PID制御および温度調整手順の例
1つは、PID制御の定義です。
エンジニアリングの実践では、最も広く使用されているレギュレーター制御法則は、PID制御とも呼ばれる、PID制御と呼ばれる比例、積分、および微分制御です。PIDコントローラーは、創業から70年近くの歴史があり、シンプルな構造、優れた安定性、信頼性の高い作業、便利な調整により、産業用制御の主要技術の1つになっています。
制御対象の構造やパラメータを十分に把握できない場合や、正確な数学的モデルが得られない場合、その他の制御理論の手法を採用することが難しい場合は、システムコントローラの構造やパラメータを経験と経験によって決定する必要があります。サイトのデバッグ。PID制御技術が最も便利です。つまり、システムと制御対象を完全に理解していない場合、または効果的な測定方法でシステムパラメータを取得できない場合は、PID制御技術が最適です。PIDコントローラーは、システムの誤差に基づいており、比例、積分、および導関数を使用して、制御の制御量を計算します。
1.比例（P）制御は、最も単純な制御方法です。コントローラの出力は、入力エラー信号に比例します。比例制御しかない場合、システム出力には定常状態エラーがあります。
2.積分（I）制御では、コントローラーの出力は入力エラー信号の積分に比例します。自動制御システムの場合、定常状態に入った後に定常状態エラーが発生した場合、制御システムに定常状態エラーがある、またはシステムに差があると言われます。定常状態のエラーを排除するには、「積分項」をコントローラーに導入する必要があります。積分項の誤差は時間の積分に依存します。時間が長くなると、積分項も大きくなります。このように、誤差が小さい場合でも、時間の増加とともに積分項が増加し、コントローラーの出力が増加するため、定常状態の誤差はゼロになるまでさらに減少します。
3.導関数（D）制御では、コントローラーの出力は入力エラー信号の導関数（つまり、エラーの変化率）に比例します。自動制御システムは、エラーを克服するために、調整プロセス中に振動したり、安定性を失ったりする場合があります。その理由は、エラーを抑制する効果のある大きな慣性成分（リンク）やヒステリシス成分があり、それらの変化は常にエラーの変化より遅れているためです。解決策は、エラーの「先行」を抑制する効果を変更することです。つまり、エラーがゼロに近い場合、エラーを抑制する効果はゼロになるはずです。つまり、コントローラに「比例」項だけを導入するだけでは不十分な場合が多く、比例項の機能は誤差の大きさを増幅することだけです。現在、「微分項」を追加する必要があります。これにより、誤差変化の傾向を予測することができます。このように、比例+導関数を持つコントローラは、誤差をゼロまたは負に抑える制御効果を事前に設定できるため、制御量の重大なオーバーシュートを回避できます。
2.PIDコントローラーのパラメーター調整
PIDコントローラーのパラメーター調整は、制御システム設計のコアコンテンツです。制御されたプロセスの特性に応じて、PIDコントローラーの比例係数、積分時間、微分時間を決定します。PIDコントローラーパラメーターを調整する方法は多数あり、2つのカテゴリに要約できます。
1つは理論計算の設定方法です。これは主にシステムの数学モデルに基づいており、理論計算によってコントローラーパラメーターを決定します。この方法で得られた計算データは直接使用できない場合があり、実際のエンジニアリングによって調整および変更する必要があります。
第二に、それは主にエンジニアリングの経験に依存し、制御システムのテストで直接実行されるエンジニアリングチューニング方法であり、この方法はシンプルで習得が容易であり、エンジニアリングの実践で広く使用されています。
第三に、S7-300でのPID制御の実現
S7-300のPID機能を使用すると、さまざまなパラメータの設定を簡単にデバッグおよび取得できるため、エンジニアリング時間を大幅に節約できます。以下では、S7-300でのPID制御の実現を確認するために、例として314C-2PN / DPを取り上げます。
1. PID関数の呼び出し
積分微分時間を正確に計算するため、PID関数は周期的割り込みで呼び出す必要があります。これを行うには、ポータルインターフェイスで、最初にプロジェクトツリーの[新しいブロックの追加]をクリックし、[組織ブロック]（OB35）で[CYC_INT5]を選択します。
OB35は周期的な割り込み編成ブロックであり、一定時間ごとに自動的に呼び出されて実行されます。この間隔の設定方法を図に示します。プロジェクトツリーの「デバイス構成」をダブルクリックし、CPUをダブルクリックします。以下の「一般」項目を見つけるためのモジュール。「割り込み」、「周期的割り込み」をクリックします。OB35に対応する実行時間はこの間隔時間です。ここでは200msに設定します。
OB35ブロックを追加したら、OB35ブロックのプログラミングインターフェイスを開きます。このインターフェイスで、PID関数を呼び出すことができます。右側の「指示」で「プロセス」、「PID制御」、「PID基本機能」を順番に選択し、プログラミングインターフェースに「CONT_C」を追加します。
2.
PID関数の説明一般的に使用されるPID関数はCONT_C、つまり「連続コントローラー」関数です。これは、連続入出力変数を使用して技術プロセスを制御し、完全なPIDコントローラーを実現します。
この関数には多くのパラメーターがありますが、それらの多くは変更する必要がなく、デフォルト設定を使用するだけです。以下では、パラメーターの説明を組み合わせて、一般的に使用される重要なパラメーターを強調します。1つ目は、の左側にある入力パラメーター部分です。ラダー図。
COM_RST：BOOLタイプ、PIDを再起動、TRUEの場合、PIDは再起動機能を実行します
。MAN_ON：BOOLタイプ、TRUEの場合、PID機能ブロックはMANの値をLMNに直接出力します。つまり、このビットはPIDです。手動/自動切り替えビット;
cYCLE：tIMEタイプのPIDサンプリング周期、値はOB35の呼び出し時間と一致する必要があります;
SP_INT：REALタイプにはPID値が与えられます;
PV_IN：REALタイプのフィードバックPID値（プロセス変数とも呼ばれます） ;
MAN：REALタイプ、手動値、MAN-ON選択で有効;
GAIN：REALタイプ、比例ゲイン、つまりPID P;
TI：TIMEタイプ、積分時間、つまりPID I;
DEADB_W：REALタイプ、の幅不感帯、出力が平衡点の近くでわずかな振幅で振動する場合は、不感帯を使用して感度を下げることを検討できます;
LMN_HLM：REALタイプ、PID上限、通常100％; LMN_LLM：REALタイプ、PID下限;通常0％、双極調整が必要な場合は-100％に設定する必要があります;
ラダー図の右側にある出力パラメーター部分を見てください：
LMN：REALタイプ、PID出力、コントローラーと直接相互接続されていません出力;
LMN_PER：WORDタイプ、PID出力、コントローラー出力と直接相互接続できます。
3.シミュレーターPLCSIMを使用して、PID機能の動作条件を表示します
（1）パラメータ設定：
（2）プログラム書き込み：OB35で以下のラダープログラムを書き込みます。
（3）シミュレーションの開始：シミュレーターPLCSIMを開き、ハードウェア構成とプログラムブロックをダウンロードして、プログラムの実行を監視します。
PLCSIMを使用してMD30を50.0に設定します。M0.0が0の場合、M0.1が1の場合、50.0がMD40に直接送信され、M0.0が1の場合、MD40が0にリセットされることがわかります。
初期状態では、PLCSIMを使用してMD10を60.0に、MD20を55.0に設定すると、MD40の値が0から100.0に徐々に増加することがわかります。
MD10は60.0で変更されておらず、MD20は62.0に設定されており、MD40の値が徐々に0に減少し始めていることがわかります。
（4）構成またはデバッグウィンドウを開く：図に示すように、構成またはデバッグウィンドウを2か所で開くことができます。
パラメータの設定には設定ウィンドウを使用します。パラメータを変更したい場合は、ラダー図に戻らずにこのウィンドウで直接変更できます。
デバッグウィンドウは、PID制御効果とパラメーターステータスを監視するために使用されます。これは非常に直感的です。
2.温度調整手順の例
1.制御要件
実験ボックスから温度制御システムを構築し、自分でプログラムを作成し、温度制御を実現し、温度を40℃に保ちます。これは典型的なサーモスタット閉ループ制御であり、S7-300のPID機能を使用して実装できます。
2.機器紹介
以下に使用する機器を紹介します。まだ314C-2PN / DPを使用しているPLCに加えて、ACT-WK実験ボックスも使用されます。ACT-WKは、温度伝達およびパルス幅変調加熱実行ユニットを含む温度検出および制御実験ボックスです。
温度センサーの信号タイプは電圧タイプ、測定信号範囲は0〜10V、つまり0〜100℃、
加熱実行ユニットの信号タイプは電圧タイプ、出力信号範囲は0〜10V、加熱効果は0〜100％です。
次に、このシステムを配線して構築する方法について説明しましょう。写真が示すように。
温度伝達ユニットはアナログ入力に接続され、パルス幅変調加熱実行ユニットはアナログ出力に接続されます。現在の温度状態を監視できるようにするには、電圧計を温度伝送器ユニットに接続します。温度伝達の対応関係は0〜100℃で0〜10Vの電圧に対応するため、電圧計の表示で現在の温度を知ることができます。たとえば、電圧表示が4.00ボルトの場合、対応する温度は40です。 ℃。
第三に、PID制御の実現
これで、誰もが接続方法を理解できました。ブログでPID関数を使用してプログラム設計を完了し、必要な一定温度制御を実現する方法を示しましょう。
1.新しいTIAプロジェクトの名前はTemperatureControlです。
2.ハードウェア構成と関連設定を実行します。DI / DOのアドレス、AI / AOのアドレス、AI / AOの信号タイプと範囲、周期割り込みOB35のインターバル実行時間を500msに設定します。
3.プログラムを作成します。必要な変数を追加します。IW3はアナログ入力に使用され、M0.0はキャリブレーションの正極性を確保するために使用され、MW5はエラー情報を保存し、MD10はキャリブレーション後にアナログ入力を保存するために使用され、I0.0はPIDを再起動するために使用されます。 .1はPIDの手動/自動切り替えに使用され、QW2はアナログ出力に使用されます。
OB1にアナログ校正プログラムを記述し、入力アナログ値を0.0〜100.0に校正し、校正値をMD10に保存します。新しいブロックOB35を追加し、その中にPID制御プログラムを記述します。COM_RSTをI0.0に、MAN_ONをI0.1に、CYCLEをT＃500msに、SP_INTを40.0に、PV_INをMD10に、LMN_PERをQW2に設定します。他のパラメータはデフォルト設定を採用できます。4.ハードウェア構成とプログラムブロックをPLCにダウンロードします。
第四に、実行してデバッグします
ダウンロードが完了したら、「監視」アイコンをクリックして、プログラムの実行ステータスを監視できます。PID制御をデバッグするために、PID制御機能の構成またはデバッグウィンドウを開くことができます。構成ウィンドウでは、プログラムで設定されたPIDパラメーターを変更できます。デバッグウィンドウでは、PID制御の効果を確認できます。この場合、PIDパラメーターを変更して制御効果を調整でき、変更されたパラメーターは次のようになります。稲妻アイコン[実行]をクリックしてCPUに直接送信されます。デバッグに使用されるパラメータは、この時点でプログラムに設定されているパラメータとは異なる場合があります。
プロセス値PVと操作変数LMNの間の曲線の変化が、数分かかるPID制御要件を満たしているかどうかを確認します。この例では、一定期間後、PVとLMNの変化が直線に近づき、要件を満たしていることがわかります。このとき、システムでの反射は、電圧表現が基本的に4.00ボルトに維持されている、つまり、温度が基本的に40℃に維持されていることです。
これは、S7-300のPID制御機能を使用して温度調整を完了する例です。