การใช้ตัวควบคุม PID ในระบบอัตโนมัติตามตัวอย่าง TRM148 OWEN

ปรับอัตโนมัติ ระบบปรับ

การควบคุมอัตโนมัติคือการควบคุมอัตโนมัติประเภทหนึ่ง การรักษาความคงที่ของค่าหนึ่งซึ่งแสดงลักษณะของกระบวนการทางเทคโนโลยีหรือการเปลี่ยนแปลงตามกฎหมายที่กำหนด ดำเนินการโดยการวัดสถานะของวัตถุควบคุมหรือการรบกวนโดยส่งผลกระทบต่อหน่วยงานกำกับดูแลของวัตถุ

ในการดำเนินการควบคุมอัตโนมัติ ชุดอุปกรณ์จะเชื่อมต่อกับการติดตั้งที่จะควบคุม ซึ่งรวมกันเรียกว่าตัวควบคุม

ขึ้นอยู่กับการวัดของตัวแปรตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไปที่แสดงลักษณะเฉพาะของกระบวนการ ผู้ควบคุมจะส่งผลต่อกระบวนการโดยการเปลี่ยนการดำเนินการควบคุมอย่างน้อยหนึ่งอย่าง รักษาค่าที่ตั้งไว้ของตัวแปรควบคุม

ระบบควบคุม — ระบบที่ออกแบบมาเพื่อรักษากฎการเปลี่ยนแปลงของปริมาณทางกายภาพที่กำหนดเรียกว่าปริมาณควบคุมค่าที่กำหนดของตัวแปรควบคุมอาจเป็นค่าคงที่ หรืออาจเป็นฟังก์ชันของเวลาหรือตัวแปรอื่นๆ

ในกระบวนการควบคุม ค่าควบคุมจะถูกเปรียบเทียบกับค่าที่ตั้งไว้ และในกรณีที่ค่าควบคุมเบี่ยงเบนไปจากค่าที่ตั้งไว้ การดำเนินการควบคุมจะเข้าสู่วัตถุควบคุม เรียกคืนค่าที่ควบคุม

บุคคลสามารถป้อนการดำเนินการตามกฎระเบียบได้ด้วยตนเอง หากการวัดตัวแปรควบคุมและการแนะนำการดำเนินการควบคุมกระทำโดยเครื่องมือ โดยไม่มีการดำเนินการโดยมนุษย์ ระบบควบคุมจะเรียกว่าระบบอัตโนมัติ

นอกเหนือจากการดำเนินการควบคุมแล้ว ระบบควบคุมยังได้รับผลกระทบจากการรบกวนที่ทำให้ตัวแปรควบคุมเบี่ยงเบนไปจากค่าที่ตั้งไว้และเกิดข้อผิดพลาดในการควบคุม

โดยธรรมชาติของการเปลี่ยนแปลงในการดำเนินการควบคุม ระบบควบคุมจะแบ่งออกเป็นระบบรักษาเสถียรภาพอัตโนมัติ (การดำเนินการควบคุมเป็นค่าคงที่หรือเป็นฟังก์ชันที่กำหนดของเวลาของระบบควบคุมที่ตั้งโปรแกรมไว้) และระบบเซอร์โว (การเปลี่ยนแปลงในการควบคุม การดำเนินการถูกกำหนดโดยการดำเนินการควบคุมที่ไม่รู้จักก่อนหน้านี้) )

ตัวควบคุม PID

ตัวควบคุม PID เป็นอุปกรณ์สำเร็จรูปที่จะช่วยให้ผู้ใช้สามารถใช้อัลกอริทึมซอฟต์แวร์เพื่อควบคุมอุปกรณ์หนึ่งหรือหลายชิ้นของระบบอัตโนมัติ การสร้างและกำหนดค่าระบบควบคุม (การควบคุม) จะง่ายขึ้นมากหากคุณใช้อุปกรณ์สำเร็จรูป เช่น ตัวควบคุม PID สากล TRM148 สำหรับ 8 ช่องสัญญาณจากบริษัท OWEN

สมมติว่าคุณต้องบำรุงรักษาสภาพอากาศที่เหมาะสมในเรือนกระจกโดยอัตโนมัติ: คำนึงถึงอุณหภูมิของดินใกล้กับรากของพืช ความกดอากาศ ความชื้นของอากาศและดิน และรักษาพารามิเตอร์ที่ระบุ ผ่านการควบคุม องค์ประกอบความร้อน และแฟนๆ ไม่มีอะไรง่ายไปกว่านี้อีกแล้ว เพียงปรับแต่งตัวควบคุม PID

ก่อนอื่นเรามานึกถึงตัวควบคุม PID คืออะไร ตัวควบคุม PID เป็นอุปกรณ์พิเศษที่ปรับแต่งพารามิเตอร์เอาต์พุตอย่างต่อเนื่องในสามวิธี: ตามสัดส่วน อินทิกรัล และดิฟเฟอเรนเชียล และพารามิเตอร์เริ่มต้นคือพารามิเตอร์อินพุตที่ได้รับจากเซ็นเซอร์ (ความดัน ความชื้น อุณหภูมิ การส่องสว่าง ฯลฯ)

พารามิเตอร์อินพุตถูกป้อนไปยังอินพุตของตัวควบคุม PID จากเซ็นเซอร์ เช่น เซ็นเซอร์วัดความชื้น ตัวควบคุมได้รับค่าของแรงดันหรือกระแสวัดจากนั้นทำการคำนวณตามอัลกอริทึมและในที่สุดก็ส่งสัญญาณไปยังเอาต์พุตที่สอดคล้องกันซึ่งเป็นผลมาจากการที่ระบบอัตโนมัติได้รับการควบคุม ความชื้นในดินลดลง - การรดน้ำคือ เปิดอยู่สองสามวินาที

เป้าหมายคือเพื่อให้ได้ค่าความชื้นที่ผู้ใช้กำหนด หรือตัวอย่างเช่น แสงสว่างลดลง - เปิดไฟโตแลมป์บนต้นไม้ ฯลฯ

การควบคุมแบบพีไอดี

ในความเป็นจริง แม้ว่าทุกอย่างจะดูเรียบง่าย แต่คณิตศาสตร์ภายในเรกูเลเตอร์นั้นซับซ้อนกว่า ไม่ใช่ทุกอย่างจะเกิดขึ้นในขั้นตอนเดียว หลังจากเปิดการให้น้ำแล้ว ตัวควบคุม PID จะวัดอีกครั้ง โดยวัดว่าค่าอินพุตเปลี่ยนไปมากน้อยเพียงใด ซึ่งเป็นข้อผิดพลาดในการควบคุมการดำเนินการถัดไปในไดรฟ์จะได้รับการแก้ไข โดยคำนึงถึงข้อผิดพลาดในการปรับค่าที่วัดได้ และอื่นๆ ในแต่ละขั้นตอนการควบคุมจนกว่าจะถึงเป้าหมาย — พารามิเตอร์ที่ผู้ใช้กำหนด —

สามองค์ประกอบที่เกี่ยวข้องในการควบคุม: สัดส่วน ส่วนประกอบ และส่วนต่าง แต่ละองค์ประกอบมีระดับความสำคัญของตนเองในแต่ละระบบ และยิ่งมีส่วนร่วมขององค์ประกอบนี้หรือองค์ประกอบนั้นมากเท่าใด ก็ยิ่งจำเป็นต้องเปลี่ยนแปลงในกระบวนการควบคุม

องค์ประกอบตามสัดส่วนเป็นวิธีที่ง่ายที่สุด ยิ่งมีการเปลี่ยนแปลงมาก ค่าสัมประสิทธิ์ (ของสัดส่วนในสูตร) ​​ก็จะยิ่งมากขึ้น และเพื่อลดผลกระทบ ก็เพียงพอที่จะลดค่าสัมประสิทธิ์ (ตัวคูณ)

สมมติว่าความชื้นในดินในเรือนกระจกต่ำกว่าจุดที่กำหนดมาก - เวลารดน้ำควรนานตราบเท่าที่ความชื้นปัจจุบันต่ำกว่าจุดที่กำหนด นี่เป็นตัวอย่างคร่าวๆ แต่หลักการก็ประมาณเดียวกัน

ส่วนประกอบสำคัญ — จำเป็นต้องปรับปรุงความแม่นยำของการควบคุมตามเหตุการณ์การควบคุมก่อนหน้า: ข้อผิดพลาดก่อนหน้านี้จะถูกรวมเข้าด้วยกันและทำการแก้ไขเพื่อให้ได้รับค่าเบี่ยงเบนเป็นศูนย์ในการควบคุมในอนาคตในท้ายที่สุด

และสุดท้ายคือส่วนประกอบส่วนต่าง ที่นี่จะพิจารณาอัตราการเปลี่ยนแปลงของตัวแปรควบคุม ไม่ว่าค่าที่ตั้งไว้จะเปลี่ยนแปลงอย่างราบรื่นหรือกะทันหัน การดำเนินการควบคุมจะต้องไม่นำไปสู่การเบี่ยงเบนมากเกินไปในค่าระหว่างการควบคุม

ยังคงต้องเลือกอุปกรณ์สำหรับการควบคุม PID วันนี้มีอยู่มากมายในตลาดมีหลายช่องที่ให้คุณเปลี่ยนพารามิเตอร์หลายตัวพร้อมกันได้ดังตัวอย่างข้างต้นกับเรือนกระจก

ลองดูอุปกรณ์ของตัวควบคุมโดยใช้ตัวอย่างของตัวควบคุม PID สากล TRM148 จาก บริษัท OWEN

เซ็นเซอร์อินพุตแปดตัวป้อนสัญญาณไปยังอินพุตที่เกี่ยวข้อง สัญญาณถูกปรับขนาด, กรอง, แก้ไข, ค่าของมันสามารถมองเห็นได้บนจอแสดงผลโดยการสลับด้วยปุ่ม

เอาต์พุตของอุปกรณ์ถูกสร้างขึ้นในการปรับเปลี่ยนต่างๆ ในชุดค่าผสมที่จำเป็นต่อไปนี้:

• รีเลย์ 4 A 220 V;

• ออปโตคัปเปลอร์ทรานซิสเตอร์ n-p-n-type 400 mA 60 V;

• ออปโตคัปเปลอร์ triac 50 mA 300 V;

• DAC «พารามิเตอร์ — ปัจจุบัน 4 … 20 mA»;

• DAC «พารามิเตอร์แรงดัน 0 … 10 V»;

• 4 … 6 V 100 mA เอาต์พุตควบคุมโซลิดสเตตรีเลย์

ดังนั้น การดำเนินการควบคุมอาจเป็นแบบแอนะล็อกหรือดิจิทัลก็ได้ สัญญาณดิจิตอล — เหล่านี้คือพัลส์ของความกว้างตัวแปรและอะนาล็อก — ในรูปแบบของแรงดันหรือกระแสสลับต่อเนื่องในช่วงสม่ำเสมอ: จาก 0 ถึง 10 V สำหรับแรงดันไฟฟ้าและตั้งแต่ 4 ถึง 20 mA — สำหรับสัญญาณปัจจุบัน

สัญญาณเอาต์พุตเหล่านี้ใช้เพื่อควบคุมแอคชูเอเตอร์เท่านั้น เช่น ปั๊มระบบชลประทานหรือรีเลย์ที่เปิดและปิดองค์ประกอบความร้อน หรือมอเตอร์เพื่อควบคุมวาล์วแอคทูเอเตอร์ มีสัญญาณไฟแสดงสถานะบนแผงควบคุม

สำหรับการโต้ตอบกับคอมพิวเตอร์ ตัวควบคุม TPM148 มีอินเทอร์เฟซ RS-485 ที่ช่วยให้:

• กำหนดค่าอุปกรณ์บนคอมพิวเตอร์ (ซอฟต์แวร์กำหนดค่ามีให้ฟรี)

• ส่งค่าปัจจุบันของค่าที่วัดได้, กำลังขับของตัวควบคุม, รวมถึงพารามิเตอร์ที่ตั้งโปรแกรมได้ทั้งหมดไปยังเครือข่าย

• รับข้อมูลการดำเนินงานจากเครือข่ายเพื่อสร้างสัญญาณควบคุม