Abychom mohli vyzkoušet třístavový PID regulátor, zařadíme do naší sestavy TB20 periferie modul měření teploty se snímačem Pt100. A pak bude potřeba něco taky regulovat a teplotu toho něčeho měřit. Jako PLC je použit Simatic S7-1200, periferie TB20 jsou připojeny k PLC přes Profinet.
TB20 Modul 600-253-4AB01 umožní připojit dvě Pt100 čidla dvoudrátové, nebo jedno tří a čtyřdrátové. Používáme TB20, tedy to co máme k dispozici, pro ET200S modul Pt100 není momentálně dostupný.
Bez měření není regulace, potřebujeme teplotu jak regulovat, tak měřit. Tohle je naše topná soustava, výkonový odpor 27ohmů a na něm přiloženo Pt100 čidlo teploty. Odpor je napájen z digitálního výstupu 24V který unese 0,7A. Těch přibližně 15W výkonu na odporu by mělo stačit k zahřátí odporu tak, abychom tuto teplotu dokázali regulovat z PLC. Je to bastl jako hrom, ale jak uvidíte dále, funguje to.
Prostřední modul 8xDO a jeho poslední výstup bude regulovat teplotu, v podstatě jen zapínáním a vypínáním proudu do odporu. Tento princip ohřevu se v praxi využívá třeba u vyhřívání různých nožů a podobně.
Klikněte na obrázek pro zvětšení
Skutečně zapnutí digitálního výstupu poměrně rychle rozehřeje výkonový odpor, horší situace nastává při chlazení, které probíhá přirozenou cestou, tedy jen teplotou okolí. Úkol, i když zdánlivě primitivní, není pro regulaci až tak jednoduchý.
Podobně jako u minulého typu regulátoru je nezbytné omrknout schéma zapojení, i když tohle celé je realizováno jedním funkčním blokem v PLC. V každém případě je třeba vědět kam připojit žádanou hodnotu teploty, v jakém rozsahu a kde bude zpětná vazba teploty a jak se kalibruje. Do vstupů PID již musí být obě hodnoty ve stejném rozsahu.
Klikněte na obrázek pro zvětšení
Minule jsme zkoušeli kompaktní regulátor, nyní tedy přijde na řadu třístavový PID ve verzi 2.2. Nejnovější PLC a firmware mají k dispozici ještě další regulace.
Úplně stejně jako v minulé ukázce vložíme do programu třístavový regulátor, k němu DB203. Tento regulátor má pro ovládání soustavy dva digitální výstupy, jeden v podstatě topí, druhý chladí. My chlazení nemáme, použijeme přirozené chlazení okolím.
Teplotu z měřícího TB20 modulu dostaneme jako proměnnou v rozsahu -2000 .. +8500, tedy x0,1°C. Více v článku o analogových modulech periferií TB20. Bit InpPEER_on jen ověřuje, že máme jako zpětnou vazbu zapnutou cestu přes Input_PER, jinak by nám regulátor nic nereguloval, neměl by zpětnou vazbu a odchylka by byla stále na maximu.
Protože používáme jako zpětnou vazbu vstup PER, tedy vstup určený pro připojení signálů z analogových vstupů, musíme jej kalibrovat. Proto pro vstup máme plný rozsah modulu Pt100. Jinak bychom kalibrovali například vstup 4-20mA s teplotním převodníkem a podobně.
Klikněte na obrázek pro zvětšení
Na blokovém schématu regulátoru z helpu, nejsou ani zdaleka uvedeny všechny proměnné a ovládací prvky regulátoru, proto je vhodné celý regulátor otevřít v DB editoru.
Tady si ověříme, zda opravdu pasuje žádaná hodnota a zpětná vazba, zda mají čísla stejný formát a hlavně hodnoty. Klidně můžou být posunuty o jeden řád a při ladění na to ihned nepřijdeme. Takže žádaná hodnota jako Setpoint na řádku 2, zpětná vazba jako Input_PER na řádku 4 je jako vstup do PID po kalibraci na řádku 14. Vše v pořádku.
Klikněte na obrázek pro zvětšení
Základní nastavení PID vazeb. Jak jsme si uváděli minule, tohle je to hlavní co dělá celou regulaci. Nastavit všechny proměnné ručně není jednoduché, ani se to nedělá.
V uvádění do provozu a ladění regulace je hezké blokové schéma. Pozor na LED Actuator_H a L, pokud se rozsvítí, příliš dlouho byl regulátor na krajní mezi a blokuje se celý PID. Regulátor totiž hlídá, i když není použit, ovládací mechanismus ventilu, aby se třeba nezasekl a podobně.
Přednastavení v praxi, u takové soustavy to není na pár desítek vteřin, ale trvá to dost dlouho. Ladící nástroj měří reakce soustavy na topení, chlazení, setrvačnosti a další veličiny, z toho všeho pak vypočítá a dosadí ideální nastavení PID.
Klikněte na obrázek pro zvětšení
Takové hodnoty nám automatické přednastavení dosadilo do PID. Jemné ladění jsme u této pomalé soustavy nespouštěli.
Vše se dá také pohodlně ovládat z VAT tabulky proměnných.
Klikněte na obrázek pro zvětšení
Nakonec jsme se dopracovali asi k takovému výsledku, regulátor vždy na chvilku sepnul výstup a ohřál odpor. V podstatě "dostrkával" teplotu na nastavenou tak, aby rozptyl teploty byl co nejmenší. Jak je vidět, na ten bastl je výsledek celkem slušný, ŽH teploty = 45°C.
Nejlepší informace. Změna teploty z 45°C na 42°C a zpět. Lepší už to asi nebude, ale teplota drží ve stupni. Podle časové základny sestup teploty s chlazením okolím, trvá zhruba 2 minuty. Musíme ale poznamenat, že pro vyšší teploty 55 .. 60°C byla regulace trochu rychlejší.
Klikněte na obrázek pro zvětšení
Jako obvykle samotný PID regulátor disponuje chybovým hlášením a kódy, takže v případě nutnosti poznáte co je špatně.
Závěr:
Celkem se ten bastl podařilo nějak uregulovat, měli jsme připravenou variantu ponořit odpor i měření do vody (nebo instalovat do ledničky), aby došlo rychleji k ochlazení, ale nebylo to nutné, to si můžete vyzkoušet sami. Zajímavé bude vrátit se k předešlému typu PID regulátoru a využít pro regulaci jeho pulzně modulovaný PWM výstup. To si ale ukážeme zase někdy příště.
Jaroslav Blažek
Doplňující odkazy k článku:
Popis analogových modulů TB20 najdete tady.
Následující článek PID regulace teploty PWM výstupem najdete tady.
Předchozí článek PID Compact V2 v Simatic S7-1200 je zde.
