20. Pomiar temperatury i regulacja PID

Za pomocą modułu temperaturowego i metody edycji tabeli odczytać aktualną wartość temperatury i ustawić ją jako zmienna procesową. Po obliczeniu wyrażenia software’owego PID nastąpi odpowiedź na błąd poprzez wysłanie wyjściowego sygnału zgodnego z nastawą, wartością błędu i szybkością zmiany zmiennej procesowej. Z uwagi na pracę w zamkniętej pętli można oczekiwać stabilnego stanu procesu.

  ● Przekonwertować wyjście do obliczeń PID na wyjście wł / wył z sygnałem proporcjonalnym w czasie (PWM). Wykorzystać wyjście tranzystorowe do sterowania przekaźnikowego procesem grzania lub chłodzenia. Jest to wydajne i bardzo ekonomiczne rozwiązanie.

  ● Za pomocą analogowego modułu wyjściowego (modułu D/A) wyjście do obliczeń PID może sterować SCR lub zaworem proporcjonalnym w celu uzyskania bardziej precyzyjnego sterowania procesem.

  ● Opis wyrażeń PID:

Mn=[Kc´En]+

Mn ：Wyjście w czasie „n”.
Kc ：Wzmocnienie (Zakres: 1〜9999；Pb=1000 / Kc ×0.1%, Jednostka 0.1%)
Ki ：Stała całkowania członu całkującego (Zakres:0〜9999, równy 0.00〜99.99 powtórzeń / minutę)
Td ：Stała różniczkowania członu różniczkującego (Zakres:0〜9999, równy 0.00〜99.99 powtórzeń / minutę)
PVn：Zmienna procesowa w czasie „n”
PVn-1：Zmienna procesowa przy ostatnim rozwiązaniu pętli
En：Błąd przy czasie „n” ; E= SP – PVn
Ts：Częstotliwość obliczeń PID (Możliwe wartości to: 10, 20, 40, 80,160, 320; jednostka 0.1 sek.)

 Zasada regulacji parametru PID

● W miarę zwiększania wzmocnienia (Kc) zwiększa się udział proporcjonalnej odpowiedzi w wyjściu. Dzięki temu możliwa jest szybka reakcja w postaci sterowania charakteryzująca się wysoką czułością. Jednakże jeżeli wzmocnienie jest zbyt duże, mogą pojawić się oscylacje. Użytkownik powinien zwiększyć „Kc” (lecz nie do stopnia wywołującego oscylacje) w celu zwiększenia reakcji i zmniejszenia błędu stanu stabilnego.

● Do eliminacji błędu stanu stabilnego można wykorzystać człon całkujący. Im większa wartość (Ki, stała całkowania Ki=1/Ti ), tym bardziej zwiększa się udział proporcjonalnej odpowiedzi w wyjściu. W przypadku zaistnienia błędu stanu stabilnego należy zwiększyć Ki w celu zmniejszenia błędu.
            Jeżeli Ki = 0, to człon całkujący nie ma udziału w wyjściu.

 Na przykład : Jeżeli czas resetu wynosi 5 minut, to Ki=1/Ti=100/5=20. Oznacza to, że stała całkowania wynosi 0.2 powtórzenia / minutę.

●  Człon różniczkujący może być zastosowany do wyrównania procesu i zmniejszenia przeregulowań. Im większa wartość (Td, stała różniczkowania), tym większy udział członu różniczkującego w wyjściu. W przypadku zbyt dużego przeregulowania należy zwiększyć Td w celu zmniejszenia przeregulowania.
Jeżeli Td = 0, to człon różniczkujący nie ma udziału w wyjściu.

 Na przykład : Jeżeli czas wyprzedzenia wynosi 1 minutę, to Td = 100. Jeżeli czas różniczkowania wynosi 2 minuty, to Td = 200.

● Ustawić parametry PID w celu umożliwienia prawidłowego sterowania temperaturą.

● Domyślny czas rozwiązania dla obliczeń PID wynosi 4 sekundy (Ts = 40).

● Domyślna wartość wzmocnienia (Kc) wynosi 110, gdzie Pb=1000/110×0.1%≒0.91%. Pełen zakres sytemu wynosi 1638°. Oznacza to, że wartość SP－14.8° (1638×0.91≒14.8) umożliwi regulację PID w zakresie proporcjonalnym.

● Domyślna wartość stałej całkowania wynosi 17.

● Domyślna wartość stałej różniczkowania wynosi 50. Oznacza to, że czas wyprzedzenia wynosi 0.5 minuty (Td = 50).

● Zmiana czasu obliczeń PID może wymagać ponownej regulacji parametrów Kc, Ki i Td.

 Instrukcja

● Po odczytaniu wszystkich kanałów temperaturowych włączona zostanie funkcja FUN86.

● Jeżeli „EN” = 1, to sterowanie grzaniem (H/C=1) lub chłodzeniem (H/C=0) zależy od statusu współczynnika grzania/chłodzenia H/C dla PID. Aktualne wartości zmierzonej temperatury ustalane są za pomocą multipleksującego modułu temperaturowego. Wymagane nastawy temperatury są zapisywane w rejestrach począwszy od Sv. Po obliczeniu wyrażenia software’owego PID nastąpi odpowiedź na błąd w postaci wysłania sygnału wyjściowego na podstawie wartości nastawy, wartości błędu oraz szybkości zmiany zmiennej procesowej. Wyjście zostanie przekonwertowane na wyjście wł / wył z sygnałem proporcjonalnym w czasie (PWM), aby wykorzystać wyjście tranzystorowe do sterowania przekaźnikiem procesem grzania lub chłodzenia. Jest to wydajne i bardzo ekonomiczne rozwiązanie. Za pomocą analogowego modułu wyjściowego (modułu D/A) wyjście PID (wynik zapisywany w rejestrach począwszy od rejestru wyjściowego) może sterować SCR lub zaworem proporcjonalnym w celu uzyskania bardziej precyzyjnego sterowania procesem.

● W przypadku błędu w ustawieniach Sn, Zn (0 £ Sn £ 31 i 1 £ Zn £ 32, oraz 1 £ Sn + Zn £ 32) instrukcja ta nie zostanie wykonana i uaktywni się wyjście „ERR”.

● Instrukcja ta porównuje wartość aktualną z nastawą w celu sprawdzenia, czy aktualna temperatura mieści się w zakresie offsetu (zapisanym w rejestrach począwszy od Os). Jeżeli kontrolowana wartość mieści się w zakresie odchylenia, to instrukcja ustawi bit dla tego punktu na WŁ. W odwrotnym przypadku ustawi bit na WYŁ i uaktywni wyjście „ALM”.

● Instrukcja ta także sprawdza ostrzeżenie o przekroczeniu najwyższej temperatury (rejestr do zapisu nastaw dla maksymalnej temperatury to R4008). W przypadku, gdy przy dziesięciu kolejnych skanach aktualne wartości zmierzonej temperatury będą większe lub równe nastawie najwyższej temperatury, bit ostrzeżenia zostanie ustawiony na WŁ i uaktywni się wyjście „ALM”. Operacja ta pozwoli uniknąć problemu wynikającego z braku kontroli nad temperaturą w przypadku zwarcia przekaźnika lub obwodu grzewczego.

● Niniejsza instrukcja może także wykryć problem z grzaniem wynikający z otwartego obwodu przekaźnika lub grzewczego, lub też uszkodzonej taśmy grzewczej. W przypadku zwiększania się mocy przy sterowaniu temperaturą (parametr zapisany w rejestrze R4006) w określonym czasie (ustawionym w rejestrze R4007) oraz gdy uzyskanie spadku temperatury do wymaganego zakresu jest niemożliwe, bit ostrzeżenia zostanie ustawiony na WŁ i uaktywni się wyjście „ALM”.

● WR: Początkowy adres rejestru roboczego dla tej instrukcji. Składa się z 9 rejestrów i nie może być ponownie użyty. Zawartość dwóch rejestrów WR+0 i WR+1 wskazuje na to, czy aktualna temperatura mieści się w zakresie odchylenia (parametr zapisywany w rejestrach począwszy od Os). Jeżeli temperatura mieści się w zakresie odchylenia, to instrukcja ustawi bit dla tego punktu na WŁ. W odwrotnym przypadku ustawi bit na WYŁ.

      Definicja bitów dla WR+0:

                        Bit0=1 – temperatura w punkcie Sn+0 mieści się w wymaganym zakresie.
                                                     Bit15=1 – temperatura w punkcie Sn+15 mieści się w wymaganym zakresie.

         Definicja bitów dla WR+1:

         Bit0=1, temperatura w punkcie Sn+16 mieści się w wymaganym zakresie.

         Bit15=1, temperatura w punkcie Sn+31 mieści się w wymaganym zakresie.

         Rejestry WR+2 i WR+3 zawierają bity ostrzeżeń alarmujące o przekroczeniu najwyższej dopuszczalnej temperatury lub rozwarciu obwodu grzewczego.

         Definicja bitów dla WR+2:
                                       Bit0=1 - w punkcie Sn+0 nastąpiło przekroczenie najwyższej temperatury lub rozwarcie obwodu.
                                     Bit15=1 - w punkcie Sn+15 nastąpiło przekroczenie najwyższej temperatury lub rozwarcie obwodu.

         Definicja bitów dla WR+3:

         Bit0=1, w punkcie Sn+16 nastąpiło przekroczenie najwyższej temperatury lub rozwarcie obwodu
                                   Bit15=1 , w punkcie Sn+31 nastąpiło przekroczenie najwyższej temperatury lub rozwarcie obwodu

         Rejestry WR+4 ～ WR+8 są wykorzystywane przez funkcję.

● Sterowanie grzaniem lub chłodzeniem wymaga oddzielnych instrukcji.

 Rejestry związane z FUN 86

● R4003 = A55AH: Początkowy adres wartości odczytu temperatury określany jest w R4004

= Inne wartości: Początkowy adres wartości odczytu temperatury określany jest na ekranie konfiguracji temperatury

● R4004 = 10000～13839: R0~R3839 jest początkowym adresem wartości odczytu temperatury jako zmiennej procesowej przy regulacji PID

= 20000～23999: D0~D3999 jest początkowym adresem wartości odczytu temperatury jako zmiennej procesowej przy regulacji PID

= Inne wartości: Początkowy adres wartości odczytu temperatury określany jest na ekranie konfiguracji temperatury.

● R4005 : Młodsze bajty określają częstotliwość rozwiązań przy obliczeniach PID:

　=0, realizacja obliczeń PID co 1 sekundę.
       =1, realizacja obliczeń PID co 2 sekundy.
       =2, realizacja obliczeń PID co 4 sekundy. (wartość domyślna)
   =3, realizacja obliczeń PID co 8 sekund.

                     =4, realizacja obliczeń PID co 16 sekund.
     ³5, realizacja obliczeń PID co 32 sekundy.

Starszy bajt określa czas cyklu wyjścia WŁ / WYŁ PID (PWM) = 0. Czas cyklu PWM wynosi 1 sekundę.
                           =1，Czas cyklu PWM wynosi 2 sekundy. (wartość domyślna)
             =2，Czas cyklu PWM wynosi 4 sekundy.
   =3，Czas cyklu PWM wynosi 8 sekund.
   =4，Czas cyklu PWM wynosi 16 sekund.
             ³5，Czas cyklu PWM wynosi 32 sekundy.

Uwaga 1 : Przy zmianie wartości R4005, wartość na wyjściu „EN” FUN86 musi być ustawiona na 0. Następnym razem, gdy „EN”=1, obliczenia PID zostaną zrealizowane na podstawie ostatniej nastawy.

Uwaga 2 : Im krótszy czas cyklu PWM, tym bardziej równomierne jest grzanie. Jednakże błąd spowodowany czasem skanu PLC będzie także wyższy. W celu uzyskania najefektywniejszego sterowania regulacja częstotliwości rozwiązań obliczeń PID oraz czasu cyklu PWM może odbywać się na podstawie czasu skanu PLC.

● R4006：Nastawa dla ostrzeżenia o przekroczonej mocy przy rozwartym obwodzie SSR, grzewczym lub uszkodzonej taśmie grzewczej. Jednostką jest %, a zakres ustawień wynosi 80～100(%); wartość domyślna to 90(%).

● R4007：Czas aktywności wyjścia wysokiej mocy przy rozwartym obwodzie SSR, grzewczym lub uszkodzonej taśmie grzewczej. Jednostką jest sekunda, a zakres ustawień wynosi 60～65535 (sekund). Wartość domyślna wynosi 600 (sekund).

● R4008：Nastawa dla ostrzeżenia o przekroczonej maksymalnej temperaturze przy rozwartym obwodzie SSR, grzewczym lub uszkodzonej taśmie grzewczej. Jednostką jest 0.1 stopnia, a zakres ustawień wynosi 100～65535; wartość domyślna to 3500 (jednostka 0.1°).

● R4012：             Każdy bit R4012 wskazuje potrzebę regulacji temperatury PID.
           Bit0=1 oznacza, że pierwszy punkt wymaga regulacji temperatury PID.
           Bit1=1 oznacza, że drugi punkt wymaga regulacji temperatury PID.
            ‧
            ‧
           Bit15=1 oznacza, że 16-sty punkt wymaga regulacji temperatury PID.

                 (Domyślna wartość dla R4012 wynosi FFFFH)

● R4013：Każdy bit R4013 wskazujepotrzebę regulacji temperatury PID
           Bit0=1 oznacza, że 17-sty punkt wymaga regulacji temperatury PID.
           Bit1=1 oznacza, że 18-sty punkt wymaga regulacji temperatury PID.
            ‧
            ‧
           Bit15=1 oznacza, że 32-gi punkt wymaga regulacji temperatury PID.
           (Domyślna wartość dla R4013 wynosi FFFFH)

●  Jeżeli „EN”=1, a odpowiedni bit regulacji PID dla tego punktu jest WŁ (status odpowiedniego bitu dla R4012 lub R4013 musi wynosić 1), to instrukcja FUN86 zrealizuje operację PID i odpowie na obliczenia sygnałem wyjściowym.

●  Jeżeli „EN”=1, a odpowiedni bit regulacji PID dla tego punktu jest WYŁ (status odpowiedniego bitu dla R4012 lub R4013 musi wynosić 0), to instrukcja FUN86 nie zrealizuje operacji PID, a sygnał wyjściowy w tym punkcie nie będzie aktywny.

●  Program drabinkowy może sterować odpowiednim bitem R4012 i R4013 w celu przekazywania FUN86 informacji o tym, czy zrealizować, czy nie zrealizować regulacji PID. Program wymaga zastosowania jedynie instrukcji FUN86.

 Przykład programu 

 Opis

● Statusy M800～M815 są sterowane za pomocą MMI i zewnętrznych wejść w celu wskazania, który kanał wymaga regulacji PID. Jeżeli odpowiedni bit jest WŁ, to regulacja jest wymagana; jeżeli jest WYŁ, regulacja nie jest wymagana.

    ● Jeżeli M0-WŁ, to instrukcja zrealizuje regulację PID grzania w 10 (Zn=10) kanałach od kanału 0 (Sn=0) do kanału 9.

    ● Y30 ～ Y39 : Wyjścia WŁ / WYŁ PID (PWM). Muszą to być wyjścia tranzystorowe.

    ● R100～R109 : Rejestry nastaw (jednostka 0.1°).

    ● R110～R119 : Rejestry strefy odchyleń – offsetu (jednostka 0.1°). Określają, czy temperatura mieści się w zakresie ustawień.

   np.  Jeżeli nastawa wynosi 2000 (200.0°), a strefa odchyleń 50 (5.0°), wówczas

1950 (195.0°) ≦ Aktualna wartość ≦ 2050 (205.0°); oznacza to, że wartość temperatury mieści się w zakresie.

    ● R120～R129 : Ustawienie wzmocnienia.

    ● R130～R139 : Ustawienie stałej całkowania.

    ● R140～R149 : Ustawienie stałej różniczkowania.

    ● R200～R209 : Wynik obliczeń PID (zakres wartości 0～16383).

    ● R300～R308 : Rejestry robocze. Nie mogą być ponownie użyte.

    ● W przypadku błędu w ustawieniu Sn, Zn, instrukcja ta nie zostanie zrealizowana, a status M100 będzie WŁ.

    ● Jeżeli któraś wartość temperatury nie mieści się w zakresie lub pojawiło się ostrzeżenie o przekroczeniu maksymalnej temperatury lub nieprawidłowym grzaniu, status na wyjściu M101 będzie WŁ.

  Uwaga : Przy pierwszej realizacji instrukcji FUN86 system automatycznie przypisze do każdego kanału wartość wzmocnienia (Kc), stałą całkowania (Ki) i różniczkowania (Td). Wartości te mogą być zmieniane podczas realizacji ustawień aplikacji.

    ● M400～M409 : Wskaźniki temperatury mieszczącej się w zakresie offsetu.

    ● M416～M425 : Wskaźnik ostrzeżenia o przekroczeniu maksymalnej temperatury lub nieprawidłowym grzaniu.