L'uso di un controller PID nei sistemi di automazione sull'esempio del TRM148 OWEN

Regolazione automatica, sistema di regolazione

Il controllo automatico è un tipo di controllo automatico. Mantenere la costanza di un certo valore che caratterizza il processo tecnologico, o il suo cambiamento secondo una data legge, effettuato misurando lo stato di un oggetto controllato o disturbi influenzando l'ente regolatore dell'oggetto.

Per eseguire la regolazione automatica, all'impianto da regolare viene collegato un insieme di dispositivi, la cui combinazione è chiamata regolatore.

Sulla base delle misure di una o più variabili caratterizzanti il ​​processo, il controllore agisce sul processo modificando una o più azioni di controllo, mantenendo il valore impostato della variabile controllata.

Un sistema di controllo: un sistema progettato per mantenere una data legge di cambiamento di una certa quantità fisica è chiamato quantità controllata.Il setpoint della variabile controllata può essere costante o può essere una funzione del tempo o di qualche altra variabile.

Nel processo di regolazione il valore controllato viene confrontato con il valore impostato e, in presenza di uno scostamento del valore controllato dal valore impostato, l'azione regolante entra nell'oggetto di controllo ripristinando il valore controllato.

L'azione normativa può essere inserita manualmente da una persona. Se la misurazione della variabile controllata e l'introduzione dell'azione di controllo sono effettuate da strumenti, senza intervento umano, allora il sistema di controllo è chiamato sistema autonomo.

Oltre all'azione di controllo, i sistemi di controllo sono interessati da disturbi che provocano lo scostamento della variabile controllata dal valore impostato e il verificarsi di errori di controllo.

Per la natura del cambiamento nell'azione di controllo, i sistemi di controllo sono suddivisi in sistemi di stabilizzazione automatica (l'azione di controllo è un valore costante o è una data funzione del tempo del sistema di controllo programmato) e sistemi servo (il cambiamento nell'azione di controllo l'azione è determinata da un'azione di controllo precedentemente sconosciuta) ).

controllori PID

Il controller PID è un dispositivo già pronto che consentirà all'utente di implementare un algoritmo software per controllare l'una o l'altra apparecchiatura di un sistema automatizzato. Costruire e configurare sistemi di regolazione (controllo) diventa molto più semplice se si utilizzano dispositivi già pronti come il controller PID universale TRM148 per 8 canali dell'azienda OWEN.

Diciamo che devi automatizzare il mantenimento delle giuste condizioni climatiche nella serra: tieni conto della temperatura del terreno vicino alle radici delle piante, della pressione dell'aria, dell'umidità dell'aria e del suolo e mantieni i parametri specificati attraverso il controllo Termosifone e tifosi. Non potrebbe essere più semplice, basta sintonizzare il controller PID.

Ricordiamo prima cos'è un controller PID? Il controller PID è un dispositivo speciale che perfeziona continuamente i parametri di uscita in tre modi: proporzionale, integrale e differenziale, ei parametri iniziali sono parametri di ingresso ottenuti dai sensori (pressione, umidità, temperatura, illuminazione, ecc.).

Il parametro di ingresso viene inviato all'ingresso del controller PID da un sensore, ad esempio un sensore di umidità. Il regolatore riceve il valore della tensione o della corrente, lo misura, quindi esegue i calcoli in base al suo algoritmo e infine invia un segnale all'uscita corrispondente, a seguito della quale il sistema automatizzato riceve un'azione di controllo L'umidità del suolo è diminuita - l'irrigazione è stata acceso per alcuni secondi.

L'obiettivo è raggiungere un valore di umidità definito dall'utente. O ad esempio: l'illuminazione è diminuita: accendi i phytolamp sulle piante, ecc.

Controllo PID

Infatti, sebbene tutto sembri semplice, la matematica all'interno del regolatore è più complicata, non tutto avviene in un solo passaggio. Dopo che l'irrigazione è stata attivata, il controller PID esegue nuovamente la misurazione, misurando di quanto è cambiato il valore di ingresso: questo è l'errore di controllo.L'azione successiva sull'azionamento verrà ora corretta, tenendo conto dell'errore di regolazione misurato, e così via ad ogni fase di controllo fino al raggiungimento dell'obiettivo, un parametro definito dall'utente.

Tre componenti sono coinvolte nella regolazione: proporzionale, integrale e differenziale. Ogni componente ha il suo proprio grado di importanza in ogni sistema particolare, e quanto maggiore è il contributo di questa o quella componente, tanto più essenziale sarà il suo cambiamento nel processo di regolazione.

La componente proporzionale è la più semplice, maggiore è la variazione, maggiore è il coefficiente (di proporzionalità nella formula), e per ridurre l'impatto basta semplicemente ridurre il coefficiente (moltiplicatore).

Supponiamo che l'umidità del suolo nella serra sia molto inferiore al set point, quindi il tempo di irrigazione dovrebbe essere finché l'umidità attuale è inferiore al set point. Questo è un esempio grezzo, ma il principio è più o meno lo stesso.

Componente integrale: è necessario migliorare l'accuratezza del controllo sulla base di precedenti eventi di controllo: gli errori precedenti vengono integrati e su di essi viene apportata una correzione per ottenere alla fine una deviazione zero nel controllo futuro.

E infine, la componente differenziale. Qui viene considerato il tasso di variazione della variabile controllata. Indipendentemente dal fatto che il setpoint venga modificato in modo regolare o improvviso, l'azione di controllo non deve portare a scostamenti eccessivi del valore durante il controllo.

Resta da scegliere un dispositivo per il controllo PID. Oggi ce ne sono molti sul mercato, ce ne sono di multicanale che permettono di modificare più parametri contemporaneamente, come nell'esempio sopra con una serra.

Diamo un'occhiata al dispositivo del regolatore usando l'esempio del regolatore PID universale TRM148 dell'azienda OWEN.

Gli otto sensori di ingresso inviano segnali ai rispettivi ingressi. I segnali vengono ridimensionati, filtrati, corretti, i loro valori possono essere visualizzati sul display commutando con i pulsanti.

Le uscite del dispositivo sono prodotte in varie modifiche nelle combinazioni necessarie di quanto segue:

• relè 4 A 220 V;

• optoaccoppiatori a transistor tipo n-p-n 400 mA 60 V;

• optoaccoppiatori triac 50 mA 300 V;

• DAC «parametro — corrente 4 … 20 mA»;

• DAC «parametro-tensione 0 … 10 V»;

• Uscita di controllo a relè allo stato solido 4 … 6 V 100 mA.

Quindi, l'azione di controllo può essere analogica o digitale. Segnale digitale — si tratta di impulsi di larghezza variabile e analogici — sotto forma di tensione o corrente alternata continua in un intervallo uniforme: da 0 a 10 V per tensione e da 4 a 20 mA — per segnale di corrente.

Questi segnali di uscita vengono utilizzati solo per controllare gli attuatori, ad esempio una pompa del sistema di irrigazione o un relè che accende e spegne un elemento riscaldante o un motore per controllare una valvola dell'attuatore. Ci sono indicatori di segnale sul pannello di controllo.

Per l'interazione con un computer, il regolatore TPM148 è dotato di un'interfaccia RS-485 che consente:

• configurare il dispositivo su un computer (il software di configurazione è fornito gratuitamente);

• trasmettere alla rete i valori correnti dei valori misurati, la potenza di uscita del regolatore, nonché tutti i parametri programmabili;

• ricevere dati operativi dalla rete per generare segnali di controllo.