Regulator PID. Kurs programowania PLC od podstaw odc. 20

Czym jest Regulator PID?

Regulator PID nazywany jest inaczej regulatorem proporcjonalno-całkująco-różniczkującym. Składa się on z 3 członów:

• Proporcjonalnego P – o wzmocnieniu Kp, który kompensuje uchyb bieżący
• Całkującego I, o czasie zdwojenia (całkowania) Ti, który kompensuje akumulację uchybów z przeszłości
• Różniczkującego D – o czasie wyprzedzenia (różniczkowania) Td, który kompensuje przewidywane uchyby w przyszłości

Regulator PID stanowi najlepsze rozwiązanie w przypadku, gdy wiedza na temat obiektu regulacji jest ograniczona. Poprzez odpowiedni dobór nastaw regulatora PID, otrzymuje się regulację dostosowaną dla danego obiektu.

Schemat blokowy przedstawiający budowę regulatora PID:

Klasyczny układ regulacji

Głównym zadaniem regulatora PID jest kontrola procesu technologicznego. Jego celem jest najczęściej utrzymanie wartości wyjściowej na określonym poziomie, zwanym wartością zadaną.

Regulator pracuje w pętli sprzężenia zwrotnego, oblicza wartość uchybu, jako różnicę pomiędzy zadanym sygnałem wejściowym, a wartością sygnału wyjściowego. Stosując regulator PID dążymy do zredukowania uchybu poprzez odpowiednie dostosowanie sygnału podawanego na wejście regulowanego obiektu.

Po niezależnym zwiększaniu parametrów regulatora, otrzymamy efekty jak w tabelce poniżej. Ma to wpływ na dobranie nastaw regulatora PID.

Programowanie w akcji!

Dokonasz teraz modyfikacji podprogramu Mieszanie_i_grzanie, w taki sposób aby możliwe było wykorzystanie regulatora PID do grzania cieczy w zbiorniku. Dobierzesz nastawy dla regulatora oraz dodasz nowy ekran operatorski, który pomoże w obserwacji procesu regulacji temperatury.

Krok 1. Deklaracja nowych zmiennych

Przed przystąpieniem, do modyfikacji naszego programu dodaj w pierwszej kolejności nowe zmienne. W oknie I/O Names dodaj rejestry przedstawione w tabeli, które zostaną wykorzystane w dalszej części kursu.

Krok 2. Dodawanie bloków funkcyjnych.

Po zakończeniu dodawania rejestrów przejdź do modułu Mieszanie_i_grzanie. W pierwszej kolejności dodaj cewki ustawiające i resetujące odpowiedzialne za załączenie i wyłączenie grzania oraz regulatora PID po upływie określonego czasu.

Utwórz nową linię, a następnie dodaj bloki normalizujące wartość sterującą i wartość zadaną, pobieraną z wizualizacji oraz blok obliczający moc grzałki.

W następnym etapie dodaj blok odpowiedzialny za zwiększanie temperatury cieczy, która jest równocześnie zmienną procesową podawaną na blok regulatora PID.

W kolejnym szczeblu umieść dwa bloki. Pierwszy z nich odpowiedzialny będzie za symulację utraty energii do otoczenia, natomiast drugi będzie odpowiadał za normalizację aktualnej wartości temperatury w celu wyświetlenia jej na ekranie operatorskim.

W następnym kroku dodaj trzy szczeble, które zapewnią kontrolę nad maksymalnym i minimalnym poziomem temperatury w zbiorniku. W razie potrzeby wyłączą grzanie bądź ustawią minimalną temperaturę.

Krok 3. Dodawanie regulatora PID .

W celu dodania Regulatora PID w oknie Cscape wybierz opcję Menu -> View -> Toolbars -> Special Operations

Po otwarciu Special Operations ukaże się takie okno narzędziowe.

Do wyboru mamy dwa bloki funkcyjne odpowiedzialne za strojenie oraz obsługę regulatora PID:

• PID IND – (od ang. Independent) – regulator tradycyjny o niezależnych wyrazach

• PID ISA (od ang. ideal standard algorithm) – regulator idealny

Różnica jaka występuje między nimi polega na wpływie współczynnika wzmocnienia proporcjonalnego na wynik końcowy. W niektórych przypadkach nastaw Regulatora PID_IND jest łatwiejszy niż PID_ISA, ale oba działają poprawnie.

Do naszego programu wybierz blok PID_ISA i umieść go na ostatnim nowo dodanym szczeblu.

Przejdź do konfiguracji wybranego bloku:

• SP – wartość zadana
• PV – wielkość regulowana
• CV – sygnał sterujący
• MAN – tryb pracy ręcznej (wyłączenie automatu)
• UP – w trybie ręcznym zwiększenie sygnału sterującego
• DOWN – w trybie ręcznym zmniejszenie sygnału sterującego

Krok 4. Konfiguracja regulatora PID

Bloki funkcyjne PID są konfigurowane za pomocą okna dialogowego Edit. Aby otworzyć okno PID Edit, po dodaniu bloku regulatora PID kliknij na niego dwukrotnie.

W oknie edycji podaj kolejno rejestry odpowiedzialne za:

• przechowywanie nastaw regulatora oraz konfiguracji bloku
• ustawienie wartości zadanej
• wprowadzenie zmiennej procesowej
• przechowanie zmiennej kontrolnej obliczonej przez regulator
• trzy ostatnie rejestry odpowiedzialne za manualna kontrole nad regulatorem

Zobacz pełną wersję artykułu na Poradniku Automatyka
Zobacz poprzednie odcinki z kursu
www.astor.com.pl

źródło: ASTOR