Der Einsatz eines PID-Reglers in Automatisierungssystemen am Beispiel des TRM148 OWEN

Automatische Anpassung, Anpassungssystem

Automatische Steuerung ist eine Art automatische Steuerung. Die Aufrechterhaltung der Konstanz eines bestimmten Wertes, der den technologischen Prozess charakterisiert, oder seiner Änderung gemäß einem bestimmten Gesetz erfolgt durch Messung des Zustands eines kontrollierten Objekts oder von Störungen durch Einwirkung auf die Regulierungsbehörde des Objekts.

Um eine automatische Regelung durchzuführen, wird an die zu regelnde Anlage eine Reihe von Geräten angeschlossen, deren Kombination als Regler bezeichnet wird.

Basierend auf Messungen einer oder mehrerer Variablen, die den Prozess charakterisieren, beeinflusst der Regler den Prozess, indem er eine oder mehrere Regelaktionen ändert und dabei den eingestellten Wert der Regelgröße beibehält.

Ein Kontrollsystem – ein System, das dazu dient, ein bestimmtes Änderungsgesetz einer bestimmten physikalischen Größe aufrechtzuerhalten, wird als kontrollierte Größe bezeichnet.Der Sollwert der Regelgröße kann konstant sein oder eine Funktion der Zeit oder einer anderen Variablen sein.

Bei der Regelung wird die Regelgröße mit der Sollgröße verglichen und bei einer Abweichung der Regelgröße von der Sollgröße gelangt die Regelwirkung in das Regelobjekt und stellt die Regelgröße wieder her.

Regulierungsmaßnahmen können von einer Person manuell eingegeben werden. Wenn die Messung der Regelgröße und die Einleitung der Regelwirkung durch Instrumente ohne menschliches Eingreifen erfolgt, wird das Regelsystem als autonomes System bezeichnet.

Neben der Regelwirkung treten in Regelsystemen auch Störungen auf, die zu Abweichungen der Regelgröße vom Sollwert und zum Auftreten von Regelfehlern führen.

Aufgrund der Art der Änderung der Steuerwirkung werden Steuersysteme in automatische Stabilisierungssysteme (die Steuerwirkung ist ein konstanter Wert oder eine gegebene Funktion der Zeit des programmierten Steuersystems) und Servosysteme (die Änderung der Steuerung) unterteilt Die Aktion wird durch eine bisher unbekannte Steueraktion bestimmt) ).

PID-Regler

Der PID-Regler ist ein vorgefertigtes Gerät, mit dem der Benutzer einen Softwarealgorithmus implementieren kann, um das eine oder andere Gerät eines automatisierten Systems zu steuern. Der Aufbau und die Konfiguration von Regelungssystemen wird viel einfacher, wenn Sie vorgefertigte Geräte wie den universellen PID-Regler TRM148 für 8 Kanäle der Firma OWEN verwenden.

Nehmen wir an, Sie müssen die Aufrechterhaltung der richtigen klimatischen Bedingungen im Gewächshaus automatisieren: Berücksichtigen Sie die Bodentemperatur in der Nähe der Pflanzenwurzeln, den Luftdruck, die Luft- und Bodenfeuchtigkeit und halten Sie die angegebenen Parameter ein durch Kontrolle Heizkörper und Fans. Es könnte nicht einfacher sein, passen Sie einfach den PID-Regler an.

Erinnern wir uns zunächst daran, was ein PID-Regler ist. Der PID-Regler ist ein spezielles Gerät, das die Ausgangsparameter kontinuierlich auf drei Arten verfeinert: proportional, integral und differenziell, und die Anfangsparameter sind Eingangsparameter, die von Sensoren (Druck, Feuchtigkeit, Temperatur, Beleuchtung usw.) erhalten werden.

Der Eingangsparameter wird dem Eingang des PID-Reglers von einem Sensor, beispielsweise einem Feuchtigkeitssensor, zugeführt. Der Regler empfängt den Wert der Spannung oder des Stroms, misst ihn, führt dann Berechnungen gemäß seinem Algorithmus durch und sendet schließlich ein Signal an den entsprechenden Ausgang, wodurch das automatisierte System eine Steueraktion erhält. Die Bodenfeuchtigkeit nahm ab – die Bewässerung erfolgte für ein paar Sekunden eingeschaltet.

Ziel ist es, einen benutzerdefinierten Feuchtigkeitswert zu erreichen. Oder zum Beispiel: Die Beleuchtung hat nachgelassen – schalten Sie Phytolampen an Pflanzen usw. ein.

PID-Steuerung

Obwohl alles einfach aussieht, ist die Mathematik innerhalb des Reglers komplizierter, da nicht alles in einem Schritt geschieht. Nachdem die Bewässerung eingeschaltet wurde, misst der PID-Regler erneut und misst, um wie viel sich der Eingangswert inzwischen geändert hat – das ist der Regelfehler.Die nächste Aktion am Antrieb wird nun unter Berücksichtigung des gemessenen Einstellfehlers korrigiert und so weiter bei jedem Steuerungsschritt, bis das Ziel – ein benutzerdefinierter Parameter – erreicht ist.

An der Regelung sind drei Komponenten beteiligt: ​​Proportional, Integral und Differential. Jede Komponente hat in jedem einzelnen System ihren eigenen Bedeutungsgrad, und je größer der Beitrag dieser oder jener Komponente ist, desto wichtiger ist es, sie im Regulierungsprozess zu ändern.

Die proportionale Komponente ist die einfachste. Je größer die Änderung, desto größer der Koeffizient (der Proportionalität in der Formel). Um die Auswirkung zu verringern, reicht es aus, einfach den Koeffizienten (Multiplikator) zu verringern.

Nehmen wir an, dass die Bodenfeuchtigkeit im Gewächshaus viel niedriger ist als der eingestellte Wert – dann sollte die Bewässerungszeit so lange sein, wie die aktuelle Feuchtigkeit niedriger als der eingestellte Wert ist. Dies ist ein grobes Beispiel, aber das Prinzip ist ungefähr das gleiche.

Integrale Komponente – es ist notwendig, die Genauigkeit der Steuerung auf der Grundlage früherer Steuerungsereignisse zu verbessern: Frühere Fehler werden integriert und korrigiert, um letztendlich bei der zukünftigen Steuerung eine Nullabweichung zu erreichen.

Und schließlich die Differentialkomponente. Dabei wird die Änderungsrate der Regelgröße berücksichtigt. Unabhängig davon, ob der Sollwert sanft oder sprunghaft geändert wird, darf der Regeleingriff nicht zu übermäßigen Abweichungen des Wertes während der Regelung führen.

Es bleibt noch ein Gerät zur PID-Steuerung auszuwählen. Heutzutage gibt es viele davon auf dem Markt, es gibt Mehrkanal-Modelle, mit denen Sie mehrere Parameter gleichzeitig ändern können, wie im obigen Beispiel mit einem Gewächshaus.

Schauen wir uns das Gerät des Reglers am Beispiel des universellen PID-Reglers TRM148 der Firma OWEN an.

Die acht Eingangssensoren speisen Signale an die jeweiligen Eingänge. Signale werden skaliert, gefiltert, korrigiert, ihre Werte sind durch Umschalten mit Tasten auf dem Display sichtbar.

Die Ausgänge des Gerätes werden in verschiedenen Modifikationen in den erforderlichen Kombinationen der folgenden erzeugt:

• Relais 4 A 220 V;

• Transistor-Optokoppler n-p-n-Typ 400 mA 60 V;

• Triac-Optokoppler 50 mA 300 V;

• DAC „Parameter – Strom 4 … 20 mA“;

• DAC «Parameter-Spannung 0 … 10 V»;

• 4 … 6 V 100 mA Halbleiterrelais-Steuerausgang.

Die Steuerung kann also analog oder digital erfolgen. Digitalsignal Dabei handelt es sich um Impulse variabler Breite und analoge Impulse in Form einer kontinuierlichen Wechselspannung oder eines Wechselstroms in einem einheitlichen Bereich: von 0 bis 10 V für die Spannung und von 4 bis 20 mA – für das Stromsignal.

Diese Ausgangssignale werden nur zur Steuerung von Aktoren verwendet, beispielsweise einer Bewässerungssystempumpe oder einem Relais, das ein Heizelement ein- und ausschaltet, oder eines Motors zur Steuerung eines Aktorventils. Auf dem Bedienfeld befinden sich Signalanzeigen.

Für die Interaktion mit einem Computer ist der TPM148-Regler mit einer RS-485-Schnittstelle ausgestattet, die Folgendes ermöglicht:

• Konfigurieren Sie das Gerät auf einem Computer (Konfigurationssoftware wird kostenlos zur Verfügung gestellt);

• die aktuellen Werte der Messwerte, die Ausgangsleistung des Reglers sowie alle programmierbaren Parameter an das Netzwerk übertragen;

• Empfangen Sie Betriebsdaten vom Netzwerk, um Steuersignale zu erzeugen.