Uporaba PID regulatorja v sistemih avtomatizacije na primeru TRM148 OWEN

Avtomatsko prilagajanje, sistem prilagajanja

Avtomatsko krmiljenje je vrsta avtomatskega krmiljenja. Ohranjanje konstantnosti določene vrednosti, ki označuje tehnološki proces, ali njegovo spreminjanje v skladu z danim zakonom, ki se izvaja z merjenjem stanja nadzorovanega predmeta ali motenj z vplivom na regulatorni organ predmeta.

Za izvajanje avtomatske regulacije je na instalacijo, ki jo je treba regulirati, priključen sklop naprav, katerih kombinacijo imenujemo regulator.

Na podlagi meritev ene ali več spremenljivk, ki označujejo proces, krmilnik vpliva na proces s spreminjanjem enega ali več krmilnih dejanj, pri čemer ohranja nastavljeno vrednost krmiljene veličine.

Nadzorni sistem — sistem, zasnovan za vzdrževanje danega zakona spreminjanja določene fizikalne količine, se imenuje nadzorovana količina.Nastavljena točka nadzorovane spremenljivke je lahko konstantna ali pa je lahko funkcija časa ali katere druge spremenljivke.

V procesu regulacije se nadzorovana vrednost primerja z nastavljeno vrednostjo in v primeru odstopanja nadzorovane vrednosti od nastavljene vrednosti regulacijski ukrep vstopi v kontrolni objekt in obnovi nadzorovano vrednost.

Regulativni ukrep lahko oseba vnese ročno. Če se merjenje krmiljene veličine in uvedba krmilnega delovanja izvaja z instrumenti, brez človekovega posredovanja, potem se krmilni sistem imenuje avtonomni sistem.

Poleg regulacijskega delovanja na regulacijske sisteme vplivajo motnje, ki povzročijo odstopanje regulirane veličine od nastavljene vrednosti in pojav regulacijskih napak.

Po naravi spremembe regulacijskega delovanja delimo krmilne sisteme na sisteme avtomatske stabilizacije (regulacijski učinek je konstantna vrednost ali je dana funkcija časa programiranega krmilnega sistema) in servo sisteme (sprememba krmiljenja dejanje je določeno s predhodno neznanim krmilnim dejanjem) ).

PID krmilniki

PID krmilnik je že pripravljena naprava, ki bo uporabniku omogočila implementacijo programskega algoritma za krmiljenje enega ali drugega dela opreme avtomatiziranega sistema. Gradnja in konfiguracija regulacijskih (krmilnih) sistemov postane veliko lažja, če uporabite že pripravljene naprave, kot je univerzalni PID regulator TRM148 za 8 kanalov podjetja OWEN.

Recimo, da morate avtomatizirati vzdrževanje pravih klimatskih pogojev v rastlinjaku: upoštevati temperaturo tal ob koreninah rastlin, zračni tlak, vlažnost zraka in zemlje ter vzdrževati določene parametre. preko nadzora Grelni element in oboževalci. Ne bi moglo biti lažje, samo nastavite PID regulator.

Najprej se spomnimo, kaj je PID regulator? PID regulator je posebna naprava, ki sproti izboljšuje izhodne parametre na tri načine: proporcionalni, integralni in diferencialni, začetni parametri pa so vhodni parametri, pridobljeni iz senzorjev (tlak, vlaga, temperatura, osvetljenost itd.).

Vhodni parameter se dovaja na vhod PID krmilnika iz senzorja, na primer senzorja vlažnosti. Regulator prejme vrednost napetosti ali toka, jo izmeri, nato izvede izračune v skladu s svojim algoritmom in na koncu pošlje signal na ustrezen izhod, zaradi česar avtomatizirani sistem prejme krmilno dejanje Vlažnost tal se je zmanjšala - zalivanje je bilo vklopljen za nekaj sekund.

Cilj je doseči uporabniško določeno vrednost vlažnosti. Ali na primer: osvetlitev se je zmanjšala - vklopite fitolampe na rastlinah itd.

PID krmiljenje

Pravzaprav, čeprav je vse videti preprosto, je matematika znotraj regulatorja bolj zapletena, ne zgodi se vse v enem koraku. Po vklopu namakanja krmilnik PID ponovno meri, koliko se je zdaj spremenila vhodna vrednost—to je napaka krmiljenja.Naslednje dejanje na pogonu bo zdaj popravljeno ob upoštevanju izmerjene napake prilagajanja in tako naprej pri vsakem krmilnem koraku, dokler ni dosežen cilj – uporabniško določen parameter.

Pri regulaciji sodelujejo tri komponente: proporcionalna, integralna in diferencialna. Vsaka komponenta ima v posameznem sistemu svojo stopnjo pomembnosti in večji kot je prispevek te ali one komponente, bolj bistveno jo je treba spremeniti v regulacijskem procesu.

Proporcionalna komponenta je najenostavnejša, večja kot je sprememba, večji je koeficient (proporcionalnosti v formuli), za zmanjšanje vpliva pa je dovolj, da koeficient (množilnik) preprosto zmanjšamo.

Recimo, da je vlažnost tal v rastlinjaku precej nižja od nastavljene vrednosti – takrat naj bo čas zalivanja toliko, kolikor je trenutna vlaga nižja od nastavljene vrednosti. To je grob primer, vendar je načelo približno enako.

Integralna komponenta — potrebno je izboljšati natančnost regulacije na podlagi predhodnih regulacijskih dogodkov: prejšnje napake se integrirajo in na njih se opravi popravek, da se na koncu doseže ničelno odstopanje pri prihodnji regulaciji.

In končno, diferencialna komponenta. Tu se upošteva hitrost spremembe nadzorovane spremenljivke. Ne glede na to, ali se nastavljena vrednost spreminja gladko ali nenadoma, krmiljenje ne sme povzročiti čezmernih odstopanj vrednosti med krmiljenjem.

Ostaja še izbira naprave za PID regulacijo. Danes jih je na trgu veliko, obstajajo večkanalni, ki vam omogočajo spreminjanje več parametrov hkrati, kot v zgornjem primeru z rastlinjakom.

Oglejmo si napravo regulatorja na primeru univerzalnega PID regulatorja TRM148 podjetja OWEN.

Osem vhodnih senzorjev dovaja signale do ustreznih vhodov. Signali se skalirajo, filtrirajo, popravljajo, njihove vrednosti so vidne na zaslonu s preklopom z gumbi.

Izhodi naprave so izdelani v različnih modifikacijah v potrebnih kombinacijah naslednjega:

• rele 4 A 220 V;

• tranzistorski optični sklopniki tipa n-p-n 400 mA 60 V;

• triac optocouplers 50 mA 300 V;

• DAC «parameter — tok 4 … 20 mA»;

• DAC «parameter-napetost 0 … 10 V»;

• 4 … 6 V 100 mA krmilni izhod polprevodniškega releja.

Torej je krmiljenje lahko analogno ali digitalno. Digitalni signal — to so impulzi spremenljive širine in analogni — v obliki neprekinjene izmenične napetosti ali toka v enotnem območju: od 0 do 10 V za napetost in od 4 do 20 mA — za tokovni signal.

Ti izhodni signali se uporabljajo samo za krmiljenje aktuatorjev, recimo črpalke namakalnega sistema ali releja, ki vklopi in izklopi grelni element, ali motorja za krmiljenje ventila aktuatorja. Na nadzorni plošči so signalni indikatorji.

Za interakcijo z računalnikom je regulator TPM148 opremljen z vmesnikom RS-485, ki omogoča:

• konfigurirajte napravo na računalniku (konfiguracijska programska oprema je na voljo brezplačno);

• posreduje v omrežje trenutne vrednosti izmerjenih vrednosti, izhodno moč regulatorja, pa tudi vse programabilne parametre;

• sprejemanje operativnih podatkov iz omrežja za ustvarjanje krmilnih signalov.