Použitie PID regulátora v automatizačných systémoch na príklade TRM148 OWEN

Automatické nastavenie, nastavovací systém

Automatické ovládanie je typ automatického ovládania. Udržiavanie stálosti určitej hodnoty charakterizujúcej technologický proces, prípadne jeho zmena podľa daného zákona, uskutočňovaná meraním stavu riadeného objektu alebo porúch ovplyvňovaním dozorného orgánu objektu.

Na vykonanie automatickej regulácie je k regulovanej inštalácii pripojená sada zariadení, ktorých kombinácia sa nazýva regulátor.

Na základe meraní jednej alebo viacerých premenných charakterizujúcich proces regulátor ovplyvňuje proces zmenou jednej alebo viacerých regulačných akcií, pričom udržiava nastavenú hodnotu regulovanej veličiny.

Riadiaci systém — systém určený na udržiavanie daného zákona zmeny určitej fyzikálnej veličiny sa nazýva riadená veličina.Nastavená hodnota regulovanej premennej môže byť konštantná alebo môže byť funkciou času alebo inej premennej.

V regulačnom procese sa regulovaná hodnota porovnáva s nastavenou hodnotou a v prípade odchýlky regulovanej hodnoty od nastavenej hodnoty vstupuje regulačná akcia do regulačného objektu a obnovuje regulovanú hodnotu.

Regulačné opatrenie môže zadať manuálne osoba. Ak sa meranie regulovanej veličiny a zavádzanie regulačnej činnosti vykonáva prístrojmi, bez ľudského zásahu, potom sa riadiaci systém nazýva autonómny systém.

Okrem regulačnej akcie sú regulačné systémy ovplyvnené poruchami, ktoré spôsobujú odchýlku regulovanej veličiny od nastavenej hodnoty a vznik chýb regulácie.

Podľa charakteru zmeny činnosti riadenia sa riadiace systémy delia na automatické stabilizačné systémy (činnosť riadenia je konštantná hodnota alebo je daná funkciou času naprogramovaného riadiaceho systému) a servosystémy (zmena riadenia akcia je určená predtým neznámou kontrolnou akciou) ).

PID regulátory

PID regulátor je hotové zariadenie, ktoré užívateľovi umožní implementovať softvérový algoritmus na ovládanie jedného alebo druhého zariadenia automatizovaného systému. Vybudovanie a konfigurácia regulačných (riadiacich) systémov je oveľa jednoduchšie, ak použijete hotové zariadenia ako je univerzálny PID regulátor TRM148 pre 8 kanálov od firmy OWEN.

Povedzme, že potrebujete automatizovať udržiavanie správnych klimatických podmienok v skleníku: berte do úvahy teplotu pôdy v blízkosti koreňov rastlín, tlak vzduchu, vlhkosť vzduchu a pôdy a dodržujte stanovené parametre. cez kontrolu Vyhrievacie teleso a fanúšikov. Jednoduchšie to už nemôže byť, stačí naladiť PID regulátor.

Najprv si pripomeňme, čo je PID regulátor? PID regulátor je špeciálne zariadenie, ktoré plynule spresňuje výstupné parametre tromi spôsobmi: proporcionálne, integrálne a diferenciálne a počiatočnými parametrami sú vstupné parametre získané zo snímačov (tlak, vlhkosť, teplota, osvetlenie atď.).

Vstupný parameter sa privádza na vstup PID regulátora zo snímača, napríklad snímača vlhkosti. Regulátor prijme hodnotu napätia alebo prúdu, zmeria ju, následne vykoná výpočty podľa svojho algoritmu a nakoniec odošle signál na príslušný výstup, v dôsledku čoho automatizovaný systém dostane riadiacu akciu Znížená vlhkosť pôdy - zavlažovanie bolo zapnutý na niekoľko sekúnd.

Cieľom je dosiahnuť užívateľom definovanú hodnotu vlhkosti. Alebo napríklad: osvetlenie sa znížilo - zapnite fytolampy na rastlinách atď.

PID riadenie

V skutočnosti, hoci všetko vyzerá jednoducho, matematika vnútri regulátora je zložitejšia, nie všetko sa deje v jednom kroku. Po zapnutí zavlažovania PID regulátor znova meria a meria, o koľko sa teraz zmenila vstupná hodnota – toto je chyba regulácie.Nasledujúca akcia na pohone bude teraz opravená, berúc do úvahy nameranú chybu nastavenia a tak ďalej v každom kroku ovládania, kým sa nedosiahne cieľ – užívateľom definovaný parameter.

Na regulácii sa podieľajú tri zložky: proporcionálna, integrálna a diferenciálna. Každý komponent má v každom konkrétnom systéme svoj vlastný stupeň dôležitosti a čím väčší je prínos toho či onoho komponentu, tým dôležitejšie je jeho zmenu v regulačnom procese.

Pomerná zložka je najjednoduchšia, čím väčšia zmena, tým väčší koeficient (proporcionality vo vzorci) a na zníženie vplyvu stačí koeficient jednoducho znížiť (násobiteľ).

Povedzme, že vlhkosť pôdy v skleníku je oveľa nižšia ako nastavená hodnota - potom by mala byť doba zavlažovania taká dlhá, kým je aktuálna vlhkosť nižšia ako nastavená hodnota. Toto je hrubý príklad, ale princíp je približne rovnaký.

Integrálny komponent — je potrebné zlepšiť presnosť riadenia na základe predchádzajúcich riadiacich udalostí: predchádzajúce chyby sú integrované a je na nich vykonaná korekcia, aby sa v konečnom dôsledku dosiahla nulová odchýlka v budúcej kontrole.

A nakoniec diferenciálna zložka. Tu sa berie do úvahy rýchlosť zmeny regulovanej veličiny. Bez ohľadu na to, či sa žiadaná hodnota mení plynulo alebo náhle, činnosť regulácie nesmie viesť k nadmerným odchýlkam hodnoty počas regulácie.

Zostáva vybrať zariadenie na PID reguláciu. Dnes je ich na trhu veľa, existujú viackanálové, ktoré umožňujú zmeniť niekoľko parametrov naraz, ako vo vyššie uvedenom príklade so skleníkom.

Pozrime sa na zariadenie regulátora na príklade univerzálneho PID regulátora TRM148 od firmy OWEN.

Osem vstupných snímačov dodáva signály do príslušných vstupov. Signály sú škálované, filtrované, korigované, ich hodnoty je možné vidieť na displeji prepínaním pomocou tlačidiel.

Výstupy zariadenia sa vyrábajú v rôznych modifikáciách v potrebných kombináciách:

• relé 4 A 220 V;

• tranzistorové optočleny typu n-p-n 400 mA 60 V;

• triakové optočleny 50 mA 300 V;

• DAC «parameter — prúd 4 … 20 mA»;

• DAC «parametrové napätie 0 … 10 V»;

• 4 … 6 V 100 mA polovodičový reléový riadiaci výstup.

Takže ovládanie môže byť analógové alebo digitálne. Digitálny signál — sú to impulzy s premenlivou šírkou a analógové — vo forme stáleho striedavého napätia alebo prúdu v jednotnom rozsahu: od 0 do 10 V pre napätie a od 4 do 20 mA — pre prúdový signál.

Tieto výstupné signály sa používajú iba na ovládanie akčných členov, povedzme čerpadla zavlažovacieho systému alebo relé, ktoré zapína a vypína vykurovacie teleso, alebo motora na ovládanie ventilu akčného člena. Na ovládacom paneli sú indikátory signálu.

Pre interakciu s počítačom je regulátor TPM148 vybavený rozhraním RS-485, ktoré umožňuje:

• nakonfigurovať zariadenie na počítači (konfiguračný softvér je poskytovaný bezplatne);

• prenášať do siete aktuálne hodnoty nameraných hodnôt, výstupný výkon regulátora, ako aj všetky programovateľné parametre;

• prijímať prevádzkové údaje zo siete na generovanie riadiacich signálov.