Användningen av en PID-regulator i automationssystem på exemplet med TRM148 OWEN

Automatisk justering, justeringssystem

Automatisk styrning är en typ av automatisk styrning. Att bibehålla beständigheten hos ett visst värde som kännetecknar den tekniska processen, eller dess förändring enligt en given lag, utförd genom att mäta tillståndet för ett kontrollerat objekt eller störningar genom att påverka objektets reglerande organ.

För att utföra automatisk reglering ansluts en uppsättning enheter till installationen som ska regleras, vars kombination kallas en regulator.

Baserat på mätningar av en eller flera variabler som kännetecknar processen, påverkar regulatorn processen genom att ändra en eller flera kontrollåtgärder och bibehålla det inställda värdet för den styrda variabeln.

Ett kontrollsystem - ett system som är utformat för att upprätthålla en given lag för förändring av en viss fysisk kvantitet kallas en kontrollerad storhet.Börvärdet för den styrda variabeln kan vara konstant, eller det kan vara en funktion av tiden eller någon annan variabel.

I regleringsprocessen jämförs det kontrollerade värdet med det inställda värdet, och i närvaro av en avvikelse av det kontrollerade värdet från det inställda värdet går regleringsåtgärden in i kontrollobjektet och återställer det kontrollerade värdet.

Reglerande åtgärder kan matas in manuellt av en person. Om mätningen av den styrda variabeln och införandet av kontrollåtgärden görs av instrument, utan mänsklig inblandning, så kallas kontrollsystemet ett autonomt system.

Utöver styråtgärden påverkas styrsystem av störningar som gör att den styrda variabeln avviker från inställt värde och förekomst av styrfel.

På grund av ändringen i styråtgärden är styrsystemen uppdelade i automatiska stabiliseringssystem (styråtgärden är ett konstant värde eller är en given funktion av tiden för det programmerade styrsystemet) och servosystem (ändringen i styrningen åtgärden bestäms av en tidigare okänd kontrollåtgärd) ).

PID-regulatorer

PID-regulatorn är en färdig anordning som gör det möjligt för användaren att implementera en mjukvarualgoritm för att styra en eller annan utrustning i ett automatiserat system. Att bygga och konfigurera reglersystem (styrsystem) blir mycket enklare om du använder färdiga enheter som den universella PID-regulatorn TRM148 för 8 kanaler från företaget OWEN.

Låt oss säga att du behöver automatisera underhållet av de rätta klimatförhållandena i växthuset: ta hänsyn till jordens temperatur nära växternas rötter, lufttrycket, luftens och jordens fuktighet och bibehåll de angivna parametrarna genom kontroll Värmeelement och fans. Det kan inte vara enklare, justera bara PID-regulatorn.

Låt oss först komma ihåg vad en PID-regulator är? PID-regulatorn är en speciell enhet som kontinuerligt förfinar utgångsparametrarna på tre sätt: proportionell, integral och differentiell, och de initiala parametrarna är ingångsparametrar som erhålls från sensorer (tryck, luftfuktighet, temperatur, belysning, etc.).

Ingångsparametern matas till PID-regulatorns ingång från en givare, till exempel en fuktgivare. Regulatorn tar emot värdet på spänningen eller strömmen, mäter det, gör sedan beräkningar enligt sin algoritm och skickar slutligen en signal till motsvarande utgång, vilket resulterar i att det automatiserade systemet får en kontrollåtgärd. Jordfuktigheten minskade - vattningen var slås på i några sekunder.

Målet är att uppnå ett användardefinierat fuktvärde. Eller till exempel: belysningen har minskat - sätt på fytolampor på växter osv.

PID-kontroll

Faktum är att även om allt ser enkelt ut, är matematiken inuti regulatorn mer komplicerad, allt händer inte i ett steg. Efter att bevattning har slagits på mäter PID-regulatorn igen och mäter hur mycket ingångsvärdet nu har ändrats – detta är kontrollfelet.Nästa åtgärd på frekvensomriktaren kommer nu att korrigeras, med hänsyn till det uppmätta justeringsfelet, och så vidare vid varje kontrollsteg tills målet - en användardefinierad parameter - nås.

Tre komponenter är involverade i regleringen: proportionell, integral och differential. Varje komponent har sin egen grad av betydelse i varje särskilt system, och ju större bidrag den eller den komponenten har, desto viktigare är det att ändra i regleringsprocessen.

Den proportionella komponenten är den enklaste, ju större förändring, desto större koefficient (proportionalitet i formeln), och för att minska påverkan räcker det att helt enkelt minska koefficienten (multiplikator).

Låt oss säga att markfuktigheten i växthuset är mycket lägre än börvärdet - då bör vattningstiden vara lika lång som den aktuella fukten är lägre än börvärdet. Detta är ett grovt exempel, men principen är ungefär densamma.

Integral komponent – ​​det är nödvändigt att förbättra noggrannheten hos kontroll baserat på tidigare kontrollhändelser: tidigare fel integreras och en korrigering görs på dem för att slutligen få noll avvikelse i framtida kontroll.

Och slutligen, differentialkomponenten. Här beaktas förändringshastigheten för den styrda variabeln. Oavsett om börvärdet ändras mjukt eller plötsligt, får inte styrhandlingen leda till alltför stora avvikelser i värdet under styrningen.

Det återstår att välja en enhet för PID-kontroll. Idag finns det många av dem på marknaden, det finns flerkanaliga som låter dig ändra flera parametrar samtidigt, som i exemplet ovan med ett växthus.

Låt oss titta på regulatorns enhet med exemplet på den universella PID-regulatorn TRM148 från OWEN-företaget.

De åtta ingångssensorerna matar signaler till respektive ingångar. Signaler skalas, filtreras, korrigeras, deras värden kan ses på displayen genom att växla med knappar.

Utgångarna från enheten produceras i olika modifieringar i de nödvändiga kombinationerna av följande:

• relä 4 A 220 V;

• transistoroptokopplare n-p-n-typ 400 mA 60 V;

• triac optokopplare 50 mA 300 V;

• DAC «parameter — ström 4 … 20 mA»;

• DAC «parameter-spänning 0 … 10 V»;

• 4 … 6 V 100 mA halvledarreläkontrollutgång.

Så, kontrollåtgärden kan vara analog eller digital. Digital signal — dessa är pulser med variabel bredd och analoga — i form av kontinuerlig växelspänning eller ström i ett enhetligt område: från 0 till 10 V för spänning och från 4 till 20 mA — för strömsignal.

Dessa utsignaler används endast för att styra ställdon, till exempel en pump för bevattningssystem eller ett relä som slår på och av ett värmeelement eller en motor för att styra en ställdonventil. Det finns signalindikatorer på kontrollpanelen.

För interaktion med en dator är TPM148-regulatorn utrustad med ett RS-485-gränssnitt som tillåter:

• konfigurera enheten på en dator (konfigurationsprogramvara tillhandahålls gratis);

• överför till nätverket de aktuella värdena för de uppmätta värdena, regulatorns uteffekt, såväl som alla programmerbara parametrar;

• ta emot driftsdata från nätverket för att generera styrsignaler.