השימוש בבקר PID במערכות אוטומציה בדוגמה של TRM148 OWEN

התאמה אוטומטית, מערכת התאמה

בקרה אוטומטית היא סוג של בקרה אוטומטית. שמירה על קביעות ערך מסוים המאפיין את התהליך הטכנולוגי, או שינויו על פי חוק נתון, המתבצע על ידי מדידת מצבו של אובייקט נשלט או הפרעות על ידי השפעה על הגוף הרגולטורי של האובייקט.

כדי לבצע ויסות אוטומטי, מחברים קבוצה של מכשירים להתקנה שיש לווסת, שהשילוב ביניהם נקרא ווסת.

בהתבסס על מדידות של משתנה אחד או יותר המאפיינים את התהליך, הבקר משפיע על התהליך על ידי שינוי פעולת בקרה אחת או יותר, תוך שמירה על הערך שנקבע של המשתנה הנשלט.

מערכת בקרה - מערכת שנועדה לשמור על חוק נתון של שינוי של כמות פיזיקלית מסוימת נקראת כמות מבוקרת.נקודת ההגדרה של המשתנה המבוקרת עשויה להיות קבועה, או שהיא עשויה להיות פונקציה של זמן או משתנה אחר.

בתהליך הוויסות משווים את הערך המבוקר לערך שנקבע, ובנוכחות סטייה של הערך המבוקר מהערך שנקבע, פעולת הוויסות נכנסת לאובייקט הבקרה ומשחזרת את הערך המבוקר.

אדם יכול להזין ידנית פעולה רגולטורית. אם מדידת המשתנה המבוקרת והכנסת פעולת הבקרה נעשות על ידי מכשירים, ללא התערבות אנושית, אזי מערכת הבקרה נקראת מערכת אוטונומית.

בנוסף לפעולת הבקרה, מערכות הבקרה מושפעות מהפרעות הגורמות לסטייה של המשתנה הנשלט מהערך שנקבע ולהתרחשות שגיאות בקרה.

לפי אופי השינוי בפעולת הבקרה, מערכות הבקרה מחולקות למערכות ייצוב אוטומטיות (פעולת הבקרה היא ערך קבוע או היא פונקציה נתונה של הזמן של מערכת הבקרה המתוכנתת) ומערכות סרוו (השינוי בבקרה הפעולה נקבעת על ידי פעולת בקרה שלא הייתה ידועה בעבר) ).

בקרי PID

בקר PID הוא מכשיר מוכן שיאפשר למשתמש ליישם אלגוריתם תוכנה לשליטה בציוד כזה או אחר של מערכת אוטומטית. בנייה והגדרת מערכות ויסות (בקרה) הופכות להרבה יותר קלות אם משתמשים במכשירים מוכנים כמו בקר PID האוניברסלי TRM148 ל-8 ערוצים של חברת OWEN.

נניח שצריך לבצע אוטומציה של התחזוקה של תנאי האקלים הנכונים בחממה: קח בחשבון את טמפרטורת האדמה ליד שורשי הצמחים, לחץ האוויר, הלחות של האוויר והאדמה ושמור על הפרמטרים שצוינו. באמצעות שליטה גוף חימום ומעריצים. זה לא יכול להיות קל יותר, פשוט כוונן את בקר ה-PID.

קודם כל נזכיר מהו בקר PID? בקר ה-PID הוא מכשיר מיוחד המשכלל את פרמטרי הפלט באופן רציף בשלוש דרכים: פרופורציונלי, אינטגרלי ודיפרנציאלי, והפרמטרים ההתחלתיים הם פרמטרי קלט המתקבלים מחיישנים (לחץ, לחות, טמפרטורה, תאורה וכו').

פרמטר הקלט מוזן לכניסה של בקר ה-PID מחישן, למשל חיישן לחות. הווסת קולט את ערך המתח או הזרם, מודד אותו, לאחר מכן מבצע חישובים לפי האלגוריתם שלו ולבסוף שולח אות לפלט המתאים, כתוצאה מכך המערכת האוטומטית מקבלת פעולת בקרה. לחות הקרקע ירדה - השקיה הייתה מופעל לכמה שניות.

המטרה היא להשיג ערך לחות המוגדר על ידי המשתמש. או לדוגמא: התאורה ירדה - הדלקת פיטולמפים על צמחים וכו'.

בקרת PID

למעשה, למרות שהכל נראה פשוט, המתמטיקה בתוך הרגולטור מסובכת יותר, לא הכל קורה בצעד אחד. לאחר הפעלת ההשקיה, בקר ה-PID מודד שוב, מודד כמה ערך הקלט השתנה כעת - זוהי שגיאת הבקרה.הפעולה הבאה בכונן תתוקן כעת, תוך התחשבות בשגיאת ההתאמה הנמדדת, וכן הלאה בכל שלב בקרה עד להשגת היעד - פרמטר מוגדר על ידי המשתמש.

שלושה מרכיבים מעורבים ברגולציה: פרופורציונלי, אינטגרלי ודיפרנציאלי. לכל רכיב יש מידת חשיבות משלו בכל מערכת מסוימת, וככל שתרומתו של רכיב זה או אחר גדלה, כך ישנה חשיבות רבה יותר לשינוי בתהליך הרגולציה.

הרכיב היחסי הוא הפשוט ביותר, ככל שהשינוי גדול יותר, כך המקדם (של המידתיות בנוסחה) גדול יותר, וכדי להפחית את ההשפעה, מספיק פשוט להקטין את המקדם (המכפיל).

נניח שלחות הקרקע בחממה נמוכה בהרבה מנקודת הקבע - אז זמן ההשקיה צריך להיות כל עוד הלחות הנוכחית נמוכה מהנקודה שנקבעה. זו דוגמה גסה, אבל העיקרון בערך זהה.

רכיב אינטגרלי - יש צורך לשפר את דיוק הבקרה בהתבסס על אירועי בקרה קודמים: שגיאות קודמות משולבות ונעשה בהן תיקון כדי להשיג בסופו של דבר אפס סטייה בבקרה עתידית.

ולבסוף, המרכיב הדיפרנציאלי. כאן נחשב קצב השינוי של המשתנה הנשלט. ללא קשר לשאלה אם נקודת ההגדרה משתנה בצורה חלקה או פתאומית, פעולת הבקרה אינה חייבת להוביל לסטיות מוגזמות בערך במהלך הבקרה.

נותר לבחור מכשיר לבקרת PID. כיום יש הרבה מהם בשוק, ישנם רב-ערוציים המאפשרים לשנות מספר פרמטרים בבת אחת, כמו בדוגמה לעיל עם חממה.

בואו נסתכל על המכשיר של הרגולטור באמצעות הדוגמה של וסת PID האוניברסלי TRM148 של חברת OWEN.

שמונת חיישני הכניסה מזינים אותות לכניסות המתאימות. האותות מותאמים, מסוננים, מתוקנים, ניתן לראות את הערכים שלהם בתצוגה על ידי מעבר באמצעות כפתורים.

הפלטים של המכשיר מיוצרים בשינויים שונים בשילובים הדרושים של הדברים הבאים:

• ממסר 4 A 220 V;

• טרנזיסטור מצמד אופטו n-p-n-סוג 400 mA 60 V;

• מצמדים אופטיים טריאקים 50 mA 300 V;

• DAC «פרמטר — זרם 4 … 20 mA»;

• DAC «פרמטר-מתח 0 … 10 V»;

• 4 … 6 V 100 mA פלט בקרת ממסר מוצק.

אז פעולת הבקרה יכולה להיות אנלוגית או דיגיטלית. אות דיגיטלית - אלה הם פולסים ברוחב משתנה, ואנלוגי - בצורה של מתח חילופין או זרם רציף בטווח אחיד: מ-0 עד 10 וולט למתח ומ-4 עד 20 mA - עבור אות זרם.

אותות פלט אלה משמשים רק לשליטה במפעילים, למשל משאבת מערכת השקיה או ממסר שמפעיל ומכבה גוף חימום או מנוע לשליטה על שסתום מפעיל. ישנם מחווני אות בלוח הבקרה.

לאינטראקציה עם מחשב, ווסת TPM148 מצויד בממשק RS-485 המאפשר:

• להגדיר את המכשיר במחשב (תוכנת תצורה מסופקת ללא תשלום);

• להעביר לרשת את הערכים הנוכחיים של הערכים הנמדדים, את הספק הפלט של הרגולטור, כמו גם את כל הפרמטרים הניתנים לתכנות;

• לקבל נתונים תפעוליים מהרשת ליצירת אותות בקרה.