Regolatori Industriali PID: cosa sono, funzionamento e applicazioni

Cosa sono i regolatori industriali PID?

I regolatori pid sono strumenti fondamentali per la regolazione dei parametri nei sistemi di controllo. Il termine PID è l'abbreviazione di Proporzionale-Integrale-Derivativo. Questi tre elementi interagiscono al fine di generare, tramite funzioni matematiche, un segnale di controllo che viene inviato a un dispositivo attuatore.

Questo strumento, anche conosciuto come pid controller, grazie ad un algoritmo, permette di compensare, correggere e autoregolare le variazioni e gli errori delle grandezze sottoposte a controllo, mentre il sistema è in funizone.

Vista la loro utilità, sistemi regolatori sono stati oggetto di una sempre maggiore evoluzione e ottimizzazione, al fine di essere integrati via software con quanti più sistemi automatici possibili.

Il loro punto di forza risiede nella possibilità di aggiustare e gestire diverse funzioni di regolazione, in base alle esigenze di qualsiasi particolare strumento, potendo così contare su un processo continuo di ottimizzazione. Anche per questa ragione, circa il 95% delle operazioni di automazione a circuito chiuso, nel settore industriale, utilizza controllori PID.

Come funziona un controllore PID?

Per capire meglio il funzionamento e l’importanza di un controllore PID, può essere utilizzato un esempio molto pratico e quotidiano.

La maggior parte delle abitazioni moderne è dotata di un termostato per gestire il riscaldamento. Questo dispositivo, di norma, è settato a una temperatura desiderata mentre la temperatura presente all’interno della casa riveste il ruolo di variabile di processo, dal momento che essa può cambiare nel tempo. Il livello di calore ideale su cui è stato impostato il termostato è noto come setpoint. La variabile di processo e il setpoint possono essere gli stessi in un determinato momento.

Questi due parametri, la variabile di processo e il setpoint, sono gli stessi utilizzati per spiegare il funzionamento di un controller PID di temperatura. Il controllore PID è impostato per eseguire un controllo su una variabile; essa può essere la temperatura o una qualsiasi altra grandezza fisica su cui opera. Il PID cerca di trovare la soluzione migliore per mantenere, o avvicinare questa variabile al setpoint desiderato.

Questo esempio ci permette di comprenderne il funzionamento del regolatore PID, basato sulla costante supervisione e regolazione ininterrotta delle variabili:

    • P: proporzionale

    • I: integrale

    • D: derivativa

In base alle continue differenze che si possono creare nel corso delle attività di un sistema, viene calcolato un fattore di correzione che interviene all’interno di quest’ultimo.

Quali sono le tipologie di PID controller?

I regolatori PID, settabili e modificabili in base alle necessità, possono essere distinti in due tipologie principali.

Prendendo sempre come esempio un regolatore PID della temperatura, vediamo le loro caratteristiche di funzionamento:

    • Controllo PID di tipologia proporzionale: questo tipo di controller, una volta avvicinato il setpoint, gestirà la potenza fornita al dispositivo, così da mantenere la temperatura costante.

    • Controllo PID di tipologia standard: questo regolatore aggiunge al controller di tipo proporzionale le funzioni integrative e derivative, al fine di compensare gli errori e le modifiche che possono generarsi quando il sistema è in azione. 

Applicazione della regolazione PID nei controlli industriali

Le applicazioni di questi regolatori, impiegati in ambito industriale, fanno sì che nella maggior parte dei casi un determinato utilizzo dei controller crei due varianti del dispositivo:

    • controller PI

    • controller PID

Una casistica in cui è utilizzato il regolatore PI (o regolatore proporzionale integrale), è rappresentata dalla gestione della velocità di un motore sottoposto a corrente continua.

Questi regolatori trovano un largo impiego perché:

    • Sono adeguati alla gestione in modo soddisfacente di un’ampia gamma di processi

    • Possono essere settati in “modo automatico” anche in assenza di un valore o modello di riferimento

    • Assicurano errore prossimo allo 0

    • Possono essere prodotti facilmente in diverse modalità

    • Il loro progetto e realizzazione sono decisamente economici

Un controller di tipo PID, invece, agisce compensando automaticamente, ogni qualvolta vengono rilevate modifiche nel sistema. Per questo motivo, questi regolatori trovano un largo utilizzo in sistemi di controllo per servomotori oppure per il controllo di grandezze fisiche come temperatura, forza o qualsiasi altra condizione dove è richiesta rapidità di adattamento al variare delle condizioni.

La scelta del miglior controller proporzionale-integrale-derivato (PID) dipenderà dalle tue esigenze specifiche.

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