Применение ПИД-регулятора в системах автоматики

StroiManual

Применение ПИД-регулятора в системах автоматики

ПИД-регулятор является готовым устройством, которое позволит пользователю реализовывать программный алгоритм управления тем или иным оборудованием автоматизированной системы. Построение и настройка систем управления становится существенно проще если использовать готовые устройства наподобие универсального ПИД-регулятора ТРМ148 на 8 каналов компании Овен.

Скажем, вам нужно автоматизировать поддержание правильных климатических условий в теплице: учесть температуру почвы возле корней растений, давление воздуха, влажность воздуха и почвы, и поддерживать заданные параметры посредством управления ТЭНом и вентиляторами. Нет ничего проще, достаточно настроить ПИД-регулятор.

Давайте вспомним сначала, что же представляет собой ПИД-регулятор? ПИД-регулятор - это особое устройство, осуществляющее непрерывную точную регулировку выходных параметров тремя путями: пропорционально, интегрально и дифференциально, а исходные параметры — входные, получаемые с датчиков (давления, влажности, температуры, освещенности и т.д).

Входной параметр подается на вход ПИД-регулятора с датчика, допустим, с датчика влажности. Регулятор принимает величину напряжения или тока, измеряет ее, затем производит вычисления по своему алгоритму, и осуществляет в итоге подачу сигнала на соответствующий выход, в результате автоматизируемая система получает управляющее воздействие. Влажность почвы снизилась — включился на несколько секунд полив.

Цель — достигнуть заданной пользователем величины влажности. Или например: освещенность понизилась — включить над растениями фитолампы и т.д.

ПИД-регулирование

На самом деле, хотя с виду все просто, внутри регулятора математика посложнее, не в один шаг все происходит. После включения полива ПИД-регулятор снова делает замер, измеряя, насколько же изменилась теперь входная величина, - так находится ошибка регулирования. Следующее воздействие на исполнительный орган будет уже скорректировано с учетом измеренной ошибки регулирования, и так на каждом шагу управления, пока цель — заданный пользователем параметр — не будет достигнута.

Три составляющих участвуют в регулировании: пропорциональная, интегральная и дифференциальная. Каждая составляющая имеет свою степень значимости в каждой конкретной системе, и чем больший вклад вносит та или иная составляющая — тем существеннее именно она и должна быть изменена в процессе регулирования.

Пропорциональная составляющая — самая простая, чем больше изменение — тем больше коэффициент (пропорциональности в формуле), и чтобы воздействие уменьшить, достаточно просто уменьшить коэффициент (множитель).

Допустим, влажность почвы в теплице сильно ниже установленной — тогда время полива должно быть дольше во столько же раз, во сколько текущая влажность ниже установленной. Это грубый пример, но принцип в общих чертах именно таков.

Интегральная составляющая — она необходима для повышения точности управления с опорой на предыдущие события регулирования: предыдущие ошибки интегрируются, на них и делается поправка, чтобы в итоге получить нулевое отклонение при регулировании в будущем.

Наконец, дифференциальная составляющая. Здесь берется в расчет скорость изменения регулируемой величины. Плавно ли, резко ли изменяется задаваемая величина, - соответственно и регулирующее воздействие не должно приводить к чрезмерным отклонениям величины во время регулирования.

Остается выбрать прибор для ПИД-регулирования. Сегодня их на рынке много, есть многоканальные, позволяющие изменять сразу несколько параметров, как в приведенном выше примере с теплицей.

Рассмотрим устройство регулятора на примере универсального ПИД-регулятора ТРМ148 от компании Овен.

Входные восемь датчиков подают сигналы на соответствующие входы. Сигналы масштабируются, фильтруются, корректируются, их значения можно просмотреть на дисплее, произведя переключение кнопками.

  • реле 4 А 220 В;
  • транзисторные оптопары n–p–n-типа 400 мА 60 В;
  • симисторные оптопары 50 мА 300 В;
  • ЦАП «параметр–ток 4...20 мА»;
  • ЦАП «параметр–напряжение 0...10 В»;
  • выход 4...6 В 100 мА для управления твердотельным реле.

Так, управляющее воздействие может быть аналоговым или цифровым. Цифровой сигнал — это импульсы изменяемой ширины, а аналоговый — в форме плавно изменяемого напряжения или тока в унифицированном диапазоне: от 0 до 10 В для напряжения, и от 4 до 20 мА - для токового сигнала.

Данные выходные сигналы как раз и служат для управления исполнительными приборами, скажем насосом системы полива или реле, включающим и выключающим ТЭН либо мотор управления задвижкой. На панели регулятора присутствуют сигнальные индикаторы.

Для взаимодействия с ПК, регулятор ТРМ148 оснащен интерфейсом RS-485, который позволяет:

  • конфигурировать прибор на ПК (программы для конфигурирования предоставляются бесплатно);
  • передавать в сеть текущие значения измеренных величин, выходной мощности регулятора, а также любых программируемых параметров;
  • получать из сети оперативные данные для генерации управляющих сигналов.

Поделиться статьёй с друзьями:

Другие статьи раздела "Электроснабжение и проводка ":

  1. 13.12.17 Применение ПИД-регулятора в системах автоматики
  2. 10.05.17 Как работают прокалывающие зажимы
  3. 12.04.17 Чем лучше и чем хуже вертикальный ветрогенератор в плане эксплуатации
  4. 05.04.17 Как рассчитать сечение кабеля по мощности
  5. 29.03.17 Проводка в гараже своими руками
  6. 23.03.17 Чем опасна утечка тока?
  7. 21.03.17 Какой счетчик электроэнергии лучше поставить в квартире
  8. 18.03.17 Электропроводка в системе «Умный дом».
  9. 08.03.17 Выбор солнечных батарей для частных домов
  10. 28.02.17 Ветряная электростанция для дома
Прыг: 01 02 03 04 05 06 07