Implementierung eines PID-Reglers auf einem Micro800 SPS für präzise Prozessregelung

PID-Regler werden in der Prozessindustrie eingesetzt, um Sollwerte wie Temperatur, Druck und Füllstand innerhalb von Grenzwerten zu halten.

Sehen Sie sich das Video an, um mehr zu erfahren, oder scrollen Sie nach unten, um den Rest des Artikels zu lesen.

Wenn Sie neu im Konzept eines PID-Reglers sind, können Sie in unserem Blogbeitrag „PID-Regler erklärt“ mehr darüber erfahren.

In diesem Artikel zeige ich, wie man einen PID-Regler in einer Micro800 SPS mit Connected Components Workbench implementiert und demonstriere, wie der PID-Regler den Füllstand in einem Tank regelt.

PID-Regler programmieren

Wechseln wir zu Connected Components Workbench, um unseren PID-Regler einzurichten.

In Connected Components Workbench erstelle ich ein neues Projekt, indem ich auf Datei > Neu klicke.

Im Dialog Neues Projekt vergebe ich einen Projektnamen und lege den Speicherort auf meinem Computer fest. Schließlich klicke ich auf Erstellen, um das Projekt zu erstellen.

Im Dialog Gerät hinzufügen wähle ich eine 2080-LC50-48QWB-SIM SPS aus und klicke auf Auswählen, um sie meiner Auswahl hinzuzufügen. Dann klicke ich auf Zum Projekt hinzufügen, um meine Auswahl dem Projekt hinzuzufügen.

Im Projektorganisator doppelklicke ich auf Globale Variablen, um die Globale-Variablen-Tabelle zu öffnen, und deklariere die Variablen, die ich in dieser Demo verwenden werde.

Nachdem die Variablen deklariert sind, schließe ich die Globale-Variablen-Tabelle.

Dann klicke ich mit der rechten Maustaste auf Programme und wähle Hinzufügen > Neues FBD: Funktionsbausteindiagramm, um ein Programm zum Projekt hinzuzufügen.

Ich doppelklicke auf das neue Programm, um es zu öffnen, und ziehe einen Anweisungsbaustein aus dem Werkzeugkasten rechts auf die Zeichenfläche.

Ich doppelklicke auf den Anweisungsbaustein, um den Dialog Anweisungsbaustein-Auswahl zu öffnen, und suche nach PID. Aus den Suchergebnissen wähle ich den PID-Anweisungsbaustein und klicke auf OK, um ihn zum Projekt hinzuzufügen.

Ich parametriere die Schnittstelle der Anweisung wie hier gezeigt und setze jeden der Verstärkungen in der Gains-Variable auf 1.

Nach der Konfiguration der Anweisung doppelklicke ich im Projektorganisator auf den Controller und öffne den Reiter Interrupts. In diesem Reiter klicke ich auf Hinzufügen, um einen Interrupt hinzuzufügen.

Ich stelle den Interrupt-Typ auf STI und das Programm auf Prog1 ein. Dann aktiviere ich das Kontrollkästchen Automatisch starten und konfiguriere den Interrupt so, dass er alle 100 Millisekunden ausgeführt wird.

Schließlich klicke ich auf OK, um die Konfiguration zu speichern.

Nun, da unser Projekt konfiguriert ist, können wir einen Trend einrichten, um zu sehen, wie der PID-Regler performt.

Trend konfigurieren

In Connected Components Workbench können Sie Trends verwenden, um die Werte von Variablen über die Zeit zu überwachen. Wenn Sie Connected Components Workbench Version 22 verwenden, müssen Sie das Trends-Tool installieren, bevor Sie Trends in Connected Components Workbench nutzen können.

Um einen Trend zu konfigurieren, aktiviere ich den Reiter Trends im Projektorganisator und klicke auf Trend hinzufügen.

Dann klicke ich auf den Plus-Button, um einen Trace hinzuzufügen, also eine zu überwachende Variable.

Im sich öffnenden Dialog wähle ich FLOAT_OUT_0, FLOAT_IN_0 und Sollwert als zu verfolgende Variablen aus und klicke auf Hinzufügen, um sie dem Trend hinzuzufügen.

Ich klicke auf OK, um die Konfiguration zu speichern.

Auf der Trend-Seite klicke ich auf das Einstellungssymbol in der unteren rechten Ecke und ändere die Y-Achsen-Konfiguration von Gestapelt auf Überlagert.

Jetzt sind wir bereit, das Projekt zu testen und zu sehen, wie dieser PID-Regler einen echten Prozess steuern würde.

PID-Regler testen

Um diesen PID-Regler zu teste, lade ich das Projekt auf den Micro800 Simulator herunter und versetze den Simulator in den Run-Modus.

Als Nächstes öffne ich die Level Control Scene in Factory IO.

Wenn die Szene geöffnet ist, öffne ich die Treiberkonfiguration, indem ich auf Datei und dann Treiber klicke. Im Dropdown-Menü wähle ich den Allen-Bradley Micro800 Treiber und klicke auf Konfiguration, um das Treiberkonfigurationsfenster zu öffnen.

In diesem Fenster setze ich die Host-IP-Adresse so, dass sie mit der IP-Adresse des Micro800 Simulators übereinstimmt.

Mit der abgeschlossenen Konfiguration klicke ich auf den Zurück-Pfeil, um zur Treiberkonfiguration zurückzukehren, und klicke auf Verbinden. Der grüne Haken zeigt an, dass die Szene nun mit dem Micro800 Simulator verbunden ist.

Ich schließe das Treiberkonfigurationsfenster und starte die Szene, indem ich auf das Play-Symbol drücke.

Der Tank beginnt sich zu füllen, und ich öffne das Ablassventil leicht, um etwas Wasser aus dem Tank fließen zu lassen.

In Connected Components Workbench öffne ich den Trend und klicke auf das Play-Symbol, um ihn zu starten. Man kann in diesem Trend sehen, wie der PID-Regler das Füllventil anpasst, um den Zielsollwert zu halten.

Zusammenfassung

In diesem Artikel haben wir gelernt, wie man einen PID-Regler in einer Micro800 SPS konfiguriert, wie man einen Trend zur Überwachung eines PID-Reglers verwendet, und gesehen, wie ein PID-Regler einen echten Prozess mit Factory IO steuern würde.

In dieser Demo haben wir willkürliche Verstärkungen verwendet. In einem echten Prozess würden wir Zeit investieren, um den PID-Regler abzustimmen, damit er gut performt. Da Abstimmung jedoch ein komplexes Thema ist, liegt sie außerhalb des Rahmens dieses Artikels. Wir werden die Verwendung von Auto-Tune zum Abstimmen von PID-Reglern im Kurs „PID mit Micro800 SPS“ behandeln.