Руководство по эксплуатации Microsoft S7-200 — настройка PID и панель

15. Автоматическая настройка PID и панель управления настройкой PID

Автоматическая настройка PID и панель управления настройкой PID 15 Функция автоматической настройки PID встроена в ПЛК S7–200, а в STEP 7-Micro/WIN теперь добавлена панель управления настройкой PID. Вместе эти две функции существенно расширяют полезность и облегчают использование функции PID, предоставляемой в распоряжение микроконтроллерами серии S7–200. Автоматическая настройка может быть инициирована посредством программы пользователя через панель оператора или через панель управления настройкой PID. PID- регуляторы могут автоматически настраиваться друг за другом или, в случае необходимости, все восемь регуляторов могут настраиваться одновременно.

Функция автоматической настройки вычисляет предлагаемые значения настройки (близкие к оптимальным) для коэффициента усиления, времени воздействия по интегралу (сброса) и времени воздействия по производной (темпа). Кроме того, вы можете выбрать настройку для быстрой, средней, медленной и очень медленной реакции вашего регулятора. С помощью панели управления настройкой PID вы можете инициировать процесс автоматической настройки, прервать этот процесс и наблюдать результаты в графической форме. Панель управления отображает все ошибочные состояния и предупреждения, которые могут быть сгенерированы.

Она позволяет также применить коэффициент усиления, время воздействия по интегралу и время воздействия по производной, рассчитанные функцией автоматической настройки. В этой главе Автоматическая настройка PID 374 Расширенная таблица контура регулирования 374 Предпосылки 377 Автоматическое определение гистерезиса и отклонения 377 Последовательность действий для автоматической настройки 378 Исключительные ситуации 379 Указания относительно выхода регулируемой переменной за пределы допустимого диапазона (код результата 3) 379 Панель управления настройкой PID 380 373

Стр. 1

15. Автоматическая настройка PID и панель управления настройкой PID

Программируемый контроллер S7-200. Системное руководство Автоматическая настройка PID Введение Алгоритм автоматической настройки, используемый в S7–200, основан на методе, называемом релейной обратной связью, предложенном К. Й. Острёмом (Estrцm) и Т. Хеглундом (Hдgglund) в 1984 году. За последние двадцать лет использовалась в различных отраслях промышленности. Принцип релейной обратной связи состоит в генерировании небольших, но непрерывных колебаний в устойчивом, в противном случае, процессе. На основе наблюдаемых периода колебаний и изменений амплитуды регулируемых переменных определяются предельная частота и предельный коэффициент усиления процесса.

Затем с помощью предельного коэффициента усиления и предельной частоты функция автоматической настройки предлагает значения для настройки коэффициента усиления, времен воздействия по интегралу и по производной. Предлагаемые значения зависят от вашего выбора для скорости реакции регулятора для вашего процесса. Вы можете выбрать быструю, среднюю, медленную и очень медленную реакцию. В зависимости от вашего процесса быстрая реакция может привести к перерегулированию и соответствует в этом случае настройке со слабым затуханием. Средняя скорость реакции может находиться на границе возникновения перерегулирования и соответствует настройке с критически затуханием.

Медленная реакция, возможно, не приведет к возникновению перерегулирования и соответствует настройке с сильным демпфированием. Очень медленная реакция, возможно, не приведет к возникновению перерегулирования и соответствует настройке с очень сильным демпфированием. Кроме предложения значений настройки, функция автоматической настройки может автоматически определять значения для гистерезиса и пиковых значений отклонения регулируемой величины. Эти параметры используются для уменьшения влияния помех в процессе и ограничивают амплитуду непрерывных колебаний, генерируемых функцией автоматической настройки.

Функция автоматической настройки может определять предлагаемые значения настройки для P-, PI-, PD- и PID-регуляторов как прямого, так и обратного действия. Назначение функции автоматической настройки состоит в определении набора параметров настройки, дающих разумное приближение к оптимальным значениям для вашего регулятора. Если вы начнете с предложенных значений настройки, то затем вы можете выполнить тонкую настройку и действительно оптимизировать свой процесс. Расширенная таблица контура регулирования Команда PID для S7–200 связана с таблицей контура регулирования, которая содержит параметры регулятора. Первоначально эта таблица имела длину 36 байтов.

С добавлением функции автоматической настройки PID таблица контура регулирования была расширена и теперь имеет длину 80 байтов. Расширенная таблица контура регулирования представлена в таблицах 15–1 и 15–2. Если вы используете панель управления настройкой PID, то обработка таблицы для контура регулирования выполняется панелью управления. Если вам нужно сделать автоматическую настройку доступной на панели оператора, то ваша программа должна организовать взаимодействие между оператором и таблицей контура регулирования, чтобы инициировать и наблюдать процесс автоматической настройки, а затем применить предлагаемые значения настройки. 374

Стр. 2

15. Автоматическая настройка PID и панель управления настройкой PID

Автоматическая настройка PID и панель управления настройкой PID Глава 15 Таблица 15–1. Таблица контура регулирования 375 Смеще- Поле Формат Тип Описание ние 0 Регулируемая переменная (PV) n REAL In Содержит регулируемую переменную, которая должна быть масштабирована в диапазоне от 0.0 до 1.0. 4 Заданное значение (SP) n REAL In Содержит заданное значение, которое должно быть масштабировано в диапазоне от 0.0 до 1.0. 8 Управляющее воздействие (M) n REAL In/Out Содержит расчетное управляющее воздействие, масштабированное в диапазоне от 0.0 до 1.0. 12 Коэффициент усиления (K ) C REAL In Содержит коэффициент усиления, который является коэффициентом пропорциональности.

Он может быть положительным или отрицательным числом. 16 Интервал опроса (T ) S REAL In Содержит интервал опроса в секундах. Должен быть положительным числом. 20 Время воздействия по интегралу, или сброс (T) I REAL In Содержит время воздействия по интегралу, или сброс, в минутах. 24 Время воздействия по производной, или темп (T ) D REAL In Содержит время воздействия по производной, или темп, в минутах. 28 Интегральная сумма/ смещение (MX) REAL In/Out Содержит смещение, или интегральную сумму, значение между 0.0 и 1.0. 32 Предыдущее значение регулируемой переменной (PV ) n-1 REAL In/Out Содержит значение регулируемой переменной, сохраненное после последнего исполнения команды PID.

36 Идентификатор расширенной таблицы PID контура регулирования ASCII Cons- tant ‘PIDA’ (расширенная таблица PID, версия A): константа ASCII 40 Управление автонастройкой (ACNTL) BYTE In См. табл. 15–2 41 Состояние автонастройкой (ASTAT) BYTE Out См. табл. 15–2 42 Результат автонастройки (ARES) BYTE In/Out См. табл. 15–2 43 Конфигурация автонастройки (ACNFG) BYTE In См. табл. 15–2 44 Отклонение (DEV) REAL In Нормализованная величина максимальной амплитуды колебаний регулируемой переменной (диапазон: от 0,025 до 0,25). 48 Гистерезис (HYS) REAL In Нормализованная величина гистерезиса регулируемой переменной, используемая для определения пересечений нуля (диапазон: от 0,005 до 0,1).

Если отношение DEV к HYS меньше 4, то при автоматической настройке появится предупреждение. 52 Начальный шаг управляющего воздействия (STEP) REAL In Нормализованная величина изменения шага в значении управляющего воздействия, используемая для возбуждения колебаний в регулируемой величине (диапазон: от 0,05 до 0,4) 56 Время контроля (WDOG) REAL In Максимально допустимое время между пересечениями нуля в секундах (диапазон: от 60 до 7200) 60 Предлагаемый коэффициент усиления (AT K ) C REAL Out Предлагаемый коэффициент усиления регулятора, определяемый в процессе автоматической настройки.

64 _ Предлагаемое время воздействия по интегралу (AT T) I REAL Out Предлагаемое время воздействия по интегралу, определяемое в процессе автоматической настройки. 68 _ Предлагаемое время воздействия по производной (AT T ) D REAL Out Предлагаемое время воздействия по производной, определяемое в процессе автоматической настройки. 72 _ Фактическая величина шага (ASTEP) REAL Out Нормализованная величина шага управляющего воздействия, определяемая в процессе автоматической настройки. 76 Фактический гистерезис (AHYS) REAL Out Нормализованное значение гистерезиса регулируемой переменной, определяемое в процессе автоматической настройки.

Стр. 3

15. Автоматическая настройка PID и панель управления настройкой PID

Программируемый контроллер S7-200. Системное руководство Таблица 15–2. Расширенное описание полей управления и состояния 376 Поле Описание Управление автонастройкой (ACNTL) Вход - байт MSB LSB 7 0 0 0 0 0 0 0 0 EN EN - 1 для запуска автонастройки; 0 для прерывания автонастройки Состояние автонастройки (ASTAT) Выход - байт MSB LSB 7 0 W0 W1 W2 0 AH 0 0 IP W0 - Предупреждение: Настройка отклонения не превышает в четыре раза настройку гистерезиса. W1 - Предупреждение: Несогласованные отклонения процесса могут привести к неправильной настройке значения шага управляющего воздействия. W2 - Предупреждение: Фактическое среднее отклонение не превышает в четыре раза настройку гистерезиса.

AH - Идет расчет автоматического гистерезиса: 0 – расчет не выполняется 1 - расчет выполняется IP - Автонастройка выполняется: 0 - не выполняется 1 - выполняется Каждый раз, когда запускается последовательность автоматической настройки, ПЛК сбрасывает биты предупреждений и устанавливает бит выполнения. После завершения автоматической настройки ПЛК сбрасывает бит выполнения. Результат автонастройки (ARES) Вход/выход - байт MSB LSB 7 0 D Код результата D - Бит завершения: 0 – автоматическая настройка не завершена 1 - автоматическая настройка завершена Перед запуском автоматической настройки должен быть установлен в 0 Код результата:

00 - нормальное завершение (предлагаемые значения настройки доступны) 01 - прервано пользователем 02 - прервано, превышение времени контроля при ожидании пересечения нуля 03 - прервано, регулируемая переменная (PV) вне диапазона 04 - прервано, превышено максимальное значение гистерезиса 05 - прервано, обнаружено недопустимое значение для конфигурации 06 - прервано, обнаружена числовая ошибка 07 - прервано, команда PID исполнена при отсутствии потока сигнала (контур регулирования в ручном режиме) 08 - прервано, автоматическая настройка допустима только для P-, PI-, PD- и PID-регуляторов 09 − 7F - резерв Конфигурация автонастройки (ACNFG) Вход - байт MSB LSB 7 0 0 0 0 0 R1 R0 DS HS R1 R0 Динамическая реакция 0 0 Быстрая реакция 0 1 Средняя реакция 1 0 Медленная реакция 1 1 Очень медленная реакция DS - Настройка отклонения:

0 – использовать значение отклонения из таблицы контура регулирования 1 – определять значение отклонения автоматически HS - Настройка гистерезиса: 0 - использовать значение гистерезиса из таблицы контура регулирования 1 - определять значение гистерезиса автоматически 0 0 0 0 0 0 0 EN W0 W1 W2 0 AH 0 0 IP D Код результата 0 0 0 0 R1 R0 DS HS

Стр. 4