120 درجه انتخاب شده است. در رجیستر R510 و R511  عدد 10 ریخته شده است که به معنی انحراف 1 درجه ای دمای واقعی نسبت به دمای تنظیمی PID می باشد. در پارامترهای R520 وR521 ضرائب Gain دو حلقه قرار داده شده است و در پارامترهایR530 و R531 پارامترهای ضریب انتگرال گیر دو حلقه و در رجیسترهای R540-541 پارامترهای ضریب مشتق گیر دو حلقه قرار داده میشود.

در R560  و R561 مقدار خروجی آنالوگ PID برای دو حسگر حلقه 1 و 2 قرار داده شده است.

بعد از تغییر حالت دادن بیت M100  از 0 به 1 ،  PID شروع به عملیات محاسباتی نموده و خروجی های مورد نظر را خاموش و روشن می کند.

به محض فعال شدن پایه En  مربوط به PID ، مقادیر رجیسترهای PR  و IR  و DR به ترتیب با مقادیر 110  و 17 و  50 به صورت اتوماتیک مقداردهی می شود. پس از آن کافی است که با تغییر مقادیر این 3 پارامتر نحوه پاسخ دهی PID به تغییر دما را برای هر حلقه تعیین کنیم. تاثیر هر یک از این پارامترها بر روی خروجی  PID بدین صورت است:

  • پارامتر ضریب بهره : افزایش یا کاهش این پارامتر، سرعت تغییرات را در خروجی PID تعیین می­کند.
  • پارامتر انتگرال گیر : تنظیم این پارامتر باعث از بین بردن خطای ثابت سیستم و نرم کردن حرکت حلقه خروجی می شود.
  • پارامتر مشتق گیر : این پارامتر میزان حساسیت به ورودی را در سیستم کنترل تعیین می کند.

در کاربرد علمی، باید در ابتدا ضریب بهره را بر اساس نحوه پاسخ دهی سیستم، تعریف نمود و بعد از آن، با تنظیم پارامتر انتگرال گیر حرکت سیستم را نرم نموده و پایداری را بالا برد و در نهایت، بر اساس حساسیت سیستم باید به تغییر پارامتر مشتق گیر اقدام کرد.

دیدگاهتان را بنویسید