В предыдущей статье мы говорили о том, что такое ПИД, а также объяснили различные параметры ПИД и то, как система будет реагировать на изменение этих параметров. В этой статье мы покажем, как программировать, настраивать и настраивать ПИД в вашем проекте TIA Portal.
Содержание:
- Как добавить ПИД в вашу логику?
- Как настроить ПИД?
- Базовая настройка параметров процесса
- Расширенная настройка
- Как выполнить настройку ПИД?
- Предварительная настройка ПИД
- Тонкая настройка
- Каковы различные методы настройки ПИД?
Как добавить ПИД в вашу логику?
В TIA Portal и почти на любой другой платформе ПЛК вам не нужно программировать ПИД-регулятор, поскольку в TIA Portal уже есть встроенные блоки для ПИД. Чтобы добавить PID в вашу логику, вам просто нужно перетащить блок PID в ваш код и просто начать настраивать его для вашей системы.
Добавление PID в ваш код очень просто, однако есть очень важный момент, который вы должны принять во внимание. Это интервал выполнения вашего PID.
Как вы знаете, основной цикл выполнения происходит внутри основного циклического OB1, и время цикла OB1 зависит от многих факторов, таких как длина вашего кода, математические вычисления в вашем коде, а также циклы и последовательности, все эти различные факторы могут сделать время цикла вашего OB1 не только длинным, но и разным для каждого цикла, в зависимости от вашего кодирования.
Это означает, что если вы вызвали свой блок PID внутри основного OB1, выполнение PID будет зависеть от времени цикла вашего OB1, и это не лучший подход.
PID обычно используются для управления физическими параметрами, такими как давление, температура или скорость, и это означает, что ваш контроллер должен очень быстро определять любые изменения в значении вашего процесса и быстро реагировать, чтобы противодействовать этим изменениям и обеспечивать вам плавное стабильное управление, которое должен иметь PID. Поэтому, если PID добавляется в основной OB1 и на него влияет время его выполнения, ему могут потребоваться задержки действия, и это сделает вашу систему нестабильной.
Что делать?
Лучше всего вызывать ваш блок PID в циклическом прерывании OB и устанавливать время цикла этого циклического прерывания на любое значение, которое вы считаете подходящим для вашей системы, обычно в диапазоне миллисекунд в зависимости от вашего приложения. Это означает, что если вы установите циклическое прерывание, например, на 1 миллисекунду, ваш PID будет вызываться и выполняться каждую миллисекунду независимо от того, где находится основной цикл OB1.
Итак, чтобы добавить PID в вашу логику, мы начнем с добавления нового циклического прерывания OB и дадим ему правильное имя. См. рисунок 1.
Рисунок 1. Добавление циклического прерывания в ваш проект.
На рисунке видно, что мы установили циклическое время на 1000 микросекунд или 1 миллисекунду. Таким образом, наш PID будет вызываться и выполняться каждую миллисекунду.
Теперь, когда вы добавили свой циклический OB в проект, вы можете просто перетащить блок PID. Вы можете найти его на вкладке «Инструкции»/«Технология»/«Управление PID»/«Компактный PID». См. рисунок 2.
Рисунок 2. Добавление блока PID.
Теперь добавьте системные параметры в блок PID, вход, выход и заданное значение. См. рисунок 3.
Рисунок 3. Назначьте параметры PID.
Вы заметили на последней картинке, что у вас есть 2 разных входа и 3 разных выхода, что это?
Вход:
Это ваше входное значение параметра процесса в реальных физических величинах, мы будем использовать нашу систему моделирования резервуара, поэтому в этом случае вход здесь — это уровень заполнения резервуара в литрах. Это означает, что вы сделали масштабирование аналогового входа где-то в другом месте вашего проекта и просто предоставляете ПИД фактический уровень заполнения в литрах.
Input_PER:
Это входное значение параметра процесса, но оно поступает из модуля аналогового входа. Это означает, что оно не будет масштабироваться и будет находиться в диапазоне 0-27648, а масштабирование входа будет выполняться внутри ПИД.
Выход:
В этом случае ПИД даст вам выходное значение контроллера в диапазоне от 0% до 100% от максимального выходного значения.
Output_PER:
То же, что и input_PER, ПИД даст выход в виде 0-27648.
Output_PWM:
В этом случае ПИД будет выдавать свой выходной сигнал в виде импульсов ВКЛ/ВЫКЛ, так что либо есть выход, либо нет. И выходное значение тогда составляет 100%, когда он ВКЛ и 0%, когда он ВЫКЛ.
Мы будем использовать ту же систему моделирования резервуара, которую использовали раньше, и, как вы можете видеть на предыдущем рисунке, мы использовали Input и Output_PER, поскольку наше моделирование построено таким образом.
Как настроить ПИД?
Чтобы войти в представление конфигурации ПИД, вы можете либо щелкнуть вкладку конфигурации в дереве проекта, либо нажать на небольшой значок конфигурации над самим блоком ПИД. См. рисунок 4.
Рисунок 4. Вход в представление конфигурации.
Это перенесет вас в функциональное представление, где вы можете настроить различные параметры вашего ПИД. См. рисунок 5.
Рисунок 5. Настройка типа контроллера.
Первая конфигурация — это тип контроллера, и здесь вы можете выбрать, какой тип управления вы хотите использовать, у вас есть много вариантов из показанных раскрывающихся меню, таких как температура, давление, длина и многое другое. Вы также можете установить его на общий, где система будет видеть ваши значения как %. В нашей системе мы контролируем литры воды внутри бака, поэтому мы выберем объем.
Вы также можете установить ручной/автоматический режим ПИД.
Далее вам нужно настроить параметры ввода/вывода. Смотрите рисунок 6.
Рисунок 6. Параметры ввода/вывода.
Здесь вы можете выбрать из различных типов входов или выходов, как мы объясняли ранее. Как мы сказали, мы будем использовать Input и Output_PER.
Далее вам нужно настроить настройку значения процесса. Смотрите рисунок 7.
Рисунок 7. Предел значения процесса.
На этом этапе вы установите нижний и верхний пределы значения вашего процесса. Если вы выберете тип Input. Тогда эта настройка будет открыта для изменения, и вы сможете установить пределы вашего процесса. В нашем случае пределы резервуара составляют от 0 до 50 литров. Поэтому мы устанавливаем эти значения.
Обратите внимание, что если вы выберете Input_PER, эта настройка будет вам недоступна, и вы сможете установить предел вашего процесса только на следующей вкладке. Смотрите рисунок 8.
Рисунок 8. Масштабирование значения процесса.
Если вы используете Input_PER, то, как вы видите на предыдущем рисунке, вы можете установить предел вашего значения процесса относительно имеющегося у вас масштабирования 0-27648.
Если вы хотите настроить предупреждение, когда значение вашего процесса достигает нижнего или верхнего предела, вы можете настроить его на вкладке мониторинга значения процесса. Смотрите рисунок 9.
Рисунок 9. Мониторинг значения процесса.
Далее в списке настроек вы найдете пределы ШИМ, см. рисунок 10.
Рисунок 10. Пределы ШИМ
Здесь вы можете установить минимальное время включения и выключения вашего выхода, представьте, что у вас есть насос или клапан в вашей системе, которым ПИД управляет через выход ШИМ, вы не хотите, чтобы ПИД просто давал вашему насосу череду очень быстрого поведения ВКЛ/ВЫКЛ, потому что это, вероятно, приведет к тому, что ваш насос сгорит. Таким образом, вы можете указать ПИД из этой настройки, чтобы он включал насос на минимальное время, прежде чем закрыть его, и наоборот.
Вы можете иметь такое же управление с вашим ПИД, если у вас нет выхода ШИМ из следующей настройки, пределов выходного значения. См. рисунок 11.
Рисунок 11. Пределы выходного значения.
Вы можете контролировать нижний и верхний пределы вашего управляющего выхода, например, вы можете сделать нижний предел 20%, и это заставит ПИД запустить насос как минимум на 20% его расхода. Таким образом, ваш диапазон управления будет от 20% до 100%.
Наконец, и самое главное, вы можете установить параметры ПИД в режиме конфигурации из следующей вкладки, вкладки параметров ПИД, см. рисунок 12.
Рисунок 12. Параметры ПИД.
Здесь вы можете записать параметры настройки для ваших коэффициентов усиления ПИД P, I и D, если вы их знаете или если вы выполнили настройку самостоятельно и у вас есть параметры откуда-то еще. Вы также можете выбрать использование ПИД или просто ПИ-регулятора.
Если у вас нет этих параметров, вы можете загрузить их автоматически после настройки вашего ПИД.
Как выполнить настройку ПИД?
Теперь, когда вы закончили настройку ПИД, вы можете так же легко настроить свой контроллер с вкладки ввода в эксплуатацию в дереве проекта. Смотрите рисунок 13.
Рисунок 13. Ввод в эксплуатацию вашего ПИД
На странице ввода в эксплуатацию ваш экран разделен на 3 части, на верхней странице вы можете начать предварительную и тонкую настройку ПИД.
Посередине у вас будет область графика, которая покажет вам реакцию вашей системы в реальном времени. Вы можете видеть выход контроллера и значение процесса. И каждый раз, когда изменяется заданное значение, вы будете видеть поведение вашего ПИД, чтобы поймать это новое заданное значение. Даже если заданное значение не изменилось, но, например, увеличился спрос на поставку из нашего резервуара, вы увидите реакцию ПИД, чтобы удовлетворить этот спрос, а также поддерживать заданное значение на требуемом уровне.
В третьей области у вас будет онлайн-статус вашего контроллера, и вы также можете выбрать режим работы вашего ПИД. Посмотрите следующее видео моделирования, демонстрирующее процедуру автоматической настройки ПИД в TIA Portal.
Из видео вы можете увидеть, что после предварительной настройки наш ПИД нашел параметры P, I и D, которые лучше всего подходят для нашей системы. Вы можете увидеть, что при изменении уставки или расхода контроллер очень быстро отреагирует, чтобы вернуть уставку к требуемым значениям.
Теперь вы можете загрузить параметры настройки непосредственно в свой проект простым нажатием кнопки, см. рисунок 14.
Рисунок 14. Загрузите свои параметры.
После загрузки своих параметров вы сможете найти их на вкладке параметров ПИД в представлении конфигурации. См. рисунок 15.
Рисунок 15. Параметры ПИД.
Следующим шагом должно стать выполнение процедуры тонкой настройки ПИД из того же представления ввода в эксплуатацию, однако, поскольку у нас нет реальной системы, и мы просто моделируем поведение резервуара и насоса с помощью математических расчетов, мы не можем выполнить шаг тонкой настройки.
Когда у вас есть реальная система, вы можете выполнить тонкую настройку, при которой ваш ПИД попытается найти параметры, которые дадут системе лучший отклик и даже устранят перерегулирование вашего значения процесса и напрямую достигнут заданного значения.
В будущем, если у нас будет реальная система, мы сможем показать, как она выглядит.
Каковы различные методы настройки ПИД-регулятора?
Вам не нужно выполнять настройку вашего ПИД с помощью TIA Portal; существует множество различных методов, которые пытаются найти наилучшие параметры ПИД для вашей системы. В основном это математические методы, основанные на пробах и ошибках. Я бы рекомендовал использовать функцию автоматической настройки в TIA Portal.
Но вот некоторые из методов, используемых для достижения тех же параметров.
- Эвристическая настройка.
- Метод настройки Циглера-Николса
- Метод настройки Коэна-Куна
- Метод настройки Каппа-Тау
- Метод настройки Лямбда
- И несколько других.
Заключение
- Используйте циклическое прерывание с вашими PID.
- Настройте ваш PID так, чтобы он наилучшим образом подходил вашей системе.
- Функция автонастройки в TIA Portal очень полезна и эффективна.