TRM148 OWEN の例によるオートメーション システムでの PID コントローラーの使用

自動調整・調整システム

自動制御は自動制御の一種です。技術プロセスを特徴付ける特定の値の一定性を維持すること、または特定の法則に従ったその変化は、制御対象の状態または対象の規制本体に影響を与える外乱を測定することによって実行されます。

自動調整を実行するには、一連のデバイスが調整対象の設備に接続され、その組み合わせはレギュレータと呼ばれます。

プロセスを特徴付ける 1 つまたは複数の変数の測定に基づいて、コントローラーは 1 つまたは複数の制御アクションを変更し、制御変数の設定値を維持することによってプロセスに影響を与えます。

制御システム - 特定の物理量の特定の変化の法則を維持するように設計されたシステムは、制御量と呼ばれます。制御変数の設定値は一定である場合もあれば、時間やその他の変数の関数である場合もあります。

調整過程では、制御値と設定値を比較し、制御値が設定値から乖離している場合には、制御対象に調整作用が入り、制御値を元に戻します。

規制措置は人が手動で入力できます。制御変数の測定と制御アクションの導入が人間の介入なしに機器によって行われる場合、制御システムは自律システムと呼ばれます。

制御システムは、制御動作以外にも、制御量が設定値からずれたり、制御誤差が発生したりする外乱の影響を受けます。

制御動作の変化の性質により、制御システムは自動安定化システム (制御動作は一定値であるか、プログラムされた制御システムの時間の所定の関数である) とサーボ システム (制御の変化) に細分されます。アクションは、これまで知られていなかった制御アクションによって決定されます))。

PIDコントローラー

PID コントローラーは、ユーザーがソフトウェア アルゴリズムを実装して自動化システムの 1 つまたは別の機器を制御できる既製のデバイスです。 OWEN 社の 8 チャネル用ユニバーサル PID コントローラ TRM148 などの既製のデバイスを使用すると、レギュレーション (制御) システムの構築と構成が非常に簡単になります。

温室内の適切な気候条件の維持を自動化する必要があるとします。植物の根元付近の土壌の温度、気圧、空気と土壌の湿度を考慮し、指定されたパラメーターを維持します。コントロールを通じて 発熱体 そしてファン。 PID コントローラーを調整するだけなので、これほど簡単なことはありません。

まず PID コントローラーとは何なのかを思い出してみましょう。 PID コントローラーは、出力パラメーターを比例、積分、微分の 3 つの方法で継続的に調整する特別なデバイスであり、初期パラメーターはセンサーから取得される入力パラメーター (圧力、湿度、温度、照度など) です。

入力パラメータは、湿度センサーなどのセンサーから PID コントローラーの入力に供給されます。レギュレーターは電圧または電流の値を受け取り、それを測定し、アルゴリズムに従って計算を行い、最終的に対応する出力に信号を送信し、その結果、自動システムが制御アクションを受け取ります。数秒間オンになりました。

目標は、ユーザー定義の湿度値を達成することです。または、たとえば: 照明が減りました - 植物のファイトランプをオンにするなど。

PID制御

実際、すべてが単純に見えますが、レギュレーター内の計算はより複雑で、すべてが 1 つのステップで行われるわけではありません。灌水がオンになった後、PID コントローラーは再度測定を行い、入力値がどれだけ変化したかを測定します。これが制御エラーです。ドライブ上の次のアクションは、目標 (ユーザー定義のパラメータ) に達するまで、各制御ステップで測定された調整誤差などを考慮して修正されます。

調整には、比例、積分、微分の 3 つの要素が関与します。各コンポーネントには、特定のシステムごとに独自の重要度があり、そのコンポーネントの貢献が大きければ大きいほど、規制プロセスでの変更がより重要になります。

比例成分が最も単純で、変化が大きいほど係数（式の比例）が大きくなり、影響を軽減するには係数（乗数）を小さくするだけで十分です。

温室内の土壌水分が設定値よりもはるかに低いとします。その場合、水やり時間は、現在の水分が設定値より低い限り長くする必要があります。これは大まかな例ですが、原理はほぼ同じです。

積分コンポーネント — 以前の制御イベントに基づいて制御の精度を向上させる必要があります。以前のエラーが統合され、将来の制御で最終的に偏差がゼロになるように修正が行われます。

そして最後に、差動コンポーネントです。ここで、制御変数の変化率を考慮します。目標値を滑らかに変更するか急に変更するかに関係なく、制御動作は制御中に値に過度の偏差を生じさせてはなりません。

PID 制御用のデバイスを選択する必要があります。現在、市場には多くのものが市販されており、上記の温室の例のように、複数のパラメーターを一度に変更できるマルチチャンネルのものもあります。

OWEN 社のユニバーサル PID レギュレータ TRM148 を例に、レギュレータのデバイスを見てみましょう。

8 つの入力センサーはそれぞれの入力に信号を送ります。信号はスケーリング、フィルタリング、補正され、ボタンで切り替えることでその値をディスプレイに表示できます。

デバイスの出力は、次のものを必要に組み合わせてさまざまな変更を加えて生成されます。

• リレー 4 A 220 V;

• トランジスタフォトカプラ n-p-n タイプ 400 mA 60 V;

• トライアックフォトカプラ 50 mA 300 V;

• DAC «パラメータ — 電流 4 … 20 mA»;

• DAC «パラメータ電圧 0 … 10 V»;

• 4 ～ 6 V 100 mA ソリッドステート リレー制御出力。

したがって、制御アクションはアナログでもデジタルでも可能です。 デジタル信号 — これらは可変幅のアナログパルスであり、均一範囲の連続交流電圧または電流の形式です。電圧の場合は 0 ～ 10 V、電流信号の場合は 4 ～ 20 mA です。

これらの出力信号は、アクチュエータ、たとえば灌漑システムのポンプや加熱要素のオン/オフを切り替えるリレー、あるいはアクチュエータ バルブを制御するモータなどを制御するためにのみ使用されます。コントロールパネルには信号インジケーターがあります。

コンピュータと通信するために、TPM148 レギュレータには、以下を可能にする RS-485 インターフェイスが装備されています。

• コンピュータ上でデバイスを設定します (設定ソフトウェアは無料で提供されます)。

• 測定値の現在値、レギュレータの出力電力、およびすべてのプログラム可能なパラメータをネットワークに送信します。

• ネットワークから運用データを受信して​​制御信号を生成します。