Việc sử dụng bộ điều khiển PID trong các hệ thống tự động hóa trên ví dụ về TRM148 OWEN

Hệ thống điều chỉnh, điều chỉnh tự động

Điều khiển tự động là một loại điều khiển tự động. Việc duy trì sự bất biến của một giá trị nào đó đặc trưng cho quá trình công nghệ, hoặc sự thay đổi của nó theo một quy luật nhất định, được thực hiện bằng cách đo trạng thái của đối tượng bị điều khiển hoặc các rối loạn do tác động đến cơ quan điều chỉnh của đối tượng.

Để thực hiện điều chỉnh tự động, một bộ thiết bị được kết nối với cài đặt được điều chỉnh, sự kết hợp của chúng được gọi là bộ điều chỉnh.

Dựa trên các phép đo của một hoặc nhiều biến đặc trưng cho quy trình, bộ điều khiển tác động đến quy trình bằng cách thay đổi một hoặc nhiều hành động điều khiển, duy trì giá trị đã đặt của biến được điều khiển.

Một hệ thống kiểm soát — một hệ thống được thiết kế để duy trì quy luật thay đổi nhất định của một đại lượng vật lý nhất định được gọi là đại lượng được kiểm soát.Điểm đặt của biến được kiểm soát có thể là hằng số hoặc có thể là một hàm của thời gian hoặc một số biến khác.

Trong quy trình điều chỉnh, giá trị được kiểm soát được so sánh với giá trị đã đặt và khi có sự sai lệch của giá trị được kiểm soát so với giá trị đã đặt, hành động điều chỉnh sẽ đi vào đối tượng kiểm soát, khôi phục giá trị được kiểm soát.

Hành động pháp lý có thể được nhập thủ công bởi một người. Nếu việc đo lường biến điều khiển và đưa ra hành động điều khiển được thực hiện bằng các công cụ mà không có sự can thiệp của con người thì hệ thống điều khiển được gọi là hệ thống tự trị.

Ngoài tác động điều khiển, các hệ thống điều khiển còn bị ảnh hưởng bởi các nhiễu loạn làm cho biến điều khiển lệch khỏi giá trị đặt và xảy ra các lỗi điều khiển.

Theo bản chất của sự thay đổi trong hoạt động điều khiển, các hệ thống điều khiển được chia thành các hệ thống ổn định tự động (hành động điều khiển là một giá trị không đổi hoặc là một hàm nhất định theo thời gian của hệ thống điều khiển được lập trình) và các hệ thống servo (sự thay đổi trong hoạt động điều khiển hành động được xác định bởi một hành động điều khiển chưa biết trước đó) ).

bộ điều khiển PID

Bộ điều khiển PID là một thiết bị làm sẵn cho phép người dùng triển khai thuật toán phần mềm để điều khiển một hoặc một thiết bị khác của hệ thống tự động. Việc xây dựng và cấu hình các hệ thống điều chỉnh (điều khiển) trở nên dễ dàng hơn nhiều nếu bạn sử dụng các thiết bị làm sẵn như bộ điều khiển PID vạn năng TRM148 cho 8 kênh từ công ty OWEN.

Giả sử bạn cần tự động hóa việc duy trì các điều kiện khí hậu phù hợp trong nhà kính: tính đến nhiệt độ của đất gần rễ cây, áp suất không khí, độ ẩm của không khí và đất, đồng thời duy trì các thông số đã chỉ định thông qua kiểm soát Yếu tố làm nóng và người hâm mộ. Không thể dễ dàng hơn, chỉ cần điều chỉnh bộ điều khiển PID.

Đầu tiên chúng ta hãy nhớ lại bộ điều khiển PID là gì? Bộ điều khiển PID là một thiết bị đặc biệt liên tục tinh chỉnh các tham số đầu ra theo ba cách: tỷ lệ, tích phân và vi phân, và các tham số ban đầu là các tham số đầu vào thu được từ các cảm biến (áp suất, độ ẩm, nhiệt độ, độ chiếu sáng, v.v.).

Thông số đầu vào được đưa đến đầu vào của bộ điều khiển PID từ một cảm biến, ví dụ như cảm biến độ ẩm. Bộ điều chỉnh nhận giá trị của điện áp hoặc dòng điện, đo nó, sau đó tính toán theo thuật toán của nó và cuối cùng gửi tín hiệu đến đầu ra tương ứng, do đó hệ thống tự động nhận được hành động điều khiển. bật trong vài giây.

Mục đích là để đạt được giá trị độ ẩm do người dùng xác định. Hoặc ví dụ: ánh sáng giảm - bật phytolamp trên cây, v.v.

điều khiển PID

Trên thực tế, mặc dù mọi thứ có vẻ đơn giản, nhưng phép toán bên trong bộ điều chỉnh phức tạp hơn, không phải mọi thứ diễn ra trong một bước. Sau khi bật hệ thống tưới, bộ điều khiển PID sẽ đo lại, đo xem giá trị đầu vào hiện đã thay đổi bao nhiêu—đây là lỗi điều khiển.Hành động tiếp theo trên biến tần giờ đây sẽ được sửa chữa, có tính đến lỗi điều chỉnh đã đo được, v.v. ở mỗi bước điều khiển cho đến khi đạt được mục tiêu — tham số do người dùng xác định —.

Ba thành phần có liên quan đến quy định: tỷ lệ, tích phân và vi phân. Mỗi thành phần có mức độ quan trọng riêng trong từng hệ thống cụ thể và đóng góp của thành phần này hoặc thành phần kia càng lớn thì càng cần thiết phải thay đổi nó trong quy trình điều tiết.

Thành phần tỷ lệ là đơn giản nhất, thay đổi càng lớn thì hệ số (của tỷ lệ trong công thức) càng lớn, và để giảm tác động, chỉ cần giảm hệ số (hệ số nhân) là đủ.

Giả sử độ ẩm của đất trong nhà kính thấp hơn nhiều so với điểm đặt - thì thời gian tưới nước phải kéo dài miễn là độ ẩm hiện tại thấp hơn điểm đặt. Đây là một ví dụ thô sơ, nhưng nguyên tắc gần như giống nhau.

Thành phần tích hợp — cần cải thiện độ chính xác của điều khiển dựa trên các sự kiện điều khiển trước đó: các lỗi trước đó được tích hợp và thực hiện chỉnh sửa chúng để cuối cùng đạt được độ lệch bằng 0 trong điều khiển trong tương lai.

Và cuối cùng là thành phần vi sai. Ở đây tốc độ thay đổi của biến kiểm soát được xem xét. Bất kể điểm cài đặt được thay đổi liên tục hay đột ngột, hành động điều khiển không được dẫn đến sai lệch quá mức về giá trị trong quá trình điều khiển.

Vẫn còn phải chọn một thiết bị để điều khiển PID. Ngày nay có rất nhiều trong số chúng trên thị trường, có những kênh đa kênh cho phép bạn thay đổi một số thông số cùng một lúc, như trong ví dụ trên với nhà kính.

Hãy xem xét thiết bị của bộ điều chỉnh bằng ví dụ về bộ điều chỉnh PID vạn năng TRM148 của công ty OWEN.

Tám cảm biến đầu vào cung cấp tín hiệu cho các đầu vào tương ứng. Tín hiệu được chia tỷ lệ, lọc, hiệu chỉnh, giá trị của chúng có thể được nhìn thấy trên màn hình bằng cách chuyển đổi bằng các nút.

Các đầu ra của thiết bị được sản xuất theo nhiều sửa đổi khác nhau trong các kết hợp cần thiết sau:

• rơle 4 A 220 V;

• bộ ghép quang bán dẫn loại n-p-n 400 mA 60 V;

• bộ ghép quang triac 50 mA 300 V;

• DAC «tham số — dòng điện 4 … 20 mA»;

• DAC «tham số-điện áp 0 … 10 V»;

• 4 … 6 V 100 mA đầu ra điều khiển rơle trạng thái rắn.

Vì vậy, hành động điều khiển có thể là tương tự hoặc kỹ thuật số. Tín hiệu kĩ thuật số — đây là các xung có độ rộng thay đổi và tương tự — ở dạng điện áp hoặc dòng điện xoay chiều liên tục trong một dải đồng nhất: từ 0 đến 10 V đối với điện áp và từ 4 đến 20 mA — đối với tín hiệu dòng điện.

Các tín hiệu đầu ra này chỉ được sử dụng để điều khiển bộ truyền động, chẳng hạn như máy bơm hệ thống tưới tiêu hoặc rơle bật và tắt bộ phận làm nóng hoặc động cơ để điều khiển van bộ truyền động. Có đèn báo tín hiệu trên bảng điều khiển.

Để tương tác với máy tính, bộ điều chỉnh TPM148 được trang bị giao diện RS-485 cho phép:

• cấu hình thiết bị trên máy tính (phần mềm cấu hình được cung cấp miễn phí);

• truyền vào mạng các giá trị hiện tại của các giá trị đo được, công suất đầu ra của bộ điều chỉnh, cũng như tất cả các tham số có thể lập trình;

• nhận dữ liệu vận hành từ mạng để tạo tín hiệu điều khiển.