Het gebruik van een PID-controller in automatiseringssystemen op het voorbeeld van de TRM148 OWEN

Automatische aanpassing, aanpassingssysteem

Automatische besturing is een vorm van automatische besturing. Het handhaven van de constantheid van een bepaalde waarde die kenmerkend is voor het technologische proces, of de verandering ervan volgens een bepaalde wet, uitgevoerd door de toestand van een gecontroleerd object te meten of verstoringen door de regelgevende instantie van het object te beïnvloeden.

Om automatische regeling uit te voeren, wordt een set apparaten aangesloten op de te regelen installatie, waarvan de combinatie een regelaar wordt genoemd.

Op basis van metingen van een of meer variabelen die het proces karakteriseren, beïnvloedt de controller het proces door een of meer regelacties te wijzigen, waarbij de ingestelde waarde van de geregelde variabele behouden blijft.

Een controlesysteem - een systeem dat is ontworpen om een ​​bepaalde wet van verandering van een bepaalde fysieke grootheid te behouden, wordt een gecontroleerde grootheid genoemd.Het instelpunt van de geregelde variabele kan constant zijn, of het kan een functie van tijd of een andere variabele zijn.

In het regelproces wordt de gecontroleerde waarde vergeleken met de ingestelde waarde, en in de aanwezigheid van een afwijking van de gecontroleerde waarde van de ingestelde waarde, komt de regelactie het regelobject binnen, waardoor de gecontroleerde waarde wordt hersteld.

Regelgevende actie kan handmatig door een persoon worden ingevoerd. Als de meting van de gecontroleerde variabele en de introductie van de regelactie door instrumenten worden gedaan, zonder menselijke tussenkomst, dan wordt het regelsysteem een ​​autonoom systeem genoemd.

Naast de regelactie worden regelsystemen beïnvloed door storingen die ervoor zorgen dat de regelgrootheid afwijkt van de ingestelde waarde en het optreden van regelfouten.

Door de aard van de verandering in de besturingsactie worden besturingssystemen onderverdeeld in automatische stabilisatiesystemen (de besturingsactie is een constante waarde of is een gegeven functie van de tijd van het geprogrammeerde besturingssysteem) en servosystemen (de verandering in de besturingsactie). actie wordt bepaald door een voorheen onbekende besturingsactie) ).

PID-regelaars

De PID-controller is een kant-en-klaar apparaat waarmee de gebruiker een software-algoritme kan implementeren om een ​​of ander apparaat van een geautomatiseerd systeem te besturen. Het bouwen en configureren van regel(controle)systemen wordt veel eenvoudiger als u gebruik maakt van kant-en-klare apparaten zoals de universele PID-regelaar TRM148 voor 8 kanalen van de firma OWEN.

Stel dat u het onderhoud van de juiste klimatologische omstandigheden in de kas moet automatiseren: houd rekening met de temperatuur van de grond nabij de wortels van de planten, de luchtdruk, de vochtigheid van de lucht en de grond en handhaaf de gespecificeerde parameters door controle Verwarmingselement en fans. Het kan niet eenvoudiger, stem gewoon de PID-controller af.

Laten we ons eerst herinneren wat een PID-controller is? De PID-controller is een speciaal apparaat dat continu de uitvoerparameters op drie manieren verfijnt: proportioneel, integraal en differentieel, en de initiële parameters zijn invoerparameters die worden verkregen van sensoren (druk, vochtigheid, temperatuur, verlichting, enz.).

De ingangsparameter wordt vanaf een sensor, bijvoorbeeld een vochtigheidssensor, naar de ingang van de PID-regelaar gevoerd. De regelaar ontvangt de waarde van de spanning of stroom, meet deze, maakt vervolgens berekeningen volgens zijn algoritme en stuurt ten slotte een signaal naar de bijbehorende uitgang, waardoor het geautomatiseerde systeem een ​​regelactie ontvangt. enkele seconden ingeschakeld.

Het doel is om een ​​door de gebruiker gedefinieerde vochtigheidswaarde te bereiken. Of bijvoorbeeld: verlichting is afgenomen - zet phytolamps op planten aan, etc.

PID-regeling

Hoewel alles eenvoudig lijkt, is de wiskunde in de regelaar ingewikkelder, niet alles gebeurt in één stap. Nadat de irrigatie is ingeschakeld, meet de PID-regelaar opnieuw en meet hoeveel de ingangswaarde nu is veranderd - dit is de regelfout.De volgende actie op de aandrijving wordt nu gecorrigeerd, rekening houdend met de gemeten afstelfout, enzovoort bij elke controlestap totdat het doel — een door de gebruiker gedefinieerde parameter — is bereikt.

Bij regulering zijn drie componenten betrokken: proportioneel, integraal en differentieel. Elk onderdeel heeft zijn eigen mate van belangrijkheid in elk specifiek systeem, en hoe groter de bijdrage van dit of dat onderdeel, hoe essentiëler het is om te worden gewijzigd in het reguleringsproces.

De proportionele component is de eenvoudigste, hoe groter de verandering, hoe groter de coëfficiënt (van evenredigheid in de formule), en om de impact te verminderen, volstaat het om eenvoudig de coëfficiënt (vermenigvuldiger) te verlagen.

Laten we zeggen dat het bodemvocht in de kas veel lager is dan het instelpunt - dan moet de bewateringstijd zo lang zijn als het huidige vocht lager is dan het instelpunt. Dit is een grof voorbeeld, maar het principe is ongeveer hetzelfde.

Integrale component — het is noodzakelijk om de nauwkeurigheid van de controle te verbeteren op basis van eerdere controlegebeurtenissen: eerdere fouten worden geïntegreerd en er wordt een correctie op aangebracht om uiteindelijk een nulafwijking in toekomstige controle te verkrijgen.

En tot slot de differentiële component. Hier wordt rekening gehouden met de veranderingssnelheid van de gecontroleerde variabele. Ongeacht of het setpoint geleidelijk of plotseling wordt gewijzigd, de regelactie mag tijdens de regeling niet leiden tot te grote afwijkingen van de waarde.

Het blijft om een ​​apparaat voor PID-regeling te kiezen. Tegenwoordig zijn er veel op de markt, er zijn meerkanaals waarmee u meerdere parameters tegelijk kunt wijzigen, zoals in het bovenstaande voorbeeld met een kas.

Laten we eens kijken naar het apparaat van de regelaar aan de hand van het voorbeeld van de universele PID-regelaar TRM148 van het bedrijf OWEN.

De acht ingangssensoren voeren signalen naar de respectievelijke ingangen. Signalen worden geschaald, gefilterd, gecorrigeerd, hun waarden zijn op het display te zien door te schakelen met knoppen.

De uitgangen van het apparaat worden geproduceerd in verschillende modificaties in de noodzakelijke combinaties van het volgende:

• relais 4 A 220 V;

• transistor optische koppelaars n-p-n-type 400 mA 60 V;

• triac optische koppelaars 50 mA 300 V;

• DAC «parameter — stroom 4 … 20 mA»;

• DAC «parameterspanning 0 … 10 V»;

• 4 … 6 V 100 mA solid-state relaisbesturingsuitgang.

De besturingsactie kan dus analoog of digitaal zijn. Digitaal signaal — dit zijn pulsen van variabele breedte, en analoog — in de vorm van continue wisselspanning of stroom in een uniform bereik: van 0 tot 10 V voor spanning en van 4 tot 20 mA — voor stroomsignaal.

Deze uitgangssignalen worden alleen gebruikt om actuatoren aan te sturen, bijvoorbeeld een pomp van een irrigatiesysteem of een relais dat een verwarmingselement in- en uitschakelt of een motor om een ​​actuatorklep aan te sturen. Er zijn signaalindicatoren op het bedieningspaneel.

Voor interactie met een computer is de TPM148-regelaar uitgerust met een RS-485-interface die het volgende mogelijk maakt:

• configureer het apparaat op een computer (configuratiesoftware wordt gratis verstrekt);

• verzend naar het netwerk de huidige waarden van de gemeten waarden, het uitgangsvermogen van de regelaar, evenals alle programmeerbare parameters;

• operationele gegevens van het netwerk ontvangen om besturingssignalen te genereren.