Η χρήση ελεγκτή PID σε συστήματα αυτοματισμού στο παράδειγμα του TRM148 OWEN

Αυτόματη ρύθμιση, σύστημα ρύθμισης

Ο αυτόματος έλεγχος είναι ένας τύπος αυτόματου ελέγχου. Διατήρηση της σταθερότητας μιας ορισμένης τιμής που χαρακτηρίζει την τεχνολογική διαδικασία ή την αλλαγή της σύμφωνα με έναν δεδομένο νόμο, που πραγματοποιείται με μέτρηση της κατάστασης ενός ελεγχόμενου αντικειμένου ή διαταραχών που επηρεάζουν το ρυθμιστικό σώμα του αντικειμένου.

Για την εκτέλεση αυτόματης ρύθμισης, ένα σύνολο συσκευών συνδέεται με την προς ρύθμιση εγκατάσταση, ο συνδυασμός των οποίων ονομάζεται ρυθμιστής.

Με βάση τις μετρήσεις μιας ή περισσότερων μεταβλητών που χαρακτηρίζουν τη διαδικασία, ο ελεγκτής επηρεάζει τη διαδικασία αλλάζοντας μία ή περισσότερες ενέργειες ελέγχου, διατηρώντας την καθορισμένη τιμή της ελεγχόμενης μεταβλητής.

Ένα σύστημα ελέγχου — ένα σύστημα που έχει σχεδιαστεί για να διατηρεί έναν δεδομένο νόμο μεταβολής μιας συγκεκριμένης φυσικής ποσότητας ονομάζεται ελεγχόμενη ποσότητα.Το σημείο ρύθμισης της ελεγχόμενης μεταβλητής μπορεί να είναι σταθερό ή μπορεί να είναι συνάρτηση χρόνου ή κάποιας άλλης μεταβλητής.

Στη διαδικασία ρύθμισης, η ελεγχόμενη τιμή συγκρίνεται με την καθορισμένη τιμή και, με την παρουσία απόκλισης της ελεγχόμενης τιμής από την καθορισμένη τιμή, η ρυθμιστική ενέργεια εισέρχεται στο αντικείμενο ελέγχου, αποκαθιστώντας την ελεγχόμενη τιμή.

Η ρυθμιστική ενέργεια μπορεί να εισαχθεί χειροκίνητα από ένα άτομο. Εάν η μέτρηση της ελεγχόμενης μεταβλητής και η εισαγωγή της δράσης ελέγχου γίνονται με όργανα, χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση, τότε το σύστημα ελέγχου ονομάζεται αυτόνομο σύστημα.

Εκτός από την ενέργεια ελέγχου, τα συστήματα ελέγχου επηρεάζονται από διαταραχές που προκαλούν την απόκλιση της ελεγχόμενης μεταβλητής από την καθορισμένη τιμή και την εμφάνιση σφαλμάτων ελέγχου.

Από τη φύση της αλλαγής στη δράση ελέγχου, τα συστήματα ελέγχου υποδιαιρούνται σε συστήματα αυτόματης σταθεροποίησης (η ενέργεια ελέγχου είναι μια σταθερή τιμή ή είναι μια δεδομένη συνάρτηση του χρόνου του προγραμματισμένου συστήματος ελέγχου) και σε σερβο συστήματα (η αλλαγή στον έλεγχο η ενέργεια καθορίζεται από μια προηγουμένως άγνωστη ενέργεια ελέγχου) ).

Ελεγκτές PID

Ο ελεγκτής PID είναι μια έτοιμη συσκευή που θα επιτρέπει στο χρήστη να εφαρμόσει έναν αλγόριθμο λογισμικού για τον έλεγχο ενός ή του άλλου εξοπλισμού ενός αυτοματοποιημένου συστήματος. Η κατασκευή και η διαμόρφωση συστημάτων ρύθμισης (ελέγχου) γίνεται πολύ πιο εύκολη εάν χρησιμοποιείτε έτοιμες συσκευές όπως ο γενικός ελεγκτής PID TRM148 για 8 κανάλια από την εταιρεία OWEN.

Ας υποθέσουμε ότι πρέπει να αυτοματοποιήσετε τη διατήρηση των κατάλληλων κλιματικών συνθηκών στο θερμοκήπιο: λάβετε υπόψη τη θερμοκρασία του εδάφους κοντά στις ρίζες των φυτών, την πίεση του αέρα, την υγρασία του αέρα και του εδάφους και διατηρήστε τις καθορισμένες παραμέτρους μέσω ελέγχου Θερμαντικό στοιχείο και θαυμαστές. Δεν θα μπορούσε να είναι πιο εύκολο, απλώς συντονίστε τον ελεγκτή PID.

Ας θυμηθούμε πρώτα τι είναι ένας ελεγκτής PID; Ο ελεγκτής PID είναι μια ειδική συσκευή που βελτιώνει συνεχώς τις παραμέτρους εξόδου με τρεις τρόπους: αναλογικό, ολοκληρωτικό και διαφορικό και οι αρχικές παράμετροι είναι παράμετροι εισόδου που λαμβάνονται από αισθητήρες (πίεση, υγρασία, θερμοκρασία, φωτισμός κ.λπ.).

Η παράμετρος εισόδου τροφοδοτείται στην είσοδο του ελεγκτή PID από έναν αισθητήρα, για παράδειγμα έναν αισθητήρα υγρασίας. Ο ρυθμιστής λαμβάνει την τιμή της τάσης ή του ρεύματος, τη μετρά, στη συνέχεια κάνει υπολογισμούς σύμφωνα με τον αλγόριθμό του και τέλος στέλνει σήμα στην αντίστοιχη έξοδο, με αποτέλεσμα το αυτοματοποιημένο σύστημα να λάβει μια ενέργεια ελέγχου. Μειώθηκε η υγρασία του εδάφους - το πότισμα ήταν ενεργοποιήθηκε για λίγα δευτερόλεπτα.

Ο στόχος είναι να επιτευχθεί μια τιμή υγρασίας που ορίζει ο χρήστης. Ή για παράδειγμα: ο φωτισμός έχει μειωθεί - ανάψτε φυτολάμπες σε φυτά κ.λπ.

Έλεγχος PID

Στην πραγματικότητα, αν και όλα φαίνονται απλά, τα μαθηματικά μέσα στον ρυθμιστή είναι πιο περίπλοκα, δεν γίνονται όλα σε ένα βήμα. Αφού ενεργοποιηθεί η άρδευση, ο ελεγκτής PID μετρά ξανά, μετρώντας πόσο έχει αλλάξει τώρα η τιμή εισόδου—αυτό είναι το σφάλμα ελέγχου.Η επόμενη ενέργεια στη μονάδα δίσκου θα διορθωθεί τώρα, λαμβάνοντας υπόψη το μετρούμενο σφάλμα προσαρμογής και ούτω καθεξής σε κάθε βήμα ελέγχου έως ότου επιτευχθεί ο στόχος — μια παράμετρος που ορίζει ο χρήστης.

Τρία στοιχεία εμπλέκονται στη ρύθμιση: αναλογική, ολοκληρωτική και διαφορική. Κάθε στοιχείο έχει τον δικό του βαθμό σημασίας σε κάθε συγκεκριμένο σύστημα και όσο μεγαλύτερη είναι η συμβολή αυτού ή του άλλου στοιχείου, τόσο πιο ουσιαστικό είναι να αλλάξει στη διαδικασία ρύθμισης.

Η αναλογική συνιστώσα είναι η απλούστερη, όσο μεγαλύτερη είναι η μεταβολή, τόσο μεγαλύτερος είναι ο συντελεστής (της αναλογικότητας στον τύπο) και για να μειωθεί ο αντίκτυπος, αρκεί απλώς να μειωθεί ο συντελεστής (πολλαπλασιαστής).

Ας πούμε ότι η υγρασία του εδάφους στο θερμοκήπιο είναι πολύ χαμηλότερη από το σημείο ρύθμισης - τότε ο χρόνος ποτίσματος πρέπει να είναι όσο η τρέχουσα υγρασία είναι χαμηλότερη από το σημείο ρύθμισης. Αυτό είναι ένα χονδροειδές παράδειγμα, αλλά η αρχή είναι περίπου η ίδια.

Αναπόσπαστο στοιχείο — είναι απαραίτητο να βελτιωθεί η ακρίβεια του ελέγχου με βάση προηγούμενα συμβάντα ελέγχου: τα προηγούμενα σφάλματα ενσωματώνονται και γίνεται μια διόρθωση σε αυτά για να επιτευχθεί τελικά μηδενική απόκλιση σε μελλοντικό έλεγχο.

Και τέλος, το διαφορικό στοιχείο. Εδώ λαμβάνεται υπόψη ο ρυθμός μεταβολής της ελεγχόμενης μεταβλητής. Ανεξάρτητα από το αν το σημείο ρύθμισης αλλάζει ομαλά ή ξαφνικά, η ενέργεια ελέγχου δεν πρέπει να οδηγεί σε υπερβολικές αποκλίσεις στην τιμή κατά τη διάρκεια του ελέγχου.

Απομένει να επιλέξετε μια συσκευή για έλεγχο PID. Σήμερα υπάρχουν πολλά από αυτά στην αγορά, υπάρχουν πολυκάναλα που σας επιτρέπουν να αλλάξετε πολλές παραμέτρους ταυτόχρονα, όπως στο παραπάνω παράδειγμα με ένα θερμοκήπιο.

Ας δούμε τη συσκευή του ρυθμιστή χρησιμοποιώντας το παράδειγμα του γενικού ρυθμιστή PID TRM148 από την εταιρεία OWEN.

Οι οκτώ αισθητήρες εισόδου τροφοδοτούν σήματα στις αντίστοιχες εισόδους. Τα σήματα κλιμακώνονται, φιλτράρονται, διορθώνονται, οι τιμές τους φαίνονται στην οθόνη με εναλλαγή με κουμπιά.

Οι έξοδοι της συσκευής παράγονται σε διάφορες τροποποιήσεις στους απαραίτητους συνδυασμούς των παρακάτω:

• ρελέ 4 A 220 V;

• οπτοζεύκτες τρανζίστορ n-p-n-τύπου 400 mA 60 V;

• οπτοζεύκτες triac 50 mA 300 V;

• DAC «παράμετρος — ρεύμα 4 … 20 mA»;

• DAC «παράμετρος-τάση 0 … 10 V»;

• Έξοδος ελέγχου ρελέ στερεάς κατάστασης 4 … 6 V 100 mA.

Έτσι, η ενέργεια ελέγχου μπορεί να είναι αναλογική ή ψηφιακή. Ψηφιακό σήμα — αυτοί είναι παλμοί μεταβλητού πλάτους και αναλογικοί — με τη μορφή συνεχούς εναλλασσόμενης τάσης ή ρεύματος σε ομοιόμορφο εύρος: από 0 έως 10 V για την τάση και από 4 έως 20 mA — για το σήμα ρεύματος.

Αυτά τα σήματα εξόδου χρησιμοποιούνται μόνο για τον έλεγχο ενεργοποιητών, ας πούμε μια αντλία συστήματος άρδευσης ή ένα ρελέ που ενεργοποιεί και απενεργοποιεί ένα στοιχείο θέρμανσης ή έναν κινητήρα για τον έλεγχο μιας βαλβίδας ενεργοποιητή. Στον πίνακα ελέγχου υπάρχουν ενδείξεις σήματος.

Για αλληλεπίδραση με υπολογιστή, ο ρυθμιστής TPM148 είναι εξοπλισμένος με μια διεπαφή RS-485 που επιτρέπει:

• ρυθμίστε τις παραμέτρους της συσκευής σε υπολογιστή (το λογισμικό διαμόρφωσης παρέχεται δωρεάν).

• μεταδίδουν στο δίκτυο τις τρέχουσες τιμές των μετρούμενων τιμών, την ισχύ εξόδου του ρυθμιστή, καθώς και όλες τις προγραμματιζόμενες παραμέτρους.

• λήψη επιχειρησιακών δεδομένων από το δίκτυο για τη δημιουργία σημάτων ελέγχου.