Принцип работы контроллера: Промышленные контроллеры (ПЛК) | LAZY SMART

Промышленные контроллеры (ПЛК) | LAZY SMART

Современную промышленность невозможно представить без систем автоматизации. Сложность производственных процессов делает невозможным управление ими вручную, к тому же системы автоматики обходятся гораздо дешевле, чем обслуживающий персонал, да и работают они быстрее и надёжнее. Да что говорить о промышленности – в настоящее время практически ни одно здание не обходится без автоматики. Школы, больницы, детские сады, офисные и складские помещения, загородные дома и коттеджи – все эти объекты оснащены инженерными системами с автоматическим управлением. Несмотря на многообразие применений и сфер использования все системы автоматики работают по одному принципу и обладают схожей структурой, в центре которой находится «мозг» системы – программируемый логический контроллер (ПЛК).

С чего всё начиналось?

Все начиналось с построения релейно-контактных систем управления, представляющих из себя огромные шкафы, набитые проводами и релейными модулями. В эти шкафы приходили сигналы от датчиков, а на выходе формировались команды исполнительным устройствам. Кроме того, что они были больших размеров, такие системы управления неудобны тем, что они совершенно не гибкие: для того, изменить логику управления, необходимо вручную перебирать всю электрическую схему. С развитием микропроцессорной техники на смену релейным шкафам пришли ПЛК – устройства, выполняющие те же функции, но имеющие принципиально другой механизм преобразования входных сигналов в выходные. Такое преобразование в ПЛК выполняется в соответствии с записанной программой. С появлением контроллеров размеры систем управления уменьшились в десятки раз, значительно упростился процесс их разработки и последующих изменений.

Принцип работы ПЛК

ПЛК работает по циклическому принципу. В самом начале цикла ПЛК сканирует состояния входов, на которые поступают сигналы от датчиков и устройств. Затем в соответствии с алгоритмом программы происходит вычисление состояния выходов. В конце рабочего цикла контроллер устанавливает каждый выход в состояние, которое было определено.

   1. Чтение состояний входов

   2. Выполнение программы пользователя

3. Запись состояний выходов

Указанные этапы цикла выполняются последовательно – это означает, что изменения состояний входов не будут «замечены» контроллером во время выполнения программы. По этой причине одним из важнейших параметров ПЛК является время реакции. Если оно окажется больше, чем минимальный период изменения состояний входов, некоторые события, происходящие в системе, будут «пропущены» контроллером.

Также стоит учесть, что и датчики реагируют на изменения в системе не мгновенно. Поэтому полное время реакции системы управления складывается из времени реакции ПЛК и времени реакции датчиков.

Время реакции системы — время с момента изменения состояния системы до момента выработки соответствующей реакции (принятия решения).

 Системы реального времени

Все системы можно условно разделить на системы жёсткого и мягкого реального времени.

В системах жёсткого реального времени реакция ПЛК не должна превышать определённый временной порог. При увеличении времени реакции система теряет свою работоспособность.

В системах мягкого реального времени при увеличении времени реакции может происходить сильное ухудшение качества управления, но работоспособность при этом не теряется.

 Входы и выходы ПЛК

Дискретные входы – предназначены для ввода сигналов от дискретных датчиков (кнопки, тумблеры, концевые выключатели, термостаты и др.). Напряжение сигнала унифицировано для всех ПЛК и составляет 24 В. Проще говоря, при «появлении» на входе контроллера напряжение 24 В – ПЛК будет считать этот вход «включенным», то есть он примет значение логической «1» в восприятии контроллера.

Дискретные выходы – предназначены для управления устройствами по принципу «включить/выключить» (магнитные пускатели, лампочки, клапаны и др. ). Дискретный выход – это обычный контакт, который может замкнуть или разомкнуть управляющую или питающую цепь устройства.

Аналоговые входы – предназначены для ввода непрерывного сигнала с датчиков и других устройств. Существует два основных вида унифицированных аналоговых сигналов: по току – 4..20 мА, по напряжению 0..10 В. Например, датчик температуры имеет диапазон -10 — +70 °С, тогда 4мА на выходе соответствует -10 °С, а 20мА – это +70 °С. С аналоговыми сигналом по напряжению всё аналогично.

Аналоговые выходы – предназначены для плавного управления устройствами. Унифицированные значения аналогового сигнала на выходах такое же, как и на входах – 4..20мА (0..10В). Например, вентиль может поворачиваться в пределах от 0° до 90°. Ток 4мА повернёт его в положение 0°, а 20мА – в положение 90°. Для того, чтобы повернуть его на 45°, нужно подать на него управляющий сигнал 8мА. Таким образом, меняя значение силы тока на выходе, контроллер может поворачивать вентиль на заданный угол.

Специализированные входы/выходы – не унифицированы, применяются для подключения нестандартных датчиков и исполнительных устройств со специфическим уровнем сигнала, питанием и программной обработкой.

Цифровые интерфейсы ПЛК

Изначально ПЛК предназначались для управления последовательными логическими процессами. Современные контроллеры помимо логических операций способны выполнять цифровую обработку сигналов. Они могут обмениваться информацией с другими устройствами, такими как панели оператора, GSM-модули, частотные преобразователи, серверы сбора данных и др.

ПЛК могут иметь распределённую структуру, когда модули входов и выходов находятся на значительном удалении от самого контроллера, вблизи объекта управления. Несколько ПЛК, управляющие разными частями одной системы, могут объединяться в сеть для обмена информаций и согласования управляющих действий, а так же передачи всей информации о системе в центральный диспетчерский пункт.

В этих случаях обмен удалённых модулей и устройствами с ПЛК осуществляется по цифровым интерфейсам с использованием специализированных протоколов, таких как Modbus RTU, ModBus TCP, CANopen, Profibus, EtherNet IP и других.

Что такое программируемый логический контроллер и принцип его работы

Задачей программируемого логического контроллера является сбор данных, их обработка и преобразование, сохранение в памяти необходимой информации, создание команд управления, которые поступают посредством входов и передаются посредством выходов. Входы и выходы подключаются к датчикам и ключам, к механизмам устройства управления.

Логические контроллеры осуществляют свою работу практически без участия оператора, что позволяет работать в режиме реального времени в жестких условиях эксплуатации, даже при наличии неблагоприятных условий окружающей среды.

На заре развития промышленной автоматики логические контроллеры были созданы по типу релейных схем с фиксированной логикой работы. При нарушении алгоритма приходилось основательно изменять действующую схему.

С внедрением и быстрым распространением микропроцессоров автоматика производственного процесса стала строиться на основе микропроцессоров. Однако роль логических контроллеров не перестала оставаться актуальной, они просто заняли свою отдельную нишу применения.

Сегодня релейные схемы оснащаются программным обеспечением, что превращает программируемые логические контроллеры в микропроцессорное устройство, обеспечивающее сбор информации, ее переработку, сохранение и передачу команд к узлам выполняющего устройства.

При этом ЛПК контроллер по принципу своей работы существенно отличается от микропроцессорных устройств, поскольку программное обеспечение ЛПК контроллера имеет две части, первой из которых является системное программное обеспечение. Оно функционирует по аналогии с компьютерной операционной системой и обеспечивает:

• управление внутренними узлами контроллера;
• взаимодействие составляющих компонентов;
• осуществление внутренней диагностики.

Системное обеспечение заключено в постоянную память процессора и вступает в работу через несколько миллисекунд после подключения ПЛК к сети.

ПЛК контроллер работает циклично, при этом каждый цикл сопровождается чтением данных и имеет 4 фазы:

• первая представляет собой опрос входов;
• на второй фазе осуществляется выполнение действий, установленных пользовательской программой;
• третья фаза устанавливает значения входов;
• на четвертой фазе производятся дополнительные операции, например, производится диагностика, подготавливаются данные для отладчика, визуализация.

Системное ПО осуществляет работу первой фазы. После опроса входов управление передается программе, находящейся в памяти. Это программа, созданная пользователем для решения определенных задач, содержит те действия, которые должны совершаться, после их выполнения управление передается на системный уровень. Простота схемы действий освобождает создателя программы от необходимости изучения системы аппаратного управления. Для создания программы инженеру достаточно владеть информацией о том, с какого входа поступает сигнал и как он должен откликаться на выход.

Время отклика на сигнал зависит от длительности одного цикла действующей программы.

Отличием ПЛК контроллеров от комбинационных аппаратов заключается в том, что они обладают памятью, что позволяет им реагировать на текущие события. Память также позволяет перепрограммировать, осуществлять управление во времени, производить цифровую обработку сигналов, что поднимает ЛПК контроллер на более совершенный уровень.

Входы и выходы

Программируемый логический контроллер может иметь входы трех типов. Это:

• аналоговый;
• дискретный;
• специальный.

Один дискретный вход принимает один бинарный электронный сигнал. При этом практически все стандартные входы принимают электрический сигнал мощностью 24 Вт, при типовом значении тока 10 мА.

Аналоговый вход обеспечивает прием аналогового сигнала, отражающего уровень напряжения или тока. При этом в каждый временной момент напряжение и ток соответствуют определенной физической величине: температуре, весу, давлению, положению, скорости, частоте и т.д.

Поскольку программируемые логические контроллеры представляют собой цифровую вычислительную технику, то аналоговые сигналы подвергаются преобразованию. Для осуществления преобразования аналогового сигнала в цифровой в программируемых логических контроллерах применяются 10-12-ти разрядные преобразователи. В условиях современного автоматизированного производства этого показателя достаточно для обеспечения точности управления техническим процессом. Применение преобразователей этого класса на производстве оправдано и тем, что преобразователи более высокой разрядности реагируют на индустриальные помехи, которые неизбежны в условиях, где работает контроллер.

Поскольку все аналоговые входы многоканальные, то приходится использовать коммутатор, посредством которого осуществляется подключение входа АЦП к требуемому модулю.

Таким образом, все аналоговые и дискретные входы обеспечивают потребности промышленной автоматики, поэтому необходимость в использовании специальных входов возникает крайне редко, и требуется при необходимости обработки отдельных сигналов с большими временными затратами, что обусловлено программным затруднением.

В основном, ПЛК со специализированными входами применяются там, где необходим подсчет импульсов, измерение длительности и фиксация фронтов.

Такой вход может быть использован там, где необходимо измерить скорость и положение вращения вала, поскольку такое устройство оснащено поворотными шифраторами, формирующими определенное количество импульсов, рассчитанных на каждый оборот вала. При этом частота импульсов очень высокая и равна нескольким мегагерцам. Даже если ПЛК оснащен быстродействующим процессором, подсчет импульсов будет занимать большое количество времени. В этом случае, использование специального входа будет оправдано, поскольку обеспечит обработку входных импульсов и формирование сигналов необходимой величины для реализации программы.

Другой тип специализированных входов — входы прерывания, они обеспечивают быстрый запуск пользовательских задач, которые необходимо выполнять при прерывании работы основной программы. Этот тип специализированных входов широко используется и является достаточно востребованным.

Классификация ПЛК по типу конструкции

По своей конструкции ПЛК могут быть:

• модульными, оснащающимися различным набором модулей входов и выходов, предусмотренных реализации конкретной задачи;
• моноблочными, оснащенными определенным количеством входов и выходов;
• распределительными, оснащенными модулями, отдельными входами и выходами, установка которых возможна на существенном расстоянии.

Языки программирования

Технологический язык дает возможность всем участникам процесса — инженерам, технологам и программистам, понимать суть задачи и находить ее решение. Так, если технолог дает установку на необходимые процессы, он не использует формализованный алгоритм процесса, вследствии чего программист, при создании программы, вынужден вникать в суть технологического процесса. В то же время, создавая программу, программист остается единственным участником процесса, понимающим язык программ.

В связи с этим, возникают сложности, для преодоления которых и был придуман технологический язык, одинаково понятный всем участникам процесса. Именно технологический язык позволил упростить процесс программирования.

Сегодня разработаны технологические языки, а также установлен стандарт МЭК-61131-3, который был разработан Международной Электротехнической Комиссией.

Все производители должны придерживаться установленного стандарта и предлагать устройства, оснащенные одинаковыми по интерфейсу и принципу действия командами.

Этот стандарт включает в себя 5 языков:

• языком функциональных релейных блоков является Sequential Function Chart;
• для функциональных блоковых диаграмм, предусмотрен язык Function Block Diagram;
• для релейных диаграмм, принят язык Ladder Diagrams;
• язык структурированного текста Statement List напоминает Паскаль;
• языком инструкций является Instruction List , он представляет собой ассемблер, оснащенный аккумулятором и переходом по метке.

LAD — это простой язык, напоминающий логическую схему реле, что позволяет любому инженеру составить программу. FBM похож на схему логических элементов, что также упрощает создание программ для инженеров.

Выбор языка, в основном, базируется на личном опыте программирующего инженера. При этом некоторые действия легко откликаются на один язык, создавая определенные трудности в другой области. Для решения таких задач создана возможность переконвертирования готовой программы с одного языка на другой.

Самыми распространенными сегодня языками программирования являются LAD, STL, FBD, которые наиболее часто предусмотрены производителями ЛПК самых известных компаний.

Программируемый логический контроллер (ПЛК, PLC)

Слово «контроллер» дословно с английского переводится как регулятор, управляющее устройство. Программируемый логический – это контроллер, который оптимизирован для выполнения логических операций.

Programmable Logic Controller (PLC) с английского точно переводится как контроллер с программируемой логикой (ПЛК).

ПЛК является электронной составляющей промышленного контроллера, который используется для автоматизации различных технологических процессов на промышленных предприятиях.

Основной режим работы ПЛК

Основной режим использования программируемого логического контроллера подразумевает длительную автономную работу, и нередко в неблагоприятных условиях окружающей среды, при этом отсутствует его серьезное обслуживание, то есть практически нет вмешательства человека.

Принцип работы

Работа программируемого логического контроллера строится на сборе и обработке информации по пользовательской прикладной программе с последующей выдачей сигналов управления на исполнительные устройства.

Предназначение современных ПЛК

С помощью ПЛК производится автоматизация различных систем предприятия, например вентиляционных, отопительных, водоподготовительных, работы фасовочных аппаратов, управления воротами, дверьми, насосами и более сложных задач.

Современный программируемый логический контроллер имеет встроенный интерфейс (или несколько), а также возможность их расширения – установки дополнительных сетевых модулей.

Модульной архитектурой обусловлена возможность масштабирования решений: это может быть как одиночный контроллер, так и территориально-распределенная система для целого производства. Можно объединить объекты, разбросанные по миру, в одну сеть, и осуществлять по ней передачу данных безопасно и без других защитных мероприятий (например, нет необходимости в фиксированном IP-адресе).

Преимущества современных ПЛК

• Высокая производительность
• Работа в реальном времени
• Богатый функционал для построения систем управления
• Возможность подключения различных модулей расширения
• Наличие операций с плавающей точкой
• Иногда – возможность автоматической настройки пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора (ПИД)
• Зачастую бесплатное программное обеспечение для использования знакомых программисту языков для программирования

Отличие ПЛК от других электронных приборов

• От микроконтроллеров

Если предназначением микроконтроллера является управление электронными устройствами, то область применения программируемых логических контроллеров чаще всего – автоматизация процессов производства в контексте целого промышленного предприятия

• От компьютеров

Компьютер ориентирован на то, что принимать решения и управлять будет оператор, а работа ПЛК – на взаимодействие с машинами через ввод сигналов датчиков и дальнейший вывод сигналов на исполнительные механизмы

• От встраиваемых систем

Программируемые логические контроллеры имеют вид самостоятельного изделия, изготавливаются отдельно от оборудования, в котором они будут использоваться для автоматизации управления

Историческая справка

Первый логический контроллер выглядел как шкаф с соединенными друг с другом реле и контактами. При этом схема задавалась очень жестко в момент проектирования, и далее ее изменение было невозможно. Первый в мире ПЛК появился в 1968 году и имел 4 кБ памяти.

Сам термин PLC был введен в 1971 году. В эти же 70-е годы прошлого столетия параллельно с данным термином был широко распространен и другой – микропроцессорный командоаппарат.

В дальнейшем релейные логические контроллеры сменились устройствами, которые при том же принципе работы имели значительное отличие: в них реле и контакты (за исключением входных и выходных) уже были виртуальными, другими словами, это была программа, выполняемая микроконтроллером.

В настоящее же время ПЛК представляют собой свободно программируемые устройства.

Программируемые логические контроллеры, их функции и виды

Программируемые логические контроллеры входят в оборудование, отвечающее за автоматизацию процессов. Плк-системы используются в малых предприятиях, крупных производствах.

ПЛК — что это такое?

Плк-контроллер представляет собой микрокомпьютер с упрощенным алгоритмом, выполняющий типовые функции в заданном режиме. Применяют его и в бытовой технике, не только в сложных роботизированных устройствах. Унификация элементов, их взаимозаменяемость повышает надежность системы. Упрощает  ремонт и отладку.

История создания

В 60 годах 20 века для управления телефонными станциями, промышленным оборудованием использовались сложные схемы с реле. Они не отличались повышенной надежностью или ремонтопригодностью. Инженерам одной из компаний, американской General Motors, была поставлена цель по созданию нового оборудования. Задачи, на которые оно было рассчитано, выглядели так:

1. Упрощение отладки, замены.
2. Относительная дешевизна.
3. Гибкость, удобство модернизации.
4. Снижение риска отказов.

Изобретение, создание микросхем и блоков управления на их основе позволило решить заданные вопросы.

Терминология, объясняющая, что такое ПЛК (PLC), внесена в международные и европейские стандарты качества МЭК, EN.

Структура и устройство ПЛК

Любой плк Siemens или аналогичный, других производителей, ориентирован на выполнение конкретных действий. Микроконтроллер опрашивает блоки ввода информации, чтобы принять решение, сформировать на выходе готовую команду. Упрощенно схема стандартного элемента включает:

• вход;
• центр;
• выход.

Входные цепи образованы набором датчиков (аналоговых или цифровых), переключающих устройств, смарт-систем. В центральном блоке расположены: процессор, обрабатывающий команды, модуль памяти и средства коммуникации. Выходные цепи отвечают за передачу сигнала на моторы привода, вентиляцию, осветительную арматуру. Туда же допускается подключить управляющее смарт- устройство архитектуры ардуино или подобное. Необходимо также выполнить условие подключения ПЛК к цепям питания. Без них устройство работать не будет. Внешний компьютер через унифицированный интерфейс используется для отладки, программирования контроллера.

Принцип работы ПЛК

По сути, микроконтроллер достаточно близок к реле. Только вместо механических контактов и катушек в нем — электронные цепи. Понять принцип действия будет легко любому инженеру, знакомому со схемами, основами электротехники.

Датчик освещенности на входе подает сигнал в блок обработки данных. В нормальном состоянии процессор не реагирует. Как только сенсор определит падение освещения, изменится его сопротивление, центральный блок задействует цепи питания электроламп.

Для управления ПЛК, его программирования используется бытовой ПК. Несколько отдельных микроконтроллеров образуют каскад с усложненными задачами. Системы «умный дом», автоматика включения двигателя насоса для закачки воды в накопительный бак давно содержат в себе подобные блоки.

Сложные микроконтроллерные устройства обеспечивают охрану, защиту периметра (квартиры), включая связь с полицией (владельцем) через модем, подъем тревоги при проникновении нарушителей, разрушении механизма закрытия двери.

Первый этап работы устройства состоит из экспресс-теста задействованного оборудования. Одновременно идет загрузка операционной среды, управляющих программ. Все как в настольном ПК при старте Windows. Предусмотрена пошаговая отработка команд (отладка), при которой допускается мониторинг, корректировка переменных.

Для простоты восприятия рабочий, шаговый режим ПЛК разбит на типовые циклы. Они повторяются во время функционирования устройства. В каждом цикле, «маршрутной карте» заключаются 3 действия:

Сканирование, обращение к внешним датчикам. Запись значений (состояния) в ячейки памяти.

Анализ действующей программы. Внесение требуемых корректив на основании данных предыдущего шага.

Передача результата вычислений на блоки выхода.

Завершается цикл быстрым переходом к первому этапу «урока».

Типы ПЛК

Все ПЛК, выпускаемые Schneider Electric, Mitsubishi, Beckhoff, Omron, Segnetics или Unitronics, четко разделяются по типам. Это же относится к классификации российской продукции, представленной компаниями «Овен», «Контар», «Текон» и другими. Конструктивно устройства принято обозначать как моноблочные и модульные.

В первом типе содержится полный набор входных, выходных цепей, процессор, источник энергии. Во втором предусмотрена сборка готового ПЛК из отдельных частей. Согласно МЭК 61131, количество и состав модулей варьируются в соответствии с назначением, характеристиками поставляемого заказчику устройства.

Модульный микроконтроллер может управлять посредством Ethernet соединения малопроизводительным собратом, выполняющим специфично назначенные функции (диагностика состояния периметра, безопасность охраняемой зоны). Маломощный адаптер питания в этом случае является отдельным модулем. Обобщенно функциональные возможности второго вида превосходят первый. Но в отдельных ситуациях (микроконтроллер управления чайником Berghof) достаточно моноблочного ПЛК.

Главное достоинство такой конструкции — компактность. При этом полностью завершенная конструкция платы, блока контроллера оборудуется дисплеем и устройством ввода-вывода, кнопочной панелью. Типичный пример — «умный» автоматный моноблок, отвечающий за стабилизацию напряжения.

Из нескольких ПЛК, смонтированных на стандартную рейку, набирается укрупненный узел управления. Первоначально конфигурация микроконтроллеров подразумевала замену существовавших релейных, полупроводниковых схем. Со временем задачи усложнились, но и сохранившиеся ограниченно производительные 8 и 16 разрядные процессоры по-прежнему востребованы в промышленности.

Ограничения ПЛК

Не стоит полагать, что наличие программируемого контроллера способно решить все глобальные проблемы пользователя. ПЛК, работающие на основе протоколов Codesys, Modbus (для модульных решений), обладают ограниченной сферой применения. Их выбор обусловлен поставленной задачей. Попытку создать универсальные ПЛК вряд ли можно признать целесообразной.

Подобный ход лишает технологический процесс гибкости. Создание требуемой конфигурации осуществляется комплектацией готового моноконтроллера, согласно проекту заказчика. В исключительных ситуациях проблему решают сборкой мегаустройства из дискретных блоков. Последний вариант предпочтительнее: каждый элемент допускается оборудовать индивидуальным пультом ввода команд, сенсорной панелью, устройством отображения данных.

Роль каналов обмена данными играют кабельные медные шины, оптоволоконная связь. Успешно используются варианты стандартизированных интерфейсов RS-232, RS-485 (кабель), промышленных Profibus или CAN. Не возбраняется коммутация по беспроводным линиям (Wi-Fi).

Место ПЛК в системе управления

Современные контроллеры выполняют несколько функций. Они могут быть «ведущими» или «ведомыми», находиться в центре схемы. Чаще всего они сосредоточены в начальной цепи автоматизации.

До создания миниатюрных интегральных схем рука оператора буквально не успевала переключать режимы на пульте цепи управления. Использование контроллерных блоков «Сегнетикс», «Дельта» и подобных способствовало снятию нагрузки с человека.

Ее переложили «на плечи» машин с выводом на экран данных мониторинга, отображенных в виде мнемосхем и изменяемых параметров. На ПЛК возлагаются задачи по опросу датчиков и регистров, обработке поступающей информации.

Без микроконтроллеров не было бы РСУ, АСУ, сложных автоматных комплексов управления технологическими процессорами. Используя сетевой трафик, ПЛК анализируют данные, успевая проверять состояние портов входа. Главный недостаток, особенность микроконтроллеров состоит в необходимости прошивки, создания программы для работы.

Впрочем, его следует воспринимать двояко: индивидуально создаваемое ПО позволяет проектировать узкоспециализированные изделия под конкретные задачи.

Назначение переменных в ПЛК

Перед тем как начинать программирование, необходимо назначить переменные. Это условная метка (флаг) для обозначения отработки командного кода. Данные манипуляции характерны для единичных действий: запуск комплекса, когда требуется сброс состояния.

Подобная ситуация возникает при отключении электроэнергии. Зафиксированная переменная позволяет пропустить обмен сигналами, ускорить инициализацию ПЛК.

Основы программирования ПЛК. Реле и контроллер‌‌

Возможность программирования, безусловно, является главным достоинством систем с ПЛК. Чтобы сделать восприятие процесса предельно понятным, разработчики изобрели визуальное отображение управляющих цепей в виде релейных контактных блоков.

На профессиональном языке такой метод обозначается аббревиатурой LD (logo LAD). В дальнейшем работа ПЛК представляется как взаимодействие отдельных логических элементов. Они выполняют действия таймеров, релейных ячеек, счетчиков. Считается, что благодаря подобной унификации, освоить принципы программирования может каждый. Причем независимо от профильной профессии.

Среда программирования

Программисты предпочитают использовать для создания прикладных комплексов среду Си, Кодесис, как наиболее универсальную. Применение регламентируется стандартом IEC 61131. На базе Codesys пишутся языки программирования для ПЛК: LD, SFC, FBD, IL, STL.

Языки программирования ПЛК

Создатели микроконтроллеров обеспечили взаимодействие разрабатываемых устройств с несколькими универсальными языками программирования. Условно их разделяют на графические и текстовые. Это допускает компиляцию готового программного продукта из блоков, созданных на разных языках.

Обманчивая простота программирования скрывает трудности, с которыми обязательно столкнется излишне самоуверенный инженер. Составить простейшие команды под силу неопытному пользователю. Для реализации сложных понадобится получение специальных навыков.

Удаленное управление и мониторинг

Различные интерфейсы управления встраиваются в контролеры уже на стадии проектирования. Предусмотрена синхронизация с АСУ (SCADA и подобные). Оператор контактирует с ПЛК посредством интегрированной панели, устройства ввода-вывода, либо удаленно. Для этого по помехозащищенному каналу, кабельной сети к блоку подключается HMI, специализированный интерфейс взаимодействия между человеком и машиной.

Каким из доступных способов выполнить реализацию, с помощью простейшего клавиатурного модуля или сенсорной панели — решать заказчику. В последнее время активно используются «облачные» хранилища, виртуальные серверы. Не остаются в стороне и стандартные, Intranet (локальные) и Internet (внешние) подключения.

Реализация веб-интерфейса допускается также и без проводов, в сети Wi-Fi. Описанные методы невероятно расширяют возможности оператора. Упрощают контроль работающего комплекса ПЛК.

Применение контроллеров

Современный ПЛК, недорогой и надежный, находит применение в ПИД-регуляторах, счетчиках типа «Меркурий», промышленных устройствах серии DVP. Компактность блоков позволяет встраивать их в бытовую технику, монтировать в щитах и шкафах совместно с прочим электрооборудованием.

Энкодер, подключенный к контроллеру, применяется в автомобилестроении, реагируя на изменение угла поворота руля. Удобно использовать ПЛК при создании комплексов с ЧПУ, автоматизированных систем запуска аварийной откачки сточных вод в канализации. Видеонаблюдение, интегрированное в охранный пост, создаст полноценный обзор зоны наблюдения для оператора.

Все требуемые данные при этом будут сохранены на носителе информации (переданы в сеть), а в случае опасности сигнал тревоги будет подан автоматически. Цепочке контроллеров под силу управлять работой цеха металлообработки, пошивочной мастерской. В домашнем варианте ПЛК без участия человека включит свет, накачает воду из колодца в бак до требуемого уровня.

Производители ПЛК

На рынке представлены компании из России, США, ФРГ, Японии. Это Texas Instruments, Carel, Delta Electronics, Schneider Electric, Mitsubishi, Beckhoff, Omron, Segnetics, Unitronics. Отечественную продукцию представляют марки «Овен», «Контар», «Текон».

Выбор конкретного решения зависит от предъявляемых заказчиком требований, условий работы. А чтобы разобраться, чем ПЛК100, ПЛК110 отличается от ПЛК160, ПЛК323 потребуется обладание квалификацией, возможно — консультации специалистов.

На что обращать внимание при покупке 

До приобретения ПЛК нужно кое-что уточнить. Вот эти факторы:

Универсальность программной среды. Единые языки для всех аппаратных платформ.

Наличие контролеров с распределенным, интегрированным вводом-выводом.

Реализация связи ПЛК со стационарным компьютером.

Специализированное оборудование. Это микросистемы, ориентированные на работу с облачным сервисом (вариант оповещения по мобильной связи, почте).

Открытая архитектура отдельных ПЛК.

Данный перечень создает направление для движения как покупателей, так и производителей. Какой из перечисленных критериев окажется в приоритете, решает заказчик. С дружественным ПО эксплуатация станет удобнее. Так утверждают опытные инженеры-наладчики.

Что же выбрать

ПЛК 110 «Овен» или Simatic s7 производства «Сименс», Modicon m340, Segnetics trim5 четко подчинены встроенной инструкции. Работают по разработанному производителем алгоритму. Программное обеспечение разных марок не всегда совместимо, это учитывается при модернизации (замене) или комплектации технологических цепочек средствами автоматизации.

Кому-то термины step7, ms4, opc, pixel ни о чем не говорят. Разобраться с каталогом, обилием информации помогут специалисты. Расшифровка обозначения микроконтроллера, выбор программы ПЛК для человека неосведомленного станут непосильной задачей. Отличие, оценка, сравнение представленных решений также достаточно сложны, чтобы приступать к ним без подготовки.

Выбрать свой прибор помогут отзывы, обзоры, опыт эксплуатации владельцев контроллеров. Нужный микронтролллер — не обязательно дорогой. Цена определяется выполняемыми функциями, маркой прибора. Описание, настройка параметров приводятся в паспорте устройства.

Там же находится перечень портов ввода-вывода, краткое пособие как подключать изделие. Для отдельных типов может понадобиться преобразователь напряжения, его характеристики производитель обязан указать в руководстве по эксплуатации. А хороший контроллер — тот, который справляется с поставленными задачами.

Программируемые логические контроллеры. Программируемый логический контроллер

ПЛК: классификация, принцип работы, выбор

Опубликовано 19.02.2018

Классификация ПЛК

ПЛК — программируемые логические контроллеры (промышленные контроллеры).

Programmable Automation Controller (PAC)

Контроллеры для автоматизации крупных дискретно-непрерывных производств на базе открытых стандартов и сети Industrial Ethernet.

DCS PLC

ПЛК в составе распределённых систем управления (РСУ) для автоматизации крупных опасных непрерывных производств с резервированием ЦПУ,
модулей ввода-вывода, блоков питания и полевых шин.

Programmable Logic Controller (PLC)

Программируемые логические контроллеры для автоматического управления преимущественно дискретными операциями (упаковка, инструментальная обработка,
конвейерные системы, сборка и т. п.).

Large PLC

ПЛК для автоматизации крупных дискретных производств.

Small PLC

ПЛК для автоматизации небольших производств, OEM-производителей автоматических линий и технологических установок.

NC-based PLC

ПЛК в станках с ЧПУ (в конструктиве стойки ЧПУ).

Motion Controller

Контроллеры для управления сервоприводами в системах управления движением: ЧПУ, контурное управление, позиционирование, синхронизация скорости и
положения (электронный редуктор).

PLC-based Motion Controller

Контроллер движения в конструктиве ПЛК.

Drive-based Motion Controller

Контроллер движения в конструктиве сервопривода.

NC-based Motion Controller

Контроллер движения в конструктиве стойки ЧПУ.

Safety PLC

Large Safety PLC

Контроллеры для ПАЗ опасных непрерывных производств.

Small Safety PLC

Контроллеры в системах приборной безопасности травмоопасных машин, представляющих угрозу здоровью и жизни персонала (прессы, станки, роботы и т.п.).

Remote Terminal Unit (RTU)

Управляемые по радиоканалам телеметрические контроллеры для автоматизации удалённо расположенных объектов (компрессорные станции, скважины,
канализационные насосные станции и т. п.).

PC-based PLC

ПК-совместимые контроллеры.

Soft-PLC

Программа, реализующий функции ПЛК на базе ПК:

• Включает PLC систему реального времени
• Может инсталлироваться на любой ПК с установленной коммуникационной картой для связи с удалёнными входами-выходами (Remote I/O)
  или картой входов-выходов (PC-based I/O)
• Использует рабочую память ПК
• Для сложных задач управления программа может разрабатываться на C/C++ и встраиваться в цикл PLC

Slot-PLC

ПЛК в формате PC-card (PCI, ISA):

• Устанавливается в свободный слот ПК
• Запитывается от ПК, но имеет вход для подключения ИБП
• Имеет встроенную память и слот для расширения памяти
• Буферная батарейка защищает данные оперативной памяти
• Работает независимо от CPU компьютера
• Имеет выход на промышленную шину, может использовать стандартные модули удалённого ввода-вывода
• Имеет встроенную PLC систему реального времени
• Может иметь в комплекте OPC-сервер для связи с PC
• Может иметь в комплекте софт HMI

OPLC

Два-в-одном: PLC + OP в одном корпусе (контроллер в конструктиве операторской панели).

Logic Relay

Интеллектуальные программируемые реле – микроконтроллеры для простейших задач релейной логики (таймеры, часы реального времени, счётчики, компараторы,
булевские операции) с ограниченным функционалом (память, количество дискретных входов-выходов, расширяемость, коммуникабельность).

Принцип работы ПЛК

ПЛК предназначены для автоматического управления дискретными и непрерывными технологическими процессами.

Основные принципы работы ПЛК:

• Цикличность
• Работа в реальном масштабе времени, обработка прерываний

Цикличность работы ПЛК

В одном цикле ПЛК последовательно выполняет следующие задачи:

1. Самодиагностика
2. Опрос датчиков, сбор данных о текущем состоянии технологического процесса
3. Обмен данными с другими ПЛК, промышленными компьютерами и системами человеко-машинного интерфейса (HMI)
4. Обработка полученных данных по заданной программе
5. Формирование сигналов управления исполнительными устройствами

Время цикла

Время выполнения одного цикла программы зависит от:

• размера программы
• количества удалённых входов-выходов
• скорости обмена данными с распределённой периферией
• быстродействия ЦПУ

Время цикла (время квантования) должно быть настолько маленьким, чтобы ПЛК успевал за скоростью изменения переменных процесса (см. теорию автоматического управления),
в противном случае процесс станет неуправляемым.

Watchdog

Строжевой таймер следит за тем, чтобы время цикла не превышало заданное.

Обработка прерываний

По прерываниям ПЛК запускает специальные программы обработки прерываний.

Типы прерываний:

• Циклические прерывания по времени (например, каждые 5 секунд)
• Прерывание по дискретному входу (например, по сработке концевика)
• Прерывания по программным и коммуникационным ошибкам, превышению времени цикла, неисправностям модулей, обрывам контуров

Модули ПЛК

1. Корзина для установки модулей
2. Стабилизированный блок питания AC/DC (~220В/=24В)
3. Центральное процессорное устройство (ЦПУ) с интерфейсом для подключения программатора,
   переключателем режимов работы, индикацией статуса, оперативной (рабочей) памятью, постоянной памятью для хранения программ и блоков данных
4. Интерфейсные модули для подключения корзин расширения локального ввода-вывода и распределённой периферии
5. Коммуникационные модули для обмена данными с другими контроллерами и промышленными компьютерами
6. Модули ввода-вывода
7. Прикладные модули (синхронизация, позиционирование, взвешивание и т. п.)

Функции устройств ввода

1. Электрическое подключение и питание технологических датчиков (дискретных и аналоговых)
2. Диагностика состояния (обрыв провода, контроль граничных значений, короткое замыкание и т.п.)
3. Формирование цифровых значений (машинных слов) технологических параметров
4. Передача этих данных в память ПЛК для дальнейшей обработки

Функции устройств вывода

1. Электрическое подключение исполнительных устройств
2. Диагностика состояния (обрыв провода, контроль граничных значений, короткое замыкание и т.п.)
3. Приём управляющих машинных слов из памяти ПЛК
4. Формирование управляющих сигналов (дискретных и аналоговых)

Типы устройств ввода-вывода

• Модули локального ввода-вывода располагаются:
• в одной корзине с ЦПУ
• в соседних корзинах в одном шкафу с ЦПУ
• в корзинах в соседних шкафах в одном помещении с ЦПУ
• Модули распределённого ввода-вывода (децентрализованная периферия) располагаются удалённо (в другом здании или в поле по по месту управления)
  и связываются с ЦПУ по промышленной полевой шине. Станции удалённого ввода-вывода могут иметь взрывозащищённое исполнение или повышенный
  класс защиты корпуса (например, IP67) и устанавливаться без шкафа

Функции коммуникационных модулей

Коммуникационные модули предназначены для обмена данными:

• с удалёнными модулями ввода-вывода (Profibus, Modbus и др.)
• с программаторами, панелями оператора (HMI) и другими контроллерами
• с полевыми устройствами (HART, Foundation Fieldbus и др.)
• с сервоприводами (SERCOS)
• с промышленными компьютерами верхнего уровня (Industrial Ethernet и др.)
• по радиоканалам (GSM, GPRS)
• по телефонным линиям
• по Internet (встроенные web-серверы публикуют на своих страницах статусную информацию)

Выбор ПЛК

Выбор платформы автоматизации

Выбор платформы определяет и весь ваш будущий выбор.

ПЛК является первым пунктом в выборе платформы.

Правильный выбор платформы позволяет минимизировать расходы жизненного цикла системы управления:

• склад запасных частей и сервисное обслуживание
• обучение и сертификацию обслуживающего персонала
• приобретение лицензий на средства разработки прикладного ПО
• интеграцию (бесшовная интеграция)
• миграцию (переход со старого оборудования на новое)
• программы и сикдки для ключевых клиентов

Определение количества точек ввода-вывода

Желательно максимально точно определить общее количество точек ввода-вывода (с учётом резервирования), чтобы подобрать ПЛК соответствующей производительности,
или заранее предусмотреть модель контроллера с большим запасом по расширяемости.

• Дискретные входы (стандартные и быстродействующие импульсные)
• Аналоговые входы для подключения датчиков:
• токовых (0..20мА, 4..20мА)
• «напряженческих» (-10..+10В, 0..+10В)
• термопар и термосопротивлений (способ подключения: 2-х, 3-х или 4-х проводное подключение)
• Дискретные выходы (мокрый контакт)
• Релейные выходы (сухой контакт):
• тип нагрузки (резистивная, индуктивная, резистивно-индуктивная)
• величина тока (в Амперах)
• напряжение (~220В, =24В)
• Аналоговые выходы:
• токовые (0..20мА, 4..20мА)
• «напряженческие» (-10..+10В, 0..+10В)
• Интерфейсы для подключения угловых или линейных датчиков скорости, положения (энкодеров, резольверов, синусно-косинусных)

Определение архитектуры системы управления

1. Составить список объектов автоматизации (производственных площадок, цехов, участков, технологических линий, подсистем)
2. Определиться с количеством ПЛК: если объекты управляются независимо друг от друга и вводятся в эскплуатацию поочередно, то можно предусмотреть для них
   отдельные контроллеры
3. В зависимости от объёма и скорости обмена данными, территориального расположения объектов управления необходимо выбрать тип и топологию промышленной сети,
   требуемое коммуникационное оборудование
4. Для минимизации длины кабельных соединений используются станции распределённого ввода-вывода
5. Расписать точки ввода вывода по контроллерам, шкафам локального и децентрализованного ввода-вывода, определить количество и типы модулей ввода-вывода с
   учётом запаса по свободным каналам ввода-вывода
6. В зависимости от направления обмена данными между ПЛК необходимо правильно выбрать конфигурацию Master – Slave (Ведущий – Ведомый): контроллеры типа Slave
   не могут обмениваться данными друг с другом

Масштабируемость

Масштабируемость – это возможность подобрать промышленный контроллер оптимальной конфигурации под конкретную задачу (не переплачивая за избыточную функциональность),
а при необходимости расширения – просто добавить недостающие модули без замены старых.

Выбор блоков питания

Контроллеры подключаются к стабилизированным импульсным источникам питания. Необходимо аккуратно подсчитать суммарный ток, потребляемый всеми модулями
контроллера и подобрать блок питания с соответствующей нагрузочной способностью.

Пример последствий неправильного выбора блока питания

Выходные модули установки приготовления клея для варки целлюлозы иногда отключались и испорченный клей приходилось выбрасывать тоннами.
К финскому проекту ни у кого претензий не возникало. Заменили все модули ввода-вывода — не помогло. Грешили на случайные помехи из-за плохого заземления.
Оказалось, что в определённых ситуациях (как-бы случайно) срабатывало такое «большое» количество входов и выходов,
что суммарный потребляемый ими ток на мгновение превышал допустимый выходной ток блока питания и модули вывода отключались.
Заменили блок питания на более мощный и проблема была решена.

Программное обеспечение

• Очень полезен программный симулятор, с помощью которого можно отладить программу без подключения к ПЛК
• Удобно, если для программирования ПЛК можно использовать стандартный ноутбук и стандартный кабель (USB или Ethernet)
• Проще найти программиста, если контроллер поддерживает стандартные языки программирования IEC61131:
• LD (Ladder Diagram) – графический язык релейной логики
• IL (Instruction List) – список инструкций
• FBD (Function Block Diagram) – графический язык диаграмм логических блоков
• SFC (Sequential Function Chart) – графический язык диаграмм состояний
• ST (Structured Text) – текстовый язык программирования высокого уровня

Системы ЧПУ

Коротко о ПЛК — программируемых логических контроллерах

Любой, кто имеет дело с промышленным оборудованием, рано или поздно сталкивается с таким типом устройств, как программируемые логические контроллеры (ПЛК). Контроллер управляет различными технологическими процессами и функционирует на основе команд оператора, заложенной программы и данных, получаемых с периферийных устройств.

Основные элементы ПЛК

Несмотря на то, что ПЛК выпускаются различными производителями, все они имеют схожую структуру и принципы построения. Промышленный логический контроллер состоит из двух основных частей — программной и аппаратной.

Программная часть — это алгоритм, по которому работает контроллер. Управляющая программа пишется с использованием специальной среды программирования под конкретную модель контроллера и конкретную задачу.

Аппаратная часть — это, прежде всего, центральный процессор (CPU), выполняющий заложенную в него программу. К процессору подключаются входные и выходные периферийные модули (дискретные и аналоговые модули расширения). Входные модули принимают сигналы с различных устройств — кнопок, аналоговых или дискретных датчиков, других контроллеров и т. д. Эти сигналы преобразуются и по общей цифровой шине передаются на обработку в центральный процессор. Затем ЦП адресует сигналы на выходные модули, к которым могут быть подключены исполнительные устройства — реле, светосигнальные индикаторы, входы частотных преобразователей и т. д.

Использование HMI

Как правило, к логическому контроллеру также подключается человеко-машинный интерфейс (HMI – Human Machine Interface), который представляет собой сенсорный ЖК-экран. На экране может отображаться меню настроек, выводиться текстовые и графические сообщения о ходе выполнения технологического процесса.

Простейшие контроллеры не позволяют менять алгоритм работы программы. Главное преимущество такого оборудования – минимизация вероятности человеческой ошибки. Однако, в сложных производственных линиях, в состав которых входит несколько приводов и устройств получения информации, без вмешательства оператора в ход программы не обойтись.

В современных системах давно используется ограниченное количество аппаратных органов управления и индикации. В основном включение/выключение различных режимов и настройка устройства производятся через HMI. Однако некоторые важные функции — запуск системы, остановка приводов (штатная и аварийная), увеличение/уменьшение скорости – реализуются аппаратно. На это есть три основные причины:

1. Все важные органы управления должны быть легкодоступны, чтобы обеспечить оперативное управление в случае экстренной ситуации.
2. Кнопки и регуляторы, которые постоянно используются в процессе работы, делаются аппаратно, чтобы лишний раз не использовать HMI (срок службы сенсорного экрана при интенсивном использовании – 3-5 лет).
3. Контроллер, как и любое электронное устройство, может «зависать» по тем или иным причинам (помеха, программный сбой, проблема с питанием, ошибка оператора). Поэтому обычно важные органы управления дублируют аппаратно. В первую очередь это относится к аварийному останову системы (Emergency Stop).

Важное преимущество систем управления на основе программируемых логических контроллеров – возможность реализовать расширенную систему оперативных сообщений и диагностики, позволяющую отслеживать различные рабочие режимы, сообщать об ошибках и авариях.

Контроллеры безопасности

Отдельным видов контроллеров являются контроллеры безопасности, или реле безопасности (Safety Relay), которые в последние годы стали обязательным элементом производственных линий.

Контроллер безопасности управляет подачей питания на приводы, а также на основной контроллер. Для начала проверяется состояние всех защитных устройств – кнопок «Аварийный останов» (Emergency Stop»), различных барьеров, ограждений и кожухов. Если всё в порядке, оператор должен нажать кнопку «Сброс», и только после этого становится возможной работа линии. Как только происходит событие, подвергающее опасности персонал или оборудование, контроллер блокирует приводы. После того, как проблема устранена, оператор нажимает «Сброс», и линия вновь готова к работе.

Основные производители логических контроллеров

В промышленном оборудовании важную роль играют надежность и стабильность работы. На рынке есть несколько производителей, которые по праву завоевали репутацию лучших. К таким производителям можно отнести:

• Siemens (Германия)
• Mitsubishi (Япония)
• Omron (Япония)
• Allen Bradley (США)

Кроме этих гигантов стремительно развиваются китайские бренды, среди которых наиболее известны Delta и Fotek. Из российских производителей можно отметить Овен. Однако в серьезных системах продукция этой компании применяется нечасто ввиду сравнительно низкой надежности и и ограниченного функционала.

Выбор контроллера для промышленной линии

При выборе конфигурации контроллера необходимо прежде всего четко уяснить суть технологического процесса. По итогам анализа составляется алгоритм работы, необходимый для выполнения всех нужных операций. Далее формируется список дискретных датчиков и органов управления (кнопок, переключателей), которые понадобятся для получения информации контроллером. На основании этого определяется количество дискретных входов ПЛК. Если необходимо, дополнительно приобретаются модули расширения.

Далее нужно определить количество выходов контроллера. Выходы управляют питанием различных приводов (катушек пускателей и реле), пневматическими и гидравлическими клапанами, запуском преобразователей частоты.

Важная часть контроллера – аналоговые модули, необходимые для обработки сигналов аналоговых датчиков и потенциометров. Выходные аналоговые сигналы также могут использоваться для управления скоростью двигателей (через преобразователь частоты) и различными приводами, например электропневматическими преобразователями.

Отметим, что важно иметь доступ к управляющей программе ПЛК для диагностики и изменения рабочего алгоритма. Однако большинство производителей закрывают этот доступ, используя пароли и другие методы защиты. Это необходимо учитывать при покупке оборудования и обсуждать с производителем данный момент. Как вариант, при использовании модуля доступа в Интернет возможно подключение к контроллеру и коррекция программы из любой точки мира.

Другие полезные материалы:
Общие сведения об устройствах плавного пуска
Подключение двигателей к различным видам ПЧ
Мотор-редуктор для буровой установки

Как создаются игровые контроллеры

С тех пор, как были видеоигры, были игровые контроллеры. Они различаются по форме, материалам и расположению кнопок, но у каждого одна и та же цель: хорошо управлять игрой. Но как они построены? Как они переводят нажатие кнопки в прыжок? Как беспроводные контроллеры подключаются к устройству? Что нужно для создания удобного и простого в использовании устройства?

Чтобы понять, как устроен игровой контроллер, вам нужно знать, как он работает.По сути, у каждой кнопки внизу есть кусок металла. Когда кнопка нажата, она встречается с двумя проводящими полосами на печатной плате и замыкает цепь. Контроллер обнаруживает соединение и отправляет данные в ЦП любого устройства, с которым он связан. Оттуда ЦП сравнивает данные игры или программы, чтобы отреагировать на действие, соответствующее нажатию кнопки. Все это происходит практически мгновенно (это называется «задержкой ввода», когда команды не регистрируются сразу).

Этот процесс объясняет две универсальные функции всех контроллеров: печатную плату и какую-то оболочку. Корпус традиционно сделан из пластика и отформован по форме контроллера. Стоит отметить, что простой дизайн игрового контроллера может занять месяцы. Создание уникального, но удобного дизайна в течение долгого времени — задача не из легких. Например, контроллер PlayStation DualShock часто считается самым эргономичным контроллером из когда-либо созданных, с его крылатой формой и удобным расположением кнопок.

Другие формы ввода включают круглые пластиковые палочки с резиновым покрытием, называемые джойстиками. Джойстики используются для движения и прицеливания и работают совершенно иначе, чем кнопки. Переменные резисторы, называемые потенциометрами, расположены под прямым углом под джойстиками. Через потенциометры постоянно течет ток, но он зависит от сопротивления. Сопротивление увеличивается или уменьшается при наклоне джойстика (или при нажатии вниз, если консоль имеет эту функцию).Угол определяется контроллером и отправляется на консоль, которая переводит направление на экран. Эта форма управления известна как «аналоговое управление».

Входные нажатия обычно передаются через беспроводное или проводное соединение. В основном вы найдете проводные контроллеры для старых систем, таких как Nintendo GameCube или Sega Genesis. Они работают так же, как и любое проводное соединение, при этом команды кнопок передаются по кабелю или проводу. Беспроводные контроллеры используют инфракрасный порт или Bluetooth для передачи данных.Кроме того, в некоторых системах контроллеры встроены прямо в консоль. В основном это портативные системы, такие как PlayStation Vita или Nintendo Game Boy. По этой причине даже клавиатура ноутбука считается контроллером (особенно если вы играете в компьютерную игру).

А как насчет управления движением? В таких системах, как Nintendo Wii и PlayStation Move, помимо подсказок кнопок используются элементы управления движением. В этих игровых контроллерах используются акселерометры. Крошечные чипсы удерживают пластины на месте с помощью пружин.Когда пульт поворачивается, пружины прижимаются пластинами. Чем больше движется контроллер, тем больше смещается пластина вместе с ним. Акселерометр измеряет, как каждая пластина движется относительно других и остальной части контроллера, и система переводит это в синхронизированное движение.

Некоторые контроллеры также имеют функцию грохота, которая отключается при выполнении определенных действий. Двигатели находятся в ручках или захватах контроллеров. Эти двигатели удерживают неуравновешенный груз, который вращается при подаче питания на двигатель.Двигатель будет пытаться раскачиваться, чтобы стабилизировать вес, но он надежно закреплен в контроллере. Это приводит к сильной вибрации контроллера.

По-своему игровые контроллеры похожи на небольшие специализированные компьютеры. Используя схемы и электричество, они выполняют специальные функции, помогающие пользователю. И так же, как компьютеры, некоторые из них более мощные или более простые в использовании, чем другие. Некоторые из них простые, некоторые сложные, но у каждого есть своя цель: подарить нам часы удовольствия с нашими любимыми играми.

Работа, типы, преимущества и применение

Как следует из названия, эта статья даст точное представление о структуре и работе ПИД-регулятора. Однако, вдаваясь в подробности, давайте познакомимся с ПИД-регуляторами. ПИД-регуляторы находят широкое применение в управлении производственными процессами. Примерно 95% операций с обратной связью в секторе промышленной автоматизации используют ПИД-регуляторы. ПИД означает пропорционально-интегрально-производная.Эти три контроллера объединены таким образом, что вырабатывает управляющий сигнал. В качестве контроллера обратной связи он обеспечивает управляющий выход на желаемых уровнях. До изобретения микропроцессоров ПИД-регулирование реализовывалось с помощью аналоговых электронных компонентов. Но сегодня все ПИД-регуляторы обрабатываются микропроцессорами. Программируемые логические контроллеры также имеют встроенные инструкции ПИД-регулятора. Из-за гибкости и надежности ПИД-регуляторы традиционно используются в приложениях для управления технологическими процессами.

Что такое ПИД-регулятор?

Термин PID обозначает пропорциональную интегральную производную и представляет собой один из видов устройств, используемых для управления различными параметрами процесса, такими как давление, расход, температура и скорость в промышленных приложениях. В этом контроллере устройство обратной связи контура управления используется для регулирования всех переменных процесса.

Этот тип управления используется для управления системой в направлении целевого местоположения, в противном случае на уровне. Он почти везде используется для контроля температуры и используется в научных процессах, автоматизации и бесчисленном количестве химических веществ.В этом контроллере обратная связь с обратной связью используется для поддержания реального выхода метода, близкого к цели, в противном случае — в фиксированной точке, если это возможно. В этой статье обсуждается конструкция ПИД-регулятора с используемыми в них режимами управления, такими как P, I и D.

История

История ПИД-регулятора такова: в 1911 году Элмер Сперри разработал первый ПИД-регулятор. После этого в TIC (Taylor Instrumental Company) был внедрен бывший пневматический контроллер с полной настройкой в ​​1933 году.Спустя несколько лет инженеры по управлению устранили ошибку установившегося состояния, которая обнаруживается в пропорциональных контроллерах, путем перенастройки конца на какое-то ложное значение до тех пор, пока ошибка не станет равной нулю.

Эта перенастройка включала ошибку, известную как пропорционально-интегральный контроллер. После этого, в 1940 году, был разработан первый пневматический ПИД-регулятор посредством производного действия для уменьшения проблем с перерегулированием.

В 1942 году компания Ziegler & Nichols ввели правила настройки, чтобы инженеры обнаруживали и устанавливали подходящие параметры ПИД-регуляторов.Наконец, в середине 1950-х годов автоматические ПИД-регуляторы широко использовались в промышленности.

Блок-схема ПИД-регулятора

Система с обратной связью, такая как ПИД-регулятор, включает в себя систему управления с обратной связью. Эта система оценивает переменную обратной связи, используя фиксированную точку, чтобы генерировать сигнал ошибки. Исходя из этого, он изменяет вывод системы. Эта процедура будет продолжаться до тех пор, пока ошибка не достигнет нуля, в противном случае значение переменной обратной связи станет эквивалентным фиксированной точке.

Этот контроллер дает хорошие результаты по сравнению с контроллером типа ВКЛ / ВЫКЛ. В контроллере типа ВКЛ / ВЫКЛ доступны всего два условия для управления системой. Когда значение процесса ниже фиксированной точки, оно включается. Точно так же он выключится, когда значение будет выше фиксированного значения. Выходной сигнал нестабилен в контроллерах такого типа и часто колеблется в районе фиксированной точки. Однако этот контроллер более устойчив и точен по сравнению с контроллером типа ВКЛ / ВЫКЛ.

Работа ПИД-регулятора

Работа ПИД-регулятора

При использовании недорогого простого двухпозиционного регулятора возможны только два состояния управления, например, полностью включено или полностью выключено. Он используется для приложения с ограниченным управлением, где этих двух состояний управления достаточно для цели управления. Однако колебательный характер этого управления ограничивает его использование, и поэтому он заменяется ПИД-регуляторами.

ПИД-регулятор поддерживает выходной сигнал таким образом, чтобы между переменной процесса и заданным значением / желаемым выходом при операциях с обратной связью не было ошибки.ПИД-регулятор использует три основных режима управления, которые описаны ниже.

P-контроллер

Пропорциональный или P-контроллер выдает выходной сигнал, пропорциональный текущей ошибке e (t). Он сравнивает желаемое или заданное значение с фактическим значением или значением процесса обратной связи. Полученная ошибка умножается на пропорциональную константу, чтобы получить результат. Если значение ошибки равно нулю, то этот выход контроллера равен нулю.

P-controller

Этот контроллер требует смещения или ручного сброса при использовании отдельно.Это потому, что он никогда не достигает стационарного состояния. Он обеспечивает стабильную работу, но всегда поддерживает установившуюся ошибку. Скорость отклика увеличивается при увеличении пропорциональной постоянной Kc.

Реакция P-контроллера

I-Controller

Из-за ограничений p-контроллера, где всегда существует смещение между переменной процесса и уставкой, необходим I-контроллер, который обеспечивает необходимые действия для устранения установившегося состояния ошибка.Он интегрирует ошибку за период времени, пока значение ошибки не достигнет нуля. Он содержит значение для конечного устройства управления, при котором ошибка становится равной нулю.

ПИ-регулятор

Интегральное управление снижает выходную мощность при отрицательной ошибке. Это ограничивает скорость ответа и влияет на стабильность системы. Скорость отклика увеличивается за счет уменьшения интегрального усиления Ki.

Реакция ПИ-регулятора

На приведенном выше рисунке, когда коэффициент усиления I-регулятора уменьшается, установившаяся ошибка также продолжает уменьшаться.В большинстве случаев используется ПИ-регулятор, особенно там, где не требуется высокая скорость реакции.

При использовании ПИ-регулятора выход I-регулятора ограничен некоторым диапазоном, чтобы преодолеть условия интегральной намотки, когда интегральный выход продолжает увеличиваться даже в состоянии нулевой ошибки из-за нелинейностей в установке.

D-Controller

I-контроллер не может предсказать будущее поведение ошибки. Таким образом, он нормально реагирует на изменение уставки.D-контроллер преодолевает эту проблему, предвидя будущее поведение ошибки. Его выход зависит от скорости изменения ошибки по времени, умноженной на производную константу. Это дает толчок для выхода, тем самым увеличивая отклик системы.

ПИД-регулятор

На приведенном выше рисунке ответ D, контроллер больше по сравнению с ПИ-регулятором, а также время установления выхода уменьшено. Это улучшает стабильность системы за счет компенсации фазовой задержки, вызванной I-контроллером.Увеличение производного усиления увеличивает скорость отклика.

Отклик ПИД-регулятора

Итак, наконец, мы заметили, что, комбинируя эти три контроллера, мы можем получить желаемый отклик для системы. Разные производители разрабатывают разные алгоритмы ПИД-регулирования.

Типы ПИД-регуляторов

ПИД-регуляторы

подразделяются на три типа: двухпозиционные, пропорциональные и стандартные. Эти контроллеры используются на основе системы управления, пользователь может использовать контроллер для регулирования метода.

Двухпозиционное регулирование

Двухпозиционное регулирование — это простейший тип устройства, используемого для контроля температуры. Выход устройства может быть включен / выключен без центрального состояния. Этот контроллер включит выход сразу после того, как температура пересечет фиксированную точку. Контроллер предельного значения — это один из видов контроллеров ВКЛ / ВЫКЛ, в которых используется реле с фиксацией. Это реле сбрасывается вручную и используется для отключения метода при достижении определенной температуры.

Пропорциональное управление

Контроллер этого типа предназначен для устранения цикличности, связанной с управлением ВКЛ / ВЫКЛ.Этот ПИД-регулятор снижает нормальную мощность, подаваемую на нагреватель, когда температура достигает фиксированной точки.

Этот контроллер имеет одну функцию для управления нагревателем, чтобы он не превышал фиксированную точку, но достигал фиксированной точки для поддержания постоянной температуры.
Это пропорциональное действие может быть достигнуто путем включения и выключения выхода на короткие периоды времени. На этот раз при дозировании изменится соотношение времени включения и выключения для регулирования температуры.

ПИД-регулятор стандартного типа

Этот тип ПИД-регулятора объединяет пропорциональное управление посредством интегрального и производного управления, чтобы автоматически помогать устройству компенсировать изменения в системе. Эти модификации, интеграл и производная выражаются в единицах измерения, основанных на времени.

Эти контроллеры также обозначаются через их обратные значения RATE & RESET соответственно. Условия PID должны настраиваться отдельно, в противном случае они должны быть настроены для конкретной системы методом проб и ошибок.Эти контроллеры обеспечивают наиболее точное и стабильное управление 3 типами контроллеров.

ПИД-регуляторы реального времени

В настоящее время на рынке доступны различные типы ПИД-регуляторов. Эти контроллеры используются для требований промышленного управления, таких как давление, температура, уровень и расход. После того, как эти параметры управляются с помощью ПИД-регулятора, можно выбрать использование отдельного ПИД-регулятора или любого ПЛК.
Эти отдельные контроллеры используются везде, где требуется проверка одного или двух контуров, а также управления иным образом в условиях, когда это сложно справа от входа в более крупные системы.

Эти устройства управления предоставляют различные варианты для одиночного и двойного управления. ПИД-контроллеры автономного типа обеспечивают несколько конфигураций с фиксированной точкой для создания нескольких автономных сигналов тревоги.
Эти автономные контроллеры в основном включают ПИД-регуляторы от Honeywell, регуляторы температуры от Yokogawa, контроллеры автонастройки от OMEGA, Siemens и контроллеры ABB.

ПЛК используются как ПИД-контроллеры в большинстве приложений промышленного управления. Расположение блоков ПИД может быть выполнено внутри PAC или PLC, чтобы предоставить лучший выбор для точного управления PLC.Эти контроллеры умнее и мощнее по сравнению с отдельными контроллерами. Каждый ПЛК включает блок ПИД в программном обеспечении.

Методы настройки

Перед тем, как ПИД-регулятор заработает, он должен быть настроен в соответствии с динамикой контролируемого процесса. Разработчики предоставляют значения по умолчанию для терминов P, I и D, и эти значения не могут дать желаемой производительности и иногда приводят к нестабильности и снижению производительности управления. Для настройки ПИД-регуляторов разработаны различные типы методов настройки, которые требуют от оператора большого внимания для выбора наилучших значений пропорционального, интегрального и производного коэффициентов усиления.Некоторые из них приведены ниже.

ПИД-регуляторы

используются в большинстве промышленных приложений, но необходимо знать настройки этого регулятора, чтобы правильно настроить его для генерации предпочтительного выхода. Здесь настройка — это не что иное, как процедура получения идеального ответа от контроллера путем установки наилучших пропорциональных коэффициентов усиления, интегральных и производных коэффициентов.

Требуемый выходной сигнал ПИД-регулятора может быть получен путем настройки регулятора. Существуют различные методы получения требуемого выходного сигнала от контроллера, такие как метод проб и ошибок, метод Цейглера-Николса и кривая реакции процесса.Наиболее часто используемые методы — это метод проб и ошибок, метод Zeigler-Nichols и т. Д.

Метод проб и ошибок: Это простой метод настройки ПИД-регулятора. Пока система или контроллер работают, мы можем настроить контроллер. В этом методе, во-первых, мы должны установить значения Ki и Kd равными нулю и увеличивать пропорциональный член (Kp) до тех пор, пока система не достигнет колебательного поведения. Как только он начнет колебаться, отрегулируйте Ki (интегральный член), чтобы колебания прекратились, и, наконец, отрегулируйте D, чтобы получить быстрый отклик.

Метод кривой реакции процесса: Это метод настройки без обратной связи. Он дает ответ, когда к системе применяется пошаговый ввод. Первоначально мы должны применить некоторый управляющий выход к системе вручную и записать кривую отклика.

После этого нам нужно рассчитать наклон, мертвое время, время нарастания кривой и, наконец, подставить эти значения в уравнения P, I и D, чтобы получить значения усиления членов ПИД.

Кривая реакции процесса

Метод Цейглера-Николса: Цейглер-Николс предложил методы с обратной связью для настройки ПИД-регулятора. Это метод непрерывного цикла и метод затухающих колебаний. Процедуры для обоих методов одинаковы, но поведение колебаний разное. При этом, во-первых, мы должны установить постоянную p-регулятора Kp на конкретное значение, в то время как значения Ki и Kd равны нулю. Пропорциональное усиление увеличивается до тех пор, пока система не будет колебаться с постоянной амплитудой.

Коэффициент усиления, при котором система производит постоянные колебания, называется предельным усилением (Ku), а период колебаний называется предельным периодом (Pc).Как только он будет достигнут, мы можем ввести значения P, I и D в ПИД-регулятор по таблице Зиглера-Николса в зависимости от используемого регулятора, например, P, PI или PID, как показано ниже.

Таблица Zeigler-Nichols.

Структура ПИД-регулятора

ПИД-регулятор

состоит из трех частей, а именно: пропорциональное, интегральное и производное управление. Совместная работа этих трех контроллеров дает стратегию управления процессом. ПИД-регулятор управляет переменными процесса, такими как давление, скорость, температура, расход и т. Д.Некоторые приложения используют ПИД-регуляторы в каскадных сетях, где два или более ПИД-регулятора используются для управления.

Структура ПИД-регулятора

На приведенном выше рисунке показана структура ПИД-регулятора. Он состоит из блока PID, который передает свой вывод блоку процесса. Процесс / завод состоит из устройств конечного управления, таких как приводы, регулирующие клапаны и другие устройства управления, для управления различными процессами на производстве / заводе.

Сигнал обратной связи от технологической установки сравнивается с заданным значением или опорным сигналом u (t), и соответствующий сигнал ошибки e (t) подается в алгоритм ПИД.В соответствии с вычислениями пропорционального, интегрального и производного управления в алгоритме, контроллер выдает комбинированный ответ или управляемый выходной сигнал, который применяется к устройствам управления установкой.

Всем приложениям управления не нужны все три элемента управления. Комбинации, такие как элементы управления PI и PD, очень часто используются в практических приложениях.

Приложения

Приложения ПИД-регулятора включают следующее.

Лучшее применение ПИД-регулятора — регулирование температуры, при котором контроллер использует вход датчика температуры, а его выход может быть связан с элементом управления, таким как вентилятор или нагреватель.Как правило, этот контроллер представляет собой просто один элемент в системе контроля температуры. Вся система должна быть исследована, а также учтена при выборе правильного контроллера.

Контроль температуры печи

Как правило, печи используются для обогрева, а также для хранения огромного количества сырья при очень высоких температурах. Обычно занимаемый материал имеет огромную массу. Следовательно, требуется большое количество инерции, и температура материала не изменяется быстро, даже когда применяется большое количество тепла.Эта функция приводит к умеренно стабильному сигналу PV и позволяет производному периоду эффективно корректировать неисправность без значительных изменений FCE или CO.

Контроллер заряда MPPT

Характеристика VI фотоэлектрического элемента в основном зависит от диапазона температура, а также освещенность. В зависимости от погодных условий ток и рабочее напряжение будут постоянно меняться. Таким образом, чрезвычайно важно отслеживать самые высокие показатели PowerPoint эффективной фотоэлектрической системы.ПИД-регулятор используется для определения точки MPPT, давая ПИД-регулятору фиксированные значения напряжения и тока. После изменения погодных условий трекер поддерживает стабильные ток и напряжение.

Преобразователь силовой электроники

Мы знаем, что преобразователь — это приложение силовой электроники, поэтому ПИД-регулятор в основном используется в преобразователях. Всякий раз, когда преобразователь подключается к системе на основе изменения нагрузки, выходной сигнал преобразователя будет изменен. Например, инвертор связан с нагрузкой; при увеличении нагрузки подается огромный ток. Таким образом, параметр напряжения, а также сила тока нестабильны, но могут изменяться в зависимости от требований.

В этом состоянии этот контроллер будет генерировать сигналы ШИМ для активации IGBT инвертора. В зависимости от изменения нагрузки на ПИД-регулятор подается ответный сигнал, поэтому он выдаст ошибку n. Эти сигналы генерируются на основе сигнала неисправности.В этом состоянии мы можем получить изменяемый ввод и вывод через аналогичный инвертор.

Применение ПИД-регулятора: управление с обратной связью для бесщеточного двигателя постоянного тока

Интерфейс ПИД-регулятора

Дизайн и интерфейс ПИД-регулятора могут быть выполнены с помощью микроконтроллера Arduino. В лаборатории ПИД-контроллер на базе Arduino разрабатывается с использованием платы Arduino UNO, электронных компонентов, термоэлектрического охладителя, а языки программирования, используемые в этой системе, — C или C ++.Эта система используется для контроля температуры в лаборатории.

Параметры PID для конкретного регулятора находятся физически. Функция различных параметров ПИД может быть реализована за счет последующего контраста между различными формами контроллеров.
Эта система сопряжения может эффективно рассчитывать температуру с погрешностью ± 0,6 ℃, в то время как постоянная температура регулируется путем простого небольшого отклонения от предпочтительного значения. Концепции, используемые в этой системе, обеспечат недорогие, а также точные методы управления физическими параметрами в предпочтительном диапазоне в лаборатории.

Таким образом, в этой статье обсуждается обзор ПИД-регулятора, который включает в себя историю, блок-схему, структуру, типы, работу, методы настройки, интерфейс, преимущества и приложения. Мы надеемся, что смогли предоставить базовые, но точные знания о ПИД-регуляторах. Вот простой вопрос для всех вас. Среди различных методов настройки, какой метод лучше всего использовать для достижения оптимальной работы ПИД-регулятора и почему?

Просим вас дать свои ответы в разделе комментариев ниже.

Photo Credits

Блок-схема ПИД-регулятора от wikimedia
Структура ПИД-регулятора, П-регулятор, П — ответ контроллера и ПИД-регулятор от blog.opticontrols
P — ответ регулятора от controls.engin.umich
PI-Controller response by m .eet
Ответ ПИД-регулятора от wikimedia
Таблица Zeigler-Nichols от controls.engin

Controller Definition

Что такое контроллер?

Контроллер — это физическое лицо, которое несет ответственность за всю деятельность, связанную с бухгалтерским учетом, включая высокоуровневый учет, управленческий учет и финансовую деятельность в компании.Финансовый контролер обычно подчиняется главному финансовому директору фирмы (CFO), хотя в небольших компаниях эти две должности могут быть совмещены. В обязанности контролера входит помощь в составлении операционных бюджетов, надзор за финансовой отчетностью и выполнение основных обязанностей, связанных с начислением заработной платы.

Контроллер выполняет множество задач, которые могут включать в себя подготовку бюджетов и управление важными графиками составления бюджета во всей организации. Это включает в себя сбор, анализ и консолидацию финансовых данных.Хотя диспетчер не всегда ведет годовой бюджет, он отслеживает отклонения, обобщает тенденции и исследует бюджетные дефициты. Контроллер сообщает руководству о существенных отклонениях бюджета или расходах.

Понимание работы контроллеров

Функции контроллера различаются в зависимости от компании из-за размера и сложности бизнеса и отрасли. Вариант положения контроллера называется контролером.Контроллер обычно занимает более высокую должность, которая чаще встречается в государственных или некоммерческих организациях. Небольшие компании требуют большей универсальности контролера, в то время как более крупные компании могут распределить следующие должностные обязанности между другими сотрудниками, включая финансового директора и казначея.

Контроллер организации может принимать участие в наборе, отборе и обучении персонала. Должность требует оценки результатов работы, руководства сотрудниками и выполнения дисциплинарных мер по мере необходимости.Финансовый контролер часто поддерживает уровень образования, продолжая профессиональное образование посредством семинаров, вебинаров или возможностей обучения.

Что касается возможностей трудоустройства, Бюро статистики труда (BLS) прогнозирует 10-летний прогноз роста финансовых менеджеров (контролеров) на период с 2019 по 2029 год на уровне 15%, что «намного быстрее, чем в среднем».

Ключевые выводы

• Контроллер осуществляет надзор за финансовым здоровьем компании.
• В зависимости от потребностей компании контролер может также отвечать за найм и обучение персонала, который будет работать в финансовом отделе.

Контроллеры

• несут ответственность не только за расчет чистой прибыли, но и за соблюдение налоговых, разрешительных и лицензионных требований.

Требования к контроллерам

При приеме на работу на должность контролера компании часто требуют, чтобы кандидаты обладали как минимум 10-летним опытом работы в сфере прямого бухгалтерского учета или финансов. Часто требуется степень бакалавра в области бухгалтерского учета, финансов или делового администрирования, в то время как степень магистра не требуется, но желательна.Профессиональные сертификаты, включая лицензию сертифицированного бухгалтера, могут не требоваться, но, как правило, предпочтительнее.

Особые соображения

Контролер работает с внешними аудиторами, чтобы обеспечить соблюдение надлежащих стандартов отчетности. Кроме того, контролер устанавливает, контролирует и обеспечивает внутренний контроль над финансовой отчетностью. Контроллерам публично торгуемых компаний часто поручается ведение публичной финансовой отчетности.

Контроллер бизнеса следит за будущим законодательством, которое влияет на налогообложение и операции.Эта обязанность включает мониторинг будущих рисков и обеспечение выполнения надлежащих разрешений, лицензий или операционных требований. Наряду с подачей финансовой отчетности на контролера могут быть возложены обязанности по подготовке налоговой отчетности, включая регистрацию налогов штата, федеральных налогов или отраслевых налогов.

Спросите у GR что-нибудь: Как работают беспроводные контроллеры?

Ask GR Anything — это еженедельная колонка Q% 26A, которая отвечает на вопросы читателей (а также на вопросы, которые нам особенно интересны).Есть животрепещущий вопрос об играх или индустрии? Задайте нам вопрос в комментариях ниже, и вы можете просто получить ответ!

Поскольку мы продолжаем решительно игнорировать десятки (не серьезно, десятки) запросов на рассмотрение внутренней работы Pokeballs в этой колонке, мы подходим к отличному вопросу от ForestFire55. Он спрашивает: «Как работают беспроводные контроллеры? Кроме того, если они работают без провода, почему они не могут заряжаться по беспроводной сети?» По одному вопросу за раз, черт возьми. Сегодня мы займемся первой частью — вторая действительно стоит отдельной статьи в какой-то момент, так как беспроводное питание работает потрясающе (очень сложным, трудно объяснимым способом.)

Вверху: основная идея контроллера осталась неизменной, но с каждым поколением они постепенно усложнялись. можно понять. По сути, это общий язык, на котором говорят и ваш мозг, и компьютер. Большинство людей не могут понять код игры, а большинство компьютеров не могут интерпретировать мозговые волны. Таким образом, мозг переводит свое желание Марио прыгнуть в «нажать A», а компьютер переводит «нажатие A» в «MSMQQueueInfo».FormatName = «DIRECT = OS:» & wszComputerName & «\ SYSTEM $; JOURNAL». (Примечание: это просто пример сложного типа компьютерного кода, а не реальная команда, которая могла бы произойти, если бы вы нажали A.)

Во-первых, основы. Повсюду вокруг вас, куда бы вы ни пошли, вы окружены чрезвычайно сложной паутиной волн, извивающихся в электромагнитном спектре. Свет — хороший тому пример. Это волна, имеющая частоту (насколько быстро она колеблется), которую наши глаза настроены видеть. Но есть много других частот.Миллиарды. Нужны доказательства? Найдите радио и включите его рядом с собой. Вы сможете настроить его на множество различных каналов, которые воспроизводят музыку, разглагольствуют о политике и т. Д. Это показывает, что сигнал был в комнате все время. Все они, от Раша Лимбо до Говарда Стерна, находятся прямо сейчас в вашей комнате / офисе / подвале (и внутри вашего тела, если вы хотите чувствовать себя отвратительно из-за того, что Раш Лимбо находится внутри вас).

Вверху: беспроводное устройство излучает радиоволны одновременно во всех направлениях

В этих волнах хорошо то, что два сигнала, работающие на разных частотах, не мешают друг другу.Вы можете воспроизводить радиостанции 86,5FM (86,5 мегагерц) и 78,4FM (78,4 мегагерц) во время работы вашей микроволновой печи (нагревает предметы радиоволнами, которые колеблются на специальной частоте, 2,5 гигагерца, которая поглощается водой и жиром по причинам, которые не являются t имеет отношение к этому разговору) и ваш контроллер Xbox 360 (2,4 гигагерца) без каких-либо помех. Практически вся бытовая электроника использует частоту 2,4 гигагерца. Почему? Потому что правительство так говорит — не задавайте вопросов.

Волны странные.Это просто то, что вам нужно принять, потому что их очень сложно осмыслить. Для целей этой статьи вы можете думать о процессе как о коде Морзе, но примерно в два миллиарда раз быстрее. Беспроводной контроллер излучает волны (во всех направлениях), и консоль улавливает свойства этой волны (придерживаясь идеи кода Морзе, думайте о точке, тире или пробеле). Это код, который позволяет консоли определять, что вы » повторно пытаюсь сделать.

Впрочем, о волнах хватит.Вернемся к контроллерам. Процессор контроллера постоянно отслеживает состояние кнопок, когда он включен. Когда вы нажимаете кнопку, вы замыкаете схему в контроллере, которая изменяет информацию, отправляемую процессору. Затем процессор отправляет эту информацию на консоль, и Марио прыгает.

Вверху: Тысячи лет технологий сделали этот момент возможным. Даже больше, если вы играете на беспроводной Wiimote

Однако сложность продолжает расти, потому что теперь у нас есть контроллеры, которые фактически получают информацию с консоли, а не просто отправляют ее.Маленькие моторы в рукоятках контроллеров X360 создают грохот в нужное время после получения инструкций с консоли. Гарнитуры, подключенные к контроллеру, могут отправлять и принимать звук и голос.

Итак, быстрый и простой ответ заключается в том, что беспроводной контроллер работает как сложная рация, отправляя информацию туда и обратно через радиоволны 2,4 гигагерца. Вскоре мы займемся частью этого вопроса, касающейся беспроводного питания.

(Примечание. Контроллер Xbox 360 имеет внутри собственную запатентованную технологию Microsoft, которая помогает уменьшить некоторые задержки, испытываемые другими беспроводными устройствами.Время слишком важно в играх, поэтому даже миллисекундная задержка часто недопустима.)

Отправляйте свои вопросы в комментариях (или отправляйте их в Твиттере на @sciencegroen), и мы можем решить их в будущем. Спросите GR Anything.

Что такое ПИД-регулятор, их типы и как он работает?

Конструкция и работа ПИД-регуляторов

ПИД-регулятор — это наиболее распространенный алгоритм управления, используемый в промышленной автоматизации и приложениях, и более 95% промышленных контроллеров относятся к типу ПИД-регуляторов.ПИД-регуляторы используются для более точного и точного управления различными параметрами.

Чаще всего они используются для регулирования температуры, давления, скорости, расхода и других переменных процесса. Благодаря надежным характеристикам и функциональной простоте, они были приняты в огромных промышленных приложениях, где более точное управление является главным требованием. Посмотрим, как работает ПИД-регулятор?

Что такое ПИД-регулятор?

Комбинация пропорционального, интегрального и производного воздействий чаще называется ПИД-действием, отсюда и название — ПИД-регулятор (пропорционально-интегрально-производный).Эти три основных коэффициента меняются в каждом ПИД-регуляторе для конкретного приложения, чтобы получить оптимальный отклик.

Получает входной параметр от датчика, который называется фактической переменной процесса. Он также принимает желаемый выходной сигнал привода, который называется заданной переменной, а затем вычисляет и объединяет пропорциональные, интегральные и производные отклики для вычисления выходной мощности привода.

Рассмотрим типичную систему управления, показанную на рисунке выше, в которой переменная процесса процесса должна поддерживаться на определенном уровне.Предположим, что переменной процесса является температура (в градусах Цельсия). Для измерения переменной процесса (например, температуры) используется датчик (скажем, RTD).

Уставка — это желаемый отклик процесса. Предположим, что процесс должен поддерживаться на уровне 80 градусов по Цельсию, а затем заданная точка составляет 80 градусов по Цельсию. Предположим, что измеренная датчиком температура составляет 50 градусов по Цельсию (что является не чем иным, как переменной процесса), но заданная температура составляет 80 градусов по Цельсию.

Это отклонение фактического значения от желаемого значения в алгоритме ПИД-регулирования приводит к выдаче выходного сигнала исполнительному механизму (здесь это нагреватель) в зависимости от комбинации пропорционального, интегрального и производного откликов. Таким образом, ПИД-регулятор непрерывно изменяет выходной сигнал привода до тех пор, пока параметр процесса не станет равным заданному значению. Это также называется системой управления с обратной связью с обратной связью.

Работа ПИД-регулятора

При ручном управлении оператор может периодически считывать переменную процесса (которая должна контролироваться, например, температура, расход, скорость и т. Д.)) и отрегулируйте управляющую переменную (которой нужно манипулировать, чтобы привести управляющую переменную к заданным пределам, таким как нагревательный элемент, клапаны потока, мощность двигателя и т. д.). С другой стороны, при автоматическом управлении измерение и регулировка выполняются автоматически на постоянной основе. Все современные промышленные контроллеры относятся к автоматическому типу (или контроллерам с обратной связью), которые обычно предназначены для выполнения одного или комбинации управляющих воздействий. Эти управляющие действия включают

• контроллер ВКЛ-ВЫКЛ
• Пропорциональный контроллер
• Пропорционально-интегральный контроллер
• Пропорционально-производный контроллер
• Пропорционально-интегрально-производный контроллер

В случае контроллера ВКЛ-ВЫКЛ возможны два состояния для управления управляемой переменной, т.е.е., либо полностью ВКЛ (когда переменная процесса ниже уставки), либо полностью ВЫКЛЮЧЕНА (когда переменная процесса выше уставки). Таким образом, выходной сигнал будет иметь колебательный характер. Для достижения точного управления в большинстве отраслей промышленности используется ПИД-регулятор (или ПИД-регулятор, или ПИД-регулятор, в зависимости от области применения). Давайте посмотрим на эти управляющие воздействия.

П-контроллер

Пропорциональное регулирование или просто П-регулятор производит управляющий выходной сигнал, пропорциональный текущей ошибке. Здесь ошибка — это разница между уставкой и переменной процесса (т.е.е., е = СП — ПВ). Это значение ошибки, умноженное на пропорциональное усиление (Kc), определяет выходной отклик, или, другими словами, пропорциональное усиление определяет отношение пропорционального выходного отклика к значению ошибки.

Например, величина ошибки равна 20, а Kc равно 4, тогда пропорциональный отклик будет 80. Если значение ошибки равно нулю, выходной сигнал или отклик контроллера будут нулевыми. Скорость отклика (переходная характеристика) увеличивается за счет увеличения значения пропорционального усиления Kc. Однако, если Kc увеличивается за пределы нормального диапазона, переменная процесса начинает колебаться с большей скоростью, что вызовет нестабильность системы.Хотя P-регулятор обеспечивает стабильность переменной процесса с хорошей скоростью отклика, всегда будет ошибка между уставкой и фактической переменной процесса. В большинстве случаев этот контроллер снабжен ручным сбросом или смещением, чтобы уменьшить ошибку при использовании отдельно. Однако этот контроллер не может достичь состояния нулевой ошибки. Следовательно, в ответе p-регулятора всегда будет постоянная ошибка, как показано на рисунке.

I-Controller

D-Controller Response

Производный контроллер (или просто D-Controller) отслеживает, насколько быстро переменная процесса изменяется в единицу времени, и производит выходной сигнал, пропорциональный скорости изменения.Выходная производная равна скорости изменения ошибки, умноженной на константу производной. D-контроллер используется, когда переменная процессора начинает изменяться с высокой скоростью.

В таком случае D-контроллер перемещает конечное устройство управления (например, регулирующие клапаны или двигатель) в таком направлении, чтобы противодействовать быстрому изменению параметра процесса. Следует отметить, что сам по себе D-контроллер не может использоваться для каких-либо управляющих приложений.

Действие по производной увеличивает скорость отклика, потому что оно дает толчок для вывода, таким образом предвидя будущее поведение ошибки.D-регулятор быстрее реагирует на изменения переменной процесса, если член производной большой (что достигается увеличением постоянной производной или времени Td).

В большинстве ПИД-регуляторов реакция D-регулирования зависит только от переменной процесса, а не от ошибки. Это позволяет избежать скачков на выходе (или внезапного увеличения производительности) в случае внезапного изменения заданного значения оператором. Кроме того, большинство систем управления используют меньшее время производной td, поскольку отклик производной очень чувствителен к шуму в переменной процесса, что приводит к получению чрезвычайно высокой выходной мощности даже при небольшом уровне шума.

Следовательно, путем комбинирования пропорциональных, интегральных и производных управляющих сигналов формируется ПИД-регулятор. ПИД-регулятор находит универсальное применение; однако необходимо знать настройки ПИД-регулятора и правильно его настроить для получения желаемого результата. Настройка означает процесс получения идеального отклика от ПИД-регулятора путем установки оптимального усиления пропорциональных, интегральных и производных параметров.

Существуют различные методы настройки ПИД-регулятора для получения желаемого отклика.Некоторые из этих методов включают метод проб и ошибок, метод кривой реакции процесса и метод Цейглера-Николса. Чаще всего используются методы Цейглера-Николса и методы проб и ошибок.

Речь идет о ПИД-регуляторе и его работе. Благодаря простоте конструкции контроллера, ПИД-регуляторы применимы для множества процессов. А также его можно настроить на любой процесс, даже не зная детальной математической модели процесса. Некоторые из приложений включают в себя управление скоростью двигателя на основе ПИД-регулятора, регулирование температуры, регулирование давления, регулирование расхода, уровня жидкости и т. Д.

ПИД-регуляторы реального времени

На сегодняшнем рынке доступны ПИД-регуляторы различных типов, которые можно использовать для всех потребностей промышленного управления, таких как уровень, расход, температура и давление. При принятии решения об управлении такими параметрами процесса с помощью ПИД-регулятора, варианты включают использование ПЛК или автономного ПИД-регулятора.

Автономные ПИД-регуляторы используются там, где необходимо контролировать и контролировать один или два контура, или в ситуациях, когда доступ к более крупным системам затруднен.Эти специализированные устройства управления предлагают множество вариантов для одноконтурного и двухконтурного управления. Автономные контроллеры PID предлагают несколько конфигураций уставок, а также генерируют несколько независимых сигналов тревоги.

Некоторые из этих автономных контроллеров включают регуляторы температуры Yokogava, ПИД-регуляторы Honeywell, ПИД-регуляторы OMEGA с автонастройкой, ПИД-регуляторы ABB и ПИД-регуляторы Siemens.

В большинстве приложений управления ПЛК используются в качестве ПИД-регуляторов. Блоки PID встроены в PLC / PAC и предлагают расширенные возможности для точного управления.ПЛК более интеллектуальны и мощны, чем автономные контроллеры, и упрощают работу. Каждый ПЛК содержит блок ПИД в своем программном обеспечении, будь то ПЛК Siemens, ABB, AB, Delta, Emersion или Yokogava.

На рисунке ниже показан блок PID Allen Bradley (AB) и его окно настройки.

На рисунке ниже показан блок ПИД Siemens.

На рисунке ниже показаны виртуальные приборы ПИД-регулятора, предлагаемые набором инструментов LabVIEW PID.

Похожие сообщения:

Разъяснение теории PID — NI

Основная идея ПИД-регулятора заключается в считывании показаний датчика, затем вычислении желаемого выходного сигнала привода путем вычисления пропорционального, интегрального и производного откликов и суммирования этих трех компонентов для вычисления выходного сигнала.Прежде чем мы начнем определять параметры ПИД-регулятора, мы увидим, что такое замкнутая система, и некоторые термины, связанные с ней.

Система с замкнутым контуром
В типичной системе управления переменная процесса — это системный параметр, который необходимо контролировать, например температура (ºC), давление (psi) или расход (литры / мин). Датчик используется для измерения переменной процесса и обеспечения обратной связи с системой управления. Уставка — это желаемое или командное значение для переменной процесса, например 100 градусов Цельсия в случае системы контроля температуры.В любой момент времени разница между переменной процесса и уставкой используется алгоритмом системы управления (компенсатором) для определения желаемой выходной мощности привода для управления системой (установкой). Например, если измеряемая температура технологической переменной составляет 100 ºC, а желаемая уставка температуры составляет 120 ºC, то выход исполнительного механизма, заданный алгоритмом управления, может приводить в действие нагреватель. Приведение в действие исполнительного механизма для включения нагревателя приводит к нагреванию системы и увеличению температуры технологической переменной.Это называется системой управления с обратной связью, потому что процесс считывания показаний датчиков для обеспечения постоянной обратной связи и вычисления желаемой выходной мощности привода повторяется непрерывно и с фиксированной скоростью цикла, как показано на рисунке 1.

Во многих случаях выходной сигнал привода равен не единственный сигнал, влияющий на систему. Например, в температурной камере может быть источник холодного воздуха, который иногда дует в камеру и нарушает температуру. Такой термин называется возмущением.Обычно мы стараемся спроектировать систему управления, чтобы минимизировать влияние возмущений на переменную процесса.

Рисунок 1: Блок-схема типичной замкнутой системы.

Определение терминологии
Процесс разработки средств управления начинается с определения требований к рабочим характеристикам. Производительность системы управления часто измеряется путем применения ступенчатой ​​функции в качестве переменной команды задания уставки, а затем измерения реакции переменной процесса. Обычно отклик количественно определяется путем измерения определенных характеристик формы волны.Время нарастания — это время, необходимое системе для перехода от 10% до 90% от установившегося или конечного значения. Процент превышения — это величина, на которую переменная процесса превышает конечное значение, выраженное в процентах от конечного значения. Время установления — это время, необходимое для того, чтобы переменная процесса установилась в пределах определенного процента (обычно 5%) от окончательного значения. Ошибка устойчивого состояния — это окончательная разница между переменной процесса и уставкой. Обратите внимание, что точное определение этих количеств будет варьироваться в зависимости от отрасли и академических кругов.

Рисунок 2: Реакция типичной замкнутой системы ПИД-регулирования.

После использования одной или всех этих величин для определения требований к характеристикам системы управления полезно определить условия наихудшего случая, при которых ожидается, что система управления будет соответствовать этим проектным требованиям. Часто в системе возникает сбой, который влияет на параметр процесса или на измерение параметра процесса. Важно разработать систему управления, которая удовлетворительно работает в наихудших условиях.Мера того, насколько хорошо система управления способна преодолевать эффекты возмущений, называется отклонением возмущений в системе управления.

В некоторых случаях реакция системы на заданный управляющий выход может изменяться со временем или в зависимости от некоторой переменной. Нелинейная система — это система, в которой параметры управления, обеспечивающие желаемый отклик в одной рабочей точке, могут не дать удовлетворительного отклика в другой рабочей точке. Например, камера, частично заполненная жидкостью, будет гораздо быстрее реагировать на мощность нагревателя, когда она почти пуста, чем когда она почти заполнена жидкостью.Мера того, насколько хорошо система управления будет выдерживать возмущения и нелинейности, называется робастностью системы управления.

Некоторые системы демонстрируют нежелательное поведение, называемое мертвым временем. Мертвое время — это задержка между изменением переменной процесса и моментом, когда это изменение можно наблюдать. Например, если датчик температуры расположен далеко от впускного клапана для холодной воды, он не будет сразу измерять изменение температуры, если клапан открывается или закрывается.Мертвое время также может быть вызвано системой или выходным исполнительным механизмом, который медленно реагирует на команду управления, например, клапан, который медленно открывается или закрывается. Обычным источником простоя на химических предприятиях является задержка, вызванная протеканием жидкости по трубам.

Цикл цикла также является важным параметром замкнутой системы. Интервал времени между вызовами алгоритма управления — это время цикла цикла. Системы, которые быстро меняются или имеют сложное поведение, требуют более высокой скорости контура управления.

Рисунок 3: Реакция замкнутой системы с мертвым временем.

После определения требований к производительности пора проверить систему и выбрать подходящую схему управления. В подавляющем большинстве приложений ПИД-регулирование обеспечивает требуемые результаты

Использование беспроводного контроллера | Руководство пользователя PlayStation®4

Нажмите кнопку PS на контроллере и выберите пользователя.

• При первом использовании контроллера вам необходимо выполнить сопряжение с вашей системой PS4 ™.
• Одновременно можно использовать до четырех контроллеров. Когда вы нажимаете кнопку PS, световая полоса будет светиться уникальным цветом. Назначенный цвет зависит от порядка, в котором каждый пользователь нажимает кнопку PS. Первый подключаемый контроллер — синий, второй — красный, третий — зеленый, а четвертый — розовый.

Сопряжение устройства

При первом использовании контроллера или когда вы хотите использовать контроллер в другой системе PS4 ™, вам необходимо выполнить сопряжение его с системой.Подключите контроллер к вашей системе с помощью кабеля USB, когда система включена.

Если вы хотите использовать два или более контроллеров, вы должны соединить каждый контроллер отдельно.

Зарядка

Аккумулятор контроллера заряжается, когда вы подключаете контроллер к системе PS4 ™ с помощью кабеля USB. Система должна быть включена или находиться в режиме покоя. Уровень заряда аккумулятора отображается на экране, когда вы нажимаете и удерживаете кнопку PS.
Когда система находится в режиме покоя, световая полоса медленно мигает оранжевым.Когда зарядка завершится, световая полоса погаснет.

• Зарядка контроллера без остатка заряда занимает около 2 часов.
• Заряжайте контроллер при температуре от 10 ° C до 30 ° C (от 50 ° F до 86 ° F). Возможно, вы не сможете эффективно зарядить контроллер при других температурах.
• Вам необходимо полностью заряжать контроллер не реже одного раза в год, чтобы он работал нормально.
• Срок службы батареи зависит от того, как вы используете контроллер, и от среды, в которой используется и хранится контроллер.
• Для зарядки, когда система находится в режиме покоя, выберите вариант, отличный от [Выкл], в (Настройки)> [Настройки энергосбережения]> [Установить функции, доступные в режиме покоя]> [Подача питания на порты USB].

Основные операции с кнопками

Основные жесты сенсорной панели

Вы можете использовать сенсорную панель и кнопку сенсорной панели для различных системных функций. Доступные функции зависят от используемого содержимого.

Изменение настроек

Чтобы изменить громкость динамика и другие настройки контроллера, выберите (Настройки) на экране функций, а затем выберите [Устройства]> [Контроллеры].

• В зависимости от игры или приложения вы можете слышать звуковые эффекты из динамика контроллера.
• Вы также можете отрегулировать громкость динамика и соответствующие настройки, выбрав [Звук / Устройства] в быстром меню.

Связанные темы

.