Brugen af ​​en PID-regulator i automatiseringssystemer på eksemplet med TRM148 OWEN

Automatisk justering, justeringssystem

Automatisk styring er en form for automatisk styring. Opretholdelse af konstantheden af ​​en vis værdi, der karakteriserer den teknologiske proces, eller dens ændring i henhold til en given lov, udført ved at måle tilstanden af ​​et kontrolleret objekt eller forstyrrelser ved at påvirke objektets regulerende organ.

For at udføre automatisk regulering er et sæt enheder forbundet til installationen, der skal reguleres, hvis kombination kaldes en regulator.

Baseret på målinger af en eller flere variabler, der kendetegner processen, påvirker regulatoren processen ved at ændre en eller flere kontrolhandlinger, og fastholde den indstillede værdi af den kontrollerede variabel.

Et kontrolsystem - et system designet til at opretholde en given lov om ændring af en bestemt fysisk størrelse kaldes en kontrolleret mængde.Setpunktet for den kontrollerede variabel kan være konstant, eller det kan være en funktion af tid eller en anden variabel.

I reguleringsprocessen sammenlignes den kontrollerede værdi med den indstillede værdi, og i tilfælde af en afvigelse af den kontrollerede værdi fra den indstillede værdi, går reguleringshandlingen ind i kontrolobjektet og genopretter den kontrollerede værdi.

Regulatoriske handlinger kan indtastes manuelt af en person. Hvis målingen af ​​den kontrollerede variabel og indførelsen af ​​kontrolhandlingen udføres af instrumenter, uden menneskelig indgriben, så kaldes kontrolsystemet et autonomt system.

Ud over kontrolhandlingen påvirkes styresystemer af forstyrrelser, der får den styrede variabel til at afvige fra den indstillede værdi og forekomst af styrefejl.

Af arten af ​​ændringen i kontrolhandlingen er styresystemer underopdelt i automatiske stabiliseringssystemer (kontrolhandlingen er en konstant værdi eller er en given funktion af tiden for det programmerede styresystem) og servosystemer (ændringen i kontrolsystemet) handling bestemmes af en tidligere ukendt kontrolhandling) ).

PID regulatorer

PID-controlleren er en færdiglavet enhed, der giver brugeren mulighed for at implementere en softwarealgoritme til at styre et eller andet udstyr i et automatiseret system. Opbygning og konfiguration af reguleringssystemer bliver meget nemmere, hvis du bruger færdige enheder, såsom den universelle PID-controller TRM148 til 8 kanaler fra firmaet OWEN.

Lad os sige, at du skal automatisere vedligeholdelsen af ​​de rigtige klimatiske forhold i drivhuset: tag hensyn til jordens temperatur nær planternes rødder, lufttrykket, luftens og jordens fugtighed og overhold de angivne parametre gennem kontrol Varmeelement og fans. Det kunne ikke være nemmere, bare tune PID-controlleren.

Lad os først huske, hvad en PID-controller er? PID-controlleren er en speciel enhed, der kontinuerligt forfiner udgangsparametrene på tre måder: proportional, integral og differentiel, og de indledende parametre er inputparametre opnået fra sensorer (tryk, fugtighed, temperatur, belysning osv.).

Indgangsparameteren føres til PID-regulatorens indgang fra en sensor, for eksempel en fugtsensor. Regulatoren modtager værdien af ​​spændingen eller strømmen, måler den, foretager derefter beregninger i henhold til dens algoritme og sender til sidst et signal til den tilsvarende udgang, som et resultat af hvilket det automatiserede system modtager en kontrolhandling. Jordfugtigheden faldt - vanding var tændt i et par sekunder.

Målet er at opnå en brugerdefineret fugtighedsværdi. Eller for eksempel: belysningen er faldet - tænd fytolamper på planter osv.

PID kontrol

Faktisk, selvom alt ser simpelt ud, er matematikken inde i regulatoren mere kompliceret, ikke alt sker i et trin. Efter at kunstvanding er tændt, måler PID-regulatoren igen og måler, hvor meget inputværdien nu er ændret - dette er kontrolfejlen.Den næste handling på drevet vil nu blive rettet under hensyntagen til den målte justeringsfejl og så videre ved hvert kontroltrin, indtil målet - en brugerdefineret parameter - er nået.

Tre komponenter er involveret i reguleringen: proportional, integral og differentiel. Hver komponent har sin egen grad af betydning i hvert enkelt system, og jo større bidraget fra denne eller hin komponent er, jo mere væsentligt er det at blive ændret i reguleringsprocessen.

Den proportionelle komponent er den enkleste, jo større ændringen er, jo større koefficienten (af proportionalitet i formlen), og for at reducere virkningen er det nok blot at reducere koefficienten (multiplikatoren).

Lad os sige, at jordfugtigheden i drivhuset er meget lavere end setpunktet – så skal vandingstiden være lige så lang som den aktuelle fugtighed er lavere end setpunktet. Dette er et groft eksempel, men princippet er nogenlunde det samme.

Integral komponent — det er nødvendigt at forbedre nøjagtigheden af ​​kontrol baseret på tidligere kontrolhændelser: Tidligere fejl integreres, og der foretages en korrektion på dem for i sidste ende at opnå nul afvigelse i fremtidig kontrol.

Og endelig differentialkomponenten. Her betragtes ændringshastigheden af ​​den kontrollerede variabel. Uanset om sætpunktet ændres jævnt eller pludseligt, må reguleringshandlingen ikke føre til for store afvigelser i værdien under styringen.

Det er tilbage at vælge en enhed til PID-styring. I dag er der mange af dem på markedet, der er flere kanaler, der giver dig mulighed for at ændre flere parametre på én gang, som i ovenstående eksempel med et drivhus.

Lad os se på regulatorens enhed ved at bruge eksemplet med den universelle PID-regulator TRM148 fra OWEN-firmaet.

De otte indgangssensorer sender signaler til de respektive indgange. Signaler skaleres, filtreres, korrigeres, deres værdier kan ses på displayet ved at skifte med knapper.

Enhedens output produceres i forskellige modifikationer i de nødvendige kombinationer af følgende:

• relæ 4 A 220 V;

• transistor optokoblere n-p-n-type 400 mA 60 V;

• triac optokoblere 50 mA 300 V;

• DAC «parameter — strøm 4 … 20 mA»;

• DAC «parameter-spænding 0 … 10 V»;

• 4 … 6 V 100 mA solid state relæ kontroludgang.

Så kontrolhandlingen kan være analog eller digital. Digitalt signal — disse er impulser med variabel bredde og analoge — i form af kontinuerlig vekselspænding eller strøm i et ensartet område: fra 0 til 10 V for spænding og fra 4 til 20 mA — for strømsignal.

Disse udgangssignaler bruges kun til at styre aktuatorer, f.eks. en vandingspumpe eller et relæ, der tænder og slukker et varmeelement eller en motor til at styre en aktuatorventil. Der er signalindikatorer på kontrolpanelet.

Til interaktion med en computer er TPM148-regulatoren udstyret med et RS-485-interface, der tillader:

• konfigurere enheden på en computer (konfigurationssoftware leveres gratis);

• overfør til netværket de aktuelle værdier af de målte værdier, regulatorens udgangseffekt samt alle programmerbare parametre;

• modtage driftsdata fra netværket for at generere styresignaler.