ในบทความนี้จะเป็นการพูดถึงวิธีการคิด และการควบคุมของ Temperature Controller ซึ่งมีอยู่ด้วยกันหลายประเภท โดยวิธีการควบคุมในรูปแบบต่างๆ นี้เป็นส่วนสำคัญที่จะส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงานของ Temperature Controller โดยตรง ดังนั้นเรามาดูกันว่า Temperature Controller นั้น มีการควบคุมแบบใดบ้าง? และควรคำนึงถึงก่อนทุกครั้งเมื่อมีการใช้งาน
วิธีการคิดและควบคุม Temperature Controller
จุดประสงค์ของการควบคุมอุณหภูมินั้นคือ การควบคุมอุณหภูมิให้อยู่ที่ค่าที่เราต้องการมากที่สุด เช่น เราต้องการต้มน้ำที่อุณหภูมิ 85 ํC คงที่ตลอดเวลา เพื่อใช้สำหรับชงกาแฟให้มีรสชาติที่ดีที่สุด ดังนั้นการรักษาเสถียรภาพของอุณหภูมิเป็นเรื่องสำคัญ
จากนั้นเป็นเรื่องของการจัดการกับสัญญาณรบกวนต่างๆ หรือ Disturbances เช่น ระหว่างที่คุมอุณหภูมิอยู่ที่ 85 ํC นั้น มีการเติมน้ำเข้ามาในกาต้มน้ำ ทำให้อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงกระทันหันหรือเกิดการรบกวนระบบ ตัวควบคุมมีหน้าที่ทำให้อุณหภูมิกลับเข้าสู่ 85 ํC ให้เร็วที่สุด และไม่เกิดการแกว่งที่มากจนเกินไป ถ้าเราปรับตัวแปรในตัวควบคุมไม่ดี ก็จะทำให้อุณหภูมิของกาต้มน้ำไม่สามารถกลับเข้าสู่ 85 ํC ได้ หรือสามารถกลับมาที่อุณหภูมิ 85 ํC แต่ใช้เวลานานมากเกินไป
ดังนั้นในการเลือกใช้งานตัว Temperature Controller หรือตัวควบคุมอุณหภูมิให้ได้มีประสิทธิภาพนั้น เราจำเป็นต้องเข้าใจถึงกระบวนการคิดและการทำงานของตัวควบคุมอุณหภูมิ ซึ่งหัวใจของการควบคุมนั้นก็คงหนีไม่พ้นเรื่องของวิธีการคิดและควบคุมของ Temperature Controller ซึ่งมีอยู่ด้วยกันหลายประเภทดังนี้
ON-OFF Control หรือ Bang-bang Controller
ระบบควบคุมแบบ ON-OFF เครื่องควบคุมจะสั่งเอาท์พุตทำงานเพียง 2 สภาวะเท่านั้น คือ ON และ OFF เป็นการควบคุมแบบง่าย ๆ และราคาไม่แพง ดังนั้นจึงนิยมใช้กันอย่างกว้างขวางในงานควบคุมทางอุตสาหกรรม ในกรณีที่ผลจากการแกว่งของอุณหภูมิเป็นที่ยอมรับได้
กรณีที่อุณหภูมิมีการกระเพื่อมที่ Set point จะมีผลทำให้เอาต์พุตของเครื่องควบคุม ON และ OFF อยู่ตลอดเวลาหรือเกิดการแกว่งของอุณหภูมิอยู่ตลอดเวลา สามารถแก้ไขได้โดยกำหนด Hysteresis เพื่อลดการตัด-ต่อที่เกิดขึ้น แต่ผลเสียคือจะทำให้เกิด Overshoot มากขึ้น
P Control หรือ Proportional Control
เป็นการควบคุมระบบแบบป้อนกลับโดยใช้ตัวควบคุมแบบสัดส่วน เป็นกระบวนการควบคุมอุณหภูมิที่ออกแบบมาเพื่อแก้ไขปัญหาของการเกิด Overshoot หรือ Undershoot ของอุณหภูมิ แต่ก็ยังไม่สามารถเข้าสู่ค่า Set Point หรือค่าอุณหภูมิที่ต้องการได้ เนื่องจากมีการเกิด Offset Error ที่สถานะคงตัวของระบบ การควบคุมแบบนี้จะช่วยลดค่าความผิดพลาดของระบบ ซึ่งจะสามารถตอบสนองกับค่าสัญญาณความผิดพลาดอย่างทันทีทันใด
PID Control หรือ Proportional Integral Derivative Control
เป็นระบบควบคุมแบบป้อนกลับที่ใช้กันอย่างกว้างขวาง ซึ่งค่าที่นำไปใช้ในการคำนวณเป็นค่าความผิดพลาดที่หามาจากความแตกต่างของตัวแปรในกระบวนการและค่าที่ต้องการ ตัวควบคุมจะพยายามลดค่าผิดพลาดให้เหลือน้อยที่สุดด้วยการปรับค่าสัญญาณขาเข้าของกระบวนการ การควบคุมแบบ PID จะประกอบไปด้วยส่วนการควบคุมที่สำคัญด้วยกัน 3 ส่วนคือ
P (Proportional control action)
ใช้เพิ่มความเร็วในการตอบสนองของระบบ ลดค่าความผิดพลาดที่สภาวะอยู่ตัวของระบบ
I (Integral control action)
ลดค่าความผิดพลาดที่สถานะอยู่ตัวของระบบให้น้อยลงจนหมดไป มีผลให้ความเร็วในการตอบสนองของระบบลดลง ทำให้เสถียรภาพของระบบลดลง
D (Derivative control action)
ทำให้ระบบมีเสถียรภาพมากขึ้น เพิ่มค่าอัตราส่วนความหน่วงให้กับระบบ
ค่าตัวแปรของ PID ที่ใช้จะปรับเปลี่ยนตามธรรมชาติของระบบ สามารถหาค่าตัวแปรของ PID ได้จากสมการด้านล่าง
- u(t) = สัญญาณเอาท์พุตของตัวคอนโทรลเลอร์ที่เวลา t
- Kp = ค่า Proportional Gain
- Ki = ค่า Integral Gain
- Kd = ค่า Derivative Gain
- e = ค่า error ที่เกิดจาก SV-PV
- t = ค่าเวลาในขณะนั้น
- τ = ผลรวมของตัวแปร error ตั้งแต่เวลา 0 – t
กราฟของการควบคุมในกรณีที่มีการเปลี่ยนแปลงค่าตัวแปร P, I และ D
จากรูปจะเห็นได้ว่าในการควบคุมแบบ PID Control นั้น เมื่อมีการเพิ่มค่า Kp เข้าไปในระบบ จะทำให้ค่า PV นั้นเข้าสู่เป้าหมาย SV ที่ตั้งไว้ได้ แต่ยังคงเกิดค่า OFFSET error จึงมีการเพิ่มในส่วนของค่า Ki เข้าไป จึงทำให้ลดค่า OFFSET error ลงไปได้ แต่ก็ยังมีปัญหาเรื่องการแกว่งของระบบ หรือ ออสซีลเลส จึงได้เพิ่มค่า Kd เข้าไปเพื่อลดค่าการแกว่งเหล่านั้น และทำให้ PV เข้าสู่ SV ในสถานะคงตัวในที่สุด โดย P คือค่าสัดส่วนโดยตรงกับ ค่า Error ส่วนค่า I หรือค่าเฉื่อยนั้นจะเป็นอิสระจากตัวแปร P และ D และสุดท้ายค่า D หรือแรงต้าน ซึ่งเกิดจากหน่วงของระบบ โดยจะเป็นการรวมของผลต่างขอค่า Error ในอดีต โดยจะมีจำนวนเท่ากับ t-1 เนื่องจากตอนเริ่มต้นระบบจะไม่มี Error ก่อนหน้า
Fuzzy Logic Control
เป็นวิธีการจะช่วยให้การควบคุมอุณหภูมิเข้าสู่ค่าเป้าหมาย SV เป็นไปอย่างราบเรียบเกิดการแกว่งของ PV ที่ต่ำ โดยอาศัยการแบ่งช่วงการจ่ายสัญญาณเอาท์พุตออกเป็นช่วงๆ ซึ่งจะมีผลโดยตรงกับค่า Error หรือ ผลต่างระหว่าง Input PV กับ SV ซึ่งสามารถเป็นค่าได้ทั้งบวกและลบ เพื่อให้สามารถทำให้ระบบของการควบคุมนั้นสามารถตอบสนองต่อสัญญาณรบกวนจากภายนอกได้เป็นอย่างดี จึงทำให้เสถียรภาพในการควบคุมนั้นคงที่
จะเห็นได้ว่าจะมีกระบวนการตัดสินใจอยู่ว่า อุณหภูมิของระบบเบรคนั้นร้อนหรือไม่ ซึ่งโดยปกติแล้วจะมีแค่ 2 เงื่อนไข คือ ร้อนกับเย็น แต่ตามรูปจะมีการเพิ่มในส่วนของอุณหภูมิอุ่นๆ เข้ามา จึงทำให้การควบคุมจะละเอียดขึ้น โดยเราต้องการควบคุมอุณหภูมิของระบบเบรคไม่ให้ร้อนเกินไป จากการบีบตัวของผ้าเบรคนั้น เราอาจจะตั้งเงื่อนในไขการทำงานไว้
จาก วิธีการคิดและการควบคุมทั้งหมดของ Temperature Controller ที่กล่าวมานั้น ล้วนแล้วแต่เป็นการควบคุมแบบการป้อนกลับ Feedback Control หรือ Close Loop Control System ทั้งสิ้น โดยกระบวนการควบคุมแบบนี้ ปัจจุบันถือว่าเป็นการวบคุมแบบมาตรฐานที่ใช้ในระบบอุตสาหกรรม เนื่องจากสามารถจัดการกับสัญญาณรบกวนต่างๆ และควบคุมระบบให้เข้าสู่ค่าที่ตั้งไว้ได้ดี
ถ้าคุณสนใจสินค้าสามารถ ดูและเลือกซื้อ Temperature Controller เครื่องควบคุมอุณหภูมิ หลากหลายรุ่น จากหน้าเว็บออนไลน์ของเราได้ หรือคุณมีข้อสงสัยหรืออยากสอบถามเพิ่มเติมเกี่ยวกับสินค้า สามารถแชทมาหาเราได้ทันทีจากช่องแชทด้านล่างขวามือ หรือส่งเมลล์มาที่ [email protected] หรือผ่าน Line ที่ @factomart และเบอร์โทร 021-050-567 ได้หลากหลายช่องทาง มีผู้เชี่ยวชาญให้คำแนะนำตลอดเวลาทำการ
