Реализация PID-регулятора на ПЛК Micro800 для точного процессного управления

PID-регуляторы используются в процессной промышленности для поддержания уставок, таких как температура, давление и уровень, в заданных пределах.

Смотрите видео, чтобы узнать больше, или прокрутите вниз, чтобы прочитать остальную часть статьи.

Если вы новичок в концепции PID-регулятора, вы можете узнать больше о них в нашем блоге «PID Controller Explained».

В этой статье я покажу, как реализовать PID-регулятор в ПЛК Micro800 с помощью Connected Components Workbench и продемонстрирую, как PID-регулятор управляет уровнем в баке.

Программирование PID-регулятора

Переключимся на Connected Components Workbench для настройки нашего PID-регулятора.

В Connected Components Workbench я создаю новый проект, нажав File > New (Файл > Создать).

В диалоговом окне New Project (Новый проект) я задаю имя проекта и указываю, где на моем компьютере он будет храниться. Наконец, нажимаю Create (Создать) для создания проекта.

В диалоговом окне Add Device (Добавить устройство) я выбираю ПЛК 2080-LC50-48QWB-SIM и нажимаю Select (Выбрать), чтобы добавить его в мой выбор. Затем нажимаю Add To Project (Добавить в проект), чтобы добавить мой выбор в проект.

В Project Organizer (Организаторе проекта) я дважды щелкаю на Global Variables (Глобальные переменные), чтобы открыть таблицу глобальных переменных, а затем объявляю переменные, которые буду использовать в этой демонстрации.

Затем закрываю таблицу глобальных переменных.

Потом нажимаю правой кнопкой мыши на Programs (Программы) и выбираю Add > New FBD: Function Block Diagram (Добавить > Новый FBD: Функциональная блок-схема), чтобы добавить программу в проект.

Дважды щелкаю на новой программе, чтобы открыть ее, и перетаскиваю Instruction Block (Блок инструкции) из Toolbox (Инструментария) справа и бросаю его на холст.

Дважды щелкаю на Instruction Block, чтобы открыть диалоговое окно Instruction Block Selection (Выбор блока инструкции) и ищу PID. Из результатов поиска выбираю PID Instruction Block (Блок инструкции PID) и нажимаю OK, чтобы добавить его в проект.

Параметризирую интерфейс инструкции, как показано здесь, и устанавливаю каждый из коэффициентов в переменной Gains в 1.

После настройки инструкции дважды щелкаю на контроллере в Project Organizer и открываю вкладку Interrupts (Прерывания). На этой вкладке нажимаю Add (Добавить), чтобы добавить прерывание.

Устанавливаю тип прерывания в STI и программу в Prog1. Затем ставлю галочку Auto Start (Автозапуск) и настраиваю прерывание на запуск каждые 100 миллисекунд.

Наконец, нажимаю OK для сохранения конфигурации.

Теперь, когда наш проект настроен, мы можем настроить тренд, чтобы увидеть, как работает PID-регулятор.

Настройка тренда

В Connected Components Workbench вы можете использовать тренды для мониторинга значений переменных во времени. Если вы используете Connected Components Workbench версии 22, вам нужно будет установить инструмент Trends (Тренды), прежде чем сможете использовать тренды в Connected Components Workbench.

Для настройки тренда активирую вкладку Trends в Project Organizer и нажимаю Add Trend (Добавить тренд).

Затем нажимаю кнопку плюс, чтобы добавить Trace (Трассировку), которая является переменной для мониторинга.

В открывшемся диалоговом окне выбираю FLOAT_OUT_0, FLOAT_IN_0 и Setpoint как переменные для Trace и нажимаю Add, чтобы добавить их в Trend.

Нажимаю OK для сохранения конфигурации.

На странице Trend нажимаю значок настроек в правом нижнем углу и меняю конфигурацию оси Y с Stacked (Сложенные) на Overlaid (Наложенные).

Теперь мы готовы протестировать проект и увидеть, как этот PID-регулятор будет управлять реальным процессом.

Тестирование PID-регулятора

Для тестирования этого PID-регулятора я загружаю проект в симулятор Micro800 и перевожу симулятор в режим Run.

Затем открываю сцену Level Control (Управление уровнем) в Factory IO.

Когда сцена открыта, открываю конфигурацию драйвера, нажав на File (Файл), а затем Drivers (Драйверы). В выпадающем меню выбираю драйвер Allen-Bradley Micro800 и нажимаю Configuration (Конфигурация), чтобы открыть окно конфигурации драйвера.

В этом окне устанавливаю Host IP Address (IP-адрес хоста) в соответствии с IP-адресом симулятора Micro800.

Сделав конфигурацию, нажимаю стрелку назад, чтобы вернуться к конфигурации драйвера, и нажимаю Connect (Подключить). Зеленая галочка указывает, что сцена теперь подключена к симулятору Micro800.

Закрываю окно конфигурации драйвера и запускаю сцену, нажимая значок Play (Воспроизвести).

Бак начинает наполняться, и я немного открываю выпускной клапан, чтобы позволить некоторой воде вытечь из бака.

В Connected Components Workbench открываю Trend и нажимаю значок Play, чтобы запустить его. В этом тренде видно, что PID-регулятор регулирует наполнительный клапан, пытаясь поддерживать целевую уставку.

Подведение итогов

В этой статье мы научились настраивать PID-регулятор в ПЛК Micro800, использовать Trend для мониторинга PID-регулятора и увидели, как PID-регулятор будет управлять реальным процессом с помощью Factory IO.

В этой демонстрации мы использовали произвольные коэффициенты. В реальном процессе мы потратили бы время на настройку PID, чтобы убедиться, что он работает хорошо. К сожалению, поскольку настройка — сложная тема, она выходит за рамки этой статьи. Мы рассмотрим использование автонастройки для настройки PID-регуляторов в курсе «PID with Micro800 PLCs».