Použití PID regulátoru v automatizačních systémech na příkladu TRM148 OWEN

Automatické nastavení, systém nastavení

Automatické ovládání je druh automatického ovládání. Udržování stálosti určité hodnoty charakterizující technologický proces, případně jeho změna podle daného zákona, prováděná měřením stavu řízeného objektu nebo poruch působením na regulační orgán objektu.

Pro provádění automatické regulace je k regulované instalaci připojena sada zařízení, jejichž kombinace se nazývá regulátor.

Na základě měření jedné nebo více proměnných charakterizujících proces regulátor ovlivňuje proces změnou jedné nebo více regulačních akcí, přičemž udržuje nastavenou hodnotu regulované veličiny.

Řídicí systém — systém určený k udržení daného zákona změny určité fyzikální veličiny se nazývá řízená veličina.Nastavená hodnota řízené proměnné může být konstantní, nebo může být funkcí času nebo nějaké jiné proměnné.

V regulačním procesu se regulovaná hodnota porovnává s nastavenou hodnotou a v případě odchylky regulované hodnoty od nastavené hodnoty vstupuje regulační akce do regulačního objektu a obnovuje regulovanou hodnotu.

Regulační akce může být zadána ručně osobou. Pokud se měření regulované veličiny a zavedení regulační akce provádí přístroji, bez lidského zásahu, pak se řídicí systém nazývá autonomní systém.

Kromě regulační akce jsou regulační systémy ovlivněny poruchami, které způsobují odchylku regulované veličiny od nastavené hodnoty a výskyt regulačních chyb.

Řídicí systémy se podle povahy změny činnosti řízení dělí na automatické stabilizační systémy (činnost řízení je konstantní hodnota nebo je daná funkcí času naprogramovaného řídícího systému) a servosystémy (změna řízení akce je určena dříve neznámou kontrolní akcí) ).

PID regulátory

PID regulátor je hotové zařízení, které uživateli umožní implementovat softwarový algoritmus pro řízení jednoho nebo druhého zařízení automatizovaného systému. Sestavení a konfigurace regulačních (řídicích) systémů se výrazně zjednoduší, pokud použijete hotová zařízení, jako je univerzální PID regulátor TRM148 pro 8 kanálů od firmy OWEN.

Řekněme, že potřebujete automatizovat udržování správných klimatických podmínek ve skleníku: berte v úvahu teplotu půdy v blízkosti kořenů rostlin, tlak vzduchu, vlhkost vzduchu a půdy a dodržujte stanovené parametry prostřednictvím kontroly Topné těleso a fanoušky. Jednodušší už to být nemůže, stačí naladit PID regulátor.

Nejprve si připomeňme, co je PID regulátor? PID regulátor je speciální zařízení, které plynule zpřesňuje výstupní parametry třemi způsoby: proporcionálním, integrálním a diferenciálním a výchozími parametry jsou vstupní parametry získané ze senzorů (tlak, vlhkost, teplota, osvětlení atd.).

Vstupní parametr je přiváděn na vstup PID regulátoru ze senzoru, například senzoru vlhkosti. Regulátor přijme hodnotu napětí nebo proudu, změří ji, provede výpočty podle svého algoritmu a nakonec odešle signál na příslušný výstup, v důsledku čehož automatizovaný systém obdrží řídicí akci Snížila se vlhkost půdy - došlo k zalévání na několik sekund zapnutý.

Cílem je dosáhnout uživatelem definované hodnoty vlhkosti. Nebo například: osvětlení se snížilo - zapněte fytolampy na rostlinách atd.

PID regulace

Ve skutečnosti, ačkoliv vše vypadá jednoduše, matematika uvnitř regulátoru je složitější, ne vše se děje v jednom kroku. Po zapnutí zavlažování PID regulátor znovu měří a měří, jak moc se nyní změnila vstupní hodnota – to je chyba regulace.Další akce na měniči bude nyní opravena s přihlédnutím k naměřené chybě seřízení a tak dále v každém kroku řízení, dokud není dosaženo cíle – uživatelem definovaného parametru.

Na regulaci se podílejí tři složky: proporcionální, integrální a diferenciální. Každá složka má v každém konkrétním systému svůj vlastní stupeň důležitosti a čím větší je příspěvek té či oné složky, tím zásadnější je její změna v procesu regulace.

Poměrná složka je nejjednodušší, čím větší změna, tím větší koeficient (proporcionality ve vzorci) a ke snížení dopadu stačí koeficient jednoduše snížit (násobitel).

Řekněme, že vlhkost půdy ve skleníku je mnohem nižší než nastavená hodnota – pak by měla být doba zavlažování tak dlouhá, dokud je aktuální vlhkost nižší než nastavená hodnota. Toto je hrubý příklad, ale princip je zhruba stejný.

Nedílná součást — je nutné zlepšit přesnost řízení na základě předchozích regulačních událostí: předchozí chyby jsou integrovány a je na nich provedena korekce, aby se nakonec dosáhlo nulové odchylky v budoucím řízení.

A nakonec diferenciální složka. Zde je uvažována rychlost změny regulované veličiny. Bez ohledu na to, zda se žádaná hodnota mění plynule nebo náhle, nesmí regulační akce vést k nadměrným odchylkám hodnoty během regulace.

Zbývá vybrat zařízení pro PID regulaci. Dnes je jich na trhu mnoho, existují vícekanálové, které umožňují změnit několik parametrů najednou, jako ve výše uvedeném příkladu se skleníkem.

Podívejme se na zařízení regulátoru na příkladu univerzálního PID regulátoru TRM148 od firmy OWEN.

Osm vstupních snímačů dodává signály do příslušných vstupů. Signály jsou škálovány, filtrovány, korigovány, jejich hodnoty lze vidět na displeji přepínáním pomocí tlačítek.

Výstupy zařízení jsou vyráběny v různých modifikacích v nezbytných kombinacích:

• relé 4 A 220 V;

• tranzistorové optočleny typu n-p-n 400 mA 60 V;

• triakové optočleny 50 mA 300 V;

• DAC «parametr — proud 4 … 20 mA»;

• DAC «parametr-napětí 0 … 10 V»;

• 4 … 6 V 100 mA polovodičový reléový řídicí výstup.

Takže řízení může být analogové nebo digitální. Digitální signál — jedná se o pulsy proměnné šířky a analogové — ve formě spojitého střídavého napětí nebo proudu v jednotném rozsahu: od 0 do 10 V pro napětí a od 4 do 20 mA — pro proudový signál.

Tyto výstupní signály se používají pouze k ovládání pohonů, řekněme čerpadla zavlažovacího systému nebo relé, které zapíná a vypíná topné těleso, nebo motoru k ovládání ventilu pohonu. Na ovládacím panelu jsou indikátory signálu.

Pro interakci s počítačem je regulátor TPM148 vybaven rozhraním RS-485, které umožňuje:

• nakonfigurujte zařízení na počítači (konfigurační software je poskytován zdarma);

• přenášet do sítě aktuální hodnoty naměřených hodnot, výstupní výkon regulátoru, jakož i všechny programovatelné parametry;

• přijímat provozní data ze sítě pro generování řídicích signálů.