Материал: 2142

Лабораторнаяработа№6 СОЗДАНИЕПИД-РЕГУЛЯТОРАНАПЛКИРЕГУЛИРОВАНИЕ

ТЕМПЕРАТУРЫ

Теоретические основы ПИД-регулирования

Спропорц ональное регулирование, когда регулирующее воздей-

Цель работы: научиться работать с вычислениями и програм-

мировать алгоритмы регулирования.

Для регул рован я многих технологических процессов достаточно регуляторов первого, или второго порядка. Самыми распро-

страненными в дами регулирования являются следующие:

ствие пропорц онально сигналу на входе регулятора; обычно это сигнал ошибки между регул руемой величиной и ее заданным значением;

нтегральное регулирование, когда регулирующее воздействие пропорц онально определенному интегралу входного сигнала по

деленный интеграл присутствуютАв процессе регулирования с опреде-

ленными долями, определяемыми коэффициентами; сюда отнесем и ПИрегулирование, особенность которого заключается лишь в том, что коэффициент при производной входного сигнала равен нулю.

В промышленности для реализации пропорционально-

что в настоящее время также находит частое применение. Микропроцессорные устройства, в отличие от аналоговых, работа-

ют с дискретными данными и закон ПИД-регулирования в них реализован несколько иначе.

51

Структурная схема непрерывного ПИД-регулятора представлена на рисунке 40. Закон ПИД-регулирования для непрерывных систем можно записать уравнением:

где SВХ (t) = e(t) - e0 – ошибка регулирования; e(t) – регулируемая величина; e0 – требование значение величины.

Зап шем уравнен е для дискретного ПИД-регулятора и найдем, как выч сл ть коэфф циенты дискретного ПИД-регулятора, исходя изикоэфф ц ентов непрерывного ПИД-регулятора.

б РисунокА40. Непрерывный ПИД-регулятор

Перепишем то же уравнениеД, предположив дискретность процессов по времени: если две соседние точки на оси времени будут отстоять друг от друга не на бесконечно малую величину, а на некоторое значение T, называемое периодом дискретизации, то в уравнении

(1) интеграл превратится в сумму, а производная – в отношение разностей. Далее вынесем за знак суммы и из знаменателя дроби период дискретизации, соединив его с соответствующими коэффициентами и перепишем функцию ошибки в дискретном виде, независимо от непрерывного времени (без T под знаком функции). Уравнение примет

52

Таким образом, соотношения между коэффициентами ПИДрегуляторов дискретного и непрерывного можно описать следующим образом:

Кроме аппаратных реализаций ПИД-регуляторы многократно запрограммированы во всевозможных библиотеках подпрограмм и функциональных блоков под различныеДтипы ПЛК и промышленных ЭВМ. Тем не менее, задача, решаемая в данной лабораторной работе, состоит в проектировании и программировании дискретного П Д- регулятора и его использовании в системе регулирования температуры, это поможет понять их принципы работы и способы применения.

Программирование ПИД-регулятораИна ПЛК

Задача. Разработать систему регулирования температуры на базе ПЛК «ОВЕН» для имитатора термокамеры, имеющегося в учебном комплекте. Не использовать ПИД-регулятор в библиотеке компонентов, разработать регулятор самостоятельно. Создать визуализацию, позволяющую видеть текущее и заданное значения температуры и график изменения температуры за последние несколько минут, настраивать коэффициенты ПИД-регулятора, а также вручную выключать и включать нагревательный элемент.

53

До этой лабораторной работы рассматривались примеры, задействующие только дискретные входы и выходы; здесь же возникла не-

обходимость использовать аналоговый вход, и для этого нужно его настроить. Для настройки входов и выходов, как было указано на стр. 17, необходимо внизу левой панели окна CoDeSys выбрать четвертую

Сслева закладку «Ресурсы», затем в иерархическом дереве выбрать «Конфигурация ПЛК». Далее на рабочем поле CoDeSys появится иерархическое дерево устройств, имеющихся в ПЛК с переменными, доступными, как входы, или выходы.

Четырем аналоговых входам ПЛК по умолчанию соответствуют пункты «Unified signal sensor», обозначающие стандартные входы по напряжен ю. Термосопротивление подключено к четвертому аналоговому входу, в сп ске он самый последний, и вход необходимо перенастро ть для ра оты с термосопротивлением. Для этого на последнем пункте «Unified signal sensor» необходимо нажать правую

Рисунок 42. Настройка аналогового входа для подключения термосопротивления (вместо Unified signal sensor выбрать RTD sensor)

54

После этого надпись «Unified signal sensor» в дереве устройств сменится на надпись «RTD-sensor», и справа откроются настройки аналогового входа для подключения термосопротивления. Те значения настроечных параметров, которые являются корректными, показаны на рисунке 43. Аналоговый вход настроен, переходим к проек-

Стированию приложения.

В термокамере присутствует только дискретное управление нагревом, то есть его включение и отключение посредством релейного выхода, но, по услов ю задачи, нужно обеспечить плавную регули-

ровку нагрева. Как м образом можно решить подобную задачу, имея исходтолько д скретный вход?

Время нагрева нагревательного элемента в термокамере с 20 до 100 °C составляет около трех минут, то есть за одну секунду происходит повышенбе температуры в среднем на 0,33 °C. Нагревание происходит плавно, на не ольшом участке почти линейно, остывание про- т медленнее, чем нагревание. Можно сказать, температура термокамеры по отношению к поданному на нагревательный элемент

напряжен ю зменяется по апериодическому закону. А Д И

55