czwartek, 19 majaCodzienne Wiadomości Biznesowe
Shadow

Regulator PID – niezbędny w wielu zastosowaniach z zakresu automatyki przemysłowej

W bardzo dużym uproszczeniu regulator PID (Proportional, Integral, Derivative) jest urządzeniem albo kodem, którego zadaniem jest utrzymanie określonej wartości lub wielkości wyjściowej na ustalonym wcześniej poziomie. Najłatwiej wytłumaczyć istotę działania regulatora PID na prostych przykładach, przy czym nie obejdzie się bez kilku podstawowych definicji.

Regulator PID – co oznacza ten skrót?

Jak wspomniano wcześniej, skrót „PID” odnosi się do terminów „Proportional, Integral, Derivative”. Czyli „proporcjonalny, całkujący, różniczkujący”. Są to nazwy trzech członów, z których zbudowany jest standardowy regulator PID. Zajmiemy się nimi odrobinę później.

Teraz wyobraźmy sobie możliwie prosty układ regulacji, oparty o mechanizm sprzężenia zwrotnego, odpowiadający np. za utrzymanie obrotów w silniku elektrycznym. Taki układ składa się z następujących części:

  • Sumator – to tutaj trafiają informacje dotyczące różnicy pomiędzy wartością zadaną (wejściową) a zmierzoną wartością wyjściową. Taką różnicę nazywamy uchybem.
  • Prosty regulator.
  • Element wykonawczy – np. falownik silnika.
  • Obiekt regulacji – silnik.
  • Sensor, informujący o wartości sygnału zwrotnego, przesyłający tę informację do sumatora.

Przypuśćmy, że wartość zadana wynosi 1000 obr/min. Okazuje się jednak, że wartość wyjściowa, czyli ta realnie zmierzona przez sensor, wynosi 900 obr/min. Sygnał ten trafia do sumatora. Różnica, czyli uchyb, wynosi 100 obr/min. Informacja ta jest przesyłana do regulatora. Tam jest zmieniana na sygnał sterowania, wysyłany do falownika, „nakazujący” mu zwiększenie prędkości silnika. Gdy prędkość zostanie zwiększona, cały cykl pomiarowo-regulacyjny ulega powtórzeniu.

Jest to oczywiście bardzo uproszczony mechanizm kontroli obrotów silnika, zaś sam regulator nosi nazwę proporcjonalnego (P). Działa na bieżąco, „tu i teraz”, w żaden sposób nie przewidując ewentualnych problemów z obrotami silnika w przyszłości, a tym samym nie przeciwdziałając im. Nietrudno się domyślić, że takie rozwiązanie będzie niewystarczające w bardziej specjalistycznych zastosowaniach, na przykład w automatyce przemysłowej. I to właśnie regulator PID jest urządzeniem, dzięki któremu praca skomplikowanego układu może przebiegać bez jakichkolwiek niechcianych zakłóceń. Dzieje się tak ze względu na wcześniej wspomniane człony:

  • P – proporcjonalny – kompensuje odchylenia dziejące się „na bieżąco”.
  • I – całkujący – niweluje odchylenia w oparciu o informacje dotyczące błędów w pracy układu, które wydarzyły się w przeszłości.
  • D – różniczkujący – stara się niwelować uchyby opierając się o przewidywania dotyczące pracy układu w przyszłości.

Sygnał sterowania wysłany z regulatora PID do elementu wykonawczego jest składową obliczeń wykonanych w tych trzech modułach.

Zastosowania regulatorów PID

Oczywiście regulatory PID nie są wykorzystywane wyłącznie do regulowania obrotów silników czy turbin elektrycznych, na przykład w pompach lub maszynach produkcyjnych. Używane są także do regulacji pracy zaworów regulacyjnych czy termostatów w piecach, kotłach lub reaktorach chemicznych, wpływając tym samym na takie parametry, jak temperatura pracy, ciśnienie, natężenie przepływu itp. Z kolei codzienną sytuacją doskonale pokazującą, na czym polega działanie regulatora PID, jest praca dobrej jakości tempomatu samochodowego. Takie urządzenie nie tylko dba o stałą prędkość pojazdu, lecz może również automatycznie zmieniać biegi czy płynnie dostosowywać prędkość do natężenia ruchu ulicznego.

Najwyższej jakości przemysłowe regulatory PID dostępne są w ofercie JUMO.