В области современного промышленного управления пропорционально-интегрально-дифференциальный (PID) регулятор является одной из самых широко используемых технологий управления. Он обеспечивает точную настройку системы для достижения желаемого эффекта управления с помощью трех параметров управления: пропорционального, интегрального и дифференциального. С развитием технологий автоматизации PID регулятор используется в различных промышленных процессах, таких как управление температурой, давлением, потоком и уровнем. В данной статье мы подробно рассмотрим, как применить технологию PID управления в продукции PLC/PAC от компании Юнионсайенс Технолоджи LicOS и предоставим конкретные операционные процедуры и примеры.
Компания Юнионсайенс Технолоджи является ведущим поставщиком решений для автоматизации управления в Китае, и серия продуктов LicOS PLC/PAC имеет широкий спектр применения в области промышленной автоматизации. В сочетании с мощными функциями LicOS и программного обеспечения для программирования и отладки Smart Control пользователи могут легко реализовать сложное PID управление.
一、Что такое PID управление?
PID регулятор регулирует систему с помощью следующих трех основных управляющих действий:
Пропорциональное управление (P):
Пропорциональный регулятор корректирует выходное значение в зависимости от текущей ошибки системы (разница между установленным значением и фактическим значением). Пропорциональный коэффициент (KP) определяет степень реакции регулятора на ошибку. Однако слишком высокий пропорциональный коэффициент может вызвать колебания системы или даже привести к потере устойчивости.
Интегральное управление (I):
Интегральное управление суммирует ошибки во времени. Даже небольшая ошибка будет постепенно увеличивать интегральную обратную связь. Интегральная обратная связь продолжит увеличиваться в зависимости от времени интеграции (TN), если ошибка не равна нулю. Таким образом, цель интегральной обратной связи — поддерживать ошибку в установившемся состоянии на уровне 0. Ошибка в установившемся состоянии — это разница между процессной переменной и установленной точкой.
Дифференциальное управление (D):
Дифференциальные регуляторы корректируют скорость изменения ошибки, обеспечивая реакцию на быстрые изменения. Время дифференцирования (TV) определяет чувствительность дифференциального управления. Хотя дифференциальное управление улучшает стабильность системы, оно чувствительно к шуму и может вызвать нестабильность.
Рисунок: PID регулятор
Сценарии использования
PID регуляторы используются в самых различных областях, включая промышленную автоматизацию, мониторинг окружающей среды, медицинское оборудование, сельское хозяйство, научные исследования, аэрокосмическую отрасль и экстренное спасение.
II. Как использовать PID управление в LicOS PLC/PAC?
Подготовка
Добавление библиотеки Util:
В программном обеспечении Smart Control для LicOS, функция PID является частью библиотеки инструментов Util. Поэтому необходимо добавить библиотеку Util в Менеджер библиотек, прежде чем можно будет начать использовать функции PID управления.
Шаги: Дважды щелкните Менеджер библиотек -> Добавить библиотеку -> Показать расширенные библиотеки -> Найти "Util" -> ОК.
Figure Add Library
Рисунок: Добавление библиотеки
Рисунок: Поиск библиотеки Util
Описание функционального блока PID Функциональный блок PID регулятора из библиотеки Util вызывается из LicOS_PLC. Библиотека функциональных блоков PID состоит из: PD (FB), PID (FB), PID_FIXCYCLE (FB).
Рисунок: Функциональная библиотека PID Util для LicOS
Описание функционального блока PID
Функция: PD (FB) — это пропорционально-дифференциальный регулятор, PID (FB) — пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор, но его циклическое время зависит от времени цикла задачи PLC. Функциональный блок PID_FIXCYCLE (FB) и функциональный блок PID (FB) схожи, но различаются тем, что циклическое время их регуляторов фиксировано и выполняется в соответствии с установленными параметрами времени CYCLE.
Рисунок: Функциональные блоки PID_FIXCYCLE:
Функциональный блок PID_FIXCYCLE (FB)
Определение выводов функционального блока PID_FIXCYCLE (FB) Выводы функционального блока PID_FIXCYCLE (FB) определены следующим образом:
Рисунок: Определения выводов функционального блока PID_FIXCYCLE
ACTUAL: Текущее входное значение, отображает текущее значение входа аналогового сигнала процесса.
SET_POINT: Целевое установленное значение, которое необходимо достичь с помощью регулируемой аналоговой величины.
KP: Пропорциональный коэффициент усиления.
TN: Время точки в секундах.
TV: Время дифференцирования в секундах.
Y_MANUAL: Выходное значение при ручном управлении регулятора, выход Y равен значению Y_MANUAL при активном ручном управлении выходом.
Y_OFFSET: Значение выхода с добавленным смещением.
Y_MIN: Минимальный предел выходного значения PID регулятора.
Y_MAX: Максимальный предел выходного значения PID регулятора.
MANUAL: Триггер ручного управления регулятором.
RESET: Триггер сброса PID регулятора, при его активации выводится только значение Y_OFFSET, и накопленный интегральный термин сбрасывается в ноль.
CYCLE: Установленное время цикла регулятора в секундах.
Y: Регулируемое выходное значение PID регулятором.
LIMITS_ACTIVE: Триггер TRUE, когда выходное значение достигает предела Y_MIN или Y_MAX.
OVERFLOW: Триггер TRUE, если происходит переполнение при накоплении интегральной составляющей.
Анализ PID_FIXCYCLE
Для примера с температурным управлением PID, сначала необходимо отобразить текущее значение ACTUAL в виде входного аналогового сигнала от температурного датчика (термопары), затем установить целевую температуру нагрева SET_POINT и настроить пропорциональный коэффициент KP, время интеграции TN, время дифференцирования TV в соответствии с инженерным опытом. Установить MANUAL на значение False, Y_OFFSET на 0, Y_MIN на 0, Y_MAX на 100. Время цикла CYCLE установлено на 0.01 сек. После стабилизации PID регулятор будет автоматически регулировать амплитуду нагрева для стабилизации температуры на установленном значении.
III. Использование функционального блока PID Конфигурация эксперимента ПИД-регулирования температуры
На платформе для эксперимента по управлению температурой показаны реальные измерения:
Рисунок: Реальные измерения температуры с PID управлением
Продукты LicOS Unionscience настроены следующим образом:
Рисунок: Конфигурация продуктов LicOS Unionscience
ST-рутины Важно отметить, что выполнение тестов PID с использованием функционального блока лучше всего проводить с отдельной задачей Task, с рекомендованным временем цикла 25 мс или более.
Рисунок: Конфигурация задачи рутины
1.Определите соответствующие переменные, как показано на рисунке.
Рисунок: Определения переменных рутины
2. Вызовите функциональный блок PID, как показано на рисунке.
Рисунок: Вызов функционального блока PID
3.Онлайн-тестирование с IP-адресом LAN1 тестируемого PLC, как показано на рисунке.
Рисунок: Успешная отладка PID в реальном времени
График аналогового PID температурного контроля для этого случая показан ниже.
Рисунок: График температурного контроля PID
Как видно, установленная температура нагрева 38 градусов Цельсия, после реализации функции PID контроллера измеренная температура составляет 37,9 градуса Цельсия, ошибка около 0,1 градуса Цельсия, и с течением времени ошибка температуры постепенно сокращается до 0.
IV. Метод настройки параметров PID Метод эмпирической настройки PID
При фактической настройке можно установить приблизительные значения, а затем изменять их в зависимости от эффекта регулировки.
Система потока: P(%) 40–100, I(с) 6–60
Система давления: P(%) 30–70, I(с) 24–180
Система уровня жидкости: P(%) 20–80, I(с) 60–300
Температурная система: P(%) 20–60, I(с) 180–600, D(с) 30–180
Классическая мнемоника эмпирического теста:
Настройка параметров должна происходить по порядку от минимального к максимальному.
Масштабировать, затем интегрировать, и, наконец, добавить дифференциацию.
Колебания кривой часты, и шкала должна быть увеличена.
Кривая колеблется вокруг большого изгиба, и шкала поворачивается вниз.
Отклонение кривой медленно восстанавливается, и время интеграции уменьшается.
Кривая колеблется на протяжении длительного времени, и время интеграции увеличивается.
Кривая колеблется на высокой частоте, поэтому давайте сначала уменьшить дифференциал.
Если колебания замедляются большим дифференциалом, время дифференцирования должно быть увеличено.
Идеальная кривая имеет две волны: высокая впереди и низкая сзади, соотношение 4 к 1.
Один взгляд, две настройки и больше анализов — качество настройки будет высоким.
Изменение кривой каждого параметра регулирования PID показано на рис.
Рис. Кривая изменения параметров регулирования PID
Метод настройки параметров PID Z-N
Дж. Г. Циглер и Н.Б. Нихокс предложили два метода коррекции параметров PID в 1942 году:
Метод коэффициента затухания:
Цель — добиться затухания колебаний системы с коэффициентом 4:1, т.е. амплитуда колебаний уменьшается до 1/4 от первоначального значения за один цикл.
Метод стабильной границы:
Увеличьте пропорциональное усиление до тех пор, пока система не перейдет в критическое колебательное состояние, измерьте критическое усиление (Ku) и критический период (Pu) в этот момент, затем настройте параметры PID согласно таблице метода коррекции Z-N.
Через ознакомление с этой статьей, я уверен, что вы освоили, как применить технологию PID-контроля в продуктах LicOS PLC/PAC от Unionscience Technology. Продукты LicOS предлагают мощные функции и гибкие возможности конфигурации, что делает сложные задачи управления простыми и эффективными. Независимо от того, работаете ли вы в промышленности, мониторинге окружающей среды, медицине или сельском хозяйстве, LicOS может предоставить стабильные и надежные решения для управления.
В условиях все более конкурентного мирового рынка промышленной автоматизации компания Unionscience Technology всегда стремится к технологическим инновациям и высокому качеству. Мы не только предоставляем высокопроизводительные продукты для автоматизации управления, но и ориентированы на клиента, предлагая полный спектр технической поддержки и сервисного обслуживания. Продукты серии LicOS PLC/PAC от Unionscience Technology, благодаря передовой технологии управления и удобной программной платформе, помогают клиентам улучшать производственную эффективность, оптимизировать процессы управления и достигать интеллектуальной и цифровой трансформации.
Как и PID-регулятор, известный своей точностью и стабильностью, Unionscience Technology продолжит двигаться вперед по пути научных и технологических инноваций, и мы твердо уверены, что благодаря нашим усилиям и инновациям мы сможем принести нашим клиентам и обществу большую ценность и более широкие перспективы.
中文
Global
