Kategori: Elektrik-Elektronik

PID Kontrolü Basitçe ve Kısaca Açıklamak

pid

 

Birçok şeyin kontrol edilmesi gerekir – Örneğin; aracınız hızlanır ya da yavaşlar, eğer istediğiniz hıza gelmesini isterseniz bir etkide bulunmak gerekir. Bugünün makineleri, doğru sonuçlara ulaşmak adına kişiler tarafından değil, genellikle otomatik sistemler tarafından kontrol edilmektedir.

 

Ama bu durumun hikayesi, geçmiş yıllara kadar uzanmaktadır. 1922 yılında, bir mühendis Nicolas Minorsky ABD Donanması için otomatik direksiyon sistemleri tasarımı yapmıştı. Dümenciler, gemiyi sadece şimdiki hataya göre değil, şimdiki değişim hatasına ek olarak geçmiş hatalara göre kontrol ediyorlardı.

 

Minorsky, bu eylemleri tanımlamak ve bugünün PID kontrolörlerinin temelini oluşturan bir matematik öne sürmüştür.

 

Peki; PID ne demektir?

 

P: Oransal Artış (Proportional Gain),  I: Integral Artış (Integral Gain),  D: Türevsel Artış (Derivative Gain) anlamına gelir. Peki nasıl çalışırlar?

 

Bir düz yol boyunca araba sürdüğünüzü düşünün. 30km/saat hızda aracı sabit tutmak için, gaz pedalına ayağınızla basar veya bırakırsınız. Burada tam olarak yaptığınız şey bir PID kontrolörü olarak, hızı sabitlemek için bir geri besleme döngüsü kullanmaktır. Basit pedal basmaları, istenilen hızı sağlamak adına oransal kontrol kullanmaktır. (Proportional Gain)

 

Peki ya aracımız bir yokuşa gelirse? O zaman hız sert şekilde düşer ve bu sert düşüşü engellemek için daha fazla gaza basmamız gerekir. Hız ne kadar hızlı düşerse bizde o kadar hızlı gaz  verme işlemi uygularız. Bu türevsel kontroldür. (Derivative Control)

 

Yani, hedef ve mevcut hızımız arasında büyük bir fark sözkonusu ise, düzeltme uygulamak için oransal kontrol kullanırız. Hızda ani bir değişme sözkonuysa, türevsel kontrol kullanılır.

 

Bununla birlikte, ya hedef hız ile mevcut hız arasında sadece küçük bir düzeltilmiş hata var ise, hızda değişim olmadığı için oransal element etkin olmak için çok küçük ve türevsel katkı çok küçük ise? O zaman bu küçük hata, düzeltilmemiş olarak kalır. İntegral kontrolör, hedef hız ve gerçek hızın aynı olduğundan emin olarak, set edilmiş bir zaman üzerinden varolan hatayı bütünleştirir.

 

ENSTRUMANTASYON TEMELLERI 4 – 20mA and 3 – 15psi Kontrol Sinyalleri, Örnek ve Formüllerle Anlatım (8 mA akım ile vananın % kaçını açabiliriz?)

Enstrumantasyon_Temelleri_duravis_kontrol_vana

 

Enstrumantasyon alanında, kontrol döngüsünün son kontrol elemanı olarak, genellikle bir kontrol vanası olarak tercih edilen ekipmanın çalıştırılmasında analog elektrik ve pnömatik sinyalleri yaygın oalrak kullanılır. Bu analog ölçüm sinyali, kimi zaman bir bir voltaj veya akım değeri olabilir.

 

Pnömatik kontrol de ise popüler olan 3-15 psi basınç değerleridir. Elektriksel kontrolde; 4-20 mA DC akım değeri sahadaki ölçüm değerini elektronik ortama aktarırken kullanılan en popüler seçenektir. Ölçeğin %0 ı, 4 mA akım değerine eşitlenirken, %100 ölçeğine ise 20 mA akım değeri atanır.

 

Ölçtüğümüz akım değerini, sahadaki ölçülen değere dönüştürme formülüne bakalım;

 

4-20 mA sinyalin enstrüman ölçüm değeri ile ilişkisi;

 

Belirli bir sinyal aralığındaki yüzdesel değere karşılık  gelen akım değerinin hesaplanması oldukça kolaydır. Sinyalin yüzdesel değeri akım arasındaki ilişki bir doğrunun standard eğim formulünden çıkartılabilir.
 
C= mP+b.

 

Burada C değeri miliamper olarak eşlenik akım değeridir. P , sinyalin aralığındaki yüzdesel değeridir, m 4-20  mA sinyalin span değeridir (16 mA) ve b değeri ise offset değeri olan 4 mA ‘dir.

Current = (16 mA) ( P /100%) + 4 mA. P = sinyalin yüzdesel değeri.

 

Bu denklem pnömatik enstrüman sinyal basıncını hesaplamak için de kullanılır. ( 3-15 psi standardında)

Basınc = (12 PSI) ( P / 100%) + (3 PSI).

Aslında bu denklem tüm lineer ölçüm aralığındaki sinyaller için kullanılabilir.

Ölçülen Değer = ( span ) ( P/100%) + (LRV)

Pratik değerleri kullanırsak daha açıklayıcı olabilir.

 

Örnek I : Bir sıcaklık transmitterinin 40-140 derece arasındaki sıcaklığı ölçtüğünü ve 4-20 mA çıkış verdiğini düşünelim. Bu transmitter 60 derece ölçerken kaç amper çıkış verir?

 

Değerleri formülde yerine koyarsak :

Ölçülen Değer = ( Span) ( P / 100%) + LRV

Ölçülen Değer – ( LRV) =  (Span) (P / 100%)

P =[ (Ölçülen Değer – LRV) / Span] x 100%  = [(60-40)/(100)]x 100% = 20%

 

Bu yüzdesel değeri 4-20 mA akım değerine dönüştürelim.

Akım = ( 16 mA) ( P / 100%) + (4mA) = (16 mA ) ( 20%/100%) + (4 mA) = 7.2 mA

 

Transmitter 60 derecelik ölçüm değeri için 7.2mA akım çıkış değeri verecektir.

 

Örnek II : Bir operatör, kontrol vanasına 8 mA çıkış değeri gönderiyor ( 4 mA’de kapalı, 20 mA’de açık olacak şekilde). Kontrol vanası ne kadar açılır?

 

Miliamper sinyal değerini vananın yüzdesl açma değerine çevirelim. Yani 8 mA değeri 4-20 mA akım değeri aralığında yüzde kaçı gösterir.

 

Akım = (16 mA)(P/100%)+(4mA)

P/100% = [(Akım – 4 mA)/(16 mA)]

P= [ ( Akım – 4 mA)/(16 mA)] x 100%

 

Değerleri yerine koyarsak;

P = [ ( 8 mA – 4 mA) / (16 mA)] x 100% = 25%

 

Yani 8 mA’lik kontrol sinyali, vanaya %25’lik bir açıklık değeri gönderiyor diyebiliriz.

 

www.us-kon.com.tr

 
 

Not: instrumentationtoolbox sitesinden türkçeleştirilerek alıntı yapılmıştır.

İnput ve Outputlarda Dijital ve Analog Farkı

otomasyonanalogdijital
 

Otomasyon sistemlerinde kullanılan input (giriş) ve output (çıkış) terimleri dijital veya analog olarak bu terimlerin türlerini belirlemektedir. Kullanılan plc’lerde analog/dijital inputlar ve outputlar veya bunlar için kullanılan ekstra modüller bulunur. Ayrıca analog veya dijital değer oluşturma ve geribesleme (feedback) almak için kullanılan sensörler, potansiyometreler gibi farklı elemanlar vardır.

 
Dijital input veya dijital output en temel olarak 1 veya 0 olarak yani var veya yok olarak tanımlanabilir. Mesela 24V ile çalışan bir proximity sensör önündeki nesneyi ya görür ya da görmez. Eğer görürse gördüm anlamında 24V olan giriş gerilimini çıkış ucuna verir. Çıkış ucundan alınan 24V sinyal dijital bir sinyaldir ve bu PLC gibi her hangi bir kontrol birimine dijital input olarak gönderilir. Bu sensörden alınan dijital inputu değerlendiren PLC bir röleyi çektirecek olsun. Bunun için de PLC’nin röle bobinin enerjilendirecek 24V göndermesi gerekecektir. Gönderdiği bu 24V dijital outputtur.

 
Analog input veya analog output ise belirli bir aralıkta değişen voltaj veya gerilim değeridir. Mesela elimizde 10V DC bir güç kaynağımız var bu güç kaynağımızın + ve – uçlarını bir potansiyometreye bağlıyoruz. Bu potansiyometrenin orta ucunun çıkışı (output) 0 – 10V arasında bir değer olacaktır. Bu değer analogdur. Aldığımız bu analog değeri analog input ile hız kontrolü sağlayan bir motor sürücüsünde kullanarak motor hızını kontrol edebiliriz. Aynı şekilde analog outputları çeşitli sıcaklık sensörlerinden veya mesafe sensörlerinden elde edip analog input modülü olan PLC’lerde kullanabiliriz. Ayrıca analog output modülü olan PLC’lerden alınan analog outputu da otomasyon sisteminin çeşitli elemanlarında kullanarak kontrol sağlarız.

 
Analog input ve outputlar gerilim (V) veya akım (A) olabilir. Bu kullanılan sistemin özelliğine göre değişir.

 
 

Kaynak: Yukarıdaki yazı, www.elektrikce.com sitesinden alınmıştır.