BỘ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ AX SERIES

AX series là 1 trong những dòng sản phẩm điều khiển nhiệt độ thông dụng của hãng HanYoung-Nux, Hàn Quốc. Được đánh giá khá cao về mặt tính năng, thiết kế và chi phí kinh tế; AX series hiện là 1 trong những bộ sản phẩm được khách hàng sử dụng nhiều nhất ở nhiều lĩnh vực khác nhau như: công nghiệp hóa chất, lò nung, sấy, gia công vật liệu hay hệ thống lò nhiệt…

Các tính năng:
- Các kiểu đầu vào: nếu so với 1 số series điều khiển nhiệt độ cao cấp như NX, PX hay NP thì rõ ràng AX thua kém hơn khi chỉ hỗ trợ 5 loại đầu vào là: Can nhiệt K, J, R, T và Pt100. Tuy vậy nó cũng đủ để đáp ứng được khá nhiều ứng dụng khác nhau.


- Các kiểu đầu ra: vô cùng thuận tiện khi AX series hỗ trợ 3 loại đầu ra thông dụng là: Role, SSR và 4~20mA. Điều này rất hữu ích cho người sử dụng khi muốn lắp đặt bộ điều khiển nhiệt AX với các thiết bị, cơ cấu khác nhau. Có thể đơn giản chỉ là 1 cơ cấu role-contactor đóng ngắt nhiệt cho nò lung hay kết hợp với role bán dẫn SSR để ứng dụng trong điều khiển PID –được sử dụng khá nhiều trong các lĩnh vực đòi hỏi độ chính xác cao. Không những thế, với đầu ra điều khiển 4~20mA, người dùng hoàn toàn có thể ghép nối bộ AX với 1 số thiết bị điều khiển khác như Bộ điều khiển nguồn Thyristor, qua đó không những chỉ điều khiển lò nhiệt đơn thuần mà còn có thể điều khiển cả động cơ…

* Chu kì vòng quét chỉ mất 0.1s, tức là nhiệt độ giữa môi trường cần đo với giá trị hiển thị luôn được cập nhật liên tục, từ đó luôn đảm bảo tính liên tục, kịp thời khi điều khiển.

• Các tính năng nổi bật:
  - Hỗ trợ tới 3 kiểu điều khiển khác nhau: PID, P và ON/OFF.
  Với tính năng này, người dùng có thể dễ dàng chọn cho mình 1 phương pháp điều khiển phù hợp nhất với ứng dụng của mình. Ví dụ với kiểu điều khiển ON/OFF, người dùng có thể áp dụng trong trường hợp điều khiển các hệ thống lớn, cho phép sai số cao như hệ thống lò nhiệt, điều khiển quạt gió, van điện…Trong khi đó, với kiểu điều khiển PID thì người dùng có thể hoàn toàn yên tầm về chất lượng sản phẩm khi độ chính xác về nhiệt lên tới 99.7%. Và xu hướng hiện nay thì điều khiển PID đang dần chiếm ưu thế bởi các ưu điểm nổi trội của nó: chính xác, tiết kiệm năng lượng, nâng cao chất lượng sản phẩm…
  
  - Hỗ trợ tối đa 2 đầu ra cảnh báo với 4 chế độ khác nhau: Điều này đồng nghĩa với việc người dùng có thể mở rộng việc ghép nối bộ điều khiển AX với nhiều thiết bị hơn, từ đó tạo nên hệ thống điều khiển hoàn chỉnh hơn, an toàn hơn. Với việc đầu ra cảnh báo dạng role có công suất 240VAC-3A, ta có thể điều khiển trực tiếp cho các hệ đèn/còi báo hay động cơ quạt gió công suất bé, hoặc thông qua cơ cấu contactor để có thể điều khiển được các hệ công suất lớn hơn. Không những thế, đi kèm với tính năng cảnh báo là 1 loạt các tham số lựa chọn giúp người dùng có thể tùy biến 1 cách linh hoạt và chủ động hơn trong việc vận hành điều khiển.
  
  - Các chức năng bổ trợ khác:
  Nếu người sử dụng muốn hiển thị chính xác lên tới 0.1^oC thì chức năng “Decima point” (Cho phép hiển thị dấu thập phân hay ko) chắc chắn đáp ứng tốt yêu cầu đó.
  Trong thực tế thì việc xảy ra sai số giữa môi trường đo với giá trị hiển thị trên bộ điều khiển là điều không thể tránh khỏi. Để khắc phục điều đó AX cung cấp 1 chức năng rất hữu ích đó là điều chỉnh độ lệch (Bias). Với chức năng này thì người dùng hoàn toàn có thể điều chỉnh lại giá trị hiển thị theo ý mình, qua đó giúp nâng cao độ chính xác khi điều khiển.
  Thêm vào đó, trong nhiều trường hợp thì ảnh hưởng của nhiễu tới bộ điều khiển khiến việc giám sát hay điều khiển gặp nhiều khó khăn. Để giảm thiểu sự ảnh hưởng của nhiễu thì AX có tich hợp sẵn tính năng khử nhiễu “Filt”. 
  Nếu tận dụng tốt các tính năng này thì hệ thống điều khiển của người dùng chắc chắn sẽ hoạt động 1 cách ổn định, chính xác và hiệu quả hơn rất nhiều.
   
• Thiết kế tối ưu:

        - AX series có tới 5 kiểu kích cỡ khác nhau, đặc biệt chiều sâu của tất cả các sản phẩm AX đều chỉ có 63mm, điều này giúp tiết kiệm rất nhiều không gian tủ lắp đặt, đồng thời giúp tăng cao tính mĩ thuật cho sản phẩm.

- Thiết kế màn hình hiển thị số cỡ lớn, được phân biệt bằng 2 màu xanh-đỏ rất dễ nhìn. Do vậy việc giám sát trở nên dễ dàng hơn, tiện lợi hơn.

- Bàn phím cài đặt chỉ gồm 4 nút được thiết kế đẹp mắt, dễ ấn. Đồng thời nó cũng đơn giản hóa các thao tác cài đặt, giúp cho người sử dụng nhanh chóng nắm bắt được cách thức cài đặt chương trình                                               

ĐIỀU KHIỂN ON/OFF VÀ PID

Trong các bộ điều khiển nhiệt ta thường thấy 2 chế độ điều khiển là điều khiển ON/OFF và điều khiển PID. Ngoài ra còn có thêm 1 số chế độ khác (Thực chất cũng là PID nhưng có 1 thành phần bị lược bỏ, ví dụ như chế độ điều khiển Tỉ lệ P hay PI, PD). 
Nhằm giúp người sử dụng có thể hiểu rõ hơn về các chế độ điều khiển này, bài viết sau xin đưa ra một số mô tả, giải thích vè chế độ ON/OFF và PID.

1. Chế độ điều khiển ON/OFF
Có thể dễ dàng nhận thấy đây là chế độ điều khiển đơn giản nhất, được sử dụng từ khá lâu và hiện nay vẫn còn được ứng dụng khá nhiều trong các ngành khác nhau.
Ưu điểm của chế độ này là điều khiển đơn giản, dễ hiểu. Tuy nhiên nó lại có nhược điểm là độ chính xác ko cao, độ quá nhiệt lớn gây tổn thất năng lượng. 
Về nguyên lí hoạt động của chế độ ON/OFF thì khá đơn giản: bộ điều khiển sẽ tác động đầu ra nếu nhiệt độ môi trường đo vượt qua giá trị đặt (Có thể tác động khi nằm trong phạm vi dải trễ mà chưa cần tới giá trị đặt-nếu như người dùng có cài đặt dải trễ). Và thông thường thì chế độ ON/OFF sẽ tương ứng với loại đầu ra điều khiển là dạng Role.

Với những đặc điểm như trên thì chế độ điều khiển ON/OFF thường được ứng dụng trong những hệ thống điều khiển nhiệt quy mô lớn, cho phép độ quá nhiệt cao và ít có sự thay đổi nhiệt độ; ví dụ như: hệ điều khiển lò nhiệt, tủ lạnh, quạt…
Sau đây là clip thí nghiệm mô tả hoạt động của chế độ đk ON/OFF:
Điều khiển ON/OFF phần 1

Điều khiển ON/OFF phần 2

2. Chế độ điều khiển PID 
PID-Proportional Integral Derivative (bộ điều khiển tỉ lệ vi tích phân ) là 1 thuật ngữ để chỉ cơ chế điều khiển vòng phản hồi. Quý khách có thể tìm hiểu chi tiết về cơ chế này tại trang web http://vi.wikipedia.org/wiki/B%E1%BB%99_%C4%91i%E1%BB%81u_khi%E1%BB%83n_PID
Trong khuôn khổ bài viết này chỉ rút ra những nội dung quan trọng nhất của chế độ PID khi sử dụng trong thực tế sản xuất.
- Ưu điểm: điều khiển với độ chính xác cao, tiết kiệm năng lượng tối đa, đảm bảo sự ổn định của hệ thống.
- Nhược điểm: thuật toán điều khiển phức tạp, đòi hỏi người sử dụng có trình độ và kinh nghiệm.
Khi sử dụng chế độ điều khiển PID thì loại đầu ra điều khiển tối ưu là Role bán dẫn SSR. Không nên sử dụng role thường vì nó dễ xảy ra các sự cố ngoài ý muốn như: đánh tia lửa điện, kẹt tiếp điểm, tuổi thọ các thiết bị giảm…
- Phạm vi ứng dụng: có thể nói ngày nay PID đã xâm nhập vào hầu hết các ứng dụng điều khiển (ko chỉ nhiệt độ mà còn nhiều lĩnh vực khác). Tuy nhiên nõ vẫn được ưu tiên hơn cả khi hệ thống yêu cầu độ chính xác cao, khoảng thay đổi nhiệt cho phép nhỏ.
Thông thường khi sử dụng bộ điều khiển nhiệt có chế độ điều khiển PID thì luôn có kèm theo chức năng Tự động điều chỉnh (Auto Tuning). Chức năng này sẽ tự động điều chỉnh các tham số P, I và D sao cho hệ thống đạt hiệu năng cao nhất. Tuy nhiên, trong 1 số trường hợp thì người sử dụng vẫn phải điều khiển bằng tay (Manual) các tham số này.

+ Tham số P (hệ số tỉ lệ): nếu đặt giá trị này càng cao thì tốc độ đáp ứng (đạt tới giá trị nhiệt mong muốn) càng nhanh. Tuy nhiên nó cũng làm cho độ quá nhiệt nhiều hơn (đồng nghĩa với việc độ chính xác giảm đi và tổn hao năng lượng tăng lên). Nếu giá trị này quá lớn thì hệ quả là hệ thống sẽ mất ổn định.



 
                                         Khi tăng hệ số P                                                                                         Khi giảm hệ số P

+ Tham số I (Tích phân): Nếu đặt giá trị này càng cao thì quá trình loại trừ sai số do tham số P gây ra (tức là đưa về giá trị nhiệt yêu cầu) càng nhanh. Tuy vậy nó cũng gây ra hiện tượng quá độ càng lớn. Ví dụ:
- Nhiệt độ đặt là 100^oC. Nhiệt độ bất dầu tăng từ nhiệt độ phòng 28^oC
- Sai số do tham số P gây ra trong chu kì đầu tiên là 10^oC. Tức là nhiệt độ đỉnh đạt 110^oC.
Nếu đặt giá trị tích phân là I₁ thì sau thời gian t₁ ta sẽ có nhiệt độ là 100. Tuy nhiên sau đó nhiệt tiếp tục giảm xuống nhiệt độ T₁ (giả sử chỉ còn 94^oC).
Nếu đặt giá trị tích phân là I₂1 thì sau thời gian t₂>t₁ nhiệt độ mới đạt dến 100^oC. Sau đó nó giảm đến nhiệt độ T₂ (khi đó 100>T₂>T₁, giả sử là 97^oC).



                                 Khi tăng hệ số I                                                                                          Khi giảm hệ số I

+ Tham số D (Vi phân): giá trị này càng cao thì càng làm giảm sự quá độ do tham số I gây ra. Đồng thời nó cũng làm cho quá trình đáp ứng bị chậm đi. Nếu quá lớn sẽ gây ra sự mất ổn định hệ thống.


 

                            Khi tăng hệ số D                                                                                                  Khi giảm hệ số D

Nếu điều khiển PID bằng tay thì có 1 phương pháp như sau có thể giúp cho người dùng nhanh chóng cài đặt được các tham số 1 cách tối ưu nhất:
( Đây chỉ là phương pháp mang tính chất tham khảo)
+ Bước 1: Đặt các hệ số I và D bằng 0.
+ Bước 2: Tăng dần hệ số P cho đến khi đầu ra vòng điều khiển dao động. Sau đó có thể đặt giá trị P bằng 1 nửa giá trị đó.
+ Bước 3: tăng dần hệ số Tích phân I cho đến khi đủ thời gian để khử sai số. Chú ý ko nên tăng I quá lớn.
+ Bước 4: Tăng dần giá trị D đến khi thời gian đáp ứng đủ nhanh theo yêu cầu. 

Dưới đây là 1 số trường hợp mà người dùng nên điều khiển PID thủ công thay vì để Tự động điều chỉnh:
- Quá trình điều khiển đòi hỏi tốc độ hồi đáp cao như: điều khiển lưu lượng hay áp suất…
- Quá trình vận hành với tải quá lớn.
- Quá trình điều khiển mà giá trị đặt SV thường xuyên phải thay đổi