Náš třetí článek věnovaný PID regulaci v PLC Simatic S7-1200 bude věnován PWM výstupu regulátoru a jeho použití v regulované soustavě. Použijeme regulátor PID_Compact V2, stejný jako v prvním článku. Tentokrát ale budeme skutečně regulovat teplotu výkonového odporu měřenou snímačem Pt100. Neuškodí připomenout si schéma samotného regulátoru, kde na výstup PWM pověsíme digitální výstup PLC.
Modul pro připojení Pt100 a také modul analogových výstupů osadíme do naší sestavy Profinet periferie TB20. Analogový výstup slouží pro měření aktuální teploty na osciloskopu, abychom viděli, jak se vše mění a reguluje v PID regulátoru CPU1212C.
Sestava je v podstatě shodná s minulou, kde jsme používali stejnou regulaci odporu 27 ohmů napájeného z 24V digitálního výstupu. Měření jeho povrchové teploty zajistila Pt100, jen jako PID byl použit třístavový regulátor. Ten sice nebyl ideální pro tento typ soustavy, ale nakonec taky něco dokázal, udržel teplotu v jednom stupni Celsia.
PID_Compact v PLC programu, většina parametrů shodná s minulou aplikací, ovšem spojitý Output_PER nevyužíváme, regulovat budeme pomocí PWM výstupu, tedy digitálním výstupem který mění střídu signálu. Vše uvidíme jasně na osciloskopu.
Druhý paralelní digitální výstup máme pouze pro vizuální kontrolu na výstupním modulu.
PID regulátor jsme jen přepnuli do módu měření teploty, abychom jako minule zadávali přímo teplotu a nemuseli nic kalibrovat.
Kalibrace PER vstupu, tedy vstupu určeného pro připojení skutečné hodnoty regulované veličiny z analogových modulů PLC. Náš Pt100 vstupní modul nám již na vstupní adrese nasype přímo teplotu na jedno desetinné místo. Nic ale nebrání jemnější kalibraci třeba jen pro rozsah 100°C, ovšem výhodu tím nezískáme, přesnost a rozlišení je dáno v Pt100 modulu.
Tento regulační bastl z minulého článku jsme zase oprášili ze šuplíku a uvidíte, že teplotu odporu budeme regulovat podstatně přesněji jako s třístavovým regulátorem.
Nemá význam nic vymýšlet, nastavíme hodnoty PID parametrů do továrního nastavení a spustíme jemné ladění. To sice trvá klidně desítky minut (56 minut v našem případě), ale výsledek stojí za to. V životě bychom tyto parametry jen tak pokusně ručně nenastavili. Přišel na to i kolega na fóru, že automatické ladění je většinou nejlepší cesta k pořádné regulaci.
Klikněte na obrázek pro zvětšení
PWM pulzní šířková modulace průběh signálu při automatickém ladění. Délka výstupního pulsu je dlouhá, potřebujeme hodně přidat.
Přesně naopak, délka sepnutí výstupu velmi krátká, regulátor jen jemně dolaďuje.
Ladění ukončeno. Regulátor se přepnul do automatického režimu a nastavil původní žádanou hodnotu teploty.
Klikněte na obrázek pro zvětšení
Porovnáme si, jaké PID hodnoty automatika dosadila do parametrů regulátoru po ukončení ladění. Sampling time, tedy vzorkovací čas regulátor posunul na 1,7 sekund.
PWM výstup, jeden centimetr horizontálního měřítka je 200ms. Délka jednoho regulačního cyklu, tedy perioda je 1,7 sekundy. Přesně podle dosazeného času v minulém obrázku. Můžete si to zkoušet měnit a sledovat odezvy.
Taková drobnost, abychom na biografu viděli jemný průběh aktuální teploty, tedy zpětnovazebního signálu, zkalibrujeme si údaj z Pt100 a pošleme na analogový výstup 0-10V. Stačí nám rozmezí jednoho stupně pro 0-10V. Set point neboli žádaná hodnota teploty, nastaven na 55°C. Aktuální teplotu regulátor drží parádně v desetině °C.
Přesně takto, PWM neustále přesně vyváženými impulsy udržuje teplotu odporu na nastavené hodnotě. Nepohne se to ani o chlup. Pokud soustavu trochu rozvážíte, velmi rychle ji regulátor vyrovná. Podívejte se na videoukázku, kde stačilo na odpor trochu fouknout, teplota poklesla o několik desetin °C a regulátor ihned vše vyrovnal. Je to vidět přesně jako učebnicový příklad.
Pro pořádek VAT tabulka ovládání regulátoru. Opět je důležité si kontrolovat stejný řád žádané a skutečné hodnoty, řádek 12 a 18, aby regulace fachčila.
Klikněte na obrázek pro zvětšení
Grafický průběh regulace v TIA Portal, drží to jako přibité, sem tam se to pohne o desetinku °C.
Klikněte na obrázek pro zvětšení
Tady je vidět ta desetina °C (červený kanál) a reakce regulátoru na ni. PID okamžitě zmenší délku několika pulsů a následně opět udržuje teplotu na 55°C.
Zbývá připomenout nutnost použít na PWM digitálním výstupu přímo zátěž, nebo elektronický spínač v případě náročnější proudové regulace. Použití relé by vzhledem k délce a množství pulsů řádně nefungovalo.
PWM výstup PID a regulace teploty v praktické ukázce.
https://www.youtube.com/watch?v=qzT0-DSyNIM&feature=youtube
Závěr:
Nečekali jsme, že se ten bastl podaří přes PWM výstup tak perfektně uregulovat. Je vidět že každá soustava potřebuje to svoje a i když s třístavovým regulátorem se dá taky něco udělat, spojitá regulace je pro tuto soustavu přece jen nejlepší. Pokud jste přečetli všechny tři články věnované PID regulátoru v PLC, tak máte aspoň základní přehled o PID regulátorech v PLC.
Pro připomínky můžete použít také komentáře dole pod článkem.
Jaroslav Blažek
Doplňující odkazy k článku:
Popis analogových modulů TB20 najdete tady.
Předchozí článek PID_3Step v S7-1200 je tady.
První článek PID Compact V2 v Simatic S7-1200 je zde.
