Automationsfanen i Consibio Cloud
Baggrund og definitioner
I Consibio Cloud er en automation/controller en brugerdefineret "regel", der dikterer, hvordan output fra en aktuator justeres automatisk.
En aktuator er en fysisk kontrolenhed (fysisk tilsluttet en Consibio Logger / enhed), der kan påvirke processen/produktionen, den er i kontakt med. Et eksempel på en aktuator kunne være:
- En varmeelement, der opvarmer luften inde i en ovn
- En luftventilator, der styrer luftstrømmen ind i et rør eller en inkubator
- En ventil, der kan tændes/slukkes for at muliggøre vandets strømning i et rør
I de fleste tilfælde modtager automations-/controlleren feedback om, hvor godt den styrer processen via en sensor. En sensor måler den aktuelle værdi/tilstand af processen/produktionen, som ofte kaldes "Process Value" (PV).
Feedback fra sensoren muliggør, at automations-/controlleren automatisk kan rette outputtet, der sendes til aktuatoren, således at en ønsket procesværdi opretholdes. Denne ønskede værdi kaldes setpunkt (SP).
Et eksempel på en automation/controller med denne feedback kunne være:
- En temperatursensor (feedback) måler lufttemperaturen inde i en bageovn og dikterer, hvornår varmeelementet (aktuator) skal tændes eller slukkes for at opretholde en ønsket bagningstemperatur på f.eks. 200 °C (setpunkt)
- En flow-sensor (feedback) måler, hvor mange liter luft der passerer gennem en inkubationskammer hvert minut og justerer effektudgangen af en luftventilator (aktuator) for at opretholde en ønsket gennemsnitlig strøm på 50 liter/min. (setpunkt)
- Osv.
Brancheterminologi relateret til Consibio
I industrien er controllere ofte en del af et Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA) -system, som er ansvarlig for håndtering af processtyring i en produktion.
På dansk benævnes dette system ofte som SRO-system for "Styring, Regulering og Overvågning".
Termerne automation og controllere bruges også ombytteligt her i denne artikel.
Controllertyper / Kontrolsløjfer
Generelt er der to typer automations-/controllere - En open loop-controller eller en closed loop-controller.
Typen af controller afhænger af, om der bruges en sensor som feedback i controlleren, eller ej. Med andre ord:
Open loop
- Definition: Uden feedback.
- Eksempel: En tidsstyret belysning i et drivhus eller en brødrister med en tidsstyret opvarmning af dit foretrukne brød
Open-loop controller
Closed loop
- Definition: Med feedback.
- Eksempel: Temperaturstyring i en bageovn
Closed-loop controller
Disse to generelle controllertyper/kontrolløkker er hver især opdelt i mange forskellige underkategorier af controllertyper, der ikke altid følger den samme terminologi i industrien.
Imidlertid definerer vi i Consibio-platformen underkategorierne af controllertyper som følger:
Controller Category | Controller type | Explanation | Nødvendige Input |
---|---|---|---|
Open-loop | Fixed Output | En ”Fixed output” -controller sender blot et fast signal til en tilhørende aktuator. Dette ændrer sig ikke over tid og ændres kun, hvis brugeren aktivt laver konfigurationen om. Det kunne f.eks. være en controller, der er indstillet til at sørge for, at en blæser altid kører på 50% ydelse. |
|
Open-loop | Interval | An ”interval”-controller is a timer-based rule, that either turns an actuator on or off within a defined time-period and in this time-period, the output of the actuator can also be set at a certain level for when the actuator is turned on. An example could be a controller for a valve, that opens/closes for the flow of water to plants in a greenhouse, where the valve must be 50% open for 1 hour, closed for the next 10 hours and then the pattern repeats itself indefinitely. |
– An actuator – Time-interval the actuator is turned on – A desired output for the actuator when it is turned on – Time-interval the actuator is turned off |
Closed-loop | On/off |
En "tænd/sluk"-regulator justerer outputtet fra aktuatoren afhængigt af en sensorværdi (dvs. feedback), således at aktuatoren tændes eller slukkes, når sensorværdien er over (eller under) et brugerdefineret setpunkt. En almindelig bageovn anvender en tænd/sluk-regulator, da den tænder opvarmningselementet, indtil en temperatursensor inde i ovnen registrerer en temperatur, der er over setpunktet (f.eks. 200 °C). Når temperaturen er over setpunktet, slukkes opvarmningselementet, indtil temperaturen igen er under setpunktet. I praksis kan du også have en tænd/sluk-regulator, der aktiverer en aktuator, når en sensorværdi er både under og/eller over et setpunkt. Et eksempel kunne være et opvarmningselement, der aktiveres under et bestemt temperatur-setpunkt, og en køleenhed, der aktiveres over temperatur-setpunktet. |
|
Closed-loop | PID |
En "PID"-regulator er i sin natur meget lig en tænd/sluk-regulator, da den justerer aktuatorudgangen baseret på feedback fra en sensormåling. Dog er PID-regulatoren meget mere avanceret og bedre til at minimere svingninger omkring setpunktet sammenlignet med en tænd/sluk-regulator. Dette skyldes, at en PID-regulator ikke bare tænder eller slukker aktuatoren, men varierer outputtet sendt til aktuatoren baseret på flere faktorer. For eksempel tager PID-regulatoren hensyn til, hvor langt den nuværende målte sensorværdi er fra setpunktet, hvor lang tid sensorens værdi har været over/under setpunktet, og forudser, hvor hurtigt sensorens værdi ændres med et output. En PID-regulator er mere vanskelig at betjene/indstille, men i nogle tilfælde er den meget nødvendig. For eksempel styres autopiloten i en bil ved hjælp af en PID-regulator. Forestil dig blot, at det var en tænd/sluk-regulator i et øjeblik. Så ville bilen accelerere 100% indtil bilen når setpunktet, dvs. 60 km/t, derefter slukke accelerationen fuldstændigt - og gentage denne "bumpede" styring, så din bil ville have en gennemsnitshastighed på 60 km/t. Heldigvis er dette ikke tilfældet i virkeligheden, da autopiloten er PID-styret. |
|
Automation / Controller Indstillinger
In this section, each individual controller setting will be described in detail.
Controller type
Controller type-indstillingen giver dig mulighed for at vælge mellem de forskellige kontrolenhedstyper, der i øjeblikket er tilgængelige i Consibio Cloud. De forskellige kontrolenhedstyper er:
- Open-loop
- On/Off
- PID
For mere information om hver specifik kontrolenhedstype, inklusive forskellige eksempler, se sektionen Controllertyper i denne dokumentationsside.
Input Module
Denne indstilling vises kun, hvis controller type-indstillingen er enten On/Off eller PID.
Denne indstilling definerer, hvilken sensorens værdi / parameter kontrolenheden skal bruge som input til dens beregninger. For eksempel, hvis kontrolenheden skal regulere / styre temperaturen i et rum, vil inputmodulet sandsynligvis være en temperatursensor placeret inde i rummet. Derfor bruges termen "inputmodul" ofte ombytteligt med termen "input", "feedback", "sensorinput" eller "sensorsignal", når man taler om feedbackkontrol.
Statisk eller Dynamisk Setpunkt
I nogle tilfælde er det ønskeligt at have et setpunkt, der ændrer sig over tid, dvs. et dynamisk setpunkt.
For eksempel et temperatursetpunkt på 20 °C de første 24 timer, efterfulgt af et 25 °C setpunkt de næste 24 timer og endelig 32 °C for resten af tiden (eller indtil eksperimentet / batchen er færdig).
Dette kan anvendes på alle kontrolenhedstyper og er derfor en anden indstilling, der skal justeres inden for kontrolenhedens indstillinger i Consibio Cloud.
Hvis et dynamisk setpunkt vælges, skal brugeren udfylde de flere setpunkter og for hvor lang tid dette dynamiske setpunkt skal opretholdes (dvs. vedligeholdelsesperioden). Dette gøres i setpunktkonfigurationen.
Eksempel på konfiguration af dynamisk setpunkt med 3 setpunkter og tilsvarende vedligeholdelsesperioder
En vigtig bemærkning er, at den sidste ønskede værdi fortsat vil være setpunktet, medmindre en ny batch (se batch-tilstand under projektindstillinger) startes, eller at loop setpunktsekvensen er indstillet til sandt.
Setpunkt
Denne indstilling vises, hvis controller type-indstillingen er enten On/Off eller PID.
Setpunktindstillingen bruges til at indstille en ønsket værdi af det valgte inputmodul. Med andre ord er setpunktet bare den værdi, du vil have, at kontrolenheden skal styre mod. Om det er en bestemt temperatur, luftstrøm eller koncentration af en bestemt gaskomponent, afhænger alt af inputmodulet, som setpunktet er knyttet til.
Enheden for setpunktet afhænger derfor af, hvilket inputmodul der blev valgt, da kontrolenheden blev sat op.
Output Module - Below Setpoint
Denne indstilling vises, hvis controller type-indstillingen er enten On/Off eller PID.
Indstillingen nedenfor setpunkt, outputmodul, definerer, hvilken aktuator (dvs. outputmodul) der skal tændes eller aktiveres, hvis den målte procesværdi er under det ønskede setpunkt.
For eksempel, hvis du vil bage en citrontærte i en bageovn, vil outputmodulet være varmelegemet, der øger temperaturen inde i bageovnen, hvis temperaturen er under setpunktet.
Output Module - Above Setpoint
Denne indstilling vises, hvis controller type-indstillingen er enten On/Off eller PID.
Indstillingen ovenfor setpunktet, outputmodul, definerer, hvilken aktuator (dvs. outputmodul) der skal tændes eller aktiveres, hvis den målte procesværdi er over det ønskede setpunkt.
For eksempel, hvis du vil opretholde en kølig temperatur inde i et køleskab, vil outputmodulet være køleenheden, der sænker temperaturen inde i køleskabet, hvis temperaturen er over setpunktet.
Det kunne også være en ventil, der åbner for strømmen af nitrogen gas i et miljø, hvor ilt er forbudt, og en iltføler bruges som inputmodul.
Deadzone
Denne indstilling vises, hvis controller type-indstillingen er enten On/Off eller PID.
Deadzone (eller dead band) definerer et område omkring setpunktet, hvor aktuatoren (dvs. outputmodulet) ikke vil tænde, uanset hvad. Deadzone angiver således en værdi både over og under, hvor outputmodulet ikke aktiveres.
Så hvis vi har et setpunkt på 23 °C, og deadzonen er indstillet til 2 °C, er det tilladt, at temperaturen er mellem 21 °C og 25 °C, før kontrolenheden begynder at handle. Deadzone er "plus-minus" 2 °C omkring setpunktet.
Denne indstilling er mest fordelagtig, hvis der er en aktuator, der påvirker den ønskede procesværdi, når den er både over og under setpunktet. Så typisk er deadzone-indstillingen ikke nødvendig i en simpel kontrolopsætning.
Loop Setpoint Sequence (Dynamisk Setpunkt)
Denne indstilling vises, hvis controller type-indstillingen er en Fixed Output med et Dynamisk Setpunkt.
Loop setpoint sequence-indstillingen kan enten være falsk eller sand. Hvis den er indstillet til sandt, vil de dynamiske setpunkter, der er angivet af brugeren, fortsætte med at løbe, når det sidste setpunkt og vedligeholdelsesperioden er udløbet.
Dette kan være nyttigt for at styre cyklusser som daglige, ugentlige eller månedlige dynamiske setpunkter for produktion uden at skulle starte en ny batch (se batch-tilstand under projektindstillinger) hver dag, uge eller måned.
Output Module (Open Loop)
Denne indstilling vises, hvis controller type-indstillingen er enten Fixed Output eller Interval.
Outputmodulet henvises ofte til som aktuatoren i kontrolløkken. Dette gælder også for Consibio Cloud, hvor kun aktuatormoduler tilsluttet hardwaren vises i rullelisten.
Eksempler på aktuatormoduler gives i baggrunds- og definitionssektionen af denne dokumentationsside.
Velocity Control Mode
Denne indstilling vises, hvis controller type-indstillingen er indstillet til PID.
I en klassisk PID-regulator er det endelige parameter, der beregnes, hvad værdien af outputtet skal være for at opretholde eller nå det ønskede setpunkt. Så her beregnes outputværdien. Hvis velocity control mode er aktiveret, beregnes den nødvendige ændring i outputtet (i modsætning til outputtet selv).