کنترل دمای PID چیست؟
همان‌گونه که بر کسی پنهان نیست کنترلرهای دمایی در صنایع مختلف بسیار مهم و کاربردی هستند. و وظیفه‌ی مقایسه‌ی مقدار دمای واقعی فرآیند انجام شده با مقدار مطلوب و تنظیم دمای مناسب را بر عهده دارند. در گذشته و در کنترلرهای سنتی ترموستات‌های مکانیکی و الکتریکی تنها به وسیله‌ی قطع و وصل کردن در محدودهی set دما را کنترل می‌کردند. اما ظهور میکروکنترل‌ها موجب ایجاد روش‌های نویینی در کنترل دما شده است. در این مقاله کنترل دمای PID را بررسی خواهیم کرد.
PID کنترلر یا (Proportional- Integral- Derivative controiier) با استفاده از سه متغیر تناسبی، انتگرال و مشتق‌گیر کنترل دما را بر عهده دارد. در تعریف کنترلر دمای PID می‌توان گفت؛ ابزاری است که برای کنترل دما به کار می‌رود، معمولا اپراطور در این پروسه دخالت محدودی دارد. در یک سیستم کنترل دما PID یک سنسور دما مانند یک ترموکوپل یا RD را به عنوان ورودی انتخاب میکند. و دمای واقعی را با دمای کنترل یا مورد نظر مقایسه میکند سپس خروجی یک عنصر کنترل را فراهم میکند.
همان‌گونه که در توضیحات ارائه شد PID از سه عنصر تناسبی، انتگرالی و مشتقی تشکیل شده است که هر کدام از این عناصر با دمای فرآیند. و در میزان مقدار دمای تنظیمی مرتبط هستند و نقش‌آفرینی دارند. متغیر تناسبی اختلاف میان دمای تنظیمی و دمای فعلی فرآیند را بررسی میکند. متغیر انتگرالی وظیفه‌ی اندازهگیری و تنظیم اختلاف قبلی از دمای تنظیمی را بر عهده دارد و متغیر مشتقی وظیفه‌ی محاسبه‌ی اختلاف پیش‌بینی شده در آینده بر اساس اختلاف قبلی و فعلی را بر عهده دارد. کنترلرهایPID برای محاسبه‌ی دمای مناسب فرآیند مورد اجرا به حذف تاثیر تغییرات محیط فرآیند می‌پردازد. و میزان توان مورد نیاز سیکل فرآیند فرعی به منظور تضمین ثابت ماندن هر چه بیش‌تر دما پیش‌بینی میکند.
کنترل کننده‌ی دیجیتال PID
در فرآیند به‌کارگیری از کنترلر PID یک کنترلر دیجیتال PID یه طور معمول سیگنال سنسور را از یک ترموکوپل یا RTD را می‌خواند. و اندازه‌های ثبت شده را به واحدهای مهندسی و کاربردی مانند درجه‌ی فارنهایت یا سلسیوس متصل میکند و در مرحله‌ی بعد در قالب دیجیتال نمایش می‌دهد.
روش‌های تنظیم کنترلرهای PID
برای تنظیم کنترلرهای دما از طریق مقادیر PID دو روش اصلی وجود دارد. ممکن است مهندسان این حوزه توان مورد نیاز برای جهت تنظیم دما را به صورت دستی محاسبه نمایند. و یا با وارد نمودن مقادیر هدف و استفاده از ساختار خود تنظیمی کنترلر دما، خود PID را محاسبه نماید و سپس وارد فرآیند کنترل نماید.
شاید شما با انواع کنترلرهای دمایی آشنایی داشته باشید و با خود بگویید کنترلرهای PID چه تفاوتی با کنترلرهای ON/OF دارند. و دارای چه مزایایی نسبت به چنین کنترلرهایی هستند. در پاسخ به این پرسش می‌توان گفت؛ کنترلرهای PID از صد درصد توان برای رسیدن به دمای مطلوب کمک میگیرند. و سپس تا کاهش دما به زیر حد مطلوب توان به صفر درصد می‌رسد. این چرخه دارای خطا و تاخیری است که تاثیر بسزایی در کیفیت محصول نهایی خواهد داشت. کنترلرهای PID اگر به درستی تنظیم شوند در مقابل تداخلات فرآیندی کاراتر خواهند بود. و حتی تداخلات را جبران خواهند کرد و دمای فرآیند را به حد مطلوب خواهند رساند. اما بهتر است بدانیم با تنظیم دما توان مصرفی نیز کاهش می‌یابد. که موجب عدم مشاهده‌ی خطا و کاهش ریسک آسیب به محصول با گرمای زیاد می‌شود.
سخن پایانی
PID یکی از کارآمدترین ابزارها جهت کنترل فرآیند SetPoint محور است. که به خوبی جایگاه خود را در بازار پیدا کرده است. PID از رایجترین نمونههای الگوریتم کنترل بازخوردی است. که در بسیاری از فرآیندهای کنترلی نظیر کنترل سرعت موتور DC مقدار خطا بین خروجی فرآیند و ورودی مطلوب محاسبه میکند.