Regulator PID | Kurs programowania PLC od podstaw | Odc. 20

Z tego artykułu dowiesz się:

• czym jest regulator PID oraz jakie pełni funkcje
• jak odpowiednio dobrać nastawy regulatora PID
• jak wykorzystać regulator PID w systemie sterowania

Z poprzedniego artykułu dowiedziałeś się jak wysyłać wiadomości Email w sterowniku PLC. W tym artykule poznasz budowę oraz zastosowanie regulatora PID. Nauczysz się także nastawiać regulator dobierając mu odpowiednie parametry. Dowiesz się także jak wykorzystać regulator PID w systemie sterowania, wykorzystując stworzony wcześniej program.

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...

Zobacz pełną wersję artykułu na Poradniku Automatyka >>>

Zobacz poprzednie odcinku z kursu programowania PLC od podstaw na Poradniku Automatyka