Toàn quốc Khái niệm về điều khiển PID nhiệt độ và sự khác biệt giữa PID on/off và PID 4-20ma

1. Bộ điều khiển pid nhiệt độ là gì
Điều khiển pid nhiệt độ là một phương pháp dùng thuật toán pid để kiềm chế lượng nhiệt luôn duy trì trong một khuôn khổ nhất định nào đó. Thực tế là vậy giả sử như lấy con pt1000 đo nhiệt độ trên đường ống 0-100oC truyền về bộ controller pid 4-20ma; chúng ta sẽ cài đặt trên đó input nhận điện trở rtd pt100 tương ứng mức hiển thị 0-100oC trên chính màn hình của nó
Chính vì các bộ điều khiển này có màn hình hiển thị biểu thị trực tiếp các con số nhiệt độ thực tiễn trong quá tình giám sát và điều khiển. Nên ! Nó được xem là đồng hồ điều khiển pid 4-20mA. Thông thường các thiết bị điều khiển này hoạt động tốt trong khoảng 0-45oC; chúng được gắn trong các tủ điện tại khu vực sản xuất

Và tới giai đoạn này chúng ta sẽ calip bộ điều khiển pid nhiệt độ để hạn chế thu hẹp khoảng cách nhiệt độ lại trong phạm vi 45…80 oC chả hạn. Điều này có nghĩa là bồn chứa chất lỏng chỉ nằm trong phạm vi nhiệt độ 45-80oC.

Nếu dưới 45oC ngay lập tức pid controller sẽ gửi 1 tín hiệu về controller van tiến hành mở cho nước nóng chảy vào giúp tăng nhiệt độ lên. Trường hợp nhiệt độ qua khỏi 80oC thì bộ điều khiển này gửi tiếp 1 tín hiệu tới controller van để điều khiển đóng không cho nước nống chảy vào bồn nữa từ đó trong bồn sẽ từ từ hạ nhiệt

Đấy chính là một thí dụ thuật ngữ bàn về chi tiết của một mảng ứng dụng liên quan đến điều khiển pid từ các con đồng hồ. Ngoài ra còn rất nhiều chức năng khác như pid trong biến tần; pid từ tín hiêu flowmeter, pid từ plc…. Tuy nhiên chúng ta cứ mặc định các thiết bị có dòng đầu ra 4-20ma muốn chuyển sang cơ chế dòng 4-20ma dạng pid tuyến tính thì cứ cho chạy qua các đồng hồ pid controller này

>> Xem thêm: Bộ điều khiển Omron
2. Điều khiển pid trong biến tần thông qua PLC
Điều khiển pid trong biến tần là một phương pháp phải độg não rất cao đấy anh em ạ. Có nghĩa là mình phải lấy tín hiệu từ các thiết bị đo sau đó đưa về plc lập trình thì lúc này khối pid plc nó sẽ tự động tính toán truy xuất ra dòng 4-20ma cấp cho biến tần hoạt động; một điểm trừ khi dùng plc điều khiển biến tần thông qua pid đó là tín hiệu 4-20ma hay bị nhiễu và có thể gây sai số hoặc nhảy số nếu biến tần lớn
Tuy nhiên; có những trường hợp dùng plc điều khiển biến tần bằng tín hiệu pid hoàn toàn không thể xảy ra. Lý do là vì khoảng cách địa lý nó quá xa nên việc kéo dây tín hiệu từ plc tới biến tần khó khăn hoặc gần như chẳng thể

Mà đâu phải ông nào cũng biết viết và lập trình tín hiệu pid trên con plc để điều khiển biến tần tuyến tính 4-20ma liên tục. Làm thế thỉnh thoảng lại mất thời gian. Trong khi đồng hồ điều khiển pid controller thì nó quá đơn giản; lắp đặt tủ điện linh động và rất dễ thay thế

Thí dụ: Anh em có 2 con bơm cần tín hiệu pid từ biến tần điều khiển 2 bơm đóng mở liên tục. Thế nhưng do một nguyên nhân nào đấy; mặc dù biến tần nó chạy pid nhưng kết quả là tần số 2 con bơm nó không bao giờ đều nhau

Do vậy trường hợp này đơn giản là dùng thẳng bộ điều khiển pid 4-20ma là phương án tối ưu nhất. Nếu muốn điều khiển pid cho 2 bơm cùng một tần số thì sau khi tín hiệu thiết bị đo đi vào bộ điều khiển output ra 4-20ma thì cho vào bộ chia 4-20ma thì cùng tần số thôi có gì đâu.

3. Điều khiển pid theo tín hiệu flowmeter
Flowmeter thông thường nó có các tín hiệu output ra 4-20ma; 0-10v, 0-5v, rs485 hoặc tín hiệu điều khiển on/off trực tiếp. trong đó; việc dùng tín hiệu điều khiển 4-20ma lấy từ flowmeter cực kỳ nhiều. Điều này có nghĩa là con flowmeter đo dòng chảy xuất 4-20ma thông qua một đồng hồ pid xuất tín hiệu 4-20ma đẩy về plc

Mà tín hiệu 4-20ma từ flowmeter không phải bộ nào cũng đọc được. Mà phải có những thiết bị điều khiển pid chuẩn nó mới chuyển hoá 4-20ma flowmeter ra trực tiếp 4-20ma dưới dạng pid

Lưu ý: giữa 2 tín hiệu 4-20ma trước và sau khi vào ra từ bộ pid controller hoàn toàn khác nha. Không phải cứ thấy đều là analog 4-20ma tuyến tính rồi nhầm tưởng chúng giống nhau đâu.
Hoặc một thí dụ khác liên quan đến điều khiển nhiệt độ thông qua tín hiệu pid 4-20ma:

Một cái lò hơi; một nồi nấu phở hay nấu nước nóng; hoặc nồi nấu cơ công nghiệp…. giả sử họ cần nhiệt độ luôn duy trì ở khoảng 43,5 độ C trong một thời gian nhất định. Trường hợp này ta cũng ứng dụng một cái cảm biến nhiệt trước tiên là đo nhiệt độ

Sau đó lấy tín hiệu nhiệt truyền theo dây dẫn đi về con đồng hồ nhiệt độ pid mô tả phía trên. Nó sẽ có chức năng nhận tín hiệu nhiệt rồi hiển thị. Đồng thời trả ngay về giá trị tuyến tính 4-20ma dưới dạng pid tương ứng đẩy tới con van để duy trì nhiệt độ ở 43,5 độ oC như bài toán đã đề nghị

4. Sự khác biệt pid 4-20ma với pid on/off điều khiển van
Trong các phương pháp dùng tín hiệu điều khiển pid nhiệt độ cho các con van; flowmeter , biến tần hay plc chúng ta có 2 cách biểu hiện tín hiệu pid trong từng trường hợp sản xuất cụ thể:

Điều khiển pid nhiệt độ theo xu hướng tuyến tính 4-20ma
Điều khiển pid nhiệt độ trực tiếp đóng ngắt bằng tín hiệu on hoặc off
Về mức độ thông dụng thì 2 phương pháp điều khiển pid trên đều được thiết kế rất rộng rãi trong các hệ thống sản xuất. quang trọng là chủ đầu tư họ muốn dùng phương áp pid nào theo tín hiệu nhiệt độ xuất ra thôi

Thế sự khác biệt giữa các tín hiệu pid trên ra sao ?

Đối với vấn đề dùng pid điều khiển nhiệt độ bằng 4-20ma thì nó có giá trị chuẩn xác hơn; độ phân giải cao hơn. Đồng thời; dựa tên tín hiệu 4-20ma pid tuyến tính để điều khiển trên đó. thí dụ dưới 3mA thì nó gửi tín hiệu mở van hoặc lên 16ma thì đóng van xả lại

Nhưng mà điều khiển pid nhiệt độ theo phương pháp on/off nó cũng có lợi thế riêng; Ở điểm cài đặt bộ pid nhiệt này chúng ta chỉ cần setting 1 hoặc 2 vị trí cụ thể ngay tức khắc nhiệt độ tới điểm đó là nó xuất thẳng tín hiệu on hoặc off để đóng mở các con van mà không phải thồn qua các bộ controller van

Thông thường; một bộ điều khiển pid theo tín hiệu nhiệt độ chuẩn nó sẽ được thiết kế 2 phương pháp pid 4-20ma và pid on/off trên một đồng hồ để tạo sự đa dạng cho người dùng sử dụng bất kỳ trường hợp điều khiển pid nào cũng được

Tuy nhiên; đối với các bộ điều khiển pid nhiệt độ hoạt động theo kiểu on/off thì nên kết hợp chúng với con relay trung gian trước khi đưa tín hiệu về bơm hoặc van. Còn đối với các con van thiết kế bộ Positioner 4-20ma thì bắt buộc 100% anh em phải dùng các loại đồng hồ pid 4-20ma tuyến tính theo tín hiệu cảm biến nhiệt độ đưa về