Zastosowanie regulatora PID w układach automatyki na przykładzie TRM148 OWEN

Automatyczna regulacja, system regulacji

Sterowanie automatyczne jest rodzajem sterowania automatycznego. Utrzymanie stałości określonej wartości charakteryzującej proces technologiczny lub jego zmiana według zadanego prawa, realizowana poprzez pomiar stanu kontrolowanego obiektu lub zakłóceń poprzez oddziaływanie na organ regulacyjny obiektu.

W celu wykonania automatycznej regulacji do regulowanej instalacji podłączany jest zestaw urządzeń, których kombinacja nazywana jest regulatorem.

Na podstawie pomiarów jednej lub kilku zmiennych charakteryzujących proces, regulator oddziałuje na proces zmieniając jedno lub więcej działań sterujących, utrzymując zadaną wartość zmiennej sterowanej.

System sterowania — system zaprojektowany w celu utrzymania określonego prawa zmiany określonej wielkości fizycznej nazywa się wielkością kontrolowaną.Wartość zadana regulowanej zmiennej może być stała lub może być funkcją czasu lub innej zmiennej.

W procesie regulacji wartość regulowana jest porównywana z wartością zadaną, aw przypadku odchylenia wartości regulowanej od wartości zadanej, działanie regulacyjne wchodzi do obiektu regulacji, przywracając wartość regulowaną.

Działanie regulacyjne może zostać wprowadzone ręcznie przez osobę. Jeżeli pomiar zmiennej sterowanej i wprowadzenie działania sterującego odbywa się za pomocą przyrządów, bez udziału człowieka, wówczas układ sterowania nazywany jest układem autonomicznym.

Oprócz działania regulacyjnego na układy regulacyjne mają wpływ zakłócenia powodujące odchylenia wielkości regulowanej od wartości zadanej oraz występowanie błędów regulacji.

Ze względu na charakter zmiany działania sterowania układy sterowania dzielą się na układy automatycznej stabilizacji (działanie sterujące jest stałą wartością lub zadaną funkcją czasu zaprogramowanego układu sterującego) oraz układy serwo (zmiana działania sterującego działanie jest określane przez wcześniej nieznaną akcję sterującą) ).

regulatory PID

Regulator PID to gotowe urządzenie, które pozwoli użytkownikowi zaimplementować algorytm oprogramowania do sterowania jednym lub drugim elementem wyposażenia zautomatyzowanego systemu. Budowa i konfiguracja układów regulacji (sterowania) staje się znacznie prostsza, jeśli skorzystamy z gotowych urządzeń, takich jak uniwersalny regulator PID TRM148 na 8 kanałów firmy OWEN.

Załóżmy, że chcesz zautomatyzować utrzymanie odpowiednich warunków klimatycznych w szklarni: uwzględnij temperaturę gleby w pobliżu korzeni roślin, ciśnienie powietrza, wilgotność powietrza i gleby oraz zachowaj określone parametry poprzez kontrolę Element grzewczy i fanów. To nie może być prostsze, wystarczy dostroić regulator PID.

Przypomnijmy sobie najpierw, czym jest regulator PID? Regulator PID to specjalne urządzenie, które w sposób ciągły udoskonala parametry wyjściowe na trzy sposoby: proporcjonalny, całkujący i różniczkowy, a parametrami początkowymi są parametry wejściowe uzyskane z czujników (ciśnienie, wilgotność, temperatura, oświetlenie itp.).

Parametr wejściowy podawany jest na wejście regulatora PID z czujnika, np. czujnika wilgotności. Regulator otrzymuje wartość napięcia lub prądu, mierzy ją, następnie wykonuje obliczenia według swojego algorytmu i na koniec wysyła sygnał na odpowiednie wyjście, w wyniku czego zautomatyzowany system otrzymuje akcję kontrolną.Spadek wilgotności gleby - podlewanie było włączony na kilka sekund.

Celem jest osiągnięcie zdefiniowanej przez użytkownika wartości wilgotności. Lub na przykład: zmniejszyło się oświetlenie - włącz fitolampy na roślinach itp.

Regulacja PID

W rzeczywistości, chociaż wszystko wygląda na proste, matematyka wewnątrz regulatora jest bardziej skomplikowana, nie wszystko dzieje się w jednym kroku. Po włączeniu nawadniania regulator PID ponownie dokonuje pomiaru, mierząc, jak bardzo zmieniła się wartość wejściowa — jest to błąd sterowania.Następna akcja na napędzie zostanie teraz skorygowana, biorąc pod uwagę zmierzony błąd regulacji i tak dalej na każdym kroku sterowania, aż do osiągnięcia celu — parametru zdefiniowanego przez użytkownika.

W regulację zaangażowane są trzy elementy: proporcjonalny, całkujący i różniczkowy. Każdy komponent ma swój własny stopień ważności w każdym konkretnym systemie, a im większy wkład tego lub innego komponentu, tym bardziej istotna jest jego zmiana w procesie regulacji.

Składowa proporcjonalna jest najprostsza, im większa zmiana, tym większy współczynnik (proporcjonalności we wzorze), a aby zmniejszyć wpływ, wystarczy po prostu zmniejszyć współczynnik (mnożnik).

Załóżmy, że wilgotność gleby w szklarni jest znacznie niższa od zadanej – wtedy czas podlewania powinien trwać tak długo, jak aktualna wilgotność jest niższa od zadanej. To prymitywny przykład, ale zasada jest mniej więcej taka sama.

Składowa integralna — konieczna jest poprawa dokładności sterowania w oparciu o poprzednie zdarzenia kontrolne: poprzednie błędy są integrowane i dokonywana jest na nich korekta, aby ostatecznie uzyskać zerowe odchylenie w przyszłej regulacji.

I wreszcie element różnicowy. Uwzględnia się tutaj szybkość zmian zmiennej kontrolowanej. Niezależnie od tego, czy zmiana wartości zadanej następuje płynnie, czy nagle, działanie regulacyjne nie może prowadzić do nadmiernych odchyleń wartości podczas regulacji.

Pozostaje wybrać urządzenie do regulacji PID. Dziś na rynku jest ich wiele, są wielokanałowe, które pozwalają na zmianę kilku parametrów na raz, jak w powyższym przykładzie ze szklarnią.

Przyjrzyjmy się urządzeniu regulatora na przykładzie uniwersalnego regulatora PID TRM148 firmy OWEN.

Osiem czujników wejściowych dostarcza sygnały do ​​odpowiednich wejść. Sygnały są skalowane, filtrowane, korygowane, ich wartości można zobaczyć na wyświetlaczu przełączając się przyciskami.

Wyjścia urządzenia są produkowane w różnych modyfikacjach w niezbędnych kombinacjach:

• przekaźnik 4 A 220 V;

• transoptory tranzystorowe typu n-p-n 400 mA 60 V;

• transoptory triakowe 50 mA 300 V;

• DAC «parametr — prąd 4 … 20 mA»;

• DAC «parametr-napięcie 0 … 10 V»;

• Wyjście sterujące przekaźnikiem półprzewodnikowym 4 … 6 V 100 mA.

Tak więc działanie sterujące może być analogowe lub cyfrowe. Sygnał cyfrowy — są to impulsy o zmiennej szerokości, a analogowe — w postaci ciągłego przemiennego napięcia lub prądu w jednolitym zakresie: od 0 do 10 V dla sygnału napięciowego i od 4 do 20 mA — dla sygnału prądowego.

Te sygnały wyjściowe są używane tylko do sterowania siłownikami, na przykład pompą systemu nawadniania lub przekaźnikiem włączającym i wyłączającym element grzejny lub silnikiem sterującym zaworem siłownika. Na panelu sterowania znajdują się wskaźniki sygnału.

Do współpracy z komputerem regulator TPM148 wyposażony jest w interfejs RS-485 umożliwiający:

• skonfigurować urządzenie na komputerze (oprogramowanie konfiguracyjne dostarczane jest bezpłatnie);

• przesyłać do sieci aktualne wartości mierzonych wartości, moc wyjściową regulatora, a także wszystkie programowalne parametry;

• odbierać dane operacyjne z sieci w celu generowania sygnałów sterujących.