چگونه از تابع کنترل PID در PLC زیمنس استفاده کنیم؟

سلام! من به عنوان یک تامین کننده PLC زیمنس، سوالات زیادی در مورد استفاده از تابع کنترل PID در PLC های زیمنس دارم. این یک ویژگی فوق العاده مفید است، اما در ابتدا پیچاندن سرتان کمی دشوار است. بنابراین، فکر کردم نکات و ترفندهایی را در مورد نحوه استفاده موثر از آن به اشتراک بگذارم.

کنترل PID چیست؟

قبل از اینکه به نحوه استفاده از کنترل PID در PLC های زیمنس بپردازیم، اجازه دهید به سرعت به این موضوع بپردازیم که کنترل PID چیست. PID مخفف Proportional، Integral و مشتق شده است. این یک الگوریتم کنترلی است که برای تنظیم یک متغیر فرآیند، مانند دما، فشار، یا نرخ جریان، به یک نقطه تنظیم مورد نظر استفاده می‌شود.

عبارت تناسبی خروجی را بر اساس خطای فعلی بین نقطه تنظیم و متغیر فرآیند تنظیم می کند. عبارت انتگرال خطا را در طول زمان انباشته می کند و خروجی را برای حذف هرگونه خطای حالت پایدار تنظیم می کند. عبارت مشتق، خطای آینده را بر اساس نرخ تغییر متغیر فرآیند پیش بینی می کند و خروجی را برای جلوگیری از بیش از حد مجاز تنظیم می کند.

چرا از کنترل PID در PLC های زیمنس استفاده کنیم؟

PLC های زیمنس به طور گسترده در اتوماسیون صنعتی استفاده می شوند زیرا قابل اعتماد، انعطاف پذیر و آسان برای برنامه ریزی هستند. عملکرد کنترل PID در PLC های زیمنس به شما امکان می دهد استراتژی های کنترلی پیشرفته ای را برای بهبود عملکرد و کارایی فرآیندهای خود پیاده سازی کنید.

در اینجا برخی از مزایای استفاده از کنترل PID در PLC های زیمنس آورده شده است:

• بهبود ثبات فرآیند:کنترل PID با تنظیم خروجی بر اساس خطای فعلی و نرخ تغییر متغیر فرآیند به حفظ متغیر فرآیند پایدار کمک می کند.
• کاهش زمان بیش از حد و ته نشینی:عبارت مشتق در کنترل PID به پیش بینی خطای آینده و تنظیم خروجی برای جلوگیری از بیش از حد کمک می کند. عبارت انتگرال به حذف هرگونه خطای حالت پایدار و کاهش زمان ته نشینی کمک می کند.
• افزایش کارایی:کنترل PID با تنظیم خروجی به حداقل سطح مورد نیاز برای حفظ نقطه تنظیم به بهینه سازی فرآیند کمک می کند. این می تواند منجر به صرفه جویی در انرژی و کاهش فرسودگی تجهیزات شود.

نحوه استفاده از کنترل PID در PLC های زیمنس

اکنون که کنترل PID چیست و چرا مفید است، بیایید نگاهی به نحوه استفاده از آن در PLC های زیمنس بیندازیم. فرآیند استفاده از کنترل PID در PLC های زیمنس را می توان به مراحل زیر تقسیم کرد:

1. متغیر فرآیند و نقطه تنظیم را تعریف کنید:اولین مرحله این است که متغیر فرآیندی را که می‌خواهید کنترل کنید، مانند دما، فشار، یا سرعت جریان و نقطه تنظیم مورد نظر، تعریف کنید.
2. بلوک کنترل کننده PID مناسب را انتخاب کنید:PLC های زیمنس انواع بلوک های کنترل کننده PID را ارائه می دهند که هر کدام دارای ویژگی ها و قابلیت های متفاوتی هستند. شما باید بلوک کنترل کننده PID مناسب را بر اساس نیازهای برنامه خود انتخاب کنید.
3. بلوک کنترل کننده PID را پیکربندی کنید:هنگامی که بلوک کنترل کننده PID مناسب را انتخاب کردید، باید آن را با تنظیم پارامترهای PID مانند بهره متناسب، زمان انتگرال و زمان مشتق پیکربندی کنید.
4. بلوک کنترلر PID را به متغیر فرآیند و خروجی وصل کنید:مرحله بعدی اتصال بلوک کنترل کننده PID به متغیر فرآیند و خروجی است. متغیر فرآیند معمولاً با استفاده از یک سنسور اندازه‌گیری می‌شود و خروجی معمولاً یک سیگنال کنترلی است که برای تنظیم فرآیند استفاده می‌شود.
5. تنظیم کننده PID را تنظیم کنید:بعد از اینکه بلوک کنترلر PID را پیکربندی کردید و آن را به متغیر فرآیند و خروجی متصل کردید، باید کنترلر PID را تنظیم کنید تا عملکرد آن را بهینه کنید. این شامل تنظیم پارامترهای PID برای دستیابی به پاسخ مطلوب است.

بیایید نگاهی دقیق تر به هر یک از این مراحل بیندازیم.

مرحله 1: متغیر فرآیند و نقطه تنظیم را تعریف کنید

اولین گام در استفاده از کنترل PID در PLC های زیمنس، تعریف متغیر فرآیندی است که می خواهید کنترل کنید و نقطه تنظیم مورد نظر. متغیر فرآیند معمولاً با استفاده از یک سنسور مانند سنسور دما، سنسور فشار یا سنسور جریان اندازه‌گیری می‌شود. نقطه تنظیم مقدار مورد نظر متغیر فرآیندی است که می خواهید حفظ کنید.

به عنوان مثال، فرض کنید شما در حال کنترل دمای یک فرآیند گرمایش هستید. متغیر فرآیند دمای فرآیند گرمایش است و نقطه تنظیم دمای مطلوبی است که می‌خواهید حفظ کنید.

مرحله 2: بلوک کنترل کننده PID مناسب را انتخاب کنید

PLC های زیمنس انواع بلوک های کنترل کننده PID را ارائه می دهند که هر کدام دارای ویژگی ها و قابلیت های متفاوتی هستند. شما باید بلوک کنترل کننده PID مناسب را بر اساس نیازهای برنامه خود انتخاب کنید.

برخی از عواملی که باید هنگام انتخاب بلوک کنترلر PID در نظر بگیرید عبارتند از:

• تعداد ورودی و خروجی:بلوک کنترل کننده PID باید ورودی و خروجی کافی برای مطابقت با نیازهای برنامه شما داشته باشد.
• الگوریتم PID:بلوک کنترل کننده PID باید از الگوریتم PID که می خواهید استفاده کنید، مانند الگوریتم استاندارد PID یا الگوریتم PI، پشتیبانی کند.
• زمان نمونه برداری:زمان نمونه برداری از بلوک کنترل کننده PID باید برای نیازهای برنامه شما مناسب باشد.
• واحدهای مقیاس بندی و مهندسی:بلوک کنترل کننده PID باید از واحدهای مقیاس بندی و مهندسی متغیر و خروجی فرآیند شما پشتیبانی کند.

در اینجا برخی از بلوک های کنترل کننده PID موجود در PLC های زیمنس آورده شده است:

• FB41 (CONT_C):این یک بلوک کنترل کننده PID استاندارد است که در PLC های زیمنس موجود است. این الگوریتم استاندارد PID را پشتیبانی می‌کند و دارای ویژگی‌ها و قابلیت‌های مختلفی مانند تنظیم خودکار، حالت دستی و ضد باد کردن است.
• FB42 (CONT_S):این یک بلوک کنترل کننده PID تخصصی است که برای استفاده در فرآیندهای پیوسته طراحی شده است. از الگوریتم PI پشتیبانی می کند و دارای ویژگی ها و قابلیت های مختلفی مانند تنظیم خودکار، حالت دستی و ضد باد کردن است.
• FB43 (PULSEGEN):این یک بلوک کنترل کننده PID تخصصی است که برای استفاده در برنامه های مدولاسیون عرض پالس (PWM) طراحی شده است. این الگوریتم استاندارد PID را پشتیبانی می‌کند و دارای ویژگی‌ها و قابلیت‌های مختلفی مانند تنظیم خودکار، حالت دستی و ضد باد کردن است.

مرحله 3: بلوک کنترل کننده PID را پیکربندی کنید

هنگامی که بلوک کنترل کننده PID مناسب را انتخاب کردید، باید آن را با تنظیم پارامترهای PID مانند بهره متناسب، زمان انتگرال و زمان مشتق پیکربندی کنید. پارامترهای PID تعیین می کنند که چگونه کنترل کننده PID به تغییرات در متغیر فرآیند و نقطه تنظیم پاسخ می دهد.

بهره نسبی قدرت عبارت متناسب در الگوریتم PID را تعیین می کند. افزایش متناسب بیشتر منجر به پاسخ سریع‌تر می‌شود، اما همچنین می‌تواند منجر به بیش از حد و بی‌ثباتی شود. افزایش نسبت کمتر منجر به پاسخ کندتر می شود، اما همچنین می تواند منجر به سیستم پایدارتر شود.

زمان انتگرال قدرت عبارت انتگرال را در الگوریتم PID تعیین می کند. زمان انتگرال کوتاه‌تر منجر به حذف سریع‌تر خطای حالت پایدار می‌شود، اما می‌تواند به بیش از حد و بی‌ثباتی نیز منجر شود. زمان انتگرال طولانی‌تر منجر به حذف کندتر خطای حالت پایدار می‌شود، اما می‌تواند به سیستم پایدارتری نیز منجر شود.

زمان مشتق، قدرت عبارت مشتق را در الگوریتم PID تعیین می کند. زمان مشتق طولانی‌تر منجر به پیش‌بینی سریع‌تر خطای آینده و پاسخ سریع‌تر می‌شود، اما همچنین می‌تواند منجر به نویز و بی‌ثباتی شود. زمان مشتق کوتاه‌تر منجر به پیش‌بینی کندتر خطای آینده و پاسخ کندتر می‌شود، اما همچنین می‌تواند منجر به سیستم پایدارتر شود.

فرآیند پیکربندی بلوک کنترلر PID می تواند کمی مشکل باشد، به خصوص اگر در کنترل PID تازه کار هستید. خوشبختانه، PLC های زیمنس ابزارها و ویژگی های مختلفی را برای کمک به پیکربندی بلوک کنترل کننده PID، مانند ابزار PID Tuner و سیستم راهنمای آنلاین، ارائه می دهند.

مرحله 4: بلوک کنترل کننده PID را به متغیر فرآیند و خروجی متصل کنید

مرحله بعدی اتصال بلوک کنترل کننده PID به متغیر فرآیند و خروجی است. متغیر فرآیند معمولاً با استفاده از یک سنسور اندازه‌گیری می‌شود و خروجی معمولاً یک سیگنال کنترلی است که برای تنظیم فرآیند استفاده می‌شود.

فرآیند اتصال بلوک کنترلر PID به متغیر فرآیند و خروجی می تواند بسته به نوع بلوک کنترل کننده PID که استفاده می کنید و نوع سنسور و خروجی که استفاده می کنید متفاوت باشد. با این حال، روند کلی شامل مراحل زیر است:

1. متغیر فرآیند را به ورودی بلوک کنترلر PID متصل کنید:متغیر فرآیند معمولاً با استفاده از یک سنسور مانند سنسور دما، سنسور فشار یا سنسور جریان اندازه‌گیری می‌شود. شما باید خروجی سنسور را به ورودی بلوک کنترلر PID وصل کنید.
2. خروجی بلوک کنترلر PID را به دستگاه خروجی وصل کنید:خروجی بلوک کنترلر PID معمولاً یک سیگنال کنترلی است که برای تنظیم فرآیند استفاده می شود. شما باید خروجی بلوک کنترلر PID را به ورودی دستگاه خروجی مانند شیر، موتور یا بخاری وصل کنید.
3. مقیاس بندی ورودی و خروجی را پیکربندی کنید:مقیاس ورودی و خروجی تعیین می کند که چگونه متغیر فرآیند و خروجی بین واحدهای فیزیکی و مقادیر دیجیتالی که توسط بلوک کنترل کننده PID استفاده می شود، تبدیل می شوند. شما باید مقیاس ورودی و خروجی را بر اساس مشخصات سنسور و دستگاه خروجی پیکربندی کنید.

مرحله 5: کنترل کننده PID را تنظیم کنید

بعد از اینکه بلوک کنترلر PID را پیکربندی کردید و آن را به متغیر فرآیند و خروجی متصل کردید، باید کنترلر PID را تنظیم کنید تا عملکرد آن را بهینه کنید. این شامل تنظیم پارامترهای PID برای دستیابی به پاسخ مطلوب است.

فرآیند تنظیم کنترلر PID می تواند کمی مشکل باشد، به خصوص اگر در کنترل PID تازه کار هستید. با این حال، روش‌ها و تکنیک‌های مختلفی وجود دارد که می‌توانید از آن‌ها برای تنظیم کنترلر PID استفاده کنید، مانند روش Ziegler-Nichols، روش کوهن-Coon و ویژگی تنظیم خودکار.

روش Ziegler-Nichols یک روش محبوب برای تنظیم کنترلر PID است. این شامل مراحل زیر است:

1. زمان انتگرال و زمان مشتق را روی صفر تنظیم کنید:اولین قدم این است که زمان انتگرال و زمان مشتق را صفر کنید و بهره متناسب را تا زمانی که سیستم شروع به نوسان کند افزایش دهید.
2. سود بحرانی و دوره بحرانی را ثبت کنید:بهره بحرانی بهره متناسبی است که در آن سیستم شروع به نوسان می کند و دوره بحرانی دوره زمانی نوسانات است.
3. محاسبه پارامترهای PID:هنگامی که سود بحرانی و دوره بحرانی را ثبت کردید، می توانید پارامترهای PID را با استفاده از فرمول های Ziegler-Nichols محاسبه کنید.

روش کوهن کون یکی دیگر از روش های محبوب برای تنظیم کنترلر PID است. این روش شبیه به روش زیگلر-نیکلز است، اما پویایی فرآیند و زمان مرده سیستم را در نظر می گیرد.

ویژگی تنظیم خودکار یک راه راحت برای تنظیم کنترلر PID است. این در برخی از PLC های زیمنس موجود است و به شما امکان می دهد با اجرای آزمایشی روی سیستم، کنترل کننده PID را به طور خودکار تنظیم کنید.

نمونه هایی از استفاده از کنترل PID در PLC های زیمنس

اکنون که اصول استفاده از کنترل PID در PLC های زیمنس را توضیح دادیم، بیایید به چند نمونه از استفاده از کنترل PID در برنامه های کاربردی دنیای واقعی نگاهی بیندازیم.

مثال 1: کنترل دما

فرض کنید دمای یک فرآیند گرمایش را با استفاده از PLC زیمنس کنترل می کنید. متغیر فرآیند دمای فرآیند گرمایش است و نقطه تنظیم دمای مطلوبی است که می‌خواهید حفظ کنید.

مراحل زیر نحوه استفاده از کنترل PID را برای کنترل دمای فرآیند گرمایش بیان می کند:

1. متغیر فرآیند و نقطه تنظیم را تعریف کنید:متغیر فرآیند دمای فرآیند گرمایش است و نقطه تنظیم دمای مطلوبی است که می‌خواهید حفظ کنید.
2. بلوک کنترل کننده PID مناسب را انتخاب کنید:شما باید بلوک کنترل کننده PID مناسب را بر اساس نیازهای برنامه خود انتخاب کنید. برای این مثال، اجازه دهید از بلوک کنترلر PID FB41 (CONT_C) استفاده کنیم.
3. بلوک کنترل کننده PID را پیکربندی کنید:شما باید بلوک کنترلر PID را با تنظیم پارامترهای PID مانند بهره متناسب، زمان انتگرال و زمان مشتق پیکربندی کنید. برای این مثال، اجازه دهید از پارامترهای PID زیر استفاده کنیم:
   • سود متناسب: 2.0
   • زمان انتگرال: 100 ثانیه
   • زمان مشتق: 10 ثانیه
4. بلوک کنترلر PID را به متغیر فرآیند و خروجی وصل کنید:شما باید بلوک کنترلر PID را به متغیر فرآیند و خروجی متصل کنید. متغیر فرآیند معمولاً با استفاده از سنسور دما اندازه گیری می شود و خروجی معمولاً یک سیگنال کنترلی است که برای تنظیم بخاری استفاده می شود.
5. تنظیم کننده PID را تنظیم کنید:برای بهینه سازی عملکرد آن، باید کنترلر PID را تنظیم کنید. این شامل تنظیم پارامترهای PID برای دستیابی به پاسخ مطلوب است. برای این مثال، اجازه دهید از روش Ziegler-Nichols برای تنظیم کنترلر PID استفاده کنیم.

مثال 2: کنترل فشار

فرض کنید فشار یک سیستم هیدرولیک را با استفاده از PLC زیمنس کنترل می کنید. متغیر فرآیند فشار سیستم هیدرولیک است و نقطه تنظیم فشار مطلوبی است که می خواهید حفظ کنید.

مراحل زیر نحوه استفاده از کنترل PID برای کنترل فشار سیستم هیدرولیک را شرح می دهد:

1. متغیر فرآیند و نقطه تنظیم را تعریف کنید:متغیر فرآیند فشار سیستم هیدرولیک است و نقطه تنظیم فشار مطلوبی است که می خواهید حفظ کنید.
2. بلوک کنترل کننده PID مناسب را انتخاب کنید:شما باید بلوک کنترل کننده PID مناسب را بر اساس نیازهای برنامه خود انتخاب کنید. برای این مثال، اجازه دهید از بلوک کنترلر PID FB41 (CONT_C) استفاده کنیم.
3. بلوک کنترل کننده PID را پیکربندی کنید:شما باید بلوک کنترلر PID را با تنظیم پارامترهای PID مانند بهره متناسب، زمان انتگرال و زمان مشتق پیکربندی کنید. برای این مثال، اجازه دهید از پارامترهای PID زیر استفاده کنیم:
   • سود متناسب: 1.5
   • زمان انتگرال: 150 ثانیه
   • زمان مشتق: 15 ثانیه
4. بلوک کنترلر PID را به متغیر فرآیند و خروجی وصل کنید:شما باید بلوک کنترلر PID را به متغیر فرآیند و خروجی متصل کنید. متغیر فرآیند معمولاً با استفاده از سنسور فشار اندازه گیری می شود و خروجی معمولاً یک سیگنال کنترلی است که برای تنظیم پمپ استفاده می شود.
5. تنظیم کننده PID را تنظیم کنید:برای بهینه سازی عملکرد آن، باید کنترلر PID را تنظیم کنید. این شامل تنظیم پارامترهای PID برای دستیابی به پاسخ مطلوب است. برای این مثال، اجازه دهید از روش کوهن-کون برای تنظیم کنترلر PID استفاده کنیم.

نتیجه گیری

در پایان، استفاده از کنترل PID در PLC های زیمنس می تواند یک راه قدرتمند برای بهبود عملکرد و کارایی فرآیندهای شما باشد. با دنبال کردن مراحل ذکر شده در این پست وبلاگ، می توانید نحوه استفاده از کنترل PID در PLC های زیمنس را یاد بگیرید و آن را در برنامه های خود اعمال کنید.

اگر علاقه مند به کسب اطلاعات بیشتر در مورد استفاده از کنترل PID در PLC های زیمنس هستید یا اگر به دنبال تامین کننده قابل اعتماد زیمنس PLC هستید، لطفا با ما تماس بگیرید. ما خوشحال می شویم که در مورد نیازهای اتوماسیون شما به شما کمک کنیم.

مراجع

• اتوماسیون و درایوهای زیمنس (20XX). راهنمای سیستم SIMATIC S7-1200.
• اتوماسیون و درایوهای زیمنس (20XX). راهنمای سیستم SIMATIC S7-1500.
• اتوماسیون و درایوهای زیمنس (20XX). راهنمای سیستم SIMATIC S7-200.