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SIMATIC Standard PID Control

1. Parameter Bedeutung Zul ssiger Wertebereich MAN Hand Stellwert 100 0 bis 100 0 Eingangsparameter Ausgang MAN_GEN d Parameter Typ Signal Typ MANGN_ON BOOL FALSE LMN_HLM REAL 0 0 D LMN_LLM REAL 0 0 e MANUP BOOL FALSE ee MANDN BOOL ms y y yY y outv y LMNFC_IN REAL 00 Le gt S Ol Yyy L gt MP8 REAL 0 0 0 MAN REAL 0 0 Is Ba Vorbelegung bei Neuerstellung des Instanz DR Bild 5 4 5 6 Funktionsschema und Parameter des Stellwertgenerators Standard PID Control A5E00204508 02 Der kontinuierliche Regler PID_CP 5 2 3 FC Aufruf im Stellgr enzweig LMNFC Anwendung F gen Sie eine anwenderspezifische Funktion in den Stellgr enzweig ein k nnen Sie die im Regler gebildete Stellgr e PID_OUTV vor Aufschaltung auf den Aus gang des Reglers einer Signalbehandlung z B einer Signalverz gerung unterzie hen Die Funktion LMNFC Aktivieren Sie die Funktion LMNFC durch LMNFC_ON TRUE wird eine anwen derspezifische Funktion aufgerufen ber den Parameter LMNFCNBR wird die Nummer der verwendeten FC eingegeben Der Regler f hrt einen Aufruf der Anwender FC durch Vorhandene Ein Aus gangsparameter der Anwender FC werden dabei nicht versorgt Die Daten bertra gung m ssen Sie deshalb mit S7 AWL programmieren Na
2. PVPER_ON d LAGISTON RT_ON PV_IN SQ T0 o Y y o PV_PER ol Be o NM PIHR LAGIST SORT aa NM_PILR d NM_PVHR Ge NMIRVLR PV_TMLAG SQRT_HR SQRT_LR PVFC_ON PV OP ON PVOP i b C 2 0 PVFC_IN a 8 PV_ALARM QPVH_ALM ROGALARM QPVURLMP PVFG C gt QPVH_WRN gt QPVDRLMP CALL gt QPVL WRN gt QPVURLMN DLG OUT c QPVL_ALM L QPVDRLMN PVFC_NBR PVH_ALM PVH_WRN PVURLM P PVDRLM P PVL_WRN PVL_ALM PVURLM_N PVDRLM_N PV_HYS PV DEADB_ON e 0 gt ER zum PID Regler o 1 SP DEADBAND ER_ALARM gt QERP_ALM gt QERP_WRN s t gt QERN WRN QERN_ALM DEADB W ERP_ALM ERP_WRN ERN WEN ERN_ALM ER Hrs Bild 2 13 Standard PID Control A5E00204508 02 Signalflussplan der Istwert und Regeldifferenzverarbeitung 2 17 Entwerfen von digitalen Regelungen 2 18 Radizierung der Regelgr e SORT Bei einer quadratischen Abh ngigkeit des Messsignals vom physikalischen Wert Durchflussmessung ber Wirkdruckerfassung ist es erforderlich die Re gelgr e durch Radizierung Quadratwurzel Algorithmus zu linearisieren Nur eine lineare Gr e l sst sich mit dem linearen Sollwert f r den Durchfluss ver gleichen und im Regelalgorithmus verarbeiten Im Istwertzweig ist daf r das wahlweise zuschaltbare Funktionsglied SQRT vorgesehen berwachung der Regelgr en Steigung ROCALARM
3. Vorbesetzung Parameter Bedeutung Zul ssiger Wertebereich PV_TMLAG Istwert Verz gerungszeit gesamter Wertebereich Eingangsparameter Ausgangsparameter LAG1ST Parameter Typ Signal Typ LAGISTON BOOL FALSE t m m M5 REAL 0 0 s outv MP4 REAL 0 0 PV_TMLAG TIME T 5s Vorbelegung bei Neuerstellung des Instanz DB Bild 4 17 Standard PID Control ASE00204508 02 Gl ttung der Regelgr e 4 25 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und de PID Reglerfunktionen 4 2 3 Bildung der Quadratwurzel SQRT Anwendung Liegt der von einem Geber gelieferte Istwert als physikalische Gr e vor die in einem quadratischem Zusammenhang mit der gemessenen Prozessgr e steht dann muss der Verlauf der Regelgr e vor der Weiterverarbeitung im Regler linea risiert werden Diese Aufgabe erf llt die Funktion SORT im Istwertzweig von Stan dard PID Control Das Messsignal muss immer dann durch Radizieren linearisiert werden wenn Durchflussmessungen mit Hilfe von Messblenden oder Venturirohren usw vorge nommen werden Der gemessene Differenzdruck Wirkdruck ist dann proportional zum Quadrat des Durchflusses ber das Eingangssignal SART_ON TRUE wird die Wurzelfunktion im Istwert zweig aktiviert Der Algorithmus der Wurzelfunktion hat folgende Form outv SQRT MP5 x SART_HR SQRT_LR 10 0 SORT_LR Diese
4. Bild 2 16 Signalflussplan der Stellgr enbildung des Schrittreglers mit Stellungsr ckmeldung LMNR_ON TRUE Standard PID Control A5E00204508 02 2 21 Entwerfen von digitalen Regelungen Stellsignalverarbeitung Schrittregler ohne Stellungsr ckmeldung Erzeugung des bin ren Stellsignals Die Bildung des Ausgangssignals durch Dreipunktschalter mit Hysterese und Impulsformerstufe ist bei allen Schrittreglern identisch Zeitparameter f r die Ber cksichtigung der Stellzeit des Motorantriebs MTR_TM und die Einstellung der Impuls Pausendauer PULSE_TM und BREAK_TM sind einstellbar Simulation der Stellungsr ckmeldung Die selbstt tige Ermittlung der Regelparameter durch die Optimierungsfunktion des Konfigurationswerkzeugs erfordert immer ein die Position des Stellgliedes repr sentierendes Signal als Eingangsgr e Die daf r vorhandene Simula tions Funktion erfordert keine Parametrierung und ist f r den Normalbetrieb des Schrittreglers nicht relevant PID_OUTV T LMNR_SIM Simulation der Stel lungsr ckmeldung LMNR_HS LMNS_ON l S LMNR_LS LMNUP e K LMNDN E Y QLMNUP THREE ST Zu ele PULSEOUT See ao ANDI mr en i ala Tie a QLMNDN L Se Si Im_ LL AND T i
5. Standard PID Control A5E00204508 02 SPFC Anwender FC 4 15 Parameter 4 16 Standard PID Control 1 1 Arbeitsweise Blockschaltbilder 8 3 Einf hrung Funktionsschema 1 2 Konzept 1 1 Softwarepakete 1 3 Struktur 2 11 bersichtsbilder 2 12 Standard Funktionsbaustein Regler FB 1 1 Standard Regelung Glossar 13 Aufrufverhalten 3 16 Beispiele 1 4 Einsatzm glichkeiten und grenzen 1 6 Se e Funktionalit t Funktions bersicht 1 2 Grundfunktionen 1 2 Produktstruktur st ndig aktive Funktionen 3 6 Stellausg nge Stellger t Glossar 13 Stellglied 2 4 Anschlagsignale 6 18 Art des Stellsignals Stellgr e Glossar 13 Begrenzung absolut i renzung der Anderungsgeschwindigkeit Begrenzung des Einstellbereichs 5 11 6 9 eigene Funktion FC einf gen 5 7 Rampenfunktion 5 9 Signalformen 3 4 Steigungsbegrenzung 5 9 Verstellung ber Konfigurationswerkzeug Stellgr e Schrittregler Verstellung ber Konfigurationswerkzeug 6 8 Stellgr enbegrenzung Meldeausg nge 5 11 Stellsignal Reglerauswahl Stellsignalbildung Betriebsarten des Schrittreglers 6 5 Betriebsarten des stetigen Reglers 5 3 5 5 Stellungsr ckmeldung 2 21 Signalanpassung Normierung 6 11 Simulation 2 22 6 23 Stellgr enbildung Impulsausgabe 5 19 Index 5 Index Stellwert Totzeit 2 3 Glossar 14 anwenderspezif
6. rn gt MN I REAL 0 0 inv REAL 0 0 H TIME T 20s I ITLVAL REAL 0 0 Bild 4 38 Funktionsschema und Parameter des Integrierers Standard PID Control 4 50 A5E00204508 02 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und de PID Reglerfunktionen 4 5 2 Differenzierer DIF Anwendung Die Funktion des Differenzierers wird eingesetzt um den D Anteils in Standard Reglern f r PD und PID Regelungen zu bilden Die Regelgr e wird dynamisch differenziert Die Funktion DIF Die Differenzier Funktion erzeugt ein Ausgangssignal dessen Gr e sich propor tional zur nderungsgeschwindigkeit der Eingangsgr e ndert Das Zeitverhalten wird durch die Differenzierzeitkonstante Vorhaltzeit TD und die Verz gerungszeit des Differenzierers TM LAG bestimmt Zur Signalgl ttung und Unterdr ckung von St rsignalen ist eine Verz gerung 1 Ordnung integriert deren Zeitkonstante am Parameter TM_LAG eingestellt wird Die Sprungantwort auf einen Eingangssprung invo ist LMN Di inv D TM_LAG re Ges TV LAG rei TM LAG Darin bedeutet LMN DO die Ausgangsgr e des Differenzierers invo die Sprungh he am Differenzierereingang TD Differenzierzeitkonstante TM_LAG Verz gerungszeitkonstante Zul ssige Bereiche f r TD und CYCLE Damit der Differenzierer bzw sein Berechnungsalgorithmus in der CPU korrekt arb
7. 4 3 2 berwachung der Regeldifferenz auf Grenzwerte ER_ALARM 4 4 Die PID Reglerfunktionen 4 5 Signalverarbeitung im PID Regleralgorithmus 4 5 1 Integrierer ONT 4 5 2 Differenzierer DIE 5 Der kontinuierliche Regler PID_CP 5 1 Regelfunktionen des kontinuierlichen PID Reglers 5 2 Signalverarbeitung der Stellgr Be 2222neeneeneene nennen 5 2 1 Betriebsarten der Stellsignalbildung 22 22snneenenn nenn 5 2 2 Betriebsarten der Stellsignalbildung 22 2222nseeneen nenn 5 2 3 FC Aufruf im Stellgr enzweig LMNFC 2u 2c sn 5 2 4 Begrenzung der nderungsgeschwindigkeit des Stellwertes LMN_ROC 5 2 5 Begrenzung des Absolutwertes der Stellgr e LMNLIMIT 5 2 6 Normierung der Stellgr e auf das Format einer physikalischen Gr e EMN NORM unserer an ne ei nen 5 2 7 Stellwertausgabe im Peripherieformat CPP OUT 5 2 8 Stellwertbeeinflussung ber das Konfigurationswerkzeug 5 3 Kontinuierliche Regler in Kaskadenschaltungen 5 4 Impulsformerstufe PULSEGEN 222e22c essen nenn 6 Der Schrittregler PID_ES Huueusnennn nennen nenn nennen nn 6 1 Regelfunktionen des PID Schrittreglers 22e222 sn 6 2 Stellgr en beim Schrittregler mit Stellungsr ckmeldung 6 2 1 Betriebsarten des Schrittreglers 6 2 2 Stellwertbeeinflussung ber das Konfig
8. vorgang Regler closed loop controller Ein Regler ist eine Einrichtung welche die Regeldifferenz fortlaufend erfasst Ver gleicher und ggf eine zeitabh ngige Funktion zur Bildung des Stellsignals Aus gangsgr e erzeugt mit dem Ziel die Regeldifferenz schnell und berschwin gungsfrei zum Verschwinden zu bringen Regleraufrufverteiler loop scheduler Der Regleraufrufverteiler organisiert das zeitliche Aufrufverhalten mehrerer Regler in einer Weckalarmebene sowie den Aufruf der Reglerstrukturen bei Neustart Wird dann eingesetzt wenn viele Regler die in den Weckalarmebenen nicht unterge bracht werden k nnen oder Regler mit gro en Abtastzeiten aufgerufen werden sollen Reglerparameter control parameter Reglerparameter sind Kennwerte f r die statische und dynamische Anpassung des Reglerverhaltens an die gegebenen Strecken bzw Prozesseigenschaften Schrittregler step controller Der Schrittregler ist ein quasistetiger Regler mit diskontinuierlichem Ausgang und motorischem Stellantrieb mit I Wirkung Das Stellsignal hat Dreipunktverhalten z B aufw rts halt abw rts oder Schlie en Konstanthalten ffnen gt Dreipunktregler Standard PID Control Glossar 12 A5E00204508 02 Glossar Signalflussplan signal flow graph Der Signalflussplan stellt die aus regelungstechnischer Sicht wichtigen Wirkzusam menh nge einer Regeleinrichtung oder eines Prozesses dar Der Sign
9. Bild 7 6 Bausteine des Beispiels 1 Verschaltung und Aufruf Die Parameter des Streckenmodells Die Parameter des Reglerbausteins PID EG und ihre Bedeutung sind in Kapitel 6 beschrieben Die Parameter des Streckenbausteins PROC_S sind in der folgenden Tabelle aufgelistet Tabelle 7 3 Parameter des Streckenbausteins PROC_S DB100 FB100 Parameter Typ Wertebereich Beschreibung INV_UP BOOL Eingangssignal auf mehr INV_DOWN BOOL Eingangssignal ab weniger COM_RST BOOL Neustart CYCLE TIME gt ims Abtastzeit DISV REAL St rgr e GAIN REAL Streckenverst rkung MTR_TM TIME Motorstellzeit LMNR_HLM REAL LMNR_LLM 100 0 obere Grenze der Stellungsr ckmel dung LMNR_LLM REAL 100 0 LMNR_HLM untere Grenze der Stellungsr ckmel dung TM LAG TIME gt CYCLE 2 Verz gerungszeit 1 TM_LAG2 TIME gt CYCLE 2 Verz gerungszeit 2 TM_LAG3 TIME gt CYCLE 2 Verz gerungszeit 3 OUTV REAL Ausgangsgr e LMNR REAL Stellungsr ckmeldung QLMNR_HS BOOL Stellglied am oberen Anschlag QLMNR_LS BOOL Stellglied am unteren Anschlag Nach Neustart werden die Ausgangsgr e OUTV sowie alle internen Speichergr Ben auf Null gesetzt Standard PID Control 7 12 A5E00204508 02 Regleraufrufverteiler und Beispiele f r Reglerkonfigurationen Verschaltung und Aufruf des Beispiels Example1 Wie der Schrittregler ber die Fun
10. o gt PVFC_IN PVFC_ON PV_OP_ON PV_OP Ol 1 PVFC 0 o Wer m PVFC_OUT CALL FC d Y gt 00 1 gt QERP_ALM gt QERP_WRN gt QERN WEN QERN ALM PV gt QPVH_ALM gt QPVH_WRN gt QPVL WRN L gt QPVL_ALM gt QPVURLMP gt QPVDRLMP gt QPVURLMN L QPVDRLMN Bild 8 3 Blockschaltbild des Schrittreglers PID_ES ohne Stellungsr ckmeldung LMNR_ON FALSE 8 8 Standard PID Control A5E00204508 02 Technische Daten und Blockschaltbilder GAIN m SPEXT_ON O SP_OP ON OR PID Struktur LMNS N gt QCAS meet LMNSOPON Y 0 Jm 0 disv DISV o P_SEL D E Be as UN P ISEL AND NOT ege e I_ITL_ON LITL_ON me o 0 0 D a La 0O 1 Ea PID_OUTV o o DFDB_SEL L m gt LIMNI Y o 1 m eo ee UND 1 x um d g d Simulation der Stellungsr ckmeldung up e p R Au LMNR SIM LMNR_ LS gt Pa gt Stellwertzweig LMNS_ON LMNUP LMNDN k ar A SO anp t Of AND UL I ol D QLMNDN e q ur gt Ge eb ug Ta ie RK Komet LMNUP_OP Re 0 um e DEE LMNSOPON D e L
11. Anlauf und Betriebsweise Bei Neustart werden alle Meldeausg nge nullgesetzt Die Begrenzung arbeitet gem folgenden Beziehungen LMN QLMN_HLM QLMN_LLM wenn LMN_HLM TRUE FALSE INV gt LMN_HLM LMN_LLM FALSE TRUE INV lt LMN_LLM INV FALSE FALSE LMN_HLM lt INV lt LMN_LLM Am Ausgang d h am Parameter LMN wird der wirksame Stellwert angezeigt Parameter der Funktion LMNLIMIT Der Eingangswert INV ist ein impliziter Parameter der am Konfigurationswerkzeug ber den Messpunkt MP9 beobachtet werden kann F r ein sinnvolles Arbeiten der Begrenzungsfunktion muss gelten LMN_HLM gt LMN_LLM Zul ssiger Wertebereich Parameter Bedeutung LMN_HLM Obere Begrenzung der Stellgr e LMN_LLM bis 100 0 LMN_LLM Untere Begrenzung der Stellgr e 100 0 bis LMN_HLM Eingangsparameter Ausgangsparameter LMNLIMIT Parameter Typ Parameter Typ QLMN_HLM BOOL FALSE inv REAL LMN REAL 0 0 QLMN_LLM BOOL FALSE LMN_HLM REAL 100 0 LMN_LLM REAL 0 0 Vorbelegung bei Neuerstellung des Instanz DB Bild 6 7 6 10 Funktionsschema und Parameter der Absolutwert Begrenzung des Stellwertes Standard PID Control A5E00204508 02 Der Schrittregler PID_ES 6 2 4 Verarbeitung der Stellungsr ckmeldung LMNR_IN bzw LMNR_PER Signalanpassung F r die Aufsch
12. TM BASE DB_LOOP D I DB NBR DB_LOOP D I ml CONT_C1 PID_CP Carnea DB100 FB1 ALP NBR F 7 COM_RST MAN CC CYCLE MAN _DIS1 MAN CRSTI m CAS ENABLE1 lr Pe COM RSTI ILP_COU1 E CYCLET L MAN _CYC2 MAN DEZ on CONT_S2 PID_ES MAN _CRST2 DB101 FB2 ENABLE2 e COM RST COM_RST2 gt CYCLE Up COU2 SP CYCLE2 SPEX QCAS Bild 7 24 Schaltbild und Parameter der Funktion APP_5 Standard PID Control A5E00204508 02 7 29 Regleraufrufverteiler und Beispiele f r Reglerkonfigurationen 77 Example6 Pulsegen Kontinuierlicher Regler mit Impul sausg ngen und Streckensimulation Anwendung Das Beispiel Pulsegen umfasst einen kontinuierlichen Regler PID_CP mit positi vem und negativem Impulsausgang in Verbindung mit einer simulierten Regel strecke die aus einem Verz gerungsglied dritter Ordnung PT3 besteht Mit Hilfe des Beispiels Pulsegen ist es m glich auf einfache Weise einen kontinu ierlichen PID Regler mit Impulsausg ngen zu generieren und diesen in allen Ei genschaften im Zusammenspiel mit einer typischen Streckenanordnung zu para metrieren und zu erproben Das Beispiel erm glicht es die Arbeitsweise und Konfiguration von Reglern mit bin ren Impulsausg ngen wie sie bei der Regelung von Strecken mit proportional wirkenden Stellgliedern eingesetzt werden leicht zu verstehen Solche Regler kommen z B bei Temperaturstrecken mit elektrischer Heizung
13. Parameter Datentyp Erl uterung Vorbele gung QPVH_ALM BOOL Istwert oberer Grenzwert Alarm angesprochen FALSE QPVH_WRN BOOL Istwert oberer Grenzwert Warnung angesprochen FALSE QPVL_WRN BOOL Istwert unterer Grenzwert Warnung angesprochen FALSE QPVL_ALM BOOL Istwert unterer Grenzwert Alarm angesprochen FALSE QR_S_ACT BOOL Zeittabelle f r Fahrkurve wird bearbeitet FALSE QSP_HLM BOOL Sollwert obere Begrenzung angesprochen FALSE QSP_LLM BOOL Sollwert untere Begrenzung angesprochen FALSE QPVURLMP BOOL Istwert Anstiegsgrenzwert im positiven Bereich angesprochen FALSE QPVDRLMP BOOL Istwert Abstiegsgrenzwert im positiven Bereich angesprochen FALSE QPVURLMN BOOL Istwert Anstiegsgrenzwert im negativen Bereich angespro FALSE chen QPVDRLMN BOOL Istwert Abstiegsgrenzwert im negativen Bereich angespro FALSE chen QERP_ALM BOOL Regeldifferenz positiver Grenzwert Alarm angesprochen FALSE QERP_WRN BOOL Regeldifferenz positiver Grenzwert Warnung angesprochen FALSE QERN_WRN BOOL Regeldifferenz negativer Grenzwert Warnung angesprochen FALSE QERN_ALM BOOL Regeldifferenz negativer Grenzwert Alarm angesprochen FALSE QLMN_HLM BOOL Stellwert obere Begrenzung angesprochen FALSE QLMN_LLM BOOL Stellwert untere Begrenzung angesprochen FALSE NBR_ATMS INT Nummer des vom Zeitplangeber aktuell angefahrenen St tz 0 punktes RS_TM TIME Aktuelle Restzeit der Fahrkurve bis zum n chsten St tzpunkt T 0s T_TM TIME Gesamtzei
14. dauernd Aus P B TMP gt MP10 100 0 0 0 100 0 Bild 5 19 Zweipunktregler mit bipolarem Stellbereich 100 bis100 Standard PID Control A5E00204508 02 5 25 Der kontinuierliche Regler PID_CP PER_TM_P P_B_TM_P Dauer des positiven Impulses PER_TM_P P_B_TM_P 0 0 100 0 gt MP1iO Bild 5 20 Zweipunktregler mit unipolarem Stellbereich 0 bis100 An QNEG_P steht das negierte Ausgangssignal zur Verf gung f r den Fall dass die Verschaltung des Zweipunktreglers im Regelkreis ein logisch invertiertes Bin r signal f r die Stellimpulse erfordert Ein Aus QPOS_P TRUE FALSE QNEG_P FALSE TRUE Parameter der Impulsformerstufe Die Werte der Eingangsparameter werden am Baustein Eine Pr fung der Parameter findet nicht statt Bei Neustart werden alle Parameter auf Null gesetzt PID_CP nicht begrenzt Parameter CYCLE_P Bedeutung Abtastzeit der Impulsformerstufe Zul ssiger Wertebereich gt 1ms SELECT Auswahlschalter f r die im aktuellen Bausteinaufruf zu bearbeitenden Funktionsteile nur relevant falls PULS_ON TRUE 0 default PID und Pulsgenerator 1 PID Bausteinaufruf im OB 1 2 Pulsgenerator Bausteinaufruf in Weckalarm OB 3 PID Bausteinaufruf in Weckalarm OB OC ACT Anzeige ob beim n chsten Bausteinaufruf der Rege lungsteil bearbeitet wird
15. Kap 3 6 Parametrierung der Normierungs werts PV_NORM und oder Denormierungsfunktionen F sorgen Stellwert Denormierung Kap 3 6 LMN_NORM 5 Sollwertzweig konfigurieren Sollwertgenerator GP GEN gt Kap 4 Zeiplangeber RMP_SOAK Begrenzung der Sollwert nde rungsgeschwindigkeit SP_ROC Begrenzung der Sollwert Abso lutwerte SP_LIMIT Die Funktion ist st ndig aktiv Standard PID Control A5E00204508 02 3 7 Konfigurieren und Inbetriebsetzen von Standard PID Control Bausteinausg nge der konfigurier ten Regelung mit der Prozessperi pherie Schritt Aktivit t Funktion in Standard Erl uterungen und PID Control Bemerkungen 6 Istwertzweig konfigurieren Istwertverz gerung LAGI1ST Kap 4 Quadratwurzelbildung SQRT berwachung der Absolutwerte Die Funktion ist der Regelgr e PV_ALARM st ndig aktiv berwachung der nderungs Die Funktion ist geschw der Regelgr e ROC st ndig aktiv ALARM 7 Bildung der Regeldifferenz konfigu Totzone bzw Unempfindlich gt Kap 4 rieren keitsbereich der Regeldifferenz DEADBAND berwachung der Regeldiffe Die Funktion ist renz auf Absolutwerte st ndig aktiv ER_ALARM 8 Stellwertzweig f r kontinuierlichen Handwertgenerator gt Kap 5 Regler konfigurieren MAN_GEN Begrenzung der Stellwert nde rungsgeschwindigkeit LMN_ROC
16. Sollwertzweig SP_INT SPGEN_ON RMPSK_ON SPFC ON Sp Op ON SR SPEXT_ON SPROC_ON Ke Y y SP_OP 0 p QSP_LLM sin SPFC_IN SPFC_IN SN an io a sl Cl L sp eh du o reese o gt CALL SPFC_OUT FC gt FAC NORM SP_EXT de DEADB_ON Slo ei h ofi Schrittregler PID_ES ua mit Stellungsr ckmeldung ER ALARM o oERP au gt QERP_WRN de gt QERN WEN ERN_ALM Regeldifferenz SEN zweig NORM Istwertzweig Er PV z PV_OP_ON PV IN LAG1STON SQRT_ON PVFC_ON gt QPVH_ALM gt 00 o gt QPVH_WRN PV_PER cn 4 9P y gt QPVL WRN Gm o L0 1 L gt QPVL_ALM sa H GH u gt QPVURLMP m FC gt QPVDRLMP EES Es gt QPVURLMN L gt QPVDRLMN Bild 8 2 Blockschaltbild des Schrittreglers PID_ES mit Stellungsr ckmeldung LMNR TRUE 8 6 Standard PID Control A5E00204508 02 Technische Daten und Blockschaltbilder MAN MANGN_ON PID Struktur MAN_ON DISV_SEL
17. FAC3 zur Gesamt menge zusammensetzen Additionsstellen Standard PID Control A5E00204508 02 2 9 Entwerfen von digitalen Regelungen Kaskadenregelung Example5 2 10 Wenn sich in einem Prozess neben der eigentlichen zu regelnden Prozessgr e eine Zwischengr e Hilfsregelgr e ableiten l sst die einer eigenen Regelung unterworfen werden kann dann erh lt man bez glich der Hauptregelgr e meist bessere Regelergebnisse als mit einer einschleifigen Regelung Die Zwischengr e PV2 wird in einem unterlagerten Folgeregelkreis ausgeregelt Bild 2 7 Damit werden St rungen aus diesem Anlagenbereich vom Einfluss auf die qualit tsbestimmende Hauptregelgr e PV1 ferngehalten Strukturbedingt wer den innere St rgr en schneller ausgeregelt da sie nicht die gesamte Regel strecke durchlaufen m ssen Der F hrungsregler kann in diesem Fall empfindli cher eingestellt sein mit dem Vorteil einer schnelleren und genaueren Ausregelung auf den festen Sollwert SP F hrungsregler Hilfsregelkreis Folgeregelung QLMNUP l l SR Regler 1 LMN Regler2 __ jStrecke Strecke O PID_CP PID_ES QLMNDN Teil 1 Teil 2 DI D rr Automatisierungsger t Prozess Anlage Bild 2 7 Zweischleifige Kaskadenregelung Example5 Die Reglerstruktur f r die Kaskadenregelung Example5 enth lt einen Regler mit kontinuierlichem Ausga
18. NM_PILR Untergrenze des Eingangswerts technischer Wertebereich NM_PVHR Obergrenze des Ausgangswerts technischer Wertebereich MP4 physikalische Einheit des Istwerts bzw dimensionslos falls Wurzelfunk tion eingeschaltet NM_PVLR Untergrenze des Ausgangswerts technischer Wertebereich MP4 physikalische Einheit des Istwerts bzw dimensionslos falls Wurzelfunk tion eingeschaltet Eingangsparameter Parameter PVPER_ON Ausgangsparameter CRP IN DV NORM R Typ Signal Typ PVIN 0 0 PV_PER W 16 0000 NM_PIHR REAL 100 0 NM_PILR REAL 100 0 NM_PVHR REAL 100 0 NM_PVLR REAL 100 0 Vorbelegung bei Neuerstellung des Instanz DB Bild 4 16 F Standard PID C unktionsschema und Parameter f r die Normierung der physikalischen Regelgr e ontrol A5E00204508 02 4 23 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und die PID Reglerfunktionen 4 2 2 Gl ttung der Regelgr e LAGI1ST Anwendung Die Funktion LAG1ST wird als Gl ttungs und Verz gerungsglied f r die Regel gr e eingesetzt St rsignale k nnen damit unterdr ckt werden Die Funktion LAG1ST 4 24 Durch zeitliche Verz gerung werden h herfrequente Schwankungen des Istwertsi gnals ged mpft und dadurch von der Verarbeitung im Regelalgoritnmus insbe sondere von A
19. gr e Eingangsparameter Ausgangsparameter LMNLIMIT Parameter Typ Parameter Typ QLMN_HLM BOOL FALSE inv REAL 0 0 MP10 REAL 0 0 QLMN_LIM BOOL FALSE LMN_HLM REAL 100 0 LMN LN REAL 0 0 Vorbelegung bei Neuerstellung des Instanz DB Bild 5 9 5 12 Funktionsschema und Parameter der Absolutwert Begrenzung des Stellwertes Standard PID Control A5E00204508 02 Der kontinuierliche Regler PID_CP 5 2 6 Normierung der Stellgr e auf das Format einer physikalischen Gr e LMN_NORM Anwendung Wird am Streckeneingang eine physikalische Gr e als Stellgr e gefordert dann m ssen die Gleitpunktwerte im Bereich 0 bis 100 auf den physikalischen Be reich z B 150 bis 3000 U min der Stellgr e denormiert werden Die Funktion LMN_NORM Die Funktion LMN_NORM denormiert die analoge Ausgangsgr e des Reglers Es wird der analoge Stellwert an der Normierungsgeraden in die Ausgangsgr e LMN berf hrt Der Ausgangswert ist am Konfigurationswerkzeug am Parameter LMN zu beobachten Zur eindeutigen Festlegung der Normierungsgeraden interne Prozentwerte im REAL Format externe physikalische Werte sind zwei Parameter zu definieren e der Faktor f r die Steigung LMN_FAC e der Offset der Normierungsgeraden im Nullpunkt LMN_OFF LMN A Normierungsgerade LMN_FAC gt MP10 INV Der Normierungswert wird gem folgender Funktion aus dem jeweiligen Ein gangswert MP10 berechn
20. Auch finden Sie dort Hinweise und Erl uterungen zur Ermittlung von Streckenei genschaften und Reglerparametern mit Hilfe des Konfigurationswerkzeugs Der Einsatz des Konfigurationswerkzeugs entbindet Sie weitgehend von den Auf gaben Punkt 1 zur Ermittlung der Prozesskenngr en Standard PID Control A5E00204508 02 3 1 Konfigurieren und Inbetriebsetzen von Standard PID Control Vorkenntnisse und Voraussetzungen Da mit Standard PID Control Softwareregler auf der Grundlage von Standard Funktionsbausteinen hier PID_CP bzw PID_ES aus der S7 Bausteinwelt gene riert werden sind Kenntnisse ber den Umgang mit S7 Bausteinen und den Auf bau von S7 Anwenderprogrammen z B in der Programmiersprache S7 AWL notwendig Obwohl die Funktionalit t der zu realisierenden Regelung ausschlie lich durch Pa rametrierung definiert wird erfordert die Verschaltung des Reglerbausteins mit der Prozessperipherie sowie seine Einbindung in das Aufrufschema der CPU Kennt nisse die in diesem Handbuches nicht behandelt werden Im einzelnen ben tigen Sie e Informationen ber das Arbeiten mit STEP 7 231 e Basiswissen ber das Programmieren mit STEP 7 232 234 Da ber das verwendete Automatisierungssystem en t 3 70 71 100 101 Die Regelstrecke Bez glich Art und Komplexit t der mit Standard PID Control beherrschbaren Pro zesse bestehen kaum Einschr nkungen Solange es sich um Eingr ensysteme ohne
21. Begrenzung der Anderungsgeschwin digkeit von SP PVPER_ON BOOL Istwert von Peripherie einschalten FALSE Verschaltung mit Peripheriebaugrup pen LAG1STON BOOL Verz gerungsglied 1 Ordnung einschal FALSE ten SQORT_ON BOOL Quadratwurzelfunktion einschalten FALSE PVFC_ON BOOL Istwert FC aufrufen FALSE DEADB_ON BOOL Totzone einschalten FALSE Kleine St rungen und Rauschen wer den gefiltert P_SEL BOOL P Anteil einschalten TRUE PFDB_SEL BOOL P Anteil in R ckf hrung schalten FALSE INT_HPOS BOOL Einfrieren des I Anteils in positiver Rich FALSE tung INT_HNEG BOOL Einfrieren des I Anteils in negativer Rich FALSE tung I_ITL_ON BOOL I Anteil vorbesetzen FALSE DFDB_SEL BOOL D Anteil in R ckf hrung schalten FALSE DISV_SEL BOOL St rgr e aufschalten FALSE LMNFC_ON BOOL Stellwert FC aufrufen FALSE LMNRC_ON BOOL Stellwert Rampenfunktion einschalten FALSE Begrenzung nderungsgeschwindigkeit von LMN SMOO_CHG BOOL Sto freie Umschaltung von Hand nach TRUE Automatik PULSE_ON BOOL Pulsgenerator ein FALSE STEP3_ON BOOL Pulsgenerator Dreipunktregelung ein TRUE schalten ST2BI_ON BOOL Pulsgenerator Zweipunktregelung f r FALSE bipolaren Stellbereich einschalten f r unipolaren Stellbereich muss STEP3_ON FALSE sein TM_SNBR INT Nr des n chsten St tzpunktes zum Wei gt 20 dimensionslos 0 termachen TM_CONT TIME Weitermachzeitpunkt gesamter Wertebe T 0s 9 6 Standard PID Control A5E00204508 02
22. Betrieb nach Ende automati einschalten scher Start 4 Zeitplangeber TRUE FALSE TRUE FALSE Aktueller Wert von anhalten outv t wird gehalten 5 Bearbeitungs TRUE FALSE TRUE TRUE outv alt schritt vorge ben Bearbeitungs FALSE Mit neu vorgegebenen Werten weiterfahren 6 Gesamtzeit aktualisieren FALSE beeinflusst outv nicht TRUE beeinflusst outv nicht Bis zum n chsten St tzpunkt hat die Fahrkurve nicht die vom Anwender parametrierte Form Einschalten des Zeitplangebers Mit dem Wechsel RMPSK_ON von FALSE nach TRUE wird die Zeitplangeberfunktion eingeschaltet Softwareschalter im Blockschaltbild des Konfigurationswerkszeugs Nach Erreichen des letzten St tzpunktes ist die Fahrkurve beendet Bei erneutem Start der Funktion durch den Bediener muss RMPSK_ON zun chst auf FALSE und dann wieder auf TRUE gesetzt werden Bei Neustart wird der Ausgang outv auf 0 0 zur ckgesetzt und die Gesamtzeit bzw Gesamtrestzeit ermittelt Beim bergang in den Normalbetrieb wird sofort die Fahrkurve vom Startpunkt aus nach eingestellter Betriebsart bearbeitet Wird dies nicht gew nscht muss der Parameter RMPSK_ON im Neustart OB auf FALSE gesetzt werden Die jeweils eingestellte Betriebsart wird unabh ngig von der Wertigkeit der Steuersignale in den schraffierten Feldern ausgef hrt Gefahr N Die Bausteinfunktion berpr ft nicht ob ein globaler DB mit
23. Bloch D I TM_SNBR INT gt 0 TM_CONT _ TIME Bereich Ja DFRMP_ON BOOL gt RMPSK_ON TRUE CYC_ON BOOL RMP_HOLD BOOL CONT ON BOOL TUPDT_ON BOOL SPURLM_P REAL gt 0 Begrenzung Ja der SP Anderungsge SPGEN_ON TRUE SPPRIM_P REAL 20 schwindigkeit SPURLM_N REAL gt 0 SPDRLM_N REAL gt 0 g Begrenzung st ndig aktiv SP_HLM gt SP_LLM er SP Absolut wote sp UM lt SP_HLM Einschalten ei Ja nes Anwender gt F SPFC_ON TRUE 7 SPFC_NBR BLOCK FC FC Bild 3 4 Konfiguration des Sollwertzweigs von Standard PID Control Checkliste P 4 und 5 Standard PID Control 3 10 A5E00204508 02 Konfigurieren und Inbetriebsetzen von Standard PID Control Funktion Externer Istwert Istwertnormierung Quadratwurzel bildung PV Absolutwert berwachun berwachung der PV Anderungs geschw Einschalten ei nes Anwender FC Strukturschalter Eingangs Parameter Ja gt PVPER_ON TRUE PVPER_ON BOOL PV_PER INT oe DV IN REAL gt NM_PIHR REAL NM_PILR REAL NM_PVHR REAL NM_PVLR REAL Ja gt LAG1STON TRUE PV_TMLAG TIME Bereich Ja SORT_HR REAL gt 0 gt SQRT_ON TRUE F SQRT LR REAL gt 0 PVH_ALM Techn Wertebereich BR PVH_WRN Techn Wertebereich st ndig aktiv PVL_WRN Techn
24. F hrungsregler 2 10 F hrungsverhalten Funktionalit t im Auslieferungszustand 2 15 Funktionsbaustein PID_CP PID_ES Funktionsspektrum Funktions bersicht 2 12 G Grenzwerte f r DV 4 30 Grenzwertmelder Glossar 5 Index 2 H Handbetrieb Schrittregler mit R ckmeldung 6 6 Schrittregler ohne R ckmelduna 6 19 Handstellwert Handwert Glossar 6 Handwert Erzeugung 5 3 Handwert Generator Anlauf und Betriebsweise 5 6 Verstellbereich 5 5 Verstellgeschwindigkeit 5 5 Hardwareumgebung Hilfsregelgr e 2 10 I I Anteil I Strecke 2 4 Impulsausgang Schaltverhalten 5 23 Impulsbreitenmodulation 5 19 Glossar 6 Impulsformer 5 19 6 16 Arbeitsweise 6 16 6 17 Betriebsarten 5 22 Impulsrasterbreite 5 20 Inbetriebnahmewerkzeug 10 1 Instanz Datenbaustein 1 1 Integrationszeit TI 4 46 zul ssige Bereiche f r TI und CYCLE 4 47 Integrator INT 4 46 Anlauf und Betriebsarten 4 48 Begrenzungsverhalten 4 50 Parameter 4 50 Integrier Funktion 4 46 Istwert anwenderspezifische Funktion FC 4 28 Grenzwert berwachung 4 30 Normierung 4 22 Steigungs berwachung 4 32 Umschalten auf Konfigurationswerkzeug 4 34 Verz gerung 4 24 Istwert berwachung Hysterese 4 30 2 10 Bausteinverschaltung 5 18 6 26 Standard PID Control A5E00204508 02 Index Kaskadenregelung Example5 7 27 Bausteinstruktur 7 28 Kaskadenscha
25. PV_HYS PVN PV lt PVL WRN FALSE FALSE TRUE FALSE CV PV lt PVL_WRN PV_HYS PVN PV lt PVL ALM FALSE FALSE TRUE TRUE PV 7 PV lt PVL_ALM PV_HYS F r ein sinnvolles Arbeiten des Bausteins muss gelten PVL_ALM lt PVL_WRN lt PVH_WRN lt PVH_ALM Parameter der Funktion PV_ALARM Die Funktion PV_ALARM kann nicht abgeschaltet werden Bei der Konfiguration von Standard PID Control ist deshalb besonders auf die Grenzwerteinstellung zu achten Andernfalls werden Grenz berschreitungen gem den voreingestellten Parametern Bild 4 21 gemeldet Parameter Bedeutung Zul ssiger Wertebereich PVH_ALM Oberer PV Grenzwert Alarm Techn Wertebereich PVH_WRN Oberer PV Grenzwert Warmung Techn Wertebereich PVL_ALM Unterer PV Grenzwert Alarm Techn Wertebereich PVL_WRN Unterer PV Grenzwert Warnung Techn Wertebereich PV_HYS PV R ckschaltdifferenz Hysterese gt 0 Eingangsparameter Ausgangsparameter PV_ALARM Parameter Typ Parameter Typ QPVH_ALM BOOL FALSE QPVH_WRN REAL FALSE PV REAL 0 0 QPVL_WRN BOOL FALSE QPVL_ALM BOOL FALSE PVH_ALM REAL 100 0 PVH_WRN REAL 90 0 PV_HYS REAL 1 0 PVL WRN REAL 10 0 PVL ALM REAL 1 0 Vorbelegung bei Neuerstellung des Instanz DB Bild 4 21 Funktionsschema und Parameter der Grenzwert berwac
26. aktuelle Werte SP_INT 1 2 eg r S i NS Sr mT i GE be PI O TMV PI 1 TMV PIf3 TMV PI 5 TMV IP 6 TMV i PI 2 TMV PI A TMV projektierte Zeit i aktuelle Zeit PI 4 TMV T PI 5 TMV asat h m Bild 4 6 Beeinflussung der Fahrkurve durch das Haltesignal RMP_HOLD Die Bearbeitungszeit der Fahrkurve verl ngert sich um die Haltezeit T Die Fahr kurve hat vom St tzpunkt bis zum Signalwechsel von RMP_HOLD FALSE TRUE und vom St tzpunkt 5 bis zum St tzpunkt 6 den projektierten Verlauf d h das Ausgangssignal QR_S_ACT hat den Wert TRUE Bild 4 6 Ist das Bit CONT_ON gesetzt f hrt der angehaltene Zeitplangeber an der vorge gebenen Stelle TM_CONT mit der Fahrkurvenbearbeitung fort Standard PID Control 4 8 A5E00204508 02 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und die PID Reglerfunktionen Bearbeitungsschritt und zeit vorgeben Ist der Steuereingang CONT_ON f r das Fortsetzen TRUE gesetzt dann wird an der Stelle TM_CONT Fortsetzzeitpunkt mit dem St tzpunkt TM_SNBR Ziel st tzpunkt weitergemacht Der Zeit Parameter TM_CONT bestimmt die Restzeit die der Zeitplangeber bis zum Zielst tzpunkt TM_SNBR ben tigt KEN keine Reaktion CONT_ON n n RMP_HOLD nn outv A projektierte Kurve T gt 4 aktuelle Kurve aktuelle Werte outv t AS 5 5 6 6 gt t PIOLTMV pm PIB TMV PILAJ TMV LIN Si TMV
27. e 4 22 Sollwert 4 12 Stellgr e 5 13 Stellungsr ckmeldung Normierungsfunktion 3 18 5 13 Normierungsgerade 4 22 5 13 6 12 P P Regelung Arbeitspunkt 4 41 Sprungantwort 4 41 Parallelstruktur PID Glossar 9 Parametrierplan 3 10 PD Regler Arbeitspunkt 4 43 Sprungantwort 4 43 Verz gerung der D Wirkung 4 43 PD Wirkung in R ckf hrung 4 40 PI Regler Integrierer bei Handbetrieb 4 42 Spru ngantwort 4 42 PID Regler Parametrierung 4 45 Regelalgorithmus 4 39 Reglerstruktur 4 40 Sprungantwort 4 44 Index 3 Index PID_CP Ausgangsparameter 9 4 Eingangsparameter 9 2 9 5 Statische Lokaldaten Ausg nge 9 9 Statische Lokaldaten Eing nge 9 5 Statische Lokaldaten f r Konfigurations werkzeug 9 10 PID_ES Ausgangsparameter 9 13 Eingangsparameter Statische Lokaldaten Ausg nge 9 17 Statische Lokaldaten Eing nge 9 13 Statische Lokaldaten f r Konfigurations werkzeug 9 18 Priorit tsklassenmodell 3 17 Produktstruktur 1 3 Projekt konfigurieren 3 7 _ Prozesse mit I Verhalten 2 4 Prozesseigenschaften und Regel ng 2 1 Prozessidentifikation Glossar 10 Prozessverhalten regelbare Streckenarten 3 3 PULSEGEN 5 19 Parameter 5 26 PULSEGEN Example6 7 30 Bausteinstruktur 7 31 PULSEOUT 6 16 Parameter 6 17 Pulsformung Genauigkeit 5 20 PV Grenzwertmeldung Betriebsweise 4 31 PV_ALARM
28. fter die Stellgr en pro Zeiteinheit errechnet werden m ssen um so geringer ist die An zahl der installierbaren Regler Standard PID Control 1 6 A5E00204508 02 Produkt bersicht Standard PID Control Die Standard Funktionsbausteine PID_CP und PID_ES erm glichen es Software regler zu generieren und zu betreiben die auf dem konventionellen PID Algorith mus von Standard PID Control basieren Sonderfunktionen bez glich der Verarbei tung der Prozesssignale im Regler sind nicht vorgesehen Einschr nkungen bez glich der Art der regelbaren Prozesse bestehen nicht Es k nnen sowohl tr ge Strecken Temperaturen F llst nde usw als auch sehr schnelle Strecken Durchfl sse Drehzahlen usw geregelt werden Einsatzformen von Standard PID Control e Festwertregelung mit P PL PD PID Schrittregler e Festwertregelung mit kontinuierlichem P PI PD PID Regler e Festwertregelung mit St rgr enaufschaltung e Kaskadenregelung Schrittregler nur im Folgekreis e Verh ltnisregelung zweischleifig e Mischungsregelung Funktionsspektrum von Standard PID Control Durch entsprechendes Projektieren der im Produkt Standard PID Control enthal tenen Funktionen lassen sich Regler mit nachstehenden Eigenschaften und Be triebsweisen generieren e Verstellung des Sollwertes durch Zeitplangeber Zeitplanregelung e Begrenzung der nderungsgeschwindigkeit des F hrungsgr e und bei Reg lern mit kontinuierli
29. schwingverhalten des geschlossenen Regelkreises nach einer Reihe von Sollwert nderungen von jeweils 20 des Messbereichs Bild 7 30 Dabei ist die kontinu ierliche Stellgr e des Reglers abgebildet nicht die Impulsausg nge Die Tabelle enth lt die aktuell eingestellten Werte der relevanten Parameter f r Regler und Strecke Standard PID Control A5E00204508 02 7 33 Regleraufrufverteiler und Beispiele f r Reglerkonfigurationen 7 34 Parameter Typ Parametrierung Beschreibung Regler CYCLE TIME Is Abtastzeit des Reglers CYCLE_P TIME 100ms Abtastzeit GAIN REAL 1 535 Proportionalbeiwert TI TIME 22 7208 Integrationszeit TD TIME 5 9745 Differenzierzeit TM_LAG TIME 1 1955 Verz gerungszeit des D Anteils Regelstrecke GAIN REAL 1 5 Streckenverst rkung TM LAG TIME 10s Verz gerungszeit 1 TM_LAG2 TIME 10s Verz gerungszeit 2 TM_LAG3 TIME 10s Verz gerungszeit 3 100 Stellgr e EE ee Geer EE EE EE EE EE E EE Regelgr e 100 m TE 1 1 e E rr TAR et IT 17 15 17 16 17 17 17 18 17 19 17 20 17 21 17 22 17 23 Bild 7 30 Regelung mit kontinuierlichem Regler mit Impulsausg ngen und Sollwertspr n gen ber den ganzen Messbereich Standard PID Control A5E00204508 02 Technische Daten und Blockschaltbilder 8 1 Technische Daten Funktionsbausteine CPU Belastung Um die Belastung einer bestimmten CPU durch die In
30. Ausnahme P_SEL sowie I_SEL und MAN ON TRUE Das bedeutet es wird der Sollwert absolut ber SP_INT vorgegeben das gleiche gilt f r die Eingabe des Istwertes ber PV_IN Als Regelfunktion ist ein normaler PI Regler mit P Funktion im Vorw rtszweig eingestellt Der Regelkreis ist ge ffnet und die Stellgr e wird im Prozent Bereich ber den Eingang MAN beeinflusst Alle brigen Funktionen sind passiv oder falls nicht abschaltbar durch Vorbe setzung von Rand Parametern bei Signalverlauf innerhalb des Mess bzw Ar beitsbereiches nicht wirksam Symbole und Kennungen in den Signalflusspl nen Die Bezeichnungen der anschlie baren Prozessgr en sind unterlegt dargestellt Sie erkennen daran wo die Reglerstruktur mit der S7 Peripherie oder direkt mit den Mess und Stellgliedern des Prozesses verbunden werden kann Parameterbezeichnungen mit der Buchstabengruppe OP z B SP_OP SP_OP_ON verweisen auf den an dieser Stelle m glichen Eingriff ber das Konfi gurationswerkzeug von Standard PID Control Das Konfigurationswerkzeug hat eine eigene Schnittstelle zum Regler FB Zwischengr en im Signalverlauf k nnen durch die mit Kreisen markierten Mess punkte MP1 MP12 beobachtet werden Diese Zwischengr en werden zum Ab gleich von Werten vor Ausl sung sto freier Umschaltvorg nge oder zur Einsicht nahme in aktuelle Zust nde der betreffenden Regelung ben tigt Die Messpunktgr en im Kurvenschreiber des
31. Bei Verwendung der Tra pezregel wird der Regelalgorithmus des digitalen Reglers in seinem Verhalten dem eines analogen Reglers hnlicher Standard PID Control Glossar 14 A5E00204508 02 Glossar Verh ltnisregelung ratio controller e Einschleifige Verh ltnisregelung single loop ratio controller Eine einschleifige Verh ltnisregelung wird dann eingesetzt wenn f r einen Vor gang z B Drehzahlregelung das Verh ltnis zweier Regelgr en wichtiger ist als die Absolutwerte der Regelgr en SP Verh ltnis LMN Regler Let Strecke PVi Quotient PV2 e Mehrschleifige Verh ltnisregelung multiple loop ratio controller Bei einer zweischleifigen Verh ltnisregelung wird das Verh ltnis der beiden Pro zessgr en PV1 und PV2 konstant gehalten Dazu wird der Sollwert des 2 Re gelkreises aus der Regelgr e des 1 Regelkreises berechnet Auch bei einer dynamischen nderung der Prozessgr e x4 ist gew hrleistet dass das vorge gebene Verh ltnis eingehalten wird Zu Regler 1 gt Strecke 1 EES LMN1 PV1 S Regler 2 m LMN2 PV2 Strecke 2 E Verz gerung 1 Ordnung first order lag Die Verz gerung 1 Ordnung ist eine Funktion zur D mpfung zeitlichen Verz ge rung der nderungen einer analogen Regelgr e Die Verz gerungszeitkonstante TM LAG gibt an nach welcher Zeit das Ausgangssig
32. Bild 2 13 Die Funktion PVFC Bei Aktivierung der Funktion PVFC durch PVFC_ON TRUE wird eine anwender spezifische Funktion aufgerufen ber den Parameter PVFC_NBR wird die Num mer der verwendeten FC eingegeben Der Regler f hrt einen Aufruf der FC durch Vorhandene Ein Ausgangsparameter der Anwender FC werden dabei nicht versorgt Die Daten bertragung m ssen Sie deshalb mit S7 AWL in der Anwender FC programmieren Nachstehend daf r ein Beispiel AWL Erl uterung FUNCTION Anwender FC VAR_ TEMP INV REAL OUTV REAL END_VAR BEGIN L Regler_DB PVFC_IN T INV Anwenderfunktion OUTV INV L O0UTV T Regler_DB PVFC_OUT END_FUNCTION Der Wert von PVFC_ON bestimmt dann ob in den Istwertzweig an dieser Stelle eine frei programmierte Funktion in Form einer Standard FC z B eine Kennlinie eingef gt wird oder ob der Istwert ohne eine derartige Beeinflussung weiterverar beitet wird f Gefahr Der Baustein berpr ft nicht ob eine FC vorhanden ist Ist die FC nicht vorhan den dann geht die CPU mit einem internen Systemfehler in STOP Standard PID Control 4 28 A5E00204508 02 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und die PID Reglerfunktionen Parameter der Funktion PVFC Der Eingangswert PVFC_IN ist ein impliziter Parameter und am Konfigurations werkzeug nicht zu beobachten Der Ausgangswert ist am Messpunkt MP6 zug ng lich Bild 2 13 Wenn PVFC_ON FALSE ist Vorb
33. Die Dauer des erzeugten Impulses betr gt stets ein ganzzahliges Vielfa ches dieses Wertes Am Eingang CYCLE geben Sie die Abtastzeit f r die brigen Regelungsfunktionen des PID_CP vor Der Funktionsbaustein PID_CP ermittelt die Zeituntersetzung und bearbeitet die Regelungsfunktionen mit der Abtastzeit CYCLE Dabei m ssen Sie darauf achten dass CYCLE ein ganzzahliges Vielfaches von CYCLE_P ist Falls Sie diese Bedingung nicht einhalten rundet der Funktionsbau stein PID_CP die Abtastzeit f r die Regelungsfunktionen auf ein ganzzahliges Viel faches von CYCLE_P auf Die zeitabh ngigen Funktionen z B Gl ttung Integra tion Differentiation arbeiten dann nicht ganz korrekt CYCLE kann kleiner gew hlt werden als die Periodendauer PER_TM_P bzw PER_TM_N Dies ist dann sinnvoll wenn einerseits eine m glichst gro e Perio dendauer gew nscht wird um die Stellglieder zu schonen und andererseits die Abtastzeit aufgrund einer schnellen Regelstrecke klein sein muss Als sinnvoller Wert f r die Abtastzeit CYCLE gilt wie beim kontinuierlichen Regler ohne Impulsformerstufe dass CYCLE nicht kleiner werden darf als ca 10 der dominierenden Streckenzeitkonstanten des geregelten Systems Beispiel f r die Wirkung der Parameter CYCLE_P CYCLE und PER_TM_P bzw PER_TM_N PER_TM_P 10 s CYCLE 1 s CYCLE_P 100 ms Jede Sekunde wird ein neuer Stellwert berechnet alle 100 ms erfolgt der Vergleich des Stellwertes mit der bislang ausgege
34. Die Nachf hrgr e ist dabei immer der Sollwert SP des unterlagerten Kreises Bild 6 20 Die Umschaltung vom Nachf hr in den Automatikbetrieb erfolgt sto frei wie bei der Hand Automatikumschaltung Hinweis Schrittregler PID_ES k nnen in Kaskadenschaltungen nur als Folgeregler in un terlagerten Regelkreisen eingesetzt werden MAN ON fehlt bei Schrittregler ohne LMNOP_ON Stellungsr ckm bzw bei LMNR_ON FALSE Bild 6 20 Zweischleifige Kaskadenregelung mit Schrittregler Standard PID Control A5E00204508 02 6 25 Der Schrittregler PID_ES Bausteinverschaltung Nachstehendes Bild zeigt das Prinzip der Regler bzw Bausteinverschaltung in mehrschleifigen Kaskaden Regler 1 Regler 2 Regler 3 Regler 2 SPEXT_ON PV2 PV3 PID_CP PID_CP PID_ES LMN A EXT LMN CH SP_EXT LMN CAS_ON i CAS_ON QCAS QCAS CAS CAS SP sp i Bild 6 21 Verschaltung einer Kaskade mit zwei unterlagerten Regelkreisen und Schrittregler 6 26 Standard PID Control A5E00204508 02 Regleraufrufverteiler und Beispiele f r d Reglerkonfigurationen 7 1 Regleraufrufverteiler LP_SCHED Anwendung Der Regleraufrufverteiler LP_SCHED wird verwendet wenn die Zahl der Weck alarme e
35. LECT hat Diesen Eingangsparameter verschalten sie auf den SELECT Eingang des FB PID_CP Im OB 1 bzw im Weckalarm OB rufen Sie dann nur diese FC auf Diese Vorgehensweise ist nderungsfreundlich und spart Programmspeicher Betriebsarten des Reglers mit Impulsausgang Je nach Parametrierung des Impulsformers k nnen PID Regler mit Dreipunktver halten oder mit bipolarem bzw unipolarem Zweipunktausgang konfiguriert werden Nachstehende Tabelle zeigt die Einstellung der Schalterkombinationen f r die m g lichen Betriebsarten Schalter MAN_ON STEP3_ON ST2BI_ON Betriebsart Dreipunktregelung FALSE TRUE beliebig Zweipunktregelung mit bipolarem FALSE FALSE TRUE Stellbereich 100 bis 100 Zweipunktregelung mit unipolarem FALSE FALSE FALSE Stellbereich 0 bis 100 Handbetrieb TRUE beliebig beliebig Dreipunktregelung 5 22 In der Betriebsart Dreipunktregelung k nnen drei Zust nde des Stellsignals er zeugt werden z B je nach Stellglied und Prozess Mehr Aus Weniger Vorw rts Stop R ckw rts Heizen Aus K hlen usw Nach Anforderung des zu regeln den Prozesses werden die Zustandswerte der bin ren Ausgangssignale QPOS_P und QNEG_P den jeweiligen Betriebszust nden des Stellgliedes zugeordnet Die Tabelle zeigt zwei Beispiele heizen aus k hlen vorw rts stop r ckw rts QPOS_P TRUE FALSE FALSE QNEG_P FALSE FALSE TRUE Eine Dimensionierung
36. P_B_TM_N RATIOFAC Bild 2 15 Signalflussplan der Stellsignalbildung des kontinuierlichen Reglers 2 20 Standard PID Control A5E00204508 02 Entwerfen von digitalen Regelungen Stellsignalverarbeitung Schrittregler mit Stellungsr ckmeldung e Festeinstellung des Handwerts und Stellgr enbegrenzung Die Funktionen zur Einstellung des Handwerts und zur Begrenzung des Abso lutwerts der Ausgangsgr e sind die gleichen wie beim Regler mit kontinuierli chem Ausgang e Bildung des bin ren Stellsignals THREE_ST PULSEOUT Der Dreipunktschalter THREE_ST erzeugt je nach Vorzeichen der Eingangsdif ferenz ber die Pulsformerstufe PULSEOUT einen positiven oder negativen Ausgangsimpuls der bis zum Verschwinden der Eingangsgr e anliegt Die selbstadaptive Schalthysterese verhindert zu h ufiges Schalten des Ausgangs MAN p gt QLMN_HLM Ba fe QLMN_LLM MP8 LMNOP_ON d EC MANGN ON MAN ON S LMN_OP l Y 0 Y BB o 1 OI s LMNFC_IN a K Io GEI E LMN_HLM MANUP LMN HLM LMN LLM MANDN LMN LLM wg PID_OUTV LMNR_HS T lt N LMNR_LS Weu LMNUP 7 p LMNDN L QLMNUP LMN HREE_S e PULSEOU Lg JAND AND gt f Y Oe S er E22 QLMNDN sol 1 o Q Ze e JanpH LL AND gt LMNR MTR TM PULSE_TM A BREAK_TM LMNUP_OP de LMNDN Op LMNSOPON LMNRP_ON LMN NORM LMNR_CRP Y 4 0 LMNR_FAC LMNR_OFF LMNR_IN
37. Parameterlisten von Standard PID Control Tabelle 9 4 Statische Bausteindaten PID_CP Eing nge Fortsetzung ven Bereich Parameter Datentyp Erl uterung zul ssiger Vorbele Wertebereich gung FAC REAL Faktor gesamter Wertebe 1 0 Verh ltnis oder Mischungsfaktor reich dimensionslos NM_SPEHR REAL Sollwert Normierung Arbeitsbereich Ein 100 0 gang oben NM_SPELR REAL Sollwert Normierung Arbeitsbereich Ein 100 0 gang unten SPFC_OUT REAL Sollwert FC Ausgang 100 0 100 0 0 0 wird mit dem Ausgang des FC im Soll wertzweig verschaltet SPURLM_P REAL Sollwert Anstiegsbegrenzung im positi gt 0 physikalische 10 0 ven Bereich Gr e s SPDRLM_P REAL Sollwert Abstiegsbegrenzung im positi gt 0 physikalische 10 0 ven Bereich Gr e s SPURLM_N REAL Sollwert Anstiegsbegrenzung im negati gt 0 physikalische 10 0 ven Bereich Gr e s SPDRLM_N REAL Sollwert Abstiegsbegrenzung im negati gt 0 physikalische 10 0 ven Bereich Gr e s NM_PIHR REAL Istwert Normierung Messbereich Ein 100 0 gang oben NM_PILR REAL Istwert Normierung Messbereich Ein 100 0 gang unten NM_PVHR REAL Istwert Normierung Messbereich Aus 100 0 gang oben NM_PVLR REAL Istwert Normierung Messbereich Aus 100 0 gang unten PV_TMLAG TIME Istwertverz gerungszeit gesamter Wertebe T 5s Verz gerung des PT1 Gliedes im PV reich Zweig SQRT_HR
38. REAL Regeldifferenz negativer Grenzwert 200 0 0 90 0 Warnung ERN_ALM REAL Regeldifferenz negativer Grenzwert 200 0 0 100 0 Alarm ER_HYS REAL Regeldifferenz Hysterese 20 1 0 Vermeidet Flackern der Uberwa chungsanzeige I_ITLVAL REAL Initialisierungswert f r l Anteil 100 0 100 0 0 0 LMNR_FAC REAL Stellungsr ckmeldungs Faktor gesamter Wertebe 1 0 Faktor zur Anpassung des R ckmel reich dimensionslos dungsbereichs LMNR_OFF REAL Stellungsr ckmeldungs Offset 100 0 100 0 0 0 Nullpunkt der R ckmeldungsnormie rung PULSE_TM TIME Mindestimpulsdauer n CYCLE n 0 1 2 T 3s BREAK_TM TIME Mindestpausendauer n CYCLE n 0 1 2 T 3s MTR_TM TIME Motorstellzeit gt CYCLE T 30s PHASE INT Phase vom PID Self Tuner 0 9 16 Standard PID Control ASE00204508 02 Parameterlisten von Standard PID Control Tabelle 9 11 Statische Lokaldaten PID_ES Ausg nge Parameter Datentyp Erl uterung Vorbele gung QPVH_ALM BOOL Istwert oberer Grenzwert Alarm angesprochen FALSE QPVH_WRN BOOL Istwert oberer Grenzwert Warnung angesprochen FALSE QPVL_WRN BOOL Istwert unterer Grenzwert Warnung angesprochen FALSE QPVL_ALM BOOL Istwert unterer Grenzwert Alarm angesprochen FALSE QR_S_ACT BOOL Zeittabelle f r Fahrkurve wird bearbeitet FALSE QSP_HLM BOOL Sollwert ober
39. Stellungs Stellungsr ckm R ckmeldung von Peripherie Stellungsr ckm Normierung Hand Eingang bin r Ab Auf Bild 2 10 Stellwertzweig des Schrittreglers mit Stellungsr ckmeldung PV SP ER PID Regler Eingangs Anteil Hand Eingang bin r Stellsignak rn r ckf hrung Dreipunkt Schalter Impulsformer Ab Auf Bild 2 11 _Stellwertzweig des Schrittreglers ohne Stellungsr ckmeldung Standard PID Control A5E00204508 02 2 14 Entwerfen von digitalen Regelungen 2 6 Signalflusspl ne Signalflussdarstellungen Die nachstehenden Grafiken zeigen schematisierte bersichten ber die Funktio nen von Standard PID Control Deutlich ist die Vielzahl der SW Schalter mit de ren Hilfe Sie die von Ihnen ben tigte Funktionsauswahl in der Struktur bestimmen Analog zur Darstellung der Schalter im Konfigurationswerkzeug bedeutet der schwarze Punkt in den Schaltersymbolen dass das Schaltsignal den nebenste henden boolschen Wert 0 FALSE oder 1 TRUE hat und dass der Signalweg jeweils ber diesen Punkt durchgeschaltet ist Die Schaltsignale Bin rsignale sind durch gestrichelte Linien gekennzeichnet In den Pl nen sind jeweils Teilfunktionen mit den durch die Voreinstellung der Schalterbits im Auslieferungszustand bestimmten Signalwegen dargestellt Gene rell haben alle Schaltsignale in der Ausgangsparametrierung den Wert FALSE
40. gt MTR_TM u x PULSE_TM i wa BREAK_TM LMNUP_OP 0 0 7 0 Y LMNDN_OP ER i EE y Se LMNSOPON 100 010 1 Men 0 0 0 LMNS ON OR LMNSOPON vumm mu TI m 0 0 Oke o o oe e Bild 2 17 Blockschaltbild Stellgr enbildung des Schrittreglers ohne Stellungsr ckmeldung LMNR_ON FALSE 2 22 Standard PID Control A5E00204508 02 Konfigurieren und Inbetriebsetzen von 3 Standard PID Control 3 1 Definieren der Regelaufgabe Spezifizieren der Aufgabe Vor der Realisierung eines Regelkreises mit Hilfe von Standard PID Control m s sen Sie sich Klarheit verschaffen ber die prozesstechnische Automatisierungsauf gabe das einzusetzende Automatisierungssystem und das Bedien und berwa chungsumfeld Zur Spezifizierung der Aufgabe sind demnach erforderlich 1 Kenntnisse ber den zu regelnden Prozess d h ber die charakteristischen Kennwerte der Regelstrecke Verst rkung Ersatzzeitkonstante St rgr en usw 2 Festlegung der CPU auf der Standard PID Control installiert und bearbeitet werden soll 3 Definieren von Signalbearbeitungs und berwachungsfunktionen neben und zus tzlich zu den Kernfunktionen des Reglers Im Kapitel 2 1 wurde bereits auf Prozesseigenschaften und die Ermittlung von Kenngr en f r das Prozessverhalten eingegangen so dass wir empfehlen bei der Spezifizierung einer konkreten Aufgabe gegebenenfalls dort nachzulesen
41. m m 0 0 gt TM_LAG1 TM_LAG2 TM_LAG3 QNEG_P 100 0 O 0 0 Bild 7 26 Aufbau und Parameter des Strecken Bausteins PROC_CP Bausteinstruktur Das Beispiel Pulsegen ist aus der Funktion APP_Pulsegen die die Bausteine f r den Regler und die simulierte Strecke umfasst sowie aus den Aufrufbausteinen f r Neustart OB 100 und eine Weckalarmebene OB 35 mit 100 ms Zeittakt zusam mengesetzt Tabelle 7 9 Bausteine des Beispiels Example6 Baustein Name Beschreibung in der Symbolleiste OB 100 RESTART Neustart OB OB 35 CYC_INT1 Zeitgesteuerter OB 100 ms FC 100 APP_Pulsegen Beispiel 6 FB 1 PID_CP Kontinuierlicher PID Regler mit Impulsformer FB 100 PROC_CP Strecke f r kontinuierlichen Regler mit Impul seing ngen DB 100 PROCESS Instanz DB zu PROC_C DB 101 CONTROL Instanz DB zu PID_CP Die beiden Funktionsbausteine Bild 7 27 sind die Instanz Datenbausteine PRO CESS DB 100 f r die Strecke und CONTROL DB 101 f r den Regler zugeordnet OB 100 Neustart GE _T 100ms FC 100 APP_Pulsegen COM_RST eer Go k Ei We S PID CP PR F OB 35 T zeitge GE steuert T 100ms 100 ms Bild 7 27 Bausteine des Beispiels Example6 Verschaltung und Aufruf Standard PID Control A5E00204508 02 7 31 Regleraufrufverteiler und Beispiele f r Reglerkonfigu
42. nur relevant falls SELECT den Wert 0 oder 1 hat QPOS_P Pulsgenerator positiver Puls ein QNEG_P Pulsgenerator negativer Puls ein PULSE_ON Pulsgenerator ein STEP3_ON Pulsgenerator Dreipunktregelung einschalten 5 26 Standard PID Control A5E00204508 02 Der kontinuierliche Regler PID_CP Parameter ST2BI_ON Bedeutung Pulsgenerator Zweipunktregelung f r bipolaren Stellbe reich einschalten f r unipolaren Stellbereich muss STEP3_ON FALSE sein Zul ssiger Wertebereich PER_TM_P Pulsgenerator Periodendauer des positiven Pulses PER_TM_N Pulsgenerator Periodendauer des negativen Pulses PB TMP Pulsgenerator Mindestimpuls bzw Mindestpausendauer des positiven Pulses P_B_TM_N Pulsgenerator Mindestimpuls bzw Mindestpausendauer des negativen Pulses RATIOFAC Verh ltnisfaktor f r unsymmetrische Kennlinien 0 1 bis 10 0 dimensionslos Eingangsparameter Ausgangsparameter Impulsformerstufe von PID_CP Parameter Typ Signal Typ COM _RST BOOL FALSE CYCLE TIME T 10ms SELECT BYTE 0 PULSE ON BOOL FALSE STEP3 ON BOOL TRUE vi ST2BI ON BOOL FALSE 1 ESA nnn QC_ACT BOOL TRUE MP10 REAL 0 0 ann QPOS_P BOOL FALSE QNEG_P BOOL FALSE CYCLE P
43. projektierte Zeit T SES PI 6 TMV aktuelle Zeit Ree E We D mmm D Bild 4 7 Beeinflussung der Fahrkurve durch das Haltesignal RMP_HOLD und das Fort setzsignal CONT_ON Im Beispiel Bild 4 7 gilt dass bei RMP_HOLD TRUE sowie CONT_ON TRUE und Vorgabe von St tzpunktnummer zum Fortsetzen TM_SNBR 5 und Restzeit bis zum gew nschten St tzpunkt TM_CONT T f r den Bearbeitungszyklus des Zeitplangebers die projektierten St tzpunkte 3 und 4 entfallen Nach Signalwechsel RMP_HOLD von TRUE nach FALSE wird der pro jektierte Kurvenverlauf erst ab St tzpunkt 5 wieder erreicht Der Ausgang QR_S_ACT wird nur dann gesetzt wenn der Zeitplangeber die vom Anwender parametrierte Fahrkurve abarbeitet Standard PID Control A5E00204508 02 4 9 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und die PID Reglerfunktionen Gesamtzeit und Gesamtrestzeit aktualisieren In jedem Zyklus werden die aktuelle St tzpunktnummer NBR_ATMS die aktuelle Restzeit bis zum Erreichen der Zeit RS_TM die Gesamtzeit T_TM und die Ge samtrestzeit bis zum Erreichen des Fahrkurvenendes RT_TM aktualisiert Bei Online nderungen von PI n TMV ndert sich die Gesamtzeit und die Ge samtrestzeit der Fahrkurve Da die Berechnung von T_TM und RT_TM bei vielen St tzpunkten die Bearbeitungszeit des Funktionsbausteins stark vergr ert wird sie nur nach Neustart oder bei TUPDT_ON TRUE durchgef hrt Die Zeitab schnitte PI O NBR_PTS TMV zwischen den
44. ssiger Vorbele Wertebereich gung I_ITL_ON BOOL I Anteil vorbesetzen FALSE DFDB_SEL BOOL D Anteil in R ckf hrung schalten FALSE DISV_SEL BOOL St rgr e aufschalten FALSE LMNR_ON BOOL Stellungsr ckmeldung einschalten FALSE Betriebsarten Schrittregler mit ohne Stellungsr ckmeldung Nicht im Re gelbetrieb umschalten LMNRP_ON BOOL Stellungsr ckmeldung von Peripherie FALSE einschalten TM_SNBR INT Nr des n chsten St tzpunktes zur gt 20 dimensionslos 0 Fortsetzung der Fahrkurve TM_CONT TIME Zeitspanne bis zur Fortsetzung der gesamter Wertebe T 0s Fahrkurve reich dimensionslos Zeitspanne die abl uft bevor der Zeit plangeber nach einer Unterbrechung die Fahrkurve am St tzpunkt TM_SNBR weiter bearbeitet FAC REAL Faktor gesamter Wertebe 1 0 Verh ltnis oder Mischungsfaktor reich dimensionslos NM_SPEHR REAL Sollwert Normierung Eingang oben 100 0 NM_SPELR REAL Sollwert Normierung Eingang unten 100 0 SPFC_OUT REAL Sollwert FC Ausgang 100 0 100 0 0 0 wird mit dem Ausgang des FC im Soll wertzweig verschaltet SPURLM_P REAL Sollwert Anstiegsbegrenzung im positi 20 s 10 0 ven Bereich SPDRLM_P REAL Sollwert Abstiegsbegrenzung im positi 20 s 10 0 ven Bereich SPURLM_N REAL Sollwert Anstiegsbegrenzung im nega 20 s 10 0 tiven Bereich SPDRLM_N REAL Sollwert Abstiegsbegrenzung im nega 20 s 10 0 tiven Bereich NM_PIHR REAL Istwert Normierung Eingang oben 100 0 NM_PILR REAL Ist
45. tzpunkt Koordinaten sowie die Anzahl der St tzpunkte NBR_PTS sind in einem globalen Datenbaustein abgelegt Tabelle 4 2 Tabelle 4 2 Gilobaler Datenbaustein DB_NBR vorbelegt mit Startpunkt und vier St tzpunkten Parameter Daten Kommentar zul Wertebereich Vorbele typ gung INBR_PTS INT Anzahlder St tzpunkte ipe eg 7 4 PI 0 OUTV REAL Ausgangswert 0 Startpunkt gesamter Wertebereich 0 0 PI 0 TMV TIME Zeitwert 0 Startpunkt gesamter Wertebereich T 1s PI 1 OUTV REAL Ausgangswert 1 St tzpunkt 1 gesamter Wertebereich 0 0 PI 1 TMV TIME Zeitwert 1 St tzpunkt 1 gesamter Wertebereich T 1s PI 2 OUTV REAL Ausgangswert 2 St tzpunkt 2 gesamter Wertebereich 0 0 PI 2 TMV TIME Zeitwert 2 St tzpunkt 2 gesamter Wertebereich T 1s PI 3 OUTV REAL Ausgangswert 3 St tzpunkt 3 gesamter Wertebereich 0 0 PI 3 TMV TIME Zeitwert 3 St tzpunkt 3 gesamter Wertebereich T 1s PI 4 OUTV REAL Ausgangswert 4 St tzpunkt 4 gesamter Wertebereich 0 0 PI 4 TMV TIME Zeitwert 4 St tzpunkt 4 gesamter Wertebereich T 0 s Standard PID Control A5E00204508 02 4 11 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und de PID Reglerfunktionen 4 1 3 Normierung des externen Sollwertes SP_NORM Anwendung Liegt der externe Sollwert nicht in der physikalischen Einheit des Istwerts vor z B in bei einer Reglerkaskade dann m ssen dieser Wert und sein Einstellbereich auf
46. 0 0 INV REAL 0 0 TM LAG TIME T 10s TM LAG TIME T 10s TM_LAG3 TIME T 10s Ausgangsparameter Signal Typ OUTV REAL 0 0 Vorbelegung bei Neuerstellung des Instanz DB Bild 7 14 Funktionsschema und Parameter des Streckenmodells PROC_C Parameter und Sprungantwort Standard PID Control Anhand einer konkreten Parametrierung eines kontinuierlichen Reglers mit PID Wirkung wird die Reaktion eines Regelkreises mit simulierter PT Regelstrecke 3 Ordnung gezeigt Die eingestellten Streckenparameter mit jeweils 10 s Verz ge rungszeit bilden ann hernd das Verhalten einer Druckregelung oder einer F ll standsregelung nach Einstellung einer der Verz gerungszeiten TM_LAGx 0 s reduziert die Ordnung der Strecke um ein Grad ASE00204508 02 7 19 Regleraufrufverteiler und Beispiele f r Reglerkonfigurationen 7 20 Das Kurvendiagramm Konfigurationswerkzeug zeigt das bergangs und Ein schwingverhalten des geschlossenen Regelkreises nach einer Reihe von Sollwer t nderungen von jeweils 20 Prozent des Messbereiches Bild 7 15 Die Tabelle enth lt die aktuell eingestellten Werte der relevanten Parameter f r Regler und Strecke Parameter Typ Parametrierung Beschreibung Regler CYCLE TIME 100ms Abtastzeit GAIN REAL 0 31 Proportionalbeiwert TI TIME 22 7208 Integrationsze
47. Ausgang Beispiel Getting Started Setup Online Hilfe Bild 1 2 Inhalt des Softwarepaketes Standard PID Control Standard PID Control A5E00204508 02 1 3 Produkt bersicht Standard PID Control e Der Std FB PID_CP enth lt alle regelungstechnischen Funktionen eines konti nuierlichen PID Reglers einschlie lich eines Impulsausgangs f r proportionale Stellglieder e Der Std FB PID_ES enth lt alle regelungstechnischen Funktionen eines PID Reglers mit Dreipunkt Schrittausgang e Die Std FC LP_SCHED steuert die Aufrufverteilung der einzelnen Regler inner halb eines Weckalarm OB bei Anwendungen mit vielen Regelkreisen Der Bau stein bernimmt auch die Initialisierung der Reglerstruktur beim Anlauf der CPU bzw des AS Au erdem enth lt das Softwarepaket ein Setup Programm f r die Installation der Standard PID Control auf PG PC sowie eine Online Hilfe die Informationen Nachschlagewissen zu Teilfunktionen und Einzelparametern w hrend der prakti schen Aufgabenbearbeitung verf gbar macht Vorkonfektionierte Anwendungs Strukturen Der Lieferumfang der Standard PID Control wird durch Datenstrukturen Instanz DBs f r die am h ufigsten eingesetzten Reglertypen bzw f r die wichtigsten mehrschleifigen Regelungen erg nzt Auf diese betriebsfertig vorbereiteten Struktur Beispiele Example1 Example6 k nnen Sie zur ckgreifen wenn Ihnen die Erstellung eines Reglers von Grund
48. Ausgangswert 3 St tzpunkt 3 gesamter Wertebereich 0 0 PI 3 TMV TIME Zeitwert 3 St tzpunkt 3 gesamter Wertebereich T 1s PI 4 OUTV REAL Ausgangswert 4 St tzpunkt 4 gesamter Wertebereich 0 0 PI 4 TMV TIME Zeitwert 4 St tzpunkt 4 gesamter Wertebereich T 0 s Standard PID Control A5E00204508 02 9 19 Parameterlisten von Standard PID Control 9 3 Parameter der Funktion LP_SCHED LP_SCHED DB_NBR TM_BASE COM_RST Bild 9 1 Funktion LP_SCHED Tabelle 9 14 Eingangsparameter von LP_SCHED Parameter Datentyp Erl uterung zul ssiger Vorbele Wertebereich gung TM_BASE TIME Zeitbasis gt 20 ms S7 300 100 ms Zeittakt der Weckalarmebene in der P gt 5 ms S7 400 SCHED aufgerufen wird COM_RST BOOL Neustart FALSE Neustartroutine des LP_SCHED wird bearbeitet DB_NBR BLOCK_ Datenbausteinnummer DB 1 DB DB mit den Aufrufdaten der Regelkreise Tabelle 9 15 Gilobaler Datenbaustein DB_NBR Parameter Datentyp Erl uterung zul ssiger Vorbele Wertebereich gung GLP_NBR INT gr te Regelkreisnummer 1 256 2 ALP_NBR INT aktuelle Regelkreisnummer 1 256 0 LOOP_DATI1 TIME Regelkreisdaten 1 manuelle Abtastzeit 220 ms S7 300 T 1s MAN_CYC gt 5 ms S7 400 LOOP_DAT 1 BOOL Regelkreisdaten 1 manuell Regleraufruf sperren FALSE MAN_DIS LOOP_DAT 1 BOOL Regelkreisdaten 1 manuell Neustart setzen FALSE
49. Begrenzung der Stellwert Abso Die Funktion ist lutwerte LMNLIMIT st ndig aktiv Stellwertzweig f r Schrittregler kon Handwertgenerator gt Kap 6 figurieren MAN_GEN Bei Stellungsr ckmeldung Be Die Funktion ist grenzung der Stellwert Absolut st ndig aktiv werte LMNLIMIT Betriebs Parameter f r Drei punktglied und Pulsformerstufe THREE_ST und PULSEOUT 9 Regler konfigurieren PID Reglerstruktur und PID Pa Kap 5 rameter Arbeitspunkt bei P und PD Reglern St rg enaufschaltung DISV 10 Im Bedarfsfall einf gen von Erg n SPFC SPFC_ON TRUE zungsfunktionen d h von anwen PVFC PVFC_ON TRUE dergeschriebenen FCs in den LMNFC LMNFC_ON TRUE Sollwert den Istwert und oder den 7 Stellwertzweig 11 Laden der konfigurierten Regelung Im SIMATIC Manager das Pro in die CPU des AS jekt laden 12 Falls gew nscht Offlinetest der Modellregelstrecke in Example1 konfigurierten Regelung an der si und Example2 enthalten mulierten Verz gerungsstrecke 3 Ordnung durchf hren 13 Verschalten der Bausteinein und Verschaltung der Ein Aus g nge mit den absoluten oder symbolischen Peripherieadres sen im Anwenderspeicher der CPU programmieren 3 8 Standard PID Control A5E00204508 02 Konfigurieren und Inbetriebsetzen von Standard PID Control Im Folgenden werden die Aktivit ten zur Konfiguration einzelner Funktionen bzw Punk
50. Bei berschreitungen durch die Ein gangsgr e inv t werden die zugeh rigen Anzeigen ber die Meldeausg nge Bild 2 15 ausgegeben inv MP10 Pa LMN_HLM inv t Toleranzband gt t LMN_LLM QLMN_HLM J l TL QLMN_LLM o ST Loo Bild 5 8 Absolutwertbegrenzung der Stellgr e LMN t MP10 t Standard PID Control A5E00204508 02 5 11 Der kontinuierliche Regler PID_CP Anlauf und Betriebsweise Bei Neustart werden alle Meldeausg nge nullgesetzt Die Begrenzung arbeitet gem folgenden Beziehungen LMN QLMN_HLM QLMN_LLM wenn LMN_HLM TRUE FALSE inv 2LMN_HLM LMN_LLM FALSE TRUE inv lt LMN_LLM inv FALSE FALSE LMN_HLM lt inv lt LMN_LLM Parameter Am Ausgang d h am Parameter LMN bzw am Messpunkt MP10 wird der wirk same Stellwert der Regelung angezeigt der Funktion LMNLIMIT Der Eingangswert inv ist ein impliziter Parameter Er ist am Konfigurationswerk zeug nur ber den Parameter LMNFC_IN oder ber den Messpunkt MP9 zug ng lich F r ein sinnvolles Arbeiten der Begrenzungsfunktion muss gelten LMN_HLM gt LMN_LLM Parameter Bedeutung Zul ssiger Wertebereich LMN_HLM Obere Begrenzung der Stell LMN_LLM bis 100 0 gr e LMN_LLM Untere Begrenzung der Stell 100 0 bis LMN_HLM
51. CYCLE T 20s TD TIME Differenzierzeit TD gt CYCLE T 10s TM LAG TIME Verz gerungszeit des D Anteils TM_LAG gt CYCLE 2 T 2s DISV REAL St rgr e 100 0 100 0 0 0 CAS REAL Eingang f r Kaskadenbetrieb Verschaltung mit PV des unterlager ten Reglers techn Wertebereich phsyikalische Gr e 0 0 Standard PID Control A5E00204508 02 9 3 Parameterlisten von Standard PID Control Tabelle 9 1 Eingangsparameter PID_CP kontinuierlicherr Regler Fortsetzung Parameter Datentyp Erl uterung zul ssiger Vorbele Wertebereich gung SP_HLM REAL Sollwert obere Begrenzung techn Wertebereich 100 0 physikalische Gr e SP_LLM REAL Sollwert untere Begrenzung techn Wertebereich 0 0 physikalische Gr e LMN_HLM REAL Stellwert obere Begrenzung LMN_LLM 100 0 100 0 LMN_LLM REAL Stellwert untere Begrenzung 100 0 LMN_HLM 0 0 DB_NBR BLOCK_ Datenbausteinnummer DB 1 DB DB mit den St tzpunkten der Fahr kurve SPFC_NBR BLOCK_ Sollwert FC Nummer FCO FC selbstdefinierter FC im Sollwert zweig PVFC_NBR BLOCK Istwert FC Nummer FCO FC selbstdefinierter FC im Istwertzweig LMNFCNBR BLOCK Stellwert FC Nummer FC 0 FC selbstdefinierter FC im Stellwert zweig Tabelle 9 2 Ausgangsparameter PID_CP kontinuierlicher Regler Parameter Datentyp Erl uterung
52. Die F hrungsgr e gibt den gew nschten Wert bzw Verlauf der interessierenden Prozessgr e vor Ihr Momentanwert hei t Sollwert SP F hrungsregler master controller Der F hrungsregler ist ein berlagerter Regler einer mehrschleifigen Regelung Erzeugt den F hrungs Soll wert f r den nachgeschalteten Folge Regler gt Kas kadenregelung F hrungsverhalten master control behavior Das F hrungsverhalten ist das Verhalten zeitlicher Verlauf der Regelgr e im geschlossenen Regelkreis nach einer sprungf rmigen Anderung des Sollwertes Grenzwertmelder limit alarm monitor Algorithmus Funktion zur berwachung einer analogen Gr e auf vier vorgeb bare Grenzen Bei Erreichen und ber Unterschreiten dieser Grenzen wird ein zugeh riges Warnsignal 1 Grenze oder Alarmsignal 2 Grenze erzeugt Zur Ver hinderung von Signalflackern ist die Ausschaltschwelle R ckschaltdifferenz der Grenzsignale ber einen Parameter f r die Hysterese einstellbar Handbetrieb manual processing Beeinflussung des Wertes der Stellgr e LMN durch Handbedienung Der ak tuelle Stellwert wird vom Bediener oder STEP 7 Anwenderprogramm als Prozent wert des Stellbereiches vorgegeben Die Umschaltung zwischen Automatik und Handbetrieb kann sto frei erfolgen wenn rampenf rmige An und Abstiegsbegrenzungen der Stellgr e vorgesehen werden Funktion LMN_ROC Standard PID Control A5E00204508 02 Glossar 5 G
53. Diese Datei finden Sie im Startmen von WIN DOWS unter SIMATIC STEP7 Hinweise Das Konfigurationswerkzeug soll Ihnen die Parametrierung und Inbetriebnahme des Standard Reglerbausteines erleichtern sodass Sie sich verst rkt dem eigentli chen Regelungsproblem zuwenden k nnen Mit dem Konfigurationswerkzeug k nnen Sie die Standard Reglerbausteine e PID_CP Regler mit kontinuierlichem Ausgang e PID_ES Regler mit Ausgang f r Schrittregelung parametrieren und damit optimal an die Prozesseigenschaften der Regelstrecke anpassen Standard PID Control A5E00204508 02 10 1 Projektiersoftware f r Standard PID Control Die Funktionen des Konfigurationswerkzeuges Die Leistungen des Konfigurationswerkzeuges sind in einzelne Funktionen aufge teilt Jede dieser Funktionen l uft in einem eigenen Fenster ab Eine Funktion kann auch mehrfach aufgerufen werde d h Sie k nnen z B die Kreisbilder von mehre ren Reglern simultan darstellen Regler beobachten Mit Hilfe der Funktion Kurvenschreiber k nnen Sie f r von Ihnen ausgew hlte Variablen des Regelkreises den Werteverlauf ber einen definierten Zeitraum aufzeichnen und darstellen lassen Es sind bis zu vier Variablen gleichzeitig darstellbar Mit der Funktion Kreisbild k nnen Sie sich die relevanten Regelkreisgr en Soll wert Stellwert und Istwert eines von Ihnen ausgew hlten Reglers darstellen las sen Weiter werden Grenzwert berschreitungen der Prozessvariablen ang
54. Ihnen die Struktur und Arbeitsweise von Standard PID Control e re 3 hilft Ihnen beim Entwurf und Inbetriebsetzen von Standard PID Con rol Kapitel 4 Zeigt Ihnen die Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und im Regler Kapitel 5 Zeigt Ihnen die Signalverarbeitung im kontinuierlichen Reglerausgang Kapitel 6 zeigt Ihnen die Signalverarbeitung im Schrittreglerausgang KICH a Ihnen das Arbeiten mit dem Regleraufrufverteiler und beispiel atte Re glerstrukturen Kapitel 8 informiert Sie ber die technischen Daten und Blockschaltbilder Kapitel 9 informiert Sie ber die Parameterlisten von Standard PID Control Kapitel 10 gibt Ihnen eine bersicht ber das Konfigurationswerkzeug Anhang A enth lt das Literaturverzeichnis Im sind wichtige Begriffe erkl rt e Das Stichwortverzeichnis hilft Ihnen Textstellen zu wichtigen Stichworten schnell zu finden e S7 Programmierer e Regelungsprogrammierer e Bedienpersonal e Servicepersonal Standard PID Control A5E00204508 02 Vorwort Lesekonventionen Damit Sie die Informationen in diesem Handbuch leichter finden k nnen wurden bestimmte Konventionen festgelegt e berfliegen Sie zun chst die berschriften und die Titel am linken Rand um schnell Hinweise auf den Inhalt zu erhalten e Ein Themenblock beantwortet entweder eine Fragestellung zur Funktionalit t des Werkzeuges oder gibt Auskunft ber erforderliche bzw empfohlene Ab l
55. Konfigurationswerkzeugs k nnen sta tisch und dynamisch dargestellt werden Der bersichtlichkeit wegen sind die Parameter zur Einstellung und Dimensionie rung der Bearbeitungsvorg nge Algorithmen bei den einzelnen Funktionsbl cken jeweils mit angegeben Wir verweisen dazu auf die Beschreibungen im Referenz teil und auf die Darstellung einzelner Teilfunktionen in den folgenden Abschnitten Standard PID Control A5E00204508 02 2 15 Entwerfen von digitalen Regelungen Signalverarbeitung im Zweig der F hrungsgr e Festeinstellung des Sollwerts SP_GEN Bei Festwertregelungen wird der Sollwert am Sollwertgenerator SP_GEN per Schalterbetrieb gew hlt und fest eingestellt Sollwerteinstellung per Zeitplan RMP_SOAK Bei der Regelung von Prozessen auf unterschiedliche Sollwerte nach einem zeitgesteuertem Programm erzeugt der Zeitplangeber RMP_SOAK nach ent sprechender Parametrierung die gew nschte Fahrkurve der F hrungsgr e und beeinflusst damit den Prozess im Sinne eines definierten Anderungsprofils der Regelgr e nderungsbegrenzung der F hrungsgr e SP_ROC Die Umwandlung von Sollwertspr ngen in einen rampenf rmigen Anstieg oder Abfall der F hrungsgr e verhindert Eingangsspr nge auf den Prozess Die Funktion SP_ROC begrenzt die Sollwertsteigung getrennt f r An und Abstieg sowie f r positive und negative Werte der F hrungsgr e Absolutwertbegrenzung der F hrungsgr e SP_LIMIT Um unzul
56. LMNR REAL 0 0 LMNR_HLM REAL 100 0 LMNR UN REAL 0 0 MTR_TM TIME T 30s TM_LAG1 TIME T 10s TM_LAG2 TIME T 10s TM_LAG3 TIME T 10s Vorbelegung bei Neuerstellung des Instanz DB Bild 7 8 Funktionsschema und Parameter des Streckenmodells PROC_S Parameter und Sprungantwort 7 14 Anhand einer konkreten Parametrierung des Schrittreglers mit Pl Wirkung und ein geschalteter Totzone wird die Reaktion eines Regelkreises mit simulierter PT Re gelstrecke 3 Ordnung gezeigt Die eingestellten Streckenparameter mit jeweils 10 s Verz gerungszeit bilden ann hernd das Verhalten eines schnellen Tempera turprozesses oder einer F llstandsregelung nach Einstellung einer der Verz gerungszeiten TM_LAGx 0 s reduziert die Ordnung der Strecke um ein Grad Standard PID Control A5E00204508 02 Regleraufrufverteiler und Beispiele f r Reglerkonfigurationen Das Kurvendiagramm Konfigurationswerkzeug zeigt das bergangs und Ein schwingverhalten des geschlossenen Regelkreises nach einer Sollwert nderung von 60 Prozent Bild 7 9 Die Tabelle enth lt die aktuell eingestellten Werte der relevanten Parameter f r Regler und Strecke Parameter Typ Parametrierung Beschreibung Regler CYCLE TIME 100ms Abtastzeit GAIN REAL 0 31 Proportionalbeiwert TI TIME 19 190s Integrationszeit MTR_TM TIME 20s Motorstellzei
57. MAN_CRST Anwender kann den betreffenden Regelkreis r cksetzen LOOP_DATI1 BOOL Regelkreisdaten 1 Reglerfreigabe FALSE ENABLE Anwender muss den bedingten Aufruf des Regelkreises pro grammieren LOOP_DATI1 BOOL Regelkreisdaten 1 Neustart FALSE COM_RST dieser Parameter wird mit COM_RST des Regelkreises ver schaltet z LOOP_DAT 1 INT Regelkreisdaten 1 Interner Regelkreis 0 ILP_COU z hler interne Z hlvariable LOOP_DATI1 TIME Regelkreisdaten 1 Abtastzeit gt 20 ms S7 300 T 1s CYCLE gt 5 ms S7 400 Standard PID Control 9 20 A5E00204508 02 Projektiersoftware f r 1 0 Standard PID Control Voraussetzungen Lieferform STEP 7 muss korrekt auf Ihrem PG PC installiert sein Die Auslieferung der Software erfolgt auf CD Installation So installieren Sie die Software 1 Legen Sie die CD mit Standard PID Control Tool in das Laufwerk ein 2 Starten Sie unter WINDOWS den Dialog zur Installation von Software durch Doppelklick auf das Symbol Software in Systemsteuerung 3 W hlen Sie im Dialog das Laufwerk und die Datei Setup exe aus und starten Sie den Installationsvorgang Dabei wird das Konfigurationswerkzeug auf Ihrem PG PC installiert 4 Befolgen Sie Schritt f r Schritt die Anweisungen die Ihnen das Installations werkzeug anzeigt Liesmich Datei auslesen Zweck Gegebenenfalls sind wichtige aktuelle Informationen ber die gelieferte Software in einer Liesmich Datei abgelegt
58. PID Algorithmus Dreipunktglied Stellventil Prozess Sollwert ERnormiert LMN SENNDE gt gt Ka Lis QLMNDN Istwert Stellungsr ckmeldung LMNR_IN bzw MP10 Bild 6 1 Schrittregler mit Stellungsr ckmeldung Standard PID Control 6 2 A5E00204508 02 Der Schrittregler PID_ES Funktionsschema des Schrittreglers ohne Stellungsr ckmeldung im Regelkreis Der I Anteil des Schrittreglers ohne Stellungsr ckmeldung wird in einem Integrator in der R ckf hrung berechnet Das mit dem Reglerausgang des PD Reglers vergli chene R ckf hrsignal wird hierbei durch Aufintegrieren von folgenden zwei Signal anteilen gebildet e Signalkomponente f r die simulierte Stellungsr ckmeldung vergi Zu S Ce GAIN e Signalkomponente f r den I Anteil Sollwert Istwert normiert TI Das R ckf hrsignal ist somit die Differenz zwischen simulierter Stellungsr ckmel dung und l Anteil Das Dreipunktglied formt Abweichungen zwischen Stellgr e und R ckf hrsignal je nach Vorzeichen in positive oder negative Impulse des Ausgangssignals um die z B auf einen motorischen Ventilantrieb gegeben werden PD Algorithmus Dreipunktglied Stellventil Prozess Sollwert ERnormi i ga normiert T O Es SS K gt Istwert R ckf hr m i no signal O EH UY 1 0 D 19 MTR_TM x y GAIN O TI X Bild
59. PID Control Parallelstruktur St rgr enaufschaltung Dem Ausgangssignal des Reglers PID_OUTV kann zus tzlich eine St rgr e DISV aufgeschaltet werden Die Zu bzw Abschaltung erfolgt im PID Fenster des Konfigurationswerkzeugs ber den Strukturschalter DISV_SEL bzw durch St r gr e ein Standard PID Control A5E00204508 02 4 39 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und die PID Reglerfunktionen PD_Anteil in der R ckf hrung In der Parallelstruktur erh lt jeder Anteil des Regelalgorithmus die Regeldifferenz als Eingangssignal In dieser Struktur wirken Sollwertspr nge direkt auf den Reg ler Die Stellgr e wird ber den P und den D Anteil durch Sollwertspr nge unmit telbar beeinflusst Eine andere Struktur des Reglers jedoch bei der die Bildung des P und des D Anteils in die R ckf hrung verlegt wird garantiert bei Sprung n derungen der F hrungsgr e einen sto freien Verlauf der Stellgr e Bild 4 30 In dieser Struktur verarbeitet der I Anteil die Regeldifferenz als Eingangssignal auf den P und den D Anteil wird nur die negative Regelgr e Faktor 1 aufge schaltet GAIN s SE ee ERnormiert x PID_OUTV LEI 1 dp PVnormiert Bild 4 30 Regelalgoritnmus mit P und D Anteil im R ckf hrzweig Festlegen der Reglerstruktur Um eine wirksame Reglerstruktur festzulegen stehen insgesamt f nf Schalter Ta belle 4 3 Die Einst
60. SIM der Startwert des Parameters LMNRSVAL ausgegeben Nach dem Umschalten von auf TRUE l uft die Simulation mit diesem Startwert an Ist LMNR_HS TRUE wird die Integration nach oben angehalten ist LUNR_LS TRUE wird sie nach unten angehalten Ein Abgleich der simulierten Stellungsr ck meldung an den Endlagen erfolgt nicht gt QLMNUP PULSEOUT ON LMNR_HS Simulation der Stel m LMNR_LS lungsr ckmeldung 000 5 nu je INT X a LMNR_SIM INT gt Fe g Lo 8 LMNRS_ON RT V LMNRSVAL MTR_TM Bild 6 18 Simulation der Stellungsr ckmeldung Hinweis Die Stellungsr ckmeldung wird lediglich simuliert Sie muss nicht mit der wirkli chen Position des Stellgliedes bereinstimmen Ist eine reale Stellungsr ckmel dung vorhanden dann sollte diese in jedem Falle genutzt werden Standard PID Control A5E00204508 02 6 23 Der Schrittregler PID_ES Parameter der Stellgr enverarbeitung Die Einstellwerte f r die Parameter PULSE_TM und BREAK_TM m ssen ein ganzzahliges Vielfaches der Zykluszeit CYCLE sein Sind die Einstellwerte kleiner als CYCLE so ist f r die Mindestimpuls und Mindestpausendauer die Zykluszeit CYCLE wirksam Eingangsparameter THREE_ST PULSEOUT Ausgangsparameter Parameter Typ o Simulation der Stel
61. SP QSP_HLM QSP_LLM wenn SP_HLM TRUE FALSE inv gt 2SP_HLM SP_LLM FALSE TRUE inv lt SP_LLM INV FALSE FALSE SP_HLM lt inv lt SP_LLM Am Ausgang d h am Parameter SP wird der wirksame Sollwert von Standard PID Control angezeigt Parameter der Funktion SP_LIMIT Der Eingangswert inv ist ein impliziter Parameter und am Konfigurationswerkzeug nur ber den Messpunkt MP3 zug nglich F r ein sinnvolles Arbeiten der Begrenzungsfunktion muss gelten SP_HLM gt SP_LLM Parameter SP_HLM Bedeutung Zul ssiger Wertebereich Obere Begrenzung der F hrungs SP_LLM Obergrenze des techn gr e Wertebereichs SP_LLM Untere Begrenzung der F hrungs Untergrenze des techn Wertebe gr e reichs SP_HLM Der Eingangsparameter inv ist ein impliziter Parameter und am Konfigurations werkzeug nicht zug nglich siehe Bild 2 12 Eingangsparameter Ausgangsparameter SP_LIMIT R Parameter Typ Parameter Typ QSP_HLM BOOL FALSE inv REAL SP REAL 0 0 QSP_LLM BOOL FALSE SP_HLM REAL 100 0 SP_LLM REAL 0 0 Vorbelegung bei Neuerstellung des Instanz DB Bild 4 14 Funktionsschema und Parameter der Absolutwert Begrenzung des Sollwertes Standard PID Control 4 20 ASE00204508 02 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und de PID Reglerfunktionen 4 1 7 Sollwertverstellung ber das Konfigura
62. Stellwertausgabe im Peripherieformat CRP_OUT Anwendung Wird der Stellwert an eine Analogausgabebaugruppe bergeben dann muss der im Gleitpunktformat Prozentbereich vorliegende Zahlenwert der internen Stell gr e auf den Zahlenwert des mit dem Ausgang LMN_PER verschalteten Daten wortes umgesetzt werden Diese Aufgabe bernimmt die Funktion CRP_OUT Die Funktion CRP_OUT Die Funktion CRP_OUT setzt den am Eingang LMN anliegenden Gleitpunktwert der Stellgr e in einen auf das Peripherieformat denormierten Wert um Eine Pr fung auf positiven negativen berlauf und auf Erreichen des ber Untersteue rungsbereiches wird dabei nicht durchgef hrt Baugruppentypen werden nicht be r cksichtigt Folgende Tabelle gibt einen berblick ber Bereiche und Zahlenwerte vor und nach der Bearbeitung durch den Umform und Normierungsalgoritnmus der Funk tion CRP OUT Stellwert LMN in Peripheriewert L MN PER 118 515 32767 100 000 27648 0 003617 1 0 000 0 0 003617 1 100 000 27648 118 519 32768 Parameter der Funktion CRP_OUT Der Eingangswert ist ein impliziter Parameter im Gleitpunktformat Dieser ist am Konfigurationswerkzeug ber den Ausgang LMN beobachtbar Eingangsparameter Ausgangsparameter CRP_OUT Parameter Typ Parameter Typ LMN REAL o en D LMN_PER WORD W 16 0000 Vorbelegung bei Neuerstellung des Inst
63. Vorbele gung LMN REAL Stellwert 0 0 Stellwert im Gleitpunktformat LMN_PER INT Stellwert f r Peripherie W 16 0000 LMN im Peripherieformat SP REAL Sollwert 0 0 effektiv wirksamer Sollwert PV REAL Istwert 0 0 Ausgabe des effektiven Istwertes bei Kaskadebetrieb QCAS BOOL Signal f r Kaskadebetrieb FALSE wird mit CAS_ON des berlagerten Reglers verschaltet QC_ACT BOOL Anzeige ob beim n chsten Bausteinaufruf der Regelungsteil TRUE bearbeitet wird nur relevant wenn SELECT den Wert 0 oder 1 hat QPOS_P BOOL Pulsgenerator positiver Puls ein FALSE QNEG_P BOOL Pulsgenerator negativer Puls ein FALSE Standard PID Control 9 4 A5E00204508 02 Parameterlisten von Standard PID Control Tabelle 9 3 Durchgangsparameter PID_CP kontinuierlicherr Regler Parameter Datentyp Erl uterung Vorbele gung MAN REAL Hand Stellwert 0 0 zur Stellwertvorgabe mittels B amp B Funktionen Tabelle 9 4 Statische Bausteindaten PID CP Eing nge Parameter Datentyp Erl uterung zul ssiger Vorbele Wertebereich gung PVH_ALM REAL Istwert oberer Grenzwert Alarm PVH_WRN 100 0 100 0 PVH_WRN REAL Istwert oberer Grenzwert Warnung PVL_WRN 90 0 PVH_ALM PVL_WRN REAL Istwert unterer Grenzwert Warnung PVL_ALM 90 0 PVH_WRN PVL_ALM REAL Istwert unterer Grenzwert Alarm 100 0 PVL_WRN 100 0 SPGEN_ON BOOL Sollwertbedienung einschalten FALSE Verstellen des
64. Vorbelegung bei Neuerstellung des Instanz DB Bild 5 5 5 8 FC Aufruf im Stellwertzweig Standard PID Control A5E00204508 02 Der kontinuierliche Regler PID_CP 5 2 4 Begrenzung der nderungsgeschwindigkeit des Stellwertes LMN_ROC Anwendung Rampenfunktionen im Stellgr enzweig werden verwendet wenn der Prozess keine sprungf rmigen nderungen des Streckeneingangssignals vertr gt Abrupte nderungen des Stellwertes sind z B zu vermeiden wenn zwischen geregeltem Motor und anzutreibender Last ein Getriebe zwischengeschaltet ist und ein zu schnelles Ansteigen der Motordrehzahl zu einer berlastung des Getriebes f hrt Die Funktion LMN_ROC Die Funktion LMN DOC begrenzt getrennt f r den An und Abstieg der Stell gr e die nderungsgeschwindigkeit der Stellwerte am Ausgang des Reglers F r den gesamten Wertebereich sind vom Nullpunkt aus gesehen zwei Rampen mit steigenden oder fallenden Werten parametrierbar Die Funktion ist eingeschaltet wenn LMNRC_ON TRUE An den beiden Eing ngen LMN_URLM und LMN_DRLM werden die jeweiligen Be grenzungen f r die Steigungen der Rampenfunktion im postiven und negativen Bereich der Stellgr e eingegeben Die Steigungen beziehen sich auf einen An stieg bzw Abfall in Prozent pro Sekunde Schnellere Stellwert nderungen werden auf diese Grenzgeschwindigkeiten verz gert Wird z B LMN_URLM auf 10 0 s parametriert so werden in jedem Abtastzy klus die fol
65. Wertebereich PVL_ALM Techn Wertebereich PV_HYS 20 PVURLM_P REAL gt 0 st ndig aktiv PVDRLM_P REAL gt 0 gt PVURLM_N REAL gt 0 PVDRLM_N REAL gt 0 Ja gt PVFC_ON TRUE PVFC_NBR BLOCK_FC Unempfindlich keitsbereich f r berwachung von ER auf Abso lutwerte Verarbeitung der Regeldifferenz Ja Y DEADB_ON TRUE DEADB_W REAL gt 0 st ndig aktiv Y ERP_ALM 2 0 Techn Wertebereich ERP_WRN 2 0 Techn Wertebereich ERN_WRN lt 0 Techn Wertebereich ERN_ALM lt 0 Techn Wertebereich ER_HYS REAL gt 0 Bild 3 5 Checkl P 6 7 und 8 Standard PID Control A5E00204508 02 Konfiguration des Istwert und Regeldifferenzzweigs von Standard PID Control 3 11 Konfigurieren und Inbetriebsetzen von Standard PID Control Funktion Strukturschalter Eingangs Parameter Handwertgene gt MANGN_ON TRUE MANOR BOOL rator MANDN BOOL KS Betriebsartenumschaltung CH Ja eg CH lt _ Handbetrieb gt MAN ON TRUE Pa KM Ja Peripherie Stel 2 LMN_HLM LMN_LLM 100 0 LMN_LLM 100 0 LMN_HLM Begrenzung Ja LMN_URLM REAL 2 gt 0 Sch Ge dee
66. Y LMNFC_IN 0 0 ee ER Sid DISV gt 0 so SEH P SEL ol 1 y Si GC mr gt LMN P GAIN 0 0 o NT LSEL AND LMNR_ON m e ln 6 PID_OUTV Ges 0 0l0 a LMN DFDB_SEL D_SEL Y DIF 1 ol 1 x e o K D Seege MND MNR H Stellwertzweig SS gt QLMN_HLM LMNS_ON up LS p QLMN_LLM LMNUP LMNOP_ON LMN LMNDN 4 Y PULSEOUT ll QLMNUP LMN_OP d LMNLIMIT Bi Se D an gt 01 Gell el E gt QLMNDN So 7 gt re d aD gt Ar ur Ier TI LMNUP_OP LMNDN_OP LMNSOPON eg Stellungs R ckmeldung SET ON d LMNRP_ON UNE PER SP OPON R u MAN ON OR o LMNOP ON OCAS Y LMNS ON H te LMNR_IN LMNSOPON dh Standard PID Control A5E00204508 02 8 7 Technische Daten und Blockschaltbilder SPFC_IN SP_INT Sollwertzweig 0 1 RMP_SOAK SPFC_IN o 7 gt CALL SPGEN_ON RMPSK_ON SPEXT_ON Si 28 i 0 1 dl SPFC_OUT FC Schrittregler PID_ES ohne Stellungsr ckmeldung Istwertzweig PV_IN PVIN PV_PER PV PER Tea 1 EC ON Sp Op ON SPROC_ON SPOP x BE Y 0 0 oli GM SP_ROC ol SOHT ON Y sl Y gt QSP_HLM gt QSP_LLM sp e gt DEADB_ON Y OT Regeldifferenz Cl 9 zweig
67. der zweiten Grenze Alarm Die Zahlenwerte der Grenzen werden an den Eingangsparametern f r Warnung und Alarm eingestellt Bild 4 28 berschreitet bzw unterschreitet die Regeldiffe renz ER diese Grenzen dann werden die zugeh rigen Ausgangsmeldebits QERN_ALM QERP_ALM gesetzt Um bei geringf gigen nderungen der Eingangsgr e oder bei Rundungsfehlern ein Flackern der Meldebits zu vermeiden wird eine Hysterese R ckschaltdiffe renz ER_HYS eingestellt Diese Hysterese muss die Regeldifferenz berwinden bevor die Meldungen r ckgesetzt werden ER ER t ER_HYS ERP_ALM ERP_WLM Se SEENEN B 410 1 Toleranzband ERP_WRN ERN_ALM opp am H Li 1 1 _ er wan Jr LU 11 1 1 GERN ww T L GERN ALM L Bild 4 27 berwachung der Regeldifferenz ER auf Grenzwert ber unterschreitung Standard PID Control A5E00204508 02 4 37 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und de PID Reglerfunktionen Anlauf und Betriebsweise e Bei Neustart werden alle Meldeausg nge nullgesetzt e Die Grenzwertmeldung arbeitet entsprechend den folgenden Funktionen Er er ele ms TRUE TRUE FALSE FALSE Se GN S FAN ER_HYS FALSE TRUE FALSE FALSE 4 S SSC ER_HYS FALSE FALSE TRUE FALSE gt S ERNEA BN ER_HYS FALSE FALSE TRUE TRUE Ge EN AN ER Hrs F r ein sinnvoll
68. die physikalische Einheit des Istwertes normiert werden Dies erfolgt ber die Funktion Normierung im Sollwertzweig Die Funktion SP_NORM Die Funktion SP_NORM normiert eine analoge Eingangsgr e Der analoge ex terne Sollwert wird mit Hilfe der Normierungsgeraden in die Ausgangsgr e outv berf hrt Der Ausgangswert OUTV ist am Konfigurationswerkzeug ber den Messpunkt MP2 zug nglich Bild 2 12 Der Ausgangswert der Funktion ist wirksam wenn der Steuereingang SPEXT_ON TRUE ist Zur eindeutigen Festlegung der Normierungsgeraden definieren Sie die folgenden vier Parameter e die Obergrenze des Eingangswertes SP_EXT NM_SPEHR e die Untergrenze des Eingangswertes SP_EXT NM_SPELR e die Obergrenze des Ausgangswerts outv NM_PVHR Diesen Wert geben Sie in der Normierfunktion des Istwerts vor e die Untergrenze des Ausgangswerts outv NM_PVLR Diesen Wert geben Sie in der Normierfunktion des Istwerts vor outv A NM_PVHR NM_PVLR ks NM_SPELR NM_SPEHR gt SP_EXT Der Ausgangswert outv wird gem folgender Formel aus dem jeweiligen Ein gangswert SP_EXT berechnet outv SP_EXT NM_SPELR x NM_PVHR NM_PVLR NM_SPEHR NM_SPELR NM_PVLR Standard PID Control 4 12 A5E00204508 02 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und de PID Reglerfunktionen F r den Sonderfall einer eingeschalteten Wurzelfunktion im Istwerzweig gelten als Ober und Untergrenze des
69. differenzierendes bertragungsverhalten und ohne allpasshaltige Anteile handelt k nnen alle vorkommenden Streckentypen mit und ohne Ausgleich d h mit I Gliedern und ohne I Glieder geregelt werden Bild 3 1 Standard PID Control 3 2 A5E00204508 02 Konfigurieren und Inbetriebsetzen von Standard PID Control P T Strecke Te T1 T7 LMN Mr u DN EE a RS pi P T P T BT I Tg Strecke Te T4 PV er T GT J P T4 Tg Strecke Te Ta T2 LMN u PV S f gt P T P T PT 1 P Ts Tg Strecke Te T4 LMN u ke PV z P T P Ts d Bild 3 1 Mit Standard PID Control beherrschbare Regelstreckenarten Die von Standard PID Control zu verarbeitende Prozessgr e PV ist in der Regel eine analoge physikalische Gr e Spannung Strom Widerstand usw die ber eine zugeordnete S7 Analogeingabebaugruppe digitalisiert und in das einheitliche STEP 7 Peripheriesignal PV_PER umgewandelt wird Die Werte dieser Signale werden in entsprechenden Speicherzellen bzw Speicher bereichen des CPU Anwenderspeichers abgelegt Deren Adressierung kann abso lut oder nach Eintrag in die Signalliste der CPU auch symbolisch erfolgen Liegt in Sonderf llen die Prozessgr e als Gleitpunktzahl vor so kann dieser Wert als Re
70. einzelnen St tzpunkten werden aufsummiert und am Ausgang Gesamtzeit T_TM und Gesamtrestzeit RT_TM an gezeigt Bitte beachten Sie dass die Ermittlung der Gesamitzeiten relativ viel CPU Laufzeit erfordert Parameter der Funktion RMP_SOAK Der Ausgangsparameter outv ist ein impliziter Parameter und am Konfigurations werkzeug ber den Messpunkt MP1 zug nglich siehe Bild 2 12 Parameter Bedeutung Zul ssiger Wertebereich TM_SNBR Nummer des n chsten St tzpunktes gt 0 dimensionslos TM_CONT Weitermachzeitpunkt gesamter Wertebereich SP_INT interner Sollwert technischer Wertebereich Eingangsparameter RAMP_SOAK Ausgangsparameter Parameter Typ Parameter Typ RMPSK_ON BOOL FALSE DFRMP_ON BOOL FALSE CYC on BooL FALSE IM Y QRS ACT BOOL FALSE TM_SNBR INT 0 gt NBRATMS INT 0 gt RS_TM TIME 0 TM_CONT_ REAL Te rm TIME TOs DB NBR BLOCK DB RT TIME THs 1 RMP HOLD BOOL FALSE DN MP1 REAL 0 0 CONT_ON BOOL FALSE TUPDT_ON BOOL FALSE SP_INT REAL 0 0 Vorbelegung bei Neuerstellung des Instanz DB Bild 4 8 Funktionsschema und Parameter des Zeitplangebers Standard PID Control 4 10 A5E00204508 02 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und de PID Reglerfunktionen Die St
71. figurationswerkzeug erstellt Die Berechnung der Algorithmen f r einen bestimmten Regler erfolgt im Prozessor des S7 Automatisierungssystems AS und zwar in den eingestellten Zeitinterval len Abtastzeiten Die Berechnungsergebnisse und damit die aktualisierten Werte von Ein und Ausgangsvariablen Mess und Stellgr en und Zustandsmeldungen Grenzwerte werden im zugeh rigen Instanz DB hinterlegt bzw an die Prozess peripherie bergeben Bei Bearbeitung von vielen Regelkreisen die je nach Tr gheit der jeweiligen Re gelstrecke unterschiedlich oft dabei aber quidistant bearbeitet werden sollen steht ein Regleraufrufverteiler Loop Scheduler LP_SCHED zur Verf gung mit dessen Hilfe die Konfiguration umfangreicher Anlagenregelungen sehr bersicht lich und deshalb einfach wird Au erdem wird eine gleichm ige Auslastung der CPU gew hrleistet Standard PID Control A5E00204508 02 1 1 Produkt bersicht Standard PID Control bersicht ber die Grundfunktionen Bei vielen Regelungsaufgaben steht nicht allein der klassische PID Regler als pro zessbeeinflussendes Element im Vordergrund sondern es werden auch hohe An forderungen an die Signalverarbeitung gestellt Ein mit Hilfe des Softwarepakets Standard PID Control gebildeter Regler setzt sich deshalb aus einer Reihe von Teilfunktionen zusammen die von Ihnen separat parametriert werden k nnen Zus tzlich zum eigentlichen Regler mit dem PID Al gorithmus s
72. nach der Dauer von T von TRUE nach FALSE wechselt Bild 4 5 Zu diesem Zeitpunkt ist die Zeit PI 0 TMV und ein Teil der Zeit PI 1 TMV abgelaufen outv wird von SP_INT nach PI 2 OUTV d h zum St tzpunkt 2 gefahren Erst ab dem St tzpunkt 2 wird die projektierte Fahrkurve ausgegeben d h das Ausgangssignal QR_S_ACT erh lt den Wert TRUE Bei einem Wechsel des Vor belegungssignals DFRMP_ON von FALSE nach TRUE w hrend der Fahrkurven bearbeitung springt der ausgegebene Wert outv ohne Verz gerung auf SP_INT bzw den Ausgangswert von SP_GEN Standard PID Control A5E00204508 02 4 7 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und die PID Reglerfunktionen Zyklischer Betrieb eingeschaltet Ist die Betriebsart Zyklische Wiederholung CYC_ON TRUE eingeschaltet dann kehrt der Zeitplangeber nach Ausgabe des letzten St tzpunktwertes automa tisch zum Startpunkt zur ck und beginnt einen neuen Durchlauf Zwischen dem letzten St tzpunkt und dem Startpunkt wird nicht interpoliert F r sto freien bergang muss gelten PIINBR_PTS OUTV PI 0 OUTV Zeitplangeber anhalten Mit RMP_HOLD TRUE wird der Wert der Ausgangsgr e einschlie lich der Zeitbearbeitung eingefroren Bei R cksetzen RMP_HOLD FALSE wird an der Unterbrechungsstelle PI x TMV fortgefahren RMP_ HOLD __ ST L DFRMP_ON 1 outv A g projektierte Kurve S A outv t aktuelle Kurve
73. oder verkleinert Schaltung der Betriebsarten Folgende Tabelle zeigt die m glichen Betriebsarten des kontinuierlichen Reglers mit den erforderlichen Werten der strukturbestimmenden Schalter Tabelle 5 1 Betriebsarten des kontinuierlichen Reglers ee MANGN_ON MAN_ON Betriebsart Automatikbetrieb beliebig FALSE Handbetrieb ohne Schalterbedienung FALSE TRUE Handbetrieb ber Mehr Weniger Schalter TRUE TRUE 5 4 Standard PID Control A5E00204508 02 Der kontinuierliche Regler PID_CP 5 2 2 Betriebsarten der Stellsignalbildung Anwendung Stellwertbeeinflussung von Hand mit Hilfe eines Mehr Weniger Schalters Der ein gestellte Wert wird an MP8 simultan angezeigt Die Funktion MAN_GEN Die Funktion MAN_GEN erzeugt einen Stellwert der per Schalterbetrieb einge stellt und ver ndert werden kann ber die Bin reing nge MANUP und MANDN l sst sich die Ausgangsgr e outv schrittweise vergr ern oder verkleinern Der Verstellbereich des Stellwertes wird durch die obere untere Grenze LMN_HLW LMN_LLM in der Begrenzungsfunktion LMNLIMIT eingeschr nkt Die Zahlenwerte der Grenzen in Prozent werden an den betreffenden Eingangspara metern eingestellt F r eine feinstufige nderung sollte der Regler eine Abtastzeit von maximal 100 ms haben Die nderungsgeschwindigkeit der Ausgangsgr e h ngt von der Bet tigungs dauer von MANUP bzw MANDN und von den eingestellten Begrenzungen nach folg
74. operating point Der Arbeitspunkt bezeichnet den Stellwert bei dem die Abweichung der Regelgr e vom Sollwert zu Null wird Von Bedeutung ist dieser Wert bei Reglern ohne I Anteil bei denen im Beharrungszustand eine bleibende Regeldifferenz zur Aufrecherthaltung des ben tigten Stellwertes notwendig ist Soll diese Differenz verschwinden dann ist der Arbeitspunktparameter entsprechend anzupassen Ausgleichszeit control settling time Bei einer Sprungantwort einer PT Strecke Strecke mit Ausgleich h herer Ord nung versteht man unter der Ausgleichszeit den Abschnitt den die Wendetangente auf den durch Anfangs und Endwert gelegten Parallelen zur Zeitachse abschnei det LMN 4 D LMN t l Es bedeutet Tu Verzugszeit T Ausgleichszeit WP Wendepunkt WT Wendetangente FI SC bergangsfunktion einer PT3 Strecke Ausregelzeit control settling time Die Ausregelzeit ist die Zeitspanne vom Verlassen des bisherigen Beharrungs zustandes bis zum letztmaligen Eintauchen der Regelgr e in das Toleranzband von 5 um den Sollwert nach F hrungsgr en nderungen oder St rungen Standard PID Control Glossar 2 A5E00204508 02 Glossar Auswahlregelung selection control Die Auswahlregelung wird bei Prozessen eingesetzt die bei verschiedenen Betriebsbedingungen unterschiedliche Regelungsstrukturen verlangen Es ist ein Kriterium zur Ausl sung des Umschaltvorganges erforderlich Autom
75. positiven Impulses j j P dauernd Ein PER_TM_P PER_TM_P P_B_TM_P dauernd Aus MP10 100 PER_TM_N P_B_TM N PER_TM_N Y Dauer des negativen Impulses Bild 5 17 _ Symmetrische Kennlinie des Dreipunktreglers Verh ltnisfaktor 1 Standard PID Control A5E00204508 02 5 23 Der kontinuierliche Regler PID_CP Dreipunktregelung unsymmetrisch ber den Verh ltnisfaktor RATIOFAC kann das Verh ltnis der Dauer von positiven zu negativen Impulsen ver ndert werden Bei einem thermischen Prozess lassen sich damit z B unterschiedliche Streckenzeitkonstanten f r Heizen und K hlen ber cksichtigen Soll bei gleichem Absolutwert Stellwert des PID Reglers am Messpunkt MP10 die Impulsdauer am negativen Impulsausgang gegen ber dem positiven Impuls ver k rzt werden so ist ein Verh ltnisfaktor kleiner 1 einzustellen Bild 5 18 pos Impuls gt neg Impuls RATIOFAC lt 1 200 Impulsdauer negativ ME PER_TM_N RATIOFAC Impulsdauer positiv MPIO PER TMP A Dauer des positiven Impulses PER_TM_P PER_TM_P P_B_TM_P PER_TM_N P_B_TM_N PER_TM_N Dauer des negativen Impulses Bild 5 18 5 24 Unsymmetrische Kennlinie des Dreipunktreglers Verh ltnisfaktor 0 5 Soll umgekehrt bei gleichem Absolutwert MP10 die Impulsdauer am positiven Im pulsausgang gegen ber dem negativen Impuls verk rzt werd
76. seiner Aufrufdaten in der Reihenfolge der Eintragungen im DB siehe Tabelle 7 1 Die Variable ILP_COUx ist der interne Regelkreisz hler der FC LP SCHEID Er enth lt die Zeitdauer bis zum n chsten Aufruf des entsprechenden Regelkreises Die Zeiteinheit von ILP_COU ist das Produkt aus Zeitbasis TM_BASE und Anzahl der Regelkreise GLP_NBR Ist ILP_COU 0 dann setzt die FC LP_SCHED das ENABLE Bit des betreffenden Regelkreises Standard PID Control 7 8 A5E00204508 02 Regleraufrufverteiler und Beispiele f r Reglerkonfigurationen Wenn Regelkreise wider Erwarten nicht aufgerufen werden Wenn die Funktion LP_SCHED aufgerufen wird aber einzelne Regelkreise nicht bearbeitet werden kann dies folgende Ursachen haben e Durch Beschreiben der Variable MAN_DIS x mit dem Wert TRUE ist die Regel kreisbearbeitung im laufenden Betrieb gesperrt e Im Parameter GLP_NBR ist die Anzahl der FBs bzw der Regelkreise die von der FC LP_SCHED bearbeitet werden sollen zu klein angegeben e Die von Ihnen vorgegebenen Abtastzeiten MAN_CYCIx der einzelnen Regel kreise d rfen nicht kleiner sein als das Produkt aus Zeitbasis TM_BASE und Anzahl der Regelkreise GLP_NBR Regelkreise bei denen diese Bedingung verletzt wird werden nicht bearbeitet Parameter der FC LP_SCHED Die Funktion LP_SCHED steuert den Aufruf einzelner Regler innerhalb eines Weckalarm OB Die Werte der Eingangsparameter werden im Baustein nicht be
77. ssige Prozesszust nde zu verhindern wird der Einstellbereich der F hrungsgr e durch SP_LIMIT nach oben und unten begrenzt SPFC_IN SPGEN_ON SP_INT RMPSK_ON SBEXT ON Y a SP GEN ei t i N ol SI o QR_S_ACT po 1 a1 SPUP SPDN e GE wei CS Sp HM SP_LLM T TM RMP_SOAK D Ee Pe DB_NBR CONT_ON TM_SNBR TM_CONT CYC_ON RMP_HOLD DFRMP_ON TUPDT_ON NM_SPEHR NM_SPELR NM_PVHR NM_PVLR SQRT_ON SQRT_HR SORT_LR SPFC ON gp op ON S SPROC_ON SP_OP Oe UM too Lasa Y PS SPFC_IN iR ee R SP ROC CSR We SP_HLM SPFC_OUT I W SPURLM_P SPDRLM_P SPFC_NBR PV SPURLM_N SPDRLM_N Bild 2 12 2 16 Signalflussplan der Sollwertverarbeitung Standard PID Control A5E00204508 02 Entwerfen von digitalen Regelungen Signalverarbeitung im Zweig der Regelgr e Verz gerung der Regelgr e LAGIST Zur Gl ttung von Prozesssignalen mit berlagerten schnellen Schwingungen Noise wird ein Verz gerungslied erster Ordnung im Istwertzweig eingesetzt Diese Funktion d mpft die analoge Regelgr e je nach eingestellter Zeitkon stante PV_TMLAG mehr oder weniger stark St rsignale werden so wirksam unterdr ckt Insgesamt wird dadurch jedoch auch die Zeitkonstante des Ge samtregelkreises erh ht d h die Regelung wird tr ger
78. steins in dem die FC LP_SCHED aufgeru fen wird COM_RST Hier wird der FC LP_SCHED mitgeteilt ob ein Initialisierungslauf der aufge rufenen Regelkreise stattfinden soll Bsp FALSE oder COM_RST mit COM_RST Eingangsparameter des Bausteins in dem die FC LP_SCHED aufgerufen wird DB_NBR Hier wird die Nummer des DB DB_LOOP parametriert den die FC LP_SCHED be arbeiten soll Bsp DB_LOOP mit DB_LOOP in der Symboltabelle vergebe ner Name des DB U DB_LOOP LOOP_DAT 1 ENABLE SPBN M002 Regelkreisaufruf falls ENABLE TRUE CALL FBx DBy COM_RST DB_LOOP LOOP_DAT 1 COM_RST Formaloperandenliste Formaloperandenliste CYCLE DB_LOOP LOOP_DAT 1 CYCLE Formaloperandenliste Formaloperandenliste CLR DB_LOOP LOOP_DAT 1 ENABLE ENABLE Bit zur cksetzen M002 weiter im Programm z B bedingter Aufruf des n chsten Regelkreis FB Impulsformer in Verbindung mit LP_SCHED Wenn Sie beim kontinuierlichen Regler PID_CP den Impulsformer eingeschaltet haben muss statt des Parameters CYCLE die Impulsrasterbreite CYCLE_P mit dem Parameter LOOP_DATIx CYCLE beschrieben werden Standard PID Control A5E00204508 02 7 5 Regleraufrufverteiler und Beispiele f r Reglerkonfigurationen Bedingung f r die Parametrierung der Abtastzeit Die FC LP_SCHED kann pro Aufruf maximal einen Regelkreis bearbeiten Es
79. ufe e Verweise auf weitere Behandlung eines Themas in anderen Kapiteln werden mit siehe Kapitelx y dargestellt Hinweise auf andere Dokumentationen sind mit Hilfe von Literaturnummern in Schr gstrichen angegeben Anhand die ser Nummern k nnen Sie dem Literaturverzeichnis am Ende des Handbuchs den genauen Titel der Dokumentation entnehmen e Handlungsanweisungen werden durch schwarze Punkte markiert e Handlungsabl ufe werden durch Ordnungszahlen markiert oder explizit durch Schrittfolgen angegeben e Alternativen bei Handlungen oder Entscheidungen werden mit Strich markiert Weitere Informationen Dieses Handbuch ist als Nachschlagewerk konzipiert das Ihnen Informationen zum Thema Standard Regelungen liefert Sie ben tigen allerdings eventuell wei tere Informationen die Sie den Handb chern 70 71 100 101 231 232 234 352 entnehmen Weitere Unterst tzung Bei Fragen zur Nutzung der im Handbuch beschriebenen Produkte die Sie hier nicht beantwortet finden wenden Sie sich bitte an Ihren Siemens Ansprechpartner in den f r Sie zust ndigen Vertretungen und Gesch ftsstellen http www siemens com automation partner Trainingscenter Um Ihnen den Einstieg in das xxx und das Automatisierungssystem SIMATIC S7 zu erleichtern bieten wir entsprechende Kurse an Wenden Sie sich bitte an Ihr regionales Trainingscenter oder an das zentrale Trainingscenter in D 90327 N rnberg Telefon 49 911 895 320
80. um Anhaltspunkte f r angemes sene Vorgehensweisen bei der Analyse und ggf auch Simulation der Prozessei genschaften zu gewinnen Standard PID Control A5E00204508 02 2 1 Entwerfen von digitalen Regelungen Typ und Charakteristik der Regelstrecke Folgende Strecken werden n her analysiert e Strecke mit Ausgleich e Strecke mit Ausgleich und Totzeit e Strecke mit Integralwirkung Strecke mit Ausgleich 2 2 Die meisten Regelstrecken sind Strecken mit Ausgleich d h nach einer sprung f rmigen nderung der Stellgr e n hert sich die Regelgr e nach einem ber gangsprozess einem neuen stabilen Wert dem sogenannten Ausgleichswert Das Zeitverhalten der Strecke kann demnach durch Aufzeichnung des zeitlichen Ver laufs der Regelgr e PV t nach Sprung nderung der Stellgr e LMN um einen Betrag gt 1 5 des Stellbereiches bestimmt werden LMN 4 DLMN 1 Fr APV A LMN Es bedeutet Ks bertragungsbeiwert Tu Verzugszeit Tg Ausgleichszeit it Bild 2 1 bergangsfunktion einer Regelstrecke mit Ausgleich PT Strecke Ist das Streckenverhalten innerhalb des Stellbereiches linear dann gibt der ber tragungsbeiwert Ks die Verst rkung der betreffenden Regelstrecke an Aus dem Verh ltnis von Verzugszeit zu Ausgleichszeit Ty Tg l sst sich die Regelbarkeit der betreffenden Strecke absch tzen Je kleiner dieser Wert d h je geringer die Ver zugszeit im Verh lt
81. 0 Internet http www sitrain com Standard PID Control vi A5E00204508 02 Vorwort A amp D Technical Support Weltweit erreichbar zu jeder Tageszeit gt 4 Ki e A Technical Support Weltweit N rnberg Technical Support Ortszeit 0 00 bis 24 00 365 Tage Telefon 49 0 180 5050 222 Fax 49 0 180 5050 223 E Mail adsupport siemens com GMT 1 00 Europa Afrika N rnberg United States Johnson City Asien Australien Peking Authorization Technical Support and Technical Support and Authorization Authorization Ortszeit Mo Fr 8 00 bis 17 00 Ortszeit Mo Fr 8 00 bis 17 00 Ortszeit Mo Fr 8 00 bis 17 00 Telefon 49 0 180 5050 222 Telefon 1 0 423 262 2522 Telefon 86 10 6475 75 75 Fax 49 0 180 5050 223 Fax 1 0 423 262 2289 Fax 86 10 64 74 74 74 E Mail adsupport E Mail simatic hotline E Mail adsupport asia siemens com sea siemens com siemens com GMT 1 00 GMT 5 00 GMT 8 00 Technical Support und Authorization sprechen generell Deutsch und Englisch Standard PID Control e A5E00204508 02 vi Vorwort Service amp Support im Internet Zus tzlich zu unserem Dokumentations Angebot bieten wir Ihnen im Internet unser komplettes Wissen online an http www siemens com automation service amp support Dort finden Sie e der Newsletter der Sie st ndig mit den aktuellsten Informationen zu Ihren Pro dukten
82. 0 003617 27648 100 000 32768 118 519 Standard PID Control A5E00204508 02 6 11 Der Schrittregler PID_ES Die Funktion LMNRNORM Anlauf Liegt die Stellungsr ckmeldung als physikalische Gr e vor z B 240 bis 800 mm oder 0 bis 60 x dann muss der bereits als Gleitpunktwert in gewandelte R ckmeldeeingang auf den f r die Weiterverarbeitung erforderlichen internen Gleitpunktwert im Bereich 0 bis 100 normiert werden Zur eindeutigen Festlegung der Normierungsgeraden sind folgende Parameter zu definieren e der Faktor f r die Steigung LMNR_FAC e der Offset der Normierungsgeraden im Nullpunkt LMNR_OFF MP10A Normierungsgerade LMNR_FAC p LMNR_OFF Y gt inv Der Normierungswert MP10 Bild 6 8 wird nach folgender Beziehung aus dem jeweiligen Eingangswert inv LMNR_PER berechnet MP10 inv LMNR_FAC LMNR_OFF Die Funktion ist wirksam wenn der Steuereingang LMNRP_ON TRUE ist Funk tionsintern werden keine Werte begrenzt Eine Pr fung der Parameter findet nicht statt Parameter der Funktionen LMNR_CRP und LMNRNORM 6 12 Der Peripherieeingang LMNR_PER ist dann auf den R ckmeldezweig durchge schaltet wenn LMNRP_ON TRUE gesetzt ist Der Wert im internen Format von LMNR_PER ist am Messpunkt MP10 zug nglich Parameter Bedeutung Zul ssiger Wertebereich LMNR_PER R ckmeldewert im Peripheriefor mat LMNR_FAC Steigung der Normierungsge
83. 0 CONT_C1 Instanz DB zu PID_CP DB 101 CONT_S1 1 Instanz DB zu PID_ES DB 102 CONT_S2 2 Instanz DB zu PID_ES DB 103 CONT_S3 3 Instanz DB zu PID_ES Dem Funktionsbaustein PID_ES FB 2 sind drei Instanz Datenbausteine DB 101 DB 102 und DB 103 f r die Realisierung der Mengenregelungen der drei Einzel komponenten zugeordnet OB 100 Neustart TRUE 1 100ms FC 100 APP 4 COM RST cycle FC deg S UP HED 7 PI Dec OB 35 S zeitge APE L steuert _T 100ms 100 ms DB1 FB2 DB LOOP PID_ES Bild 7 20 Bausteine des Beispiels Example4 Verschaltung und Aufruf Standard PID Control A5E00204508 02 7 25 Regleraufrufverteiler und Beispiele f r Reglerkonfigurationen Parametrierung des Beispiels Example4 Wie die Regler ber die Funktion FC 100 intern mit dem Regleraufrufverteiler und untereinander verschaltet sind geht aus Bild 7 21 hervor Bei Neustart bzw Wiederanlauf verh lt sich die Regelung wie in Kapitel 3 5 beschrieben Eingang APP_4 FC 1
84. 0 Prozent der Gesamtstreckenzeitkonstante Wird diese Bedingung eingehalten lassen sich die Funktionen von Standard PID Control wie die von konventionellen Reglern beschreiben Der gleiche Funktions vorrat steht mit den gleichen M glichkeiten f r die berwachung von Regelkreis gr en und f r das Tuning der Reglers zur Verf gung Die Funktionalit t von Standard PID Control Die folgenden Bilder zeigen die vorkonfektionierten Reglerstukturen von Standard PID Control als Blockschema Gre der kontinuierliche Regler mit den Si gnalverarbeitungszweigen f r Ist und Sollwert dem Regler und dem Stellwert zweig dargestellt Sie erkennen daran welche Funktionen nach der Signalumfor mung am Eingang zu realisieren sind und welche nicht Das Funktionsinventar von Standard PID Control ist zwar starr kann jedoch in allen Signalverarbeitungszweigen um jeweils eine eigene Funktion FC erweitert werden In den Bildern 2 10 und 2 11 wird die Stellwertbildung beim Schrittregler in den Va rianten mit und ohne Stellungsr ckmeldung dargestellt Daraus wird ersichtlich wie bei fehlender Stellungsr ckmeldung ein quasi stellungsproportionales R ckf hrsi gnal aus den Einschaltdauern der Bin rausg nge erzeugt wird e Detaillierte Beschreibungen der jeweiligen Funktionen finden Sie in den Kapiteln 4big 7des Handbuches Hintergrund und Orientierungsinformationen sind au Berdem in der Online Hilfe verf gbar e Die Struktu
85. 00 Ausgang COM_RST Dre ji LP_SCHED FC 1 L ecom RST L TM BASE DB_LOOP D I DB_NBR DB_LOOP DB1 CONT_C1 PID_CP GLP NBR MT DB100 FB1 ALP NBR m COM RST MAN CYC1 CYCLE MAN DIS1 LMN MAN CRSTI ENABLEI1 COM BEST az ILP_COU1 CONT_S2 PID_ES RTE __DB101 FB2 MAN_CYC2 MT COM RST MAN _DIS2 CYCLE MAN_CRST2 Bu _ ENABLED 00 LSP EXT ML L ILP COU2 CYCLE2 m CONT_S2 PID_ES MAN CYC3 re DEEG MAN DIS3 COM RSTI MAN CRST3 gt CYCLE ENABLE3 COM_RST3 LSP EXT ILP COU3 CYCLE3 MAN CYC4 CONT_S3 PID_ES MAN DIS4A IT DB103 FB2 MAN CRSTA m p COM D I ENABLE4 CYCLE COM_RST4 EE ILP COU4 SP_EXT CYCLE4 Bild 7 21 Schaltbild und Parameter der Funktion APP A 7 26 Standard PID Control A5E00204508 02 Regleraufrufverteiler und Beispiele f r Reglerkonfigurationen 7 6 Example5 Kaskadenregelung Anwendung Das Beispiel Example5 enth lt alle die Bausteine die zur Konfiguration einer Kas kadenregelung mit einer Haupt und einer Hilfsregelgr e ben tigt werden Mit Hilfe von Example5 ist es m glich auf einfache Weise eine Kaskadenregelung mit einem F hrungs und einem Folgeregelkreis zu generieren Die Struktur l sst sich leicht auf mehr als einen Folgeregelkreis erweitern Funktionen von Example5 Das Beispiel Example5 enth lt den Regleraufrufverteiler LP_SCHED mit zugeh rigem globalen Datenbaustein DB LOOP die Funktionsbauste
86. 08 02 9 11 Parameterlisten von Standard PID Control Tabelle 9 7 Eingangsparameter PID_ES Schrittregler Fortsetzung Parameter Datentyp Erl uterung zul ssiger Vorbele Wertebereich gung CYCLE TIME Abtastzeit gt 20 ms S7 300 T 1s Zeit zwischen Bausteinaufrufen konstant Achten Sie unbedingt darauf dass Sie diesen Parameter mit der Weckalarm taktzeit des OB in dem der FB PID_CP l uft parametrieren An dernfalls arbeiten die zeitabh ngigen Funktionen nicht korrekt Ausnahme Sie verwenden eine Zeituntersetzung z B ber den Regleraufrufverteiler SP_INT REAL interner Sollwert techn Wertebereich 0 0 zur Sollwertvorgabe mittels B amp B physikalische Gr e Funktionen SP_EXT REAL externer Sollwert techn Wertebereich 0 0 SP im Gleitpunktformat physikalische Gr e PV_IN REAL Istwert Eingang techn Wertebereich 0 0 PV im Gleitpunktformat physikalische Gr e PV_PER INT Istwert von Peripherie W 16 0000 GAIN REAL Proportionalbeiwert gesamter Wertebereich 2 0 Reglerverst rkung dimensionslos TI TIME Integrationszeit TI gt 2 CYCLE T 20s TD TIME Differenzierzeit TD gt CYCLE T 10s TM_LAG TIME Verz gerungszeit des D Anteils TM_LAG gt CYCLE 2 T 2s DISV REAL St rgr e 100 0 100 0 0 0 LMNR_IN REAL Stellungsr ckmeldung 0 0 100 0 0 0 LMNR im Gleitpunktformat LMNR_PER WORD Stellungsr ckmeldung von Peripherie W 16 0000 LMNR
87. 2 Ire R I ENABLE2 I gt CYCLE COM_RST2 ET ILP COU L SP_EXT CYCLE2 Bild 7 18 Schaltbild und Parameter der Funktion APP_3 Standard PID Control ASE00204508 02 7 23 Regleraufrufverteiler und Beispiele f r Reglerkonfigurationen 7 5 Example4 Mischungsregelung Anwendung Das Beispiel Example4 enth lt all die Bausteine die zur Konfiguration einer Mi schungsregelung mit einer Haupt und zwei Nebenkomponenten ben tigt werden Mit Hilfe von Example4 ist es m glich auf einfache Weise eine bei Mischprozes sen erforderliche Regelung der Gesamtmenge mit konstanten Anteilen der jeweils in die Mischung eingehenden Einzelmengen f r drei Komponenten zu generieren Die Struktur l sst sich leicht auf die Regelung von mehr als drei Mischkomponen ten erweitern Funktionen von Example4 7 24 Das Beispiel Example4 enth lt den Regleraufrufverteiler LP_SCHED mit zugeh rigem globalen Datenbaustein DB LOOP sowie den Funktionsbaustein FB 1 f r kontinuierliche Standard Regler und den Funktionsbaustein FB 2 f r Schrittregler zusammen mit vier Instanz DBs f r die Konfigurationsdaten der vier Regler Gesamtmenge Hauptkomponente SP Q Regler LMN x a Regler 1 GEMNDE Seid PID_CP h PID_ES QLMNDN Strecke PV mus FAC1 pvi SP2 QLMNUPT 77 Regler 2 gt 7 PID_ES QLMNDN Strecke 2 Go FAC2 Py2 LMNURT SP3 Re Q gt gler 3 Strecke 3 a PID_ES QLMND
88. 4 30 Parameter 4 31 PV_NORM 4 22 Parameter 4 23 PVFC 4 28 Parameter 4 29 R Radizierung Glossar 10 Rampengeber Glossar 10 Regel Algorithmus 2 12 Regelaufgabe Spezifizierung 3 1 EE Regeldifferenz Grenzwert berwachung 4 37 Signalfilterung Totzone 4 35 Regeldifferenz berwachung Funktionsweise Hysterese 4 37 Index 4 Regelgr e Anwender FC verschalten 4 28 eigene Funktion FC Je Ge Me Grenzwert berwachung 4 30 Quadratwurzelbildung 4 26 Steigungs berwachung 4 32 berwachung der Anderungsgeschwindig keit 4 32 Verstellung ber Konfigurationswerkzeug Regelkreis Editor 3 14 Regelstrecke Ersatzzeitkonstante Regelstrecke Prozess Regelung erstellen Prinzip Regelung konfigurieren 3 7 Regelung von Mischorozessen 2 9 Regler FB Codeumfang 1 6 Regler Konfiguration Vorgehensweise Check iste 8 7 Regleraufrufverhalten Regleraufrufverteiler 1 1 1 8 3 17 7 sar 12 globaler Datenbaustein 7 2 Reglerauslegung 2 1 Reglerauswahl 3 5 Reglerkonfiguration Vorkenntnisse 3 2 Regleroptimierung 10 2 Reglerparameter Kenngr en Glossar 12 Reglerstruktur ren RMP_SOAK 4 4 ROCALARM 4 32 Parameter 4 33 1 Glos S Schrittregler Glossar 172 Betriebsarten Schaltung Betriebsarten Umschaltung Funktionsschema Kaskadenschaltungen 6 25 mit Stellungsr ckmeldung Neustart Wiederanlauf ohne Stellungs
89. 6 2 Funktionsschema des Schrittreglers ohne Stellungsr ckmeldung Standard PID Control A5E00204508 02 6 3 Der Schrittregler PID_ES Neustart Wiederanlauf Der FB PID_ES verf gt ber eine Initialisierungsroutine die durchlaufen wird wenn der Eingangs Parameter COM_RST TRUE gesetzt ist Zeitplangeber RMP_SOAK Bei eingeschaltetem Zeitplangeber werden die Zeitabschnitte DB_NBR PIIO NBR_PTS TMV zwischen den St tzpunkten aufsummiert und am Ausgang Ge samtzeit T_TM und Gesamtrestzeit RT_TM angezeigt Bei Online nderungen von PI n TMV oder bei Vorgabe von TM_CONT und TM_SNBR ndern sich Gesamtzeit und Gesamtrestzeit der Fahrkurve Da die Be rechnung von T_TM und RS_TM bei vielen St tzpunkten die Bearbeitungszeit der Funktion RMP_SOAK stark vergr ert wird diese Berechnung nur nach Neustart oder bei TUPDT_ON TRUE durchgef hrt Integrierer INT Der Integrierer wird beim Anlauf intern auf den Initialisierungswert I_ITLVAL ge setzt Beim Aufruf in einer Weckalarmebene arbeitet er von diesem Wert aus wei ter Alle anderen Ausg nge werden auf ihre Vorbesetzungswerte gesetzt Standard PID Control 6 4 A5E00204508 02 Der Schrittregler PID_ES 6 2 Stellgr en beim Schrittregler mit Stellungsr ckmel dung 6 2 1 Betriebsarten des Schrittreglers Struktur des Schrittreglers Der Schrittregler PID_ES mit Stellungsr ckmeldung setzt sich aus zwei Teilen zusammen dem mit kontinuierlichen Signalen arb
90. 999 999 sec Zeitraster 10 ms 100 ms 1 sec 10 sec Signalanpassung Die Normierungsfunktion am Eingang f r den externen Sollwert erm glicht es be liebige Kennlinien von Gebern oder Sensoren an den physikalischen Wertebereich von Standard PID Control anzupassen Standard PID Control 3 18 A5E00204508 02 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal A und die PID Reglerfunktionen 4 1 Signalverarbeitung im Sollwertzweig 4 1 1 Sollwert Generator SP_GEN Anwendung Mit Hilfe eines Mehr Weniger Schalters k nnen Sie den internen Sollwert verstel len Der eingestellte Wert wird ist an MP1 zu beobachten Die Funktion SP_GEN Die Funktion SP_GEN erzeugt einen Sollwert der per Schalterbetrieb eingestellt und ver ndert werden kann ber die Bin reing nge SPUP und SPDN l sst sich die Ausgangsgr e outv schrittweise vergr ern oder verkleinern Der Verstellbereich des Sollwertes wird durch die obere untere Begrenzung SP_HLW SP_LLM im Sollwertzweig eingeschr nkt Die Zahlenwerte der Grenzen in Prozent werden an den betreffenden Eingangsparametern eingestellt Die Mel deausg nge QSP_HLM und QSP_LLM zeigen berschreitungen dieser Grenzen an F r eine feinstufige nderung sollte der Regler eine Abtastzeit von maximal 100 ms haben Die nderungsgeschwindigkeit der Ausgangsgr e h ngt von der Bet tigungs dauer der Schalter SPUP bzw SPDN und von den eingestellten Begrenzungen nach folgender Beziehung ab W hrend d
91. Ausgangswerts outv die Normierungswerte der Wur zelfunktion SORT_HR und SQRT_LR outv A SQRT_HR SORT_LR 7 gt Sp ENT NM_SPELR NM_SPEHR Der Ausgangswert outv der Normierungsfunktion wird in diesem Fall gem fol gender Formel aus dem jeweiligen Eingangswert SP_EXT berechnet outv SP ENT NM_SPELR x SORT_HR SQRT_LR NM_SPEHR NM_SPELR SORT_LR Funktionsintern weden keine Werte begrenzt und eine Pr fung der Parameter fin det nicht statt Falls Sie f r NM_SPEHR und NM_SPELR denselben Wert einge ben kann nach den obigen Formeln eine Division durch Null auftreten Dies wird im Funktionsbaustein nicht abgefangen Parameter der Funktion SP_NORM Der Ausgangsparameter outv ist ein impliziter Parameter und am Konfigurations werkzeug nur ber den Messpunkt MP2 zug nglich Parameter Bedeutung zul Wertebereich SP_EXT externer Sollwert technischer Wertebereich physikalische Gr e NM_SPEHR Obergrenze des Eingangswerts technischer Wertebereich SP_EXT phsikalische Einheit von SP_EXT NM_SPELR Untergrenze des Eingangswerts technischer Wertebereich SP_EXT physikalische Einheit von SP_EXT NM_PVHR Obergrenze des Ausgangswerts technischer Wertebereich outv phsikalische Einheit des Istwerts bzw dimensionslos wenn Wurzel funktion eingeschaltet ist Standard PID Control A5E00204508 02 4 13 Signalverarbeitung im Soll Istwertka
92. Betriebsarten des Schrittreglers ohne Stel Iungsr ckmeldung Tabelle 6 2 Betriebsarten des Schrittreglers ohne Stellungsr ckmeldung Iter LMNS_ON Betriebsart Automatikbetrieb FALSE Handbetrieb der bin ren Ausgangssignale TRUE Erzeugung der Stellsignale QLMNUP QLMNDN 6 20 Die Differenz zwischen dem PD Anteil des Reglers und der R ckf hrgr e MP11 wird auf das Dreipunktglied mit Hysterese THREE_ST geschaltet Der nachge schaltete Impulsformer PULSEOUT sorgt daf rt dass eine Mindestimpuls und Mindestpausendauer eingehalten wird um die Stellglieder zu schonen Bild 6 16 Das Ansprechen der Endlagenschalter des Stellgliedes LMNR_HS LMNR_LS verursacht eine Sperrung des betreffenden Ausgangs Auch bei Handbet tigung der bin ren Ausgangssignale LMNS_ON TRUE oder LMNSOPON TRUE werden die Mindestimp eit PULSE_TM und die Mindest pausendauer BREAK_TM mit ber cksichtigt Ist der zugeordnete Endla genschalter gesetzt dann wird auch bei Handbetrieb der Ausgang gesperrt Sind beide Signalschalter zur Stellwertsignalbedienung gesetzt LMNUP LMNDN TRUE bzw LMNUP_OP LMNDN_OP TRUE wird an den Ausg ngen PLMNUP und QLMNDN immer FALSE ausgegeben Standard PID Control A5E00204508 02 Der Schrittregler PID_ES Der direkte Wechsel von Stellwertsignal Auf QLMNUP TRUE QLMNDN FALSE nach Stellwertsignal Zu QLMNUP FALSE QLMNDN TRUE ist nicht m glich Der Impulsformer f
93. CP PID_ES Bausteinaufruf COM_RST CYCLE Instanz DB Regler 2 PID_CP PID_ES COM_RST CYCLE Bild 7 1 zwei Regelkreisen Aufbau des DB DB_LOOP 7 2 Prinzip des Regleraufrufs ber den Aufrufverteiler LP_SCHED am Beispiel von Tabelle 7 1 Globaler Datenbaustein DB_LOOP f r den Regleraufruf Parameter Typ Werte Beschreibung bereich GLP_NBR INT 1 256 gr te Regelkreisnummer ALP_NBR INT 1 256 aktuelle Regelkreisnummer Regelkreis Nr 1 MAN_CYC 1 TIME gt 20ms von Ihnen vorgegebene Abtastzeit MAN_DIS 1 BOOL man Regleraufruf sperren MAN_CRST BOOL man Neustart setzen 1 ENABLE 1 BOOL Freigabe COM_RST 1 BOOL Neustart ILP_COU 1 INT interner Regelkreisz hler CYCLE 1 TIME gt 20ms von der FC LP_SCHED berechnete Abtastzeit Regelkreis Nr 2 MAN_CYC 2 TIME gt 20ms von Ihnen vorgegebene Abtastzeit MAN_DIS 2 BOOL man Regleraufruf sperren Standard PID Control A5E00204508 02 Regleraufrufverteiler und Beispiele f r Reglerkonfigurationen Kurze bersicht e Sie m ssen die Variablen GLP_NBR und MAN_CYCIx x 1 GLP_NBR parametrieren e MAN_DIS x dient zum Sperren des Aufrufs von Regelkreis x im laufenden Be trieb e MAN_CRSTIx dient zum Ansto eines Initialisierungslaufs f r den Regelkreis x im laufen
94. CYCLE 3 14 Die Abtastzeit ist die Basis Kenngr e f r das dynamische Verhalten von Standard PID Control Sie bestimmt ob der betreffende Regler schnell genug auf Prozess nderungen reagiert und den Regler in allen Betriebszust nden beherrschen kann Die zeitgebundenen Parameter von Standard PID Control werden jeweils durch den Wert der Abtastzeit nach unten begrenzt Die Wahl der Abtastzeit erfordert immer einen Kompromiss zwischen mehreren teils gegenl ufigen Forderungen Deshalb k nnen hier daf r nur Richtwerte ange geben werden e Die CPU abh ngige Laufzeit f r die Bearbeitung des Regelprogramms d h f r die Abarbeitung des Funktionsbausteins stellt die unterste Grenze f r die Ab tastzeit CYCLEmin dar e Die tolerierbare Obergrenze f r die Abtastzeit wird im Allgemeinen durch die Prozessdynamik festgelegt Dabei ist die Prozessdynamik durch den Typ und die Kennwerte der Regelstrecke charakterisiert Standard PID Control A5E00204508 02 Konfigurieren und Inbetriebsetzen von Standard PID Control Ersatz Streckenzeitkonstante Von wesentlichem Einfluss auf die Dynamik des Regelkreises ist die sogenannte Ersatzzeitkonstante der Regelstrecke Tg die sich nach Eingabe eines Sprungs DLMN messtechnisch durch Aufnahme der bergangsfunktion auf den Strecke neingang ermitteln l sst Bild 3 8 Der Streckenkennwert Tg ist eine brauchbare Ann herung f r die effektive Verz gerung durch mehrere in Kette geschaltete
95. Die Breite der unwirksamen Zone Totzone kann mit dem Para meter DEADB_W festgelegt werden Die Totzonenbreite darf nur positive Werte annehmen Befindet sich die Eingangsgr e innerhalb der Totzone wird am Ausgang der Wert 0 Regeldifferenz 0 ausgegeben Erst wenn die Eingangsgr e diesen Un empfindlichkeitsbereich verl sst steigt bzw f llt der Ausgang um die gleichen Werte wie die Eingangsgr e inv Daraus resultiert eine Verf lschung des bertra genen Signals auch au erhalb der Totzone Das wird jedoch ermeidung von Spr ngen an den Grenzen der Totzone in Kauf genommen Bild 4 25 Die Verf lschung entspricht dem Wert DEADB_W und ist deshalb leicht kontrollierbar Die Funktion DEADBAND arbeitet gem folgenden Funktionen ER inv DEADB_W f r inv lt DEADB_W ER 0 f r DEADB_W lt inv lt DEADB_W ER inv DEADB_W f r inv gt DEADB_W Standard PID Control A5E00204508 02 4 35 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und die PID Reglerfunktionen ER e inv mx DEADB_W Bild 4 25 Rausch Filterung des Regeldifferenzsignals ER durch Funktion mit Totzonenbil dung Parameter der Funktion DEADBAND Die Funktion DEADBAND kann abgeschaltet werden Auswirkungen der Signalfil terung k nnen am Ausgang ER mit Hilfe des Kurvenschreibers Konfigurations werkzeug beobachtet werden Bild 2 13 Der Parameter DEADB_W kann zwischen 0 0 und der Obergrenze des techn Werteber
96. E EEN Bild 4 22 berwachung der nderungsgeschwindigkeit Steigung der Regelgr e PV t auf Grenzwert ber unterschreitung Standard PID Control A5E00204508 02 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und de PID Reglerfunktionen Die Kennzeichnung der Rampen Parameter erfolgt nach folgendem Schema Parameter PV nderung PVURLM_P PV gt 0 und PV steigend PVDRLM_P PV gt 0 und PV fallend PVURLM_N PV lt 0 und PV steigend PVDRLM_N PV lt 0 und PV fallend Parameter der Funktion ROCALARM Die Funktion ROCALARM kann nicht abgeschaltet werden Bei der Konfiguration von Standard PID Control ist deshalb besonders auf die Grenzwerteinstellung zu achten Andernfalls werden Grenz berschreitungen gem den voreingestellten Parametern Bild 4 23 gemeldet Parameter Bedeutung Zul Wertebereich PVURLM_P PV Anstiegsbegrenz im pos Bereich gt 0 s PVDRLM_P PV Abstiegsbegrenz im pos Bereich gt 0 s PVURLM_N PV Anstiegsbegrenz im neg Bereich gt 0 s PVDRLM_N PV Abstiegsbegrenz im neg Bereich gt 0 s Die Steigungswerte werden immer positiv eingegeben Eingangsparameter Ausgangsparameter ROCALARM Parameter Typ Parameter Typ si QPVURLMP BOOL FALSE gt QPVDRLMP REAL FALSE gt QPVDRLMN BOOL FALSE Sei QPVURLMN BOOL FALSE PV REAL 0 0 PVURLM_P REAL 10 0 PVDRLM
97. Formel sieht vor dass der Eingangswert der Wurzel auf einen Zahlenbereich von 0 bis 100 normiert ist Die Parameter NM_PVHR und NM_PVLR der Normie rung im Istwertzweig m ssen daher auf 100 0 und 0 0 parametriert werden Die Wurzel aus diesem Wert ergibt einen Zahlenbereich von 0 bis 10 ber die Normierungswerte SQART_HR und SQRT_LR wird dieser Zahlenbereich normiert auf den physikalischen Messbereich SQRT_LR bis SORT_HR outv A SQRT_HR SQRT_LR gt MP5 0 100 Beispiel zur Normierung Der Eingangswert PV_IN des Reglers sei der Differenzdruck in mbar Messbereichs Anfang Messbereichs Ende Wertebeispiel f r PV_IN NM_PILR NM_PIHR 20 0 mbar 200 0 mbar 150 0 mbar Standard PID Control 4 26 A5E00204508 02 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und de PID Reglerfunktionen Mit Hilfe der Normierfunktion PV_NORM erfolgt die Berechnung des normierten Differenzdrucks wobei NM_PVHR 100 0 und NM_PVLR 0 0 gew hlt wird MP4 NM_PIHR NM_PILR NM_PVLR 200 0 mbar 20 0 mbar 0 0 PV_IN 20 0 mbar 100 0 0 0 PV_IN 20 0 mbar 100 180 0 mbar PV_IN NM_PILR NM_PVHR NM_PVLR Anfangswert von MP4 0 0 Endwert von MP4 100 0 Wertebeispiel f r MP4 72 222 In diesem Beispiel wird keine Gl ttung verwendet und daher gilt MP5 MP4 F r die Wurzel aus dem normierten Differenzdruck MP5 ergibt sich Anfangswert
98. Funktionen vom Anwender freiz gig zusammengestellt wer den k nnen Der so konfigurierte Regler l sst sich dadurch auch strukturell optimal an die jeweilige Aufgabenstellung anpassen eigenes S7 Softwarepaket Nachstellzeit Ty reset time Die Nachstellzeit bestimmt das Zeitverhalten des I Anteils im PI oder PID Regler Tn TI Neustart complete restart Bei Neustart einer Regelung kann von einem definierten Anfangszustand aus ge startet werden Die Ausgangsparameter und lokalstatischen Daten des Reglers werden in der Neustartroutine vorbesetzt Normierung physical norm Die Normierung ist ein Verfahren Algorithmus zur Umwandlung Normierung der physikalischen Werte einer Prozessgr e in die intern verarbeiteten Prozent werte der Standard Regelung und Umwandlung umgekehrt am Ausgang Die Nor mierungsgerade wird durch den Anfangswert OFFSET und die Steigung FAC TOR festgelegt Standard PID Control Glossar 8 A5E00204508 02 Glossar Parallelstruktur parallel structure Die Parallelstruktur ist ein spezielle Art der Signalverarbeitung im Regler Art der mathematischen Bearbeitung P I und D Anteil werden als interaktionsfrei paral lel wirkend berechnet und dann summiiert LMN_P Linearkom GAIN GAIN 0 SP 5 INT LMN I Sn gt X e 4 gt e TIl 0 PID_OUTV PV DIF LMN_D TD 0 P Regler P algorithm Algorithmus zur Errechnung eines Ausgangssignals bei welchem ein p
99. HS BOOL FALSE LMNR_LS BOOL FALSE MP12 REAL 0 0 MTR_TM TIME T 30s PULSE_TM TIME T 3s BREAK_TM TIME T 3s Ausgangsparameter Signal Typ QLMNUP BOOL FALSE QLMNDN BOOL FALSE Vorbelegung bei Neuerstellung des Instanz DB Bild 6 13 Funktionsschema und Parameter der Stellsignalerzeugung beim Schrittregler Standard PID Control A5E00204508 02 6 17 Der Schrittregler PID_ES 6 3 Stellgr enverarbeitung beim Schrittregler ohne Stellungsr ckmeldung Struktur und Funktion des Schrittreglers Der Schrittregler PID_ES ohne Stellungsr ckmeldung setzt sich aus zwei Teilen zusammen dem mit kontinuierlichen Signalen arbeitenden PD Reglerteil und ei nem zweiten Teil in dem die bin ren Stellsignale aus der Differenz von PD Anteil und R ckf hrung erzeugt werden Bild 6 14 Der Integrator in der R ckf hrung dieses Schrittreglers summiert das Differenzsi gnal aus 100 MTR_TM und ERnormiert GAIN TI auf Am Ausgang des Integrators steht die Differenz aus gedachter Motorstellung und dem I Anteil Im eingeschwun genen Zustand wird der Ausgang des Integrators und der PD Anteil zu Null Da der Eingang des Dreipunktgliedes auch zu Null wird bleiben die bin ren Stellsignale QLMNUP und QLMNDN auf FALSE stehen Der I Anteil des PID Algorithmus ist abgeschaltet Beim Schrittregler ohne Stel Iungsr ckmeldung ist es nicht vorgesehen den I Anteil vorzubelegen o
100. I Anteils D SEL TRUE erg nzt den Regelalgoritmus um die Parallelverarbeitung im D Zweig ber GAIN wird der Proportionalbeiwert bzw die Verst rkung des Reglers bestimmt negatives Vorzeichen bedeutet Fallen der Stellgr e bei stei gender Regelgr e PD in R ckf hrung Wird die Bildung des P und D Anteils in die R ckf hrung PFDB_SEL und DFDB_SEL TRUE verlegt dann verursachen sprungf rmige nderungen des Sollwertes keine Spr nge im Verlauf der Stellgr e Der Faktor 1 bewirkt eine negative Aufschaltung des R ckf hreinflusses DISV_SEL Ir bei PID_ES Y _SEL AND LMNR_ON 0 o DIEN ao 1 PFDB_SEL P SEL E 1 Y d gt LMN_P 1 gt o E o 0 o0 j GAIN t o i ERnormiert Y gt X 1 5i PID_OUTV x SEN TI INT_HOLD l en gt LMN LITL_ON ERR i i PVnormiert ITAL Ea INT_IN PD in R ckf hrung 1 e BCEE x gt TI Nur bei PID_ES ohne ie D_SEL Stellungsr ckmeldung Y DIF j ao ESCH US MN D TM LAG Bild 2 14 Signalflussplan der Regelfunktionen Standard PID Control ASE00204508 02 2 19 Entwerfen von digitalen Regelungen Signalverarbeitung im Zweig der analogen Stellgr e Festeinstellung des Handwerts MAN_GEN Bei Handbetrieb der Stellgr e Regelkreis offen wird der Stellwert am Hand wertgenerator MAN_GEN per Schalterbetrieb g
101. IN Y Sin mal 1 ka a wei SC PVFC Oj 1 A CALL FC gt QPVH_ALM gt QPVH_WRN gt QPVL WRN L gt QPVL_ALM POIN Je 0 PV PER O 1 gt QPVURLMP gt QPVDRLMP gt QPVURLMN QPVDRLMN Bild 8 1 Blockschaltbild des kontinuierlichen Reglers PID_CP Standard PID Control 8 4 A5E00204508 02 Technische Daten und Blockschaltbilder PID Struktur MANGN_ON MAN y 0O DISV_SEL MAN GEN o r LMNFC_IN 0 1 1 Den 0 Wes ao PFDB_SEL P SEL i Y Zn OR o gt LMN_P GAIN 0 9 0 INT ISEL Ee Y CAS ri d e o PID_OUTV o olo TV a0 u gt LIMNI ei DFDB_SEL D_SEL DIF a N N_ T o ooo 7 ND Stellwertzweig QLMN_HLM LMNOP_ON pr OU UN LMNFC_ON LMN_OP LMNRC_ON A LMNFC_IN Big E Y LMNLIMIT o Y LMN Ok _ LG o z LMN ROC o ebe E 1101 Ge een k CRP_OUT LMN_PER SPEXT_ON SP_OP_ON CAS_ON MAN ON LMNOP_ON OR gt QCAS PULL QPOS_P LFLL QNEG_P Defaulteinstellung Standard PID Control A5E00204508 02 8 5 Technische Daten und Blockschaltbilder
102. LE 4 2 TM_BASE GLP_NBR Alm a AIA D TM_BASE Zeittakt des Weckalarm OB GLP_NBR gr te Regelkreisnummer hier 4 CYCLEI 1 4 Abtastzeit der Regler 1 4 Bild 7 2 Aufrufreihenfolge von vier unterschiedlich h ufig bearbeiteten Regelkreisen Standard PID Control A5E00204508 02 Regleraufrufverteiler und Beispiele f r Reglerkonfigurationen Aufruf von mehr als einem Regelkreis FB pro Weckalarmzeittakt Wenn in einem Durchlauf eines Weckalarm OB mehr als ein Regelkreis bearbeitet werden soll dann darf die FC LP_SCHED auch mehrmals aufgerufen werden Alle Aufrufe dieser FC m ssen vor dem Aufruf der Regelkreis FBs erfolgen Am Eingangsparameter TM_BASE der FC LP_SCHED m ssen Sie dann den Zeit takt des Wackalarm OB dividiert durch die Anzahl der FC Aufrufe eingeben Beispiel Die FC LP_SCHED werde im OB 35 zweimal aufgerufen der OB 35 werde alle 100 ms bearbeitet Dann muss der Eingangsparameter TM_BASE mit 50 ms parametriert werden Laufzeiten Bitte beachten Sie dass die Summe der Laufzeiten der FC LP_SCHED und der Regelkreis FBs die in einem Durchlauf eines Weckalarm OB bearbeitet werden nicht gr er sein darf als der Zeittakt des Weckalarm OB Hinweis Der Baustein berpr ft weder ob ein globaler DB mit der Nummer DB_NBR wirk lich vorhanden ist noch ob der Parameter GLP_NBR gr te Regelkreisnummer zur L n
103. M bei vielen St tzpunkten die Bearbeitungszeit der Funktion RMP_SOAK stark vergr ert wird diese Berechnung nur nach Neustart oder bei TUPDT_ON TRUE durchgef hrt Integrierer INT Der Integrierer wird beim Anlauf auf den Initialisierungswert I_ITLVAL gesetzt und der I Anteil am Ausgang LMN 1 ausgegeben Beim Aufruf in einer Weckalarm ebene arbeitet er von diesem Wert aus weiter Alle anderen Ausg nge werden auf ihre Vorbelegungswerte gesetzt Standard PID Control A5E00204508 02 Der kontinuierliche Regler PID_CP 5 2 Signalverarbeitung der Stellgr e 5 2 1 Betriebsarten der Stellsignalbildung Handbetrieb und Betriebsarten Umschaltung Bei Standard PID Control gibt es neben der Betriebsart Automatik mit auf den Ausgang durchgeschaltetem Ausgang des PID Algorithmus PID_OUTV die zwei Betriebsarten bei denen das Stellsignal manuell beeinflusst werden kann Hand betrieb ohne Schalterbedienung und Handbetrieb ber Mehr Weniger Schalter MAN_GEN ber den Parameter MAN kann eine externe Stellgr enbeeinflussung aufgeschal tet oder vom Anwenderprogramm aus vorgegeben werden Der Eingangswert MAN wird auf die Stellgr enbegrenzungen LMN_HLM obere und LMN_LLM untere begrenzt Die Struktur der Handwert Erzeugung und Aufschaltung geht aus Bild 5 2 hervor Beim Einschalten von MAN_GEN aus einer anderen Betriebsart wird der momen tan wirksame Stellwert am Ausgang von MAN_GEN bernommen Die Umsch
104. N FAC3 PV3 Bild 7 19 Mischungsregelung f r drei Komponenten Example4 Die vier Regler werden ber den Regleraufrufverteiler aus der Weckalarmebene mit 100 ms Zeittakt zu jeweils zyklischen Zeitpunkten aufgerufen Der Regler f r die Gesamtmenge mit kontinuierlichem Ausgang PID_CP wirkt dabei als F hrungsregler auf die Einstellung der Sollwerte d h auf die Menge der jeweiligen Komponente Die Mengen der Hauptkomponente und der zwei Neben komponenten werden in Example4 durch Schrittregler PID_ES entsprechend den Anteilseinstellungen an FAC1 3 geregelt Dabei ist Bedingung dass sich die f r die Mischungsfaktoren FAC1 FAC3 parametrierten Werte zu 100 addieren Standard PID Control A5E00204508 02 Regleraufrufverteiler und Beispiele f r Reglerkonfigurationen Bausteinstruktur Das Beispiel Example4 ist aus der Funktion APP_4 die die Bausteine f r den Auf rufverteiler und die vier Regler umfasst sowie aus den Aufrufbausteinen f r Neu start OB 100 und eine Weckalarmebene OB 35 mit 100 ms Zeittakt zusammen gesetzt Tabelle 7 7 Bausteine des Beispiels Example4 Baustein Name Beschreibung in der Symbolleiste OB 100 Neustart OB OB 35 Zeitgesteuerter OB 100 ms FC 100 APP_4 Beispiel 4 FC 1 LP_SCHED Regleraufrufverteiler FB 1 PID_CP Kontinuierlicher PID Regler FB2 PID_ES Schrittregler DB 1 DB_LOOP Glob DB f r Aufrufdaten zu LP_SCHED DB 10
105. NS ON OR LMNSOPON g en 1 MTR_TM INT E LMN der O 0 0 lt y Ee H E Standard PID Control A5E00204508 02 8 9 Standard PID Control A5E00204508 02 Parameterlisten von Standard PID Control 9 Hinweis Die in diesem Anhang abgedruckten Parameterlisten geben bez glich Reihen folge und Inhalt die Struktur der Instanzdatenbausteine zu den jeweiligen SI MATIC S7 Standard Funktionsbausteinen wieder F r jeden Parameter ist der Zul ssige Wertebereich angegeben Gesamter Wertebereich bedeutet f r den betreffenden STEP 7 Operanden typ festgelegter Zahlenbereich Technischer Wertebereich bedeutet eingeschr nkter Wertebereich welcher die Realit t ausreichend genau repr sentiert hier 10 bis 10 Dadurch wer den bei Operationen mit den betreffenden Wertparametern unhandlich gro e bzw kleine Zahlenr ume vermieden Alle Parameter haben bei Neuerstellung des Instanz DB als Default Wert die angegebene Vorbelegung Diese Werte sind so gew hlt dass bei unver nderter bernahme aller Voraus sicht nach keine kritischen Zust nde auftreten k nnen Mit Hilfe von STEP 7 k nnen Sie die Vorbelegung durch einen beliebigen ande ren Wert im Zul ssigen Wertebereich ersetzen Einen bequemeren Weg da f r bietet jedoch die Benutzung des Konfigurationswerkzeugs mit seinen Para metrierfunktionen Hinweise zu Namensgebungen und den Konventio
106. P T P Ts und T Glieder Bei Rei henschaltungen von gleichen PT Gliedern bildet er z B die Summe der Einzel zeitkonstanten PV 4 DLMN rn Es bedeutet Te Ersatzstreckenzeitkonstante Ta Anlaufzeit T Tu Tg Ausgleichszeit FI So Le Te Bild 3 8 Ermittlung der Ersatz Streckenzeitkonstante Tg Abtastzeit Absch tzung Wird eine Mindestschnelligkeit der Regelung verlangt kann man angeben wel chen Wert die Abtastzeit CYCLEmax nicht berschreiten darf Bei P Tg Strecken mit berwiegend gro er Zeitkonstante des ersten Verz ge rungsgliedes T4 gt 0 5 Tg muss eingehalten werden CYCLEmax lt 0 1 Te Bei allen brigen P Tg Strecken gen gt CYCLEmax lt 0 2 Te F r eine genaue Absch tzung der Abtastzeit siehe 352 Faustformel f r Wahl der Abtastzeit Die Erfahrung hat gezeigt dass eine Abtastzeit von ca 1 4 der de Sprungantwort des geschlossenen Regelkreises bestimmenden Zeitkonstante Tec zu einem mit dem konventionellen Analogregler vergleichbaren Ergebnis f hrt Die Gesamtzeitkonstante des geschlossenen Kreises wird hnlich wie in Bild 3 8 f r die Strecke gezeigt durch Sollwertsprung Eingabe und Auswerten des Ein schwingvorgangs von PV ermittelt CYCLE Jr 10 ES Standard PID Control A5E00204508 02 3 15 Konfigurieren und Inbetriebsetzen von Standard PID Control 3 5 Das Aufrufverhalten von Standard PID Control Bearbeitungsaufruf vo
107. PSK 142 Bytes 78 Bytes mit Startpunkt und 4 St tzstellen Die kleinste einstellbare Abtastzeit ist abh ngig von der Leistungsklasse der einge setzten CPU Hinweis Die begrenzte Rechengenauigkeit schr nkt die realisierbare Abtastzeit nach unten ein Bei kleiner werdender Abtastzeit nehmen die Konstanten der Algorithmen im mer kleinere Zahlenwerte an Dies kann zu einer falschen Berechnung der Stell gr e f hren Empfehlung S7 300 Abtastzeit gt 20 ms S7 400 Abtastzeit2 5 ms Regler Aufrufverhalten 8 2 Abh ngig von der Abtastzeit muss die Bearbeitung des Funktionsbausteins f r ei nen bestimmten Regelkreis in konstanten Zeitabst nden aufgerufen werden Das Betriebssystem der S7 ruft die Weckalarm OBs zyklisch auf Die Abtastzeit und die Weckalarmzeit m ssen bereinstimmen Standard PID Control A5E00204508 02 Technische Daten und Blockschaltbilder 8 2 Blockschaltbilder von Standard PID Control Konventionen zu Parameter und Blocknamen F r die Bezeichnungen der Parameter und Blocknamen wurden nicht mehr als acht Zeichen gew hlt Dies spart Schreibarbeit bei der Implementierung unter SPEP 7 AWL bzw SCL und erlaubt eine platzsparende Darstellung der Parame terfelder auf dem Bildschirm Die Bezeichnungen orientieren sich in erster Linie an den Bed rfnissen des inter nationalen Marktes und an der Norm IEC 1131 3 F r die Parameterbezeichnun gen von Standard PID Control gelten folge
108. REAL Quadratwurzel Arbeitsbereich Ausgang 100 0 oben SQRT_LR REAL Quadratwurzel Arbeitsbereich Ausgang 0 0 unten PVFC_OUT REAL Istwert FC Ausgang 100 0 100 0 0 0 wird mit dem Ausgang des FC im Ist wertzweig verschaltet PVURLM_P REAL Istwert Anstiegsbegrenzung im positiven 20 s 10 0 Bereich PVDRLM_P REAL Istwert Abstiegsbegrenzung im positiven 20 s 10 0 Bereich PVURLM_N REAL Istwert Anstiegsbegrenzung im negati gt 0 s 10 0 ven Bereich PVDRLM_N REAL Istwert Abstiegsbegrenzung im negati gt 0 s 10 0 Standard PID Control ASE00204508 02 9 7 Parameterlisten von Standard PID Control Tabelle 9 4 Statische Bausteindaten PID_CP Eing nge Fortsetzung Parameter Datentyp Erl uterung zul ssiger Vorbele Wertebereich gung PV_HYS REAL Istwert Hysterese 20 1 0 Vermeidet Flackern der Uberwa chungsanzeige DEADB_W REAL Totzonenbreite 0 0 100 0 1 0 Bereich Null bis Totzonenobergrenze bestimmt Gr e des Unempfindlich keitsbereichs ERP_ALM REAL Regeldifferenz positiver Grenzwert 0 200 0 100 0 Alarm ERP_WRN REAL Regeldifferenz positiver Grenzwert 0 200 0 90 0 Warnung ERN_WRN REAL Regeldifferenz negativer Grenzwert 200 0 0 90 0 Warnung ERN_ALM REAL Regeldifferenz negativer Grenzwert 200 0 0 100 0 Alarm ER_HYS REAL Regeldifferenz Hysterese gt 0 1 0 Ve
109. S5 siehe Kapitel 7 mit denen Sie auf einfache Weise mehrschleifige Re gelungen realisieren k nnen Die Anwendung solcher Regelungsstrukturen bringt immer dann Vorteile wenn Prozesse mit prozessgebundenen oder zahlenm ig voneinander abh ngenden Regelgr en vorliegen Wie diese Reglerstrukturen aufgebaut sind und wie sie eingesetzt werden sollen Ihnen nachstehende Erl uterungen zeigen Mehrschleifige Verh ltnisregelung Example3 Immer dann wenn in Prozessen das Verh ltnis zweier oder mehrerer Regelgr en wichtiger ist als das Konstanthalten ihrer Absolutwerte wird der Einsatz einer Ver h ltnisregelung erforderlich Bild 2 5 SP1 LMN wg Regler 1 Strecke 1 D PID_CP z B Luftmenge PVi FAC X SE Regler 2 LMN Strecke 2 PID_CP z B Brennstoffmenge PV2 Automatisierungsger t Prozess Anlage Bild 2 5 Verh ltnisregelung mit zwei Regelkreisen Example3 Im Allgemeinen handelt es sich bei den in einem bestimmten Verh ltnis zu regeln den Prozessgr en um Durchfl sse bzw Mengen wie sie z B bei Verbrennungs prozessen vorkommen In Bild 2 5 wird die im Regelkreis 2 geregelte Brennstoff menge in einem ber FAC einstellbaren Verh ltnis der an SP1 eingestellten Luftmenge nachgef hrt Standard PID Control 2 8 A5E00204508 02 Entwerfen von digitalen Regelungen Mischungsregelung Example4 Bei einem Misch
110. SIEMENS Vorwort Inhaltsverzeichnis Funktionsbausteine Standard PID Control SIMATIC Produkt bersicht 1 Standard PID Control Standard PID Control Entwerfen von digitalen Regelun 2 gen Konfigurieren und Inbetriebsezen 3 von Standard PID Control Signalverarbeitung im Soll Ist Handbuch wertkanal und die PID Regler A Der kontinuierliche Regler PID_CP Der Schrittregler PID_ES Regleraufrufverteiler und Bei spiele f r Reglerkonfigurationen ee h g 5 2 O Wd 5 9 O Technische Daten und Block schaltbilder CO Parameterlisten von Standard PID Control Konfiguration Standard PID Control Konfigurationswerkzeug Tool f r 10 Standard PID Control Anh nge Literaturverzeichnis Diese Dokumentation ist Bestandteil des Dokumentationspaketes ee 6ES7 830 2AA21 8AGO Glossar Index Ausgabe 03 2003 A5E00204508 02 Sicherheitstechnische Hinweise Dieses Handbuch enth lt Hinweise die Sie zu Ihrer pers nlichen Sicherheit sowie zur Vermeidung von Sachsch den beachten m ssen Die Hinweise sind durch ein Warndreieck hervorgehoben und je nach Gef hrdungsgrad folgenderma en dargestellt Gefahr bedeutet da Tod schwere K rperverletzung oder erheblicher Sachschaden eintreten werden wenn die entsprechenden Vorsichtsma nahmen nicht getroffen werden gt Warnung gt bedeutet da Tod schwere K rperverletzung oder erhebli
111. Sollwerts ber Auf Ab Schalter SPUP BOOL Sollwert hoch FALSE SPDN BOOL Sollwert tief FALSE RMPSK_ON BOOL Zeitplangeber einschalten FALSE Sollwert wird als Fahrkurve vorgege ben SPEXT_ON BOOL Externer Sollwert einschalten FALSE zur Verschaltung mit anderen Regler bausteinen MANGN_ON BOOL Handbedienung einschalten FALSE LMN per Schalter eingestellt MANUP BOOL Hand Stellwert Hoch FALSE MANDN BOOL Hand Stellwert Tief FALSE DFRMP_ON BOOL Ausgang des Zeitplangebers vorbelegen FALSE der Ausgang wird mit SP_INT vorbe legt CYC_ON BOOL Zyklische Wiederholung einschalten FALSE Fahrkurve wird automatisch wiederholt RMP_HOLD BOOL Zeitplangeber anhalten FALSE Ausgang des Zeiplangebers wird einge froren CONT_ON BOOL Zeitplan weitermachen FALSE Fahrkurve wird an n chster St tzstelle fortgesetzt TUPDT_ON BOOL Gesamtzeit neu berechnen FALSE Gesamtzeit der Fahrkurve wird neu be rechnet Standard PID Control A5E00204508 02 9 5 Parameterlisten von Standard PID Control Tabelle 9 4 Statische Bausteindaten PID CP Eing nge Fortsetzung Zeit nach St tzpunkt TM_SNBR zu der der Zeitplangeber die Fahrkurve weiter bearbeitet reich dimensionslos Parameter Datentyp Erl uterung zul ssiger Vorbele Wertebereich gung SPFC_ON BOOL Sollwert FC aufrufen FALSE SPROC_ON BOOL Rampenfunktion einschalten FALSE
112. T I_ITL_ON LMNFC_IN LMN_P DISV PID_CP I Schalter I_ITL_ON MAN ON INT_HPOS INT_HNEG DS ue on I_Anteil LMN_I vorbelegen TRUE beliebig beliebig beliebig Handbetrieb FALSE TRUE beliebig beliebig Integrator in pos Richtung blockie FALSE FALSE TRUE FALSE ren Integrator in neg Richtung blockie FALSE FALSE FALSE TRUE ren Integrator in beide Richtungen FALSE FALSE TRUE TRUE blockieren Integrieren FALSE FALSE FALSE FALSE Sen P_SEL man LMNOP MAN ON EN I SEL AND LMNR_ON beim Schrittregler PID_ES LMN PID_ES Bild 4 37 Standard PID Control A5E00204508 02 Betriebsarten des Integrierers im PI PID Regler 4 49 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und de PID Reglerfunktionen Begrenzungsverhalten Der Ausgang und der Speicher des Integrierers wird durch die obere und untere Begrenzung LMN_HLM und LMN_LLM begrenzt Anti Reset Wind up Parameter der Funktion INT Der Ausgangswert OUTV des Integrierers ist am Parameter LMN_I zu beobach ten Parameter Bedeutung Zul ssiger Wertebereich TI Integrationszeit gt 5 CYCLE I_ITLVAL Initialisierungswert f r l Anteil 100 0 bis 100 0 Eingangsparameter NT Ausgang Parameter Typ Signal Typ I SEL BOOL FALSE LITLON BOOL FALSE INT_HPOS BooL Fase O INT HNEG BOOL FALSE 4 1 H 0 ie Funktionsschema und Parameter des Integrierers
113. TIME gt CYCLE TD TIME gt CYCLE TM_LAG TIME gt CYCLE 2 Bild 3 7 Standard PID Control A5E00204508 02 Konfiguration der Reglerfunktionen PID_CP und PID_ES Checklisten P 9 3 13 Konfigurieren und Inbetriebsetzen von Standard PID Control Das Konfigurationswerkzeug 3 4 Ist Ihnen der Aufwand f r einen Konfigurierablauf gem Checkliste Kapitel 3 2 oder nach den Angaben in vorstehenden Parametrierpl nen zu un bersichtlich oder zu zeitaufw ndig dann empfehlen wir Ihnen das Konfigurationswerkzeug f r Standard PID Control zu Hilfe zu nehmen Das Konfigurationswerkzeug enth lt folgende Tools die f r eine schnelle und dabei fehlerfreie Konfigurierung von Standard PID Control von gro em Nutzen sind Regelkreis Editor Im Blockschaltbild des Regelkreis Editors sind die wichtigsten Funktionen von Standard PID Control als Blocksymbole dargestellt Durch Anklicken der Schalt symbole dunkler Punkt legen Sie darin auf einfachste Weise den gew nschten Signalfluss fest Nach Anklicken eines Funktionsblocks ffnet das System jeweils ein Dialogfeld in dem Sie durch Eingaben in die Parameterfelder die betreffende Funktion dimensio nieren Wenn die betreffende Funktion im Blockschaltbild nicht explizit als Schalt funktion dargestellt ist aktivieren bzw deaktivieren Sie sie ber Schaltsymbole Kreissymbol anklicken bzw Optionsk stchen ankreuzen Die Abtastzeit CYCLE Die Abtastzeit
114. TIME mme Le BE PER TMP TIME ms Dee PER_TM N TIME T ls PBTMP TIME T 50ms BE PBTMN TIME T 50ms ji RATIOFAC REAL 1 0 Vorbelegung bei Neuerstellung des Instanz DB Bild 5 21 Funktionsschema und Parameter des Impulsformers Standard PID Control A5E00204508 02 5 27 Standard PID Control A5E00204508 02 Der Schrittregler PID_ES 6 6 1 Regelfunktionen des PID Schrittreglers Der Funktionsbaustein PID_ES Neben den Funktionen im Soll und Istwertzeig realisiert der Funktionsbaustein FB 2 einen fertigen PID Regler mit bin rem Stellwert Ausgang Es ist m glich den Stellwert von Hand zu beeinflussen Teilfunktionen lassen sich zu oder ab schalten Der FB erm glicht es technische Prozesse und Anlagen mit integrierenden Stell gliedern auf den Automatisierungssystemen SIMATIC S7 zu regeln Der Regler kann als Festwertregler einzeln oder in unterlagerten Regelkreisen bei Kaskaden Mischungs oder Verh ltnisregelungen eingesetzt werden jedoch nicht als F h rungsregler Die Signalverarbeitung im Soll Istwertzweig sowie bei der Behandlung und ber wachung der Regeldifferenz ist identisch mit der des kontinuierlichen Reglers Die betreffenden Detail Beschreibungen finden Sie deshalb f r beide Reglertypen in Kapitel 4 dieses Handbuches Standard PID Control A5E00204508 02 6 1 Der Schrittregler PID_ES Normierung der Eingangsgr en ER und PV Die Eingangsgr en ER und PV des PID Reglers we
115. TM und die Mindest pausendauer BREAK_TM mit ber cksichtigt Ist der zugeordnete Endlagenschalter gesetzt dann wird auch bei Handbetrieb der Ausgang gesperrt Sind beide Signalschalter zur Stellwertsignalbedienung gesetzt LMNUP LMNDN TRUE bzw LMNUP_OP LMNDN_OP TRUE wird an den Ausg ngen PLMNUP und QLMNDN immer FALSE ausgegeben Der direkte Wechsel von Stellwertsignal Auf QLMNUP TRUE QLMNDN FALSE nach Stellwertsignal Zu QALMNUP FALSE QLMNDN TRUE ist nicht m glich Der Impulsformer f gt einen Zyklus mit QLMNUP QLMNDN FALSE ein LMNUP LMNDN E o s anD gt QLMNUP LMN i JUUL oe Bon a gt QLMNDN or LMNUP_OP LMNDN_OP LMNSOPON LMNR_IN oder MP10 Bild 6 10 Erzeugung des bin ren Stellsignals beim Schrittregler mit Stellungsr ckmeldung Standard PID Control 6 14 A5E00204508 02 Der Schrittregler PID_ES Das Dreipunktglied mit Hysterese THREE_ST Die Abweichung zwischen den Werten vom Stellsignal des Reglers und der aktuell erreichten Position des Stellgliedes bildet die Eingangsgr e des Dreipunktgliedes An dessen Ausgang werden zwei Bin rsignale erzeugt die je nach Gr e und Vor zeichen des Differenzwertes am Eingang sich im Zustand gesetzt bzw r ckgesetzt befinden Der Dreipunktschalter THREE_ST reagiert auf das Eingangssignal INV entspre chend folgender Bezieh
116. Wenn die nderungsgeschwindigkeit der Regelgr e sehr gro bzw zu gro wird so deutet das auf gef hrliche Prozesszust nde hin auf die das Automati sierungssystem gegebenenfalls reagieren muss Zu diesem Zweck erzeugt die Funktion ROCALARM bei berschreitung vorgebbarer Steigungswerte durch PV positiv oder negativ entsprechende Alarmsignale die entsprechend weiter verarbeitet werden k nnen berwachung der Absolutwerte von Regelgr e und Regeldifferenz Der Verlauf der Regelgr e und der Regeldifferenz wird durch die jeweilige U berwachungsfunktion PV ALARM bzw ER_ALARM auf die ber Unterschrei tung von jeweils zwei Grenzwerten berwacht berlagerung durch Signalrauschen DEADBAND Um st rendes Signalrauschen auf den Kan len der Regelgr e oder der exter nen F hrungsgr e auszufiltern wird die Regeldifferenz ber ein zuschaltbares Totzonenglied gef hrt Je nach St ramplitude kann hier eine unterschiedlich breite Unempfindlichkeitszone f r die Signal bertragung eingestellt werden Dabei ist eine von der Breite der eingestellten Unempfindlichkeitszone abh n gige Verf lschung des bertragenen Signals in Kauf zu nehmen Standard PID Control A5E00204508 02 Entwerfen von digitalen Regelungen Signalverarbeitung im PID Regler Normale PID Reglerfunktion Die per aktuellem Schaltzustand in Bild 2 14 wirksame Struktur realisiert einen PI Regler mit paralleler Verarbeitung der Signale des P und des
117. _P REAL 10 0 PVDRLM N REAL 10 0 PVURLM N REAL 10 0 Vorbelegung bei Neuerstellung des Instanz DB Bild 4 23 Funktionsschema und Parameter der berwachung der Regelgr e PV t auf Geschwindig keits berschreitung Standard PID Control A5E00204508 02 4 33 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und de PID Reglerfunktionen 4 2 7 Istwertverstellung ber das Konfigurationswerkzeug PV Anzeige und Einstellung im Loop Monitor Das Konfigurationswerkzeug hat eine eigene Schnittstelle zum Regler FB Es ist deshalb jederzeit m glich z B zu Testzwecken von einem PG PC aus auf dem das Konfigurationswerkzeug geladen ist den Regelgr enzweig zu unterbrechen und eigene Istwerte PV_OP vorzugeben Bild 4 24 PV_OP_ON PG PV_OP Regler Bild 4 24 Eingriff in den Sollwertzweig von einer Bedieneinrichtung OP aus Im Fenster des Kreisbildes steht daf r bezeichnet mit Istwert eines der drei identischen Bedienfelder zur Verf gung Hier wird unten Regler der aktuelle am Messpunkt MP6 anliegende Istwert ausgegeben Im Feld dar ber PG wird der Parameter PV_OP angezeigt und bedient Umschalten auf Istwertvorgabe durch Konfigurationswerkzeug Steht der Schalter im Konfigurationswerkzeug auf PG dann wird im Regler FB das Schaltsignal des Strukturschalters PVOP_ON auf TRUE gesetzt und PV_OP wird auf den I
118. al tung zum Handweritgenerator ist damit immer sto frei mn LMNLIMIT EA MANGN_ON MAN_ON F LMNFC_IN o 2 e 1 i LMN Bild 5 2 Handwert Erzeugung bei Standard PID Control PID_OUTV Regler Automatikbetrieb Ist MAN_ON FALSE Blockschaltbild im Konfigurationswerkzeug gew hlt dann wird der Stellwert des PID Algorithmus auf den Ausgang durchgeschaltet Im Handbetrieb MAN_ON TRUE wird der l Anteil des Reglers so nachgef hrt dass der Regler bei der Umschaltung auf Automatikbetrieb mit einer sinnvollen Stellgr e beginnt siehe Anlauf und Betriebsarten im Abschnitt4 5 1 Der Aus gang des PID Algorithmus ist am Messpunkt MP7 hinterlegt Im Automatikbetrieb wird der Handwert MAN der Stellgr e abz glich D Anteil nachgef hrt Bei der Umschaltung auf Handbetrieb bleibt die Stellgr e daher auf dem zuletzt berechneten Wert stehen Sie kann per Bedienung ver ndert werden Standard PID Control A5E00204508 02 5 3 Der kontinuierliche Regler PID_CP Handbetrieb ohne Schalterbedienung In dieser Betriebsart MANGN_ON FALSE und MAN_ON TRUE wird der Handstellwert als Absolutwert am Eingang MAN eingegeben Der Handstellwert wird am Messpunkt MP8 angezeigt Handbetrieb mit Schalterbedienung In dieser Betriebsart MANGN_ON TRUE und MAN_ON TRUE wird der ak tuelle Stellwert ber die Schalter von MAN_GEN innerhalb der Stellgr enbegren zungen vergr ert
119. alflussplan besteht aus bertragungsbl cken die das bertragungsverhalten der realen Re gelkreisglieder kennzeichnen und aus Wirkungslinien welche die Wirkungsrichtun gen darstellen Sollwert setpoint value SP Der Sollwert ist der Wert den die Regelgr e durch Einwirken eines Reglers an nehmen soll Sollwertgenerator setpoint value generator Mit Sollwertgenerator bezeichnet man eine Funktion zur getasteten Ver nderung des Sollwertes mit Hilfe von Schaltern In den ersten 3 Sekunden nach Bet tigen des Gebers betr gt die nderungsgeschwindigkeit nur 10 der entg ltigen Ge schwindigkeit die proportional zur Gr e des zul ssigen Verstellbereiches ist Standard Regelung standard PID control Eine Standardregelung ist eine fertige feste Reglerstruktur die alle Funktionen ei ner Regleranwendung enth lt Der Anwender kann durch Softwareschalter Funk tionen zu oder abschalten Stellger t process control unit Mit Stellger t bezeichnet man den Teil des Regelkreises der zum Beeinflussen der Stellgr e am Prozesseingang dient Stellgr e manipulated variable LMN Die Stellgr e ist die Ausgangsgr e des Reglers bzw die Eingangsgr e der Regelstrecke Das Stellsignal kann den Stellbereich analog als Prozentwert oder als Pulsbreitenwert bzw Impulsdauer abbilden Bei integrierendem Stellglied z B Motor gen gt es bin re Auf Ab bzw Vor Zur ck Schaltsignale zu liefern St rgr
120. altung der Stellungsr ckmeldung auf den Vergleicher im Stellwert zweig des Schrittreglers stehen je nach Format des zu verarbeitenden Wertes Eing nge mit entsprechender Signalverarbeitung zur Verf gung Bild 6 8 ber LMNR_PER lassen sich Signale im Format der SIMATIC Peripherie und ber LMNR_IN Signale im Gleitpunktformat aufschalten Am Messpunkt MP10 wird der zugeh rige interne Wert im Prozentbereich hinter legt LMNRNORM LMNR_CRP LMNR_PER LMNRP_ON y 1 0m E LMNR_IN Bild 6 8 Verarbeitung der Stellungsr ckmeldung beim Schrittregler Die Funktion LMNR_CRP Wird der zu verarbeitende Wert der Stellungsr ckmeldung von einer Analogeinga bebaugruppe geliefert dann muss der Zahlenwert des Peripherie Datenwortes in einen Zahlenwert im Gleitpunktformat Prozentbereich umgesetzt werden Die Funktion LMNR_CRP setzt diesen am Eingang LMNR_PER anliegenden Zah lenwert der Stellungsr ckmeldung in einen auf Prozent normierten Gleitpunktwert um Eine Pr fung auf positiven negativen berlauf Erreichen des ber Unter steuerungsbereiches und auf Drahtbruch wird dabei nicht durchgef hrt Folgende Tabelle gibt einen berblick ber Bereiche und Zahlenwerte vor und nach der Bearbeitung durch den Umform und Normierungsalgoritnmus der Funk tion LMNR_CRP Peripheriewert LMNR_PER Ausgangswert in 32767 118 515 27648 100 000 1 0 003617 0 0 000 1
121. amer Istwert PV 0 0 MP7 REAL Messpunkt 7 Stellwert vom PID Algorithmus 0 0 MP8 REAL Messpunkt 8 Hand Stellwert 0 0 MP9 REAL Messpunkt 9 Unbegrenzter Stellwert 0 0 MP10 REAL Messpunkt 10 Stellungsr ckmeldung Peripherie 0 0 MP11 REAL Messpunkt 11 R ckkopplungswert LMNR_ON FALSE 0 0 Stellungsr ckmeldung LMNR_ON TRUE MP12 REAL Messpunkt 12 Dreipunktglied Eingang 0 0 9 18 Die vom Konfigurierungswerkzeug genutzten statischen Lokaldaten stehen am Be ginn des Wertebereiches der statischen Lokaldaten Hinweis Alle anderen statischen Lokaldaten d rfen nicht beeinflusst werden Standard PID Control A5E00204508 02 Parameterlisten von Standard PID Control Tabelle 9 13 Funktion RMP_SOAK PID_CP und PID_ES Globaler Datenbaustein DB_NBR vorbelegt mit Startpunkt und vier St tzpunkten Parameter Daten Kommentar zul ssiger Vorbele typ Wertebereich gung INBR_PTS INT Anzahlder St tzpunkte Io 2ep IA PI 0 OUTV REAL Ausgangswert 0 Startpunkt gesamter Wertebereich 0 0 PI 0 TMV TIME Zeitwert 0 Startpunkt gesamter Wertebereich T 1s PI 1 OUTV REAL Ausgangswert 1 St tzpunkt 1 gesamter Wertebereich 0 0 PI 1 TMV TIME Zeitwert 1 St tzpunkt 1 gesamter Wertebereich T 1s PI 2 OUTV REAL Ausgangswert 2 St tzpunkt 2 gesamter Wertebereich 0 0 PI 2 TMV TIME Zeitwert 2 St tzpunkt 2 gesamter Wertebereich T 1s PI 3 OUTV REAL
122. andard Reglers k nnen derartige Effekte nur durch g nstigere Wahl der Einbaulage des Messf hlers beeinflusst werden Standard PID Control A5E00204508 02 2 3 Entwerfen von digitalen Regelungen Strecke mit Integralwirkung 2 4 Hier ist die Steilheit der Rampe der Prozessvariablen PV nach nderung des Stellwertes um einen festen Betrag umgekehrt proportional zum Wert der Integrati onskonstante TI LMN A LMN a APV 4 A LMN Beharrungszustand 1 Es bedeutet TI Integrationszeitkonstante FI TI Bild 2 3 bergangsfunktion einer Regelstrecke ohne Ausgleich I Strecke Prozesse mit I Verhalten sind z B Niveaustrecken bei denen der F llstand je nach ffnungsgrad des Stellgliedes unterschiedlich schnell angehoben oder abge senkt wird Wichtige Regelstrecken mit I Verhalten stellen au erdem die h ufig verwendeten motorischen Antriebe dar bei denen die nderungsgeschwindigkeit von Verstellwegen direkt proportional zur Drehzahl des Antriebs ist Treten bei einer Strecke mit Integralwirkung vor dem I Glied keine St rgr en auf das ist meistens der Fall dann sollte ein Regler ohne I Anteil verwendet werden Eine St rgr eneinwirkung am Streckeneingang kann ohne Verwendung eines I Anteils im Regler meist durch St rgr enaufschaltung eliminiert werden Standard PID Control A5E00204508 02 Entwerfen von digitalen Regelungen 2 2 Identifikation der Streckene
123. anz DB Bild 5 11 Funktionsschema und Parameter der Stellgr en Denormierung auf das Peripherieformat Standard PID Control A5E00204508 02 5 15 Der kontinuierliche Regler PID_CP 5 2 8 Stellwertbeeinflussung ber das Konfigurationswerkzeug LMN Anzeige und Einstellung im Kreisbild Das Konfigurationswerkzeug hat eine eigene Schnittstelle zum Regler FB Es ist deshalb jederzeit m glich z B zu Testzwecken von einem PG PC aus auf dem das Konfigurationswerkzeug geladen ist den Stellgr enzweig zu unterbrechen und eigene Stellwerte LMN_OP vorzugeben Bild 5 12 LMNOP_ON PG 1 LMN_OP ce l O 1 TRUE gt MN gt 0 FALSE Regler Bild 5 12 Eingriff in den Stellwertzweig ber das Konfigurationswerkzeug Im Fenster des Kreisbildes steht daf r bezeichnet mit Stellwert eines der drei identischen Bedienfelder zur Verf gung Hier wird oben Regler der aktuelle am Messpunkt MP9 anliegende Stellwert ausgegeben Im Feld darunter PG wird der Parameter LMN_OP angezeigt und bedient Umschalten auf Stellwertvorgabe durch das Konfigurationswerkzeug Steht der Schalter im Konfigurationswerkzeug auf PG dann wird im Regler FB das Schaltsignal des Strukturschalters LMNOP_ON auf TRUE gesetzt und LMN_OP wird auf den Stellwert LMN durchgeschaltet Wenn im Stellgr enzweig die Steigungsbegrenzung LMN_ROG eingeschaltet ist kann sto frei zwischen den Schalte
124. arten 4 5 4 6 THREE_ST 6 15 6 21 einschalten 4 6 TM_LAG 4 43 4 51 Online nderungen 4 10 Toleranzb nder 4 30 4 37 A 1210 Tool zyklischer Betrieb 4 8 integrierte Hilfe 10 2 Zweipunktregelung 5 25 Softwarevoraussetzungen 10 1 Zweipunktregler Glossar 16 _ Standard PID Control Index 6 A5E00204508 02
125. atikbetrieb automatic mode Der Regler arbeitet und berechnet die Stellgr e mit dem Ziel die Regeldifferenz zu minimieren Regelkreis geschlossen AS PC Automatisierungssystem bestehend aus einer oder mehreren Zentralprozessorein heit en CPU den Peripherieeinheiten mit digitalen analogen Ein und oder Ausg ngen den Einheiten zur Kopplung und Kommunikation mit weiteren System einheiten und ggf einer Stromversorgung Begrenzung limiter Algorithmus Funktion zur Einschr nkung des Wertebereiches stetiger Gr en auf vorgebbare obere untere Begrenzungswerte D Anteil derivative component Mit D Anteil bezeichnet man den Differentialanteil des Reglers D Glieder allein sind zur Regelung ungeeignet da sie bei Einstellung der Ein gangsgr e auf einen Beharrungswert kein Ausgangssignal abgeben DDC direct digital control DDC ist eine diskrete Regelung bei der die Regeldifferenz jeweils zum Abtastzeit punkt aktualisiert wird gt Abtastzeit Digitale Regelung Standard PID Control A5E00204508 02 Glossar 3 Glossar Differenzierung derivative action Ein Verfahren Algorithmus zur Differenzierung einer analogen Gr e wobei das Zeitverhalten durch die Differenzierzeit TD Vorhaltzeit bestimmt wird Das Aus gangssignal des Differenziergliedes ist proportional zur zeitlichen Ableitung seines Eingangssignals Zur Unterdr ckung von differentiellen Spitzen bzw von St rsi gnalen ist eine Ver
126. auf zu aufw ndig erscheint oder wenn Sie bei der Erstellung von gekoppelten Regler strukturen Fehler vermeiden wollen Folgende Beispiel Strukturen stehen zur Verf gung Kurzbe zeichnung Bereitgestellte Funktionalit t Kommentar Example1 Festwertregler mit schaltendem Aus PID Schrittregler mit Dreipunkt gang f r integrierende Stellglieder verhalten z B Motorantriebe Example2 Festwertregler mit kontinuierlichem Analog PID Regler Ausgang f r proportionale Stellglieder Example3 Mehrschleifige Verh ltnisregelung Das Verh ltnis zweier Regelgr Ben wird konstant gehalten Example4 Mischungsregelung Die zu mischenden Komponenten werden auf einen konstanten Satz gehalten und die Gesamt menge wird geregelt Example5 Kaskadenregelung Verbesserung des Regelverhal tens durch Einbeziehen von Re gelgr en in unterlagerten Regel kreisen Example6 Kontinuierliche Regler mit Impulsaus g ngen und Streckensimulation Konfiguration von Standard PID Control 1 4 Die Funktionen des Softwarepakets Konfiguration Standard PID Control werden im Kapitel 10 dieses Handbuches beschrieben Standard PID Control A5E00204508 02 Produkt bersicht Standard PID Control 1 3 Einsatzumgebung und Anwendungsbereich Hardwareumgebung Die mit dem Softwarepaket Standard PID Control erzeugten Regler sind auf fol genden Zielsystemen ablauff hig e S7 300 und S7 400 CPU mit Glei
127. auf durchf hren soll dann m ssen Sie die internen Regelkreisz hler ILP_COUfx x 1 GLP_NBR und den Parameter f r die aktuelle Regelkreisnummer ALP_NBR mit Null vorbelegen CPU Anlauf Bei einem Anlauf der CPU m ssen Sie die FC LP_SCHED aus dem zugeh rigen Anlauf OB heraus aufrufen und dabei dem Eingang COM_RST den Wert TRUE zuweisen Im Weckalarm OB m ssen Sie diesem Eingang wieder den Wert FALSE zuweisen Die FC LP_SCHED verf gt ber eine Initialisierungsroutine die gestartet wird wenn der Eingangs Parameter COM_RST den Wert TRUE hat In diesem Initialisierungslauf werden die folgenden Vorbelegungen im DB DB_LOOP vorgenommen e Aktuelle Regelkreisnummer ALP_NBR 0 e Freigabe ENABLE x NOT MAN_DIS x x 1 GLP_NBR e Abtastzeit CYCLE x erh lt den Wert der sich ergibt wenn man MAN_CYCIx auf das n chste ganzzahlige Vielfache von TM_BASE GLP_NBR abrundet x 1 GLP_NBR e Regelkreisinitialisierung COM_RSTIx TRUE x 1 GLP_NBR e Interner Regelkreisz hler ILP_COU x 0 x 1 GLP_NBR Nach dem Aufruf der FC LP_SCHED im Anlauf OB rufen Sie dort die Regelkreis FBs bedingt auf damit diese ihre Initialisierungen vornehmen Beobachtung der FC LP_SCHED In die Variable ALP_NBR des DB DB_LOOP tr gt die FC LP_SCHED die Num mer des n chsten zu bearbeitenden Regelkreises ein Die Nummer des jeweiligen Regelkreises ergibt sich aus der Plazierung
128. ausgangs umgeformt z B ist 100 ED Ta bzw CYCLE Interpolation interpolation Die Interpolation ist ein Verfahren zur Ermittlung von Zwischenwerten aufgrund bekannter Randwerte eines Intervalls gt Zeiplangeber Istwert process variable Momentanwert der Regelgr e PV Standard PID Control Glossar 6 A5E00204508 02 Glossar Kaskadenregelung cascade control Die Kaskadenregelung ist eine Hintereinanderschaltung von Reglern wobei der erste Regler F hrungsregler den nachgeschalteten Reglern Folgeregler den Sollwert vorgibt bzw deren Sollwerte gem der aktuellen Regeldifferenz der Hauptregelgr e beeinflusst Durch Einbeziehen von zus tzlichen Prozessgr en l sst sich das Regelergebnis mit einer Kaskadenregelung verbessern Dazu wird an geeigneter Stelle eine Hilfs regelgr e PV2 erfasst und diese auf den F hrungssollwert Ausgang des F h rungsreglers SP2 geregelt Der F hrungsregler regelt den Istwert PV1 auf den Festen Sollwert SP1 und stellt dazu SP2 so ein dass dieses Ziel m glichst schnell und berschwingunggsfrei erreicht wird F hrungsregler Folgeregler Ka y i St rgr e mti Regier s Regler 2 LMI gt Strecke 2 ne Strecke 1 Hilfsregelkreis Hauptregelkreis PV1 Regelung Prozess Konfiguration configuration Werkzeug Software zur Erstellung und Parametrierung einer Standard Regelung sowie zur Optimi
129. austein PID_CP FB 1 sind die beiden Instanz Datenbausteine DB 100 und DB 101 f r die Realisierung der zweischleifigen Verh ltnisregelung zugeordnet OB 100 Neustart TRUE au FC 100 APP 3 COM RST re _ o E Ge ce FM OB 35 S e zeitge SE J steuert _T 100ms 100 ms DB1 DB_LOOP Bild 7 17 Bausteine des Beispiels Example3 Verschaltung und Aufruf Standard PID Control 7 22 A5E00204508 02 Regleraufrufverteiler und Beispiele f r Reglerkonfigurationen Parametrierung des Beispiels Example3 Wie die PID Regler ber die Funktion FC 100 intern mit dem Regleraufrufverteiler und untereinander verschaltet sind geht aus Bild 7 18 hervor Bei Neustart bzw Wiederanlauf verh lt sich die Regelung wie in Kapitel 3 5 beschrieben Eingang APP_3 FC 100 Ausgang COM Ber CYCLE LP_SCHED FC 1 vm RST TM BASE DB LOOP DBI DB_NBR DB LOOP D I KEE CONTROL1 PID_CP pes DB100 FB1 Sen m COM RST MAN_CYC1 Ge MAN DIS1 R PV MAN_CRST1 ENABLE1 COM RST1 Op ILP_COU1 CYCLE MAN_CYC2 CONTROL2 PID_CP MAN_DIS2 mi DB101 FB1 MAN _CRST
130. begrenzt die nderungsgeschwindigkeit der im Regler ver arbeiteten Sollwerte sowohl getrennt f r den An und Abstieg als auch getrennt f r den postiven und den negativen Bereich der F hrungsgr e An den vier Eing ngen SPURLM_P SPDRLM_P SPURLM_N und SPDRLM_N werden die jeweiligen Begrenzungen f r die Steigungen der Rampenfunktion im postiven und negativen Bereich der F hrungsgr e eingegeben Die Steigungen beziehen sich auf einen Anstieg bzw Abfall pro Sekunde Schnellere Sollwert nde rungen werden auf diese Grenzgeschwindigkeiten verz gert Wird z B SPURLM_P auf 10 0 techn Wertebereich s parametriert so werden in jedem Abtastzyklus die folgenden Werte zum Altwert von outv addiert und zwar solange inv gt outv ist Abtastzeit 1 s gt outVat 10 100 ms outvar 1 10 ms gt outVat 0 1 Die Funktionsweise der Signalbehandlung zeigt das folgende Bild anhand eines Beispiels Aus Sprungfunktionen am Eingang inv t werden Rampenfunktionen am Ausgang outv t NV A A inv t outv t outv SPDRLM_P SPDRLM_N Bild 4 11 Begrenzung der nderungsgeschwindigkeit der F hrungsgr e SP t Das Erreichen der Steigungsbegrenzungen wird nicht gemeldet Standard PID Control A5E00204508 02 4 17 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und die PID Reglerfunktionen Parameter der Funktion SP_ROC Der Eingangswert inv ist ein impliziter Parameter und am Konfigurationswerkzeug n
131. bei dem die Stellgr e nur zwei Zust nde z B ein aus annehmen kann Standard PID Control Glossar 16 A5E00204508 02 Index A Abtastregelung Abtastregler Faustformel 3 15 Analogwert Eingabe Glossar 1 Anlaufbausteine 3 16 Anlaufzeit Anpassfaktor Ansprechschwelle 6 16 6 22 Slossar 2 selbstt tige Adaption 6 22 Anwenderspeicher Arbeitspunkt Arbeitsspeicherbeleg ung 8 1 Aufrufverhalten 3 16 Ausgleichszeit 2 2 Glossar 2 Ausregelzeit Auswahl der Reglerstruktur 3 6 Automatikbetrieb Schrittregler 6 6 Bearbeitungsaufruf des Regler FB 3 16 Beispiel Example1 Schrittregler Anwendung 7 10 Bausteinstruktur Funktionalit t 7 10 Parameter des Streckenmodells Sprungantwort des Regelkreises 7 14 Verschaltung und Aufruf 7 12 7 13 Beispiel Example2 Kontinuierlicher Regler Anwendung 7 16 Bausteinstruktur 7 17 Funktionalit t 7 16 Parameter des Streckenmodells Sprungantworten des Regelkreises Verschaltung und Aufruf 7 17 7 18 Beispiel Example3 Verh ltnisregelung Anwendung 7 21 Bausteinstruktur 7 22 Funktionalit t 7 21 Parametrierung 7 23 Verschaltung und Aufruf 7 22 Standard PID Control A5E00204508 02 718 719 Beispiel Example4 Mischungsregelung Anwendung 7 24 Bausteinstruktur 7 25 Funktionalit t 7 24 Parametrierung 7 26 Verschaltung und Aufruf 7 25 Beispiel Example5 Kaskadenregelu
132. benen Impulsl nge bzw Pausenl nge Wenn ein Impuls ausgegeben wird und der berechnete Stellwert gr er ist als die bisherige Impulsl nge PER_TM_P wird der Impuls verl ngert Andernfalls wird kein Impulssignal mehr ausgegeben Wenn kein Impuls ausgegeben wird und 100 berechneter Stellwert gr er ist als die bisherige Pausenl nge PER_TM_P wird die Pause verl ngert Andernfalls wird ein Impulssignal ausgege ben Aufgrund eines besonderen Verfahrens der Pulsformung bewirkt eine Vergr e rung bzw Verkleinerung der Stellgr e w hrend der Periode eine Verl ngerung bzw Verk rzung des ausgegebenen Impulses Ist in diesem Fall CYCLE lt PER_TM_P die Periodendauer so gro parametriert dass sie zum Schwingen des Istwertes f hren w rde dann wird die wirksame Periodendauer vom Funkti onsbaustein PID_CP selbst ndig auf einen sinnvollen Wert reduziert Genauigkeit der Pulsformung Je kleiner die Impulsrasterbreite CYCLE_P gegen ber der Periodendauer PER_TM_P bzw PER_TM_N ist desto genauer ist die Pulsbreitenmodulation F r eine hinreichend genaue Regelung sollte folgende Bedingung erf llt sein PER_TM Standard PID Control 5 20 A5E00204508 02 Der kontinuierliche Regler PID_CP Realisierung von sehr kurzen Impulsrasterbreiten Bei einer schnellen Regelstrecke sind sehr kleine Impulsrasterbreiten z B 10 ms notwendig Aufgrund der Programmlaufzeit ist es in diesem Fall nicht sinnvoll die Regelungst
133. ch Beschreibung INV REAL Eingangsgr e COM_RST BOOL Neustart CYCLE TIME 2 1ms Abtastzeit DISV REAL St rgr e GAIN REAL Streckenverst rkungsfaktor TM_LAG1 TIME gt CYCLE 2 Verz gerungszeit 1 TM_LAG2 TIME gt CYCLE 2 Verz gerungszeit 2 TM_LAG3 TIME gt CYCLE 2 Verz gerungszeit 3 OUTV REAL Ausgangsgr e Verschaltung und Aufruf des Beispiels Example2 Wie der kontinuierliche Regler ber die Funktion FC 100 intern mit dem Strecken modell zu einem Regelkreis verschaltet ist geht aus Bild 7 13 hervor Eingang APP_2 FC 100 Ausgang CE poH CONTROL PID_CP PROCESS PROC_C e DB101 FB1 DB100 FB100 COM RS L COM_RST TCYCLE CYCLE m DN IN LMN INV OUTV Bild 7 13 Verschaltung und Aufruf der FC 100 APP_2 7 18 Standard PID Control ASE00204508 02 Regleraufrufverteiler und Beispiele f r Reglerkonfigurationen Parameter der Modellregelstrecke f r kontinuierliche Regler Bild 7 14 zeigt das Funktionsschema und die Parameter der Regelstrecke pitel 3 5 beschrieben t bzw Wiederanlauf verh lt sich die Regelung wie in Bei Ne 2 Eingangsparameter PROC_C FB 100 eme Parameter Typ COM_RST BOOL FALSE CYCLE TIME THs GAIN REAL 0 0 DISV REAL
134. ch nach wie vor die Parametrierung des PI PID Reglers d h die richtigen Einstellwerte f r die Reglerparameter zu fin den Die Qualit t dieser Parametrierung ist von ausschlaggebender Bedeutung f r die aufgabengem e Wirkung der PID Regelung und erfordert entweder gro e praktische Erfahrung Spezialkenntnisse oder einen hohen Zeitaufwand Mit dem Konfigurationswerkzeug entfallen jedoch die genannten Schwierigkei ten Die darin enthaltene Funktion PID Regler optimieren erm glicht die Erstein stellung der Reglerparameter durch adaptive Inbetriebnahme Hierbei wird nach einer Streckenidentifikation das Prozessmodell ermittelt und anschlie end daraus m glichst g nstige optimale Einstellwerte f r die Reglerparameter errechnet Die ser weitgehend automatische Vorgang enthebt den Anwender der l stigen Auf gabe den installierten PID Regler online von Hand zu trimmen Standard PID Control A5E00204508 02 4 45 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und die PID Reglerfunktionen 4 5 Signalverarbeitung im PID Regleralgorithmus 4 5 1 Integrierer INT Anwendung Die Funktion des Integrierers wird in Standard Reglern f r PI und PID Regelungen zur Bildung des I Anteils eingesetzt Die Integratorwirkung in diesen Reglern sorgt daf r dass durch Nachstellung des Arbeitspunktes die Regeldifferenz f r beliebige Werte der Stellgr e zu 0 werden kann Die Funktion INT 4 46 Die Integrier Funktion erzeugt ein Ausgangssig
135. chem Ausgang der Stellgr e e Begrenzung der Absolutwerte der F hrungsgr e und bei Reglern mit konti nuierlichem Ausgang der Stellgr e e Unterdr ckung des Rauschens im Ist oder Sollwertzweig durch Filterung des Regeldifferenz Signals e Unterdr ckung von h herfrequenten Schwingungen im Istwertzweig durch Gl t tung Verz gerung des Istwertsignals e Linearisierung von quadratischen Funktionen der Regelgr e Durchflussrege lung mit Differenzdruck Gebern e M glichkeit des Aufrufs von eigenen Funktionen im Sollwert Istwert und oder Stellwert Zweig e Handbetrieb Steuerung der Stellgr e von einem PG oder OP OS aus e berwachung der Regelgr e und oder der Regeldifferenz auf berschreitung von jeweils zwei oberen und zwei unteren Grenzwerten e berwachung der nderungsgeschwindigkeit der Regelgr e e Wahlweise P und D Wirkung in der R ckf hrung des Reglers Standard PID Control A5E00204508 02 1 7 Standard PID Control A5E00204508 02 Entwerfen von digitalen Regelungen 2 2 1 Prozesseigenschaften und Regelung Prozesseigenschaften und Regler Das statische Verhalten Verst rkung und die dynamischen Eigenschaften Verz gerung Totzeit Integrationskonstante usw des zu regelnden Prozesses haben entscheidenden Einfluss auf die Art und das Zeitverhalten der Signalbearbeitung im Regler der die jeweiligen Prozesszust nde stabil halten bzw nach vorgegebe nem zeitlichen Ver
136. cher Sachschaden eintreten k nnen wenn die entsprechenden Vorsichtsma nahmen nicht getroffen werden Vorsicht gt bedeutet da eine leichte K rperverletzung oder ein Sachschaden eintreten k nnen wenn die entspre chenden Vorsichtsma nahmen nicht getroffen werden Vorsicht bedeutet da ein Sachschaden eintreten kann wenn die entsprechenden Vorsichtsma nahmen nicht getroffen werden Achtung ist eine wichtige Information ber das Produkt die Handhabung des Produktes oder den jeweiligen Teil der Dokumentation auf den besonders aufmerksam gemacht werden soll Qualifiziertes Personal Inbetriebsetzung und Betrieb eines Ger tes d rfen nur von qualifiziertem Personal vorgenommen wer den Qualifiziertes Personal im Sinne der sicherheitstechnischen Hinweise dieses Handbuchs sind Perso nen die die Berechtigung haben Ger te Systeme und Stromkreise gem den Standards der Sicher heitstechnik in Betrieb zu nehmen zu erden und zu kennzeichnen Bestimmungsgem er Gebrauch Beachten Sie folgendes Warnung Das Ger t darf nur f r die im Katalog und in der technischen Beschreibung vorgesehenen Einsatzf lle und nur in Verbindung mit von Siemens empfohlenen bzw zugelassenen Fremdger ten und komponen ten verwendet werden Der einwandfreie und sichere Betrieb des Produktes setzt sachgem en Transport sachgem e Lage rung Aufstellung und Montage sowie sorgf ltige Bedienung und Insta
137. chstehend daf r ein Beispiel AWL Erl uterung FUNCTION Anwender FC VAR_TEMP INV REAL OUTV REAL END_VAR BEGIN Regler_DB LMNFC_IN INV Anwenderfunktion OUTV INV 0UTV Regler_DB LMNFC_OUT END_FUNCTION Der Wert von LMNFC_ON bestimmt ob an dieser Stelle eine frei programmierte Funktion in Form einer Standard FC z B ein PT Glied in den Stellgr enzweig eingef gt wird oder ob der Stellwert ohne eine derartige Beeinflussung weiterverar beitet wird Bild 2 15 N Gefahr Der Baustein berpr ft nicht ob eine FC vorhanden ist Ist die FC nicht vorhan den dann geht die CPU mit einem internen Systemfehler in STOP Standard PID Control A5E00204508 02 5 7 Der kontinuierliche Regler PID_CP Parameter der Funktion LMNFC Der Eingangswert LMNFC_IN ist ein impliziter Parameter Dieser ist am Konfigura tionswerkzeug an LMNFC_IN bzw ber den Messpunkt MP9 zu beobachten Der Ausgangswert outv ist ebenfalls ein impliziter Parameter und ber das Konfi gurationswerkzeug nicht beobachtbar siehe Bild 2 15 Eingangsparameter LMNFC Parameter Typ LMNFC_ON BOOL FALSE LMNFCNBR BLOCK_FC LMNFC_IN REAL 0 0 FC LMNFCNBR Ausgangsparameter Parameter Typ LMNFCOUT REAL 0 0 outv REAL die Verschaltung muss im Anwender FC programmiert werden
138. d muss der Regler FB noch durch den FB PULSEGEN er g nzt werden Stellglieder mit I Wirkung Punkt 3 werden mit dem Reglerbaustein PID_ES geregelt Wenn ein R ckmeldesignal der Stellgliedposition nicht verf gbar ist wird die Reglerstruktur mit nachgebildetem R ckf hrsignal LMNR_ON FALSE eingesetzt Ist ein Signalgeber f r die Postion des Stellgliedes vorhanden dann kann die Struktur mit Stellungsregelkreis Bild 3 3 unten konfiguriert werden LMNR_ON TRUE Reglerausgang Stellsignal PID_CP 1 PID_LOUTV LMN LMN_PER analoges Ausgangssignal 2 LMN N QPOS_P Einschaltdauer ist pro gt QNEG P portional zum Wert LMN PULSEGEN PID_ES 3 PID_OUTV gt Ausg nge eingeschaltet gt QLMNUP Solange ER 0 ist einer der LMNR_ON FALSE m gt QLMNDN NI gt Stellung d h Stoffstrom LMN gt ge ist proportional zu LMN i LMNR_ON TRUE LMNR_IN bzw LMNR_PER Bild 3 3 Stellausg nge von Standard PID Control Hinweis Die Stellgr en sind als digitale Zahlenwerte im Gleitpunkt bzw Peripherieformat oder als bin re Signalzust nde repr sentiert Je nach verwendetem Stellglied sind ausgangsseitig immer nachgeschaltete Baugruppen entsprechenden Typs zur Si gnalumformung und Bereitstellung der ben tigten Stellenergie erforderlich Standard PID Control ASE00204508 02 3 5 Konfigurie
139. den Betrieb e Indie Variable ENABLEI x tr gt die FC LP_SCHED die Aufrufbedingung f r den Regelkreis x ein e Die Variablen COM_RST x und CYCLEIx werden von der FC LP_SCHED beschrieben Sie dienen zur Verschaltung auf die Eing nge COM_RST und CY CLE der Regelkreis FBs e Die Variablen ALP_NBR und ILP_COUIx sind interne Variablen der FC LP_SCHED Sie k nnen Ihnen zur Beobachtung der Funktion LP_SCHED n tzlich sein Parametrierung der Regleraufrufe im DB DB_LOOP Sie m ssen die Parametrierung des Regleraufrufverteilers ohne Unterst tzung des Konfigurationswerkzeugs vornehmen brauchen den DB DB_LOOP jedoch nicht komplett neu zu erstellen Er ist als Kopiervorlage in der Bibliothek Standard PID Control enthalten Sie m ssen die folgenden Variablen im DB DB_LOOP parametrieren e GLP_NBR Anzahl der Regelkreise bzw Regelkreis FBs deren Aufruf von der FC LP_SCHED verwaltet wird max 256 e MAN_CYCIX x 1 GLP_NBR die von Ihnen gew nschte Abtastzeit f r die einzelnen Regelkreise Bitte beachten Sie dabei f r jeden Regelkreis die unten angegebene Bedingung f r MAN_CYCIx Sonst kann die parametrierte Abtast zeit nicht garantiert werden Falls Sie f r einen oder mehrere Regelkreise die zugeh rigen Elemente des Feldes MAN_CYC im laufenden Betrieb ndern wird diese nderung mit dem n chsten Aufruf der FC LP_SCHED wirksam Hinzuf gen weiterer Re
140. den Prozess wenn sie durch Bet tigen der Taste Senden im Kreisbild zum Automatisierungsger t bertragen werden Standard PID Control A5E00204508 02 4 21 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und die PID Reglerfunktionen 4 2 Signalverarbeitung im Istwertzweig 4 2 1 Normierung der Istwerteingabe Anwendung Die Funktion Normierung im Istwertzweig dient zur Normierung des Eingangswer tes PV_PER bzw PV_IN auf die physikalische Einheit des Istwerts Die Funktion PV_NORM 4 22 Die Funktion PV_NORM normiert eine analoge Eingangsgr e ber den Schalter PVPER_ON legen Sie die zu normierende Eingangsgr e fest e PVPER_ON TRUE Eingangsgr e ist der Istwert Peripherie DV DER e PVPER_ON FALSE Eingangsgr e ist der interne Istwert DV IN Die Eingangsgr e wird mit Hilfe der Normierungsgeraden in die Ausgangsgr e MP4 berf hrt Der Messpunkt MP4 ist am Konfigurationswerkzeug zug nglich siehe Bild 2 13 Zur eindeutigen Festlegung der Normierungsgeraden definieren Sie die folgenden vier Parameter e die Obergrenze des Eingangswertes DV PER bzw PV_IN NM_PIHR e die Untergrenze des Eingangswertes DV PER bzw PV_IN NM_PILR e die Obergrenze des Ausgangswerts MP4 NM_PVHR e die Untergrenze des Ausgangswerts MP4 NM_PVLR MP4 A NM_PVHR NM_PVLR NM_PILR NM_PIHR PV_PER bzw PV_IN Der Ausgangswert MP4 wird nach folgender Formel aus dem jeweiligen Eingangs
141. der MP10 wenn LMNRP_ON TRUE nachgef hrt Bei der Umschaltung auf Handbetrieb bleibt die Stellgr e daher auf dem Wert stehen der der Stellung des Stellglieds entspricht Sie kann nun per Be dienung ver ndert werden Handbetrieb 6 6 Neben der Betriebsart Automatik gibt es bei der Schritt Regelung drei Betriebsar ten in denen das Stellsignal manuell beeinflusst werden kann e Handbetrieb ohne Schalterbedienung ber das Signal MAN e Handbetrieb ber Mehr Weniger Schalter MAN GEN e Handbetrieb durch direkte Schaltung der Bin rausg nge Die Struktur der Handwert Erzeugung und Aufschaltung geht aus Bild 6 4 hervor ber den Parameter MAN 100 0 bis100 0 kann eine externe Stellgr en beeinflussung als Absolutwert aufgeschaltet oder vom Anwenderprogramm aus vorgegeben werden Standard PID Control A5E00204508 02 Der Schrittregler PID_ES MANGN_ON LMNLIMIT may UNAM LMNS_ON MAN ON UN UN y d PULSEOUT MAN GEN HO t gt QLMNUP O z H gt D SN de A S QLMNDN mer Bees LMNUP_OP Regier LMNDN_OP LMNSOPON LMNR_IN oder MP10 Bild 6 4 Betriebsarten und Handstellwert Erzeugung beim Schrittregler mit Stellungsr ckmeldung Wird MAN_GEN aus einer anderen Betriebsart eingeschaltet dann wird der Stell wert am Ausgang MP9 berno
142. der Mindestimpuls bzw Mindestpausendauer P_B_TM_P kann sehr kurze Ein oder Ausschaltzeiten verhindern die die Lebensdauer von Schaltgliedern und Stelleinrichtungen beeintr chtigen Bild 5 16 Dabei wird der proportionalen Ausgangskennlinie ber die die Impulsdauer berechnet wird ein Ansprechwert f r die Impulsausgabe berlagert Standard PID Control A5E00204508 02 Der kontinuierliche Regler PID_CP Hinweis Kleine Absolutwerte der Eingangsgr e Stellwert des PID Reglers am Messpunkt MP10 die eine Impulsdauer kleiner als P_B_TM_P erzeugen w rden werden unterdr ckt F r gro e Eingangswerte die eine Impulsdauer gr er als PER_TM_P P_B_TM_P erzeugen w rden wird die Impulsdauer auf 100 bzw 100 gesetzt Es werden Einstellwerte P_B_TM_P lt 0 1 PER_TM_P empfohlen minimale Einschaltzeit l minimale Ausschaltzeit ee PB TMP m P_B_TM_P PER TMP lie PERTMP sie PER TMP Bild 5 16 Schaltverhalten des Impulsausgangs Die Dauer der positiven oder negativen Impulse errechnet sich aus der Eingangs gr e Stellwert des PID Reglers am Messpunkt MP 10 in mal Periodendauer Impulsdauer Kai DER TM Pis Durch die Unterdr ckung von Mindestimpuls bzw Pausendauer erh lt de Um formkennlinie Knickpunkte im Anfangs und Endbereich Bild 5 17 Die zuvor getroffenen Aussagen gelten ebenso f r P_B_TM_N und PER_TM_N siehe Bild 5 17 Dauer des
143. der Nummer DB_NBR vorhanden ist und ob der Parameter Anzahl der St tzpunkte NBR_PTS zur DB L nge passt Bei inkorrekter Parametrierung geht die CPU mit einem internen Systemfehler in STOP 4 6 Standard PID Control A5E00204508 02 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und die PID Reglerfunktionen Ausgang vorbelegen Fahrkurve starten Falls DFRMP_ON TRUE dann wird der Ausgangswert des Zeitplangebers auf den Signalwert SP_INT bzw den Ausgangswert von SP_GEN gesetzt Mit DFRMP_ON FALSE l uft die Kurve ab diesem Wert los Hinweis Der Schalter DFRMP_ON wirkt sich nur dann aus wenn der Zeitplangeber einge schaltet ist RMPSK_ON TRUE Nach dem Umschalten DFRMP_ON FALSE wird outv linear vom eingestellten Sollwert z B SP_INT zum Ausgangswert der aktuellen St tzpunktnummer PIINBR_ATMS OUTV gefahren Die interne Zeitbearbeitung l uft auch bei durchgeschaltetem festen Sollwert RMPSK_ON TRUE und DFRMP_ON TRUE weiter RMPSK_LON TT DFRMP_ON EEE p en A 1 outv vi e A projektierte Kurve 1 aktuelle Kurve SP_INT outv t 1 0 i gt t PI 0 TMV PI 1 TMV PI S TMV PI 4 TMV PI 5 TMV aT PI 2 TMV PI 6 TMV 0 ms QR_S_ACT ILL Bild 4 5 Beeinflussung der Fahrkurve durch das Vorbelegungssignal DFRMP_ON Beim Start der Fahrkurve RMPSK_ON TRUE wird so lange der feste Sollwert SP_INT ausgegeben bis DFRMP_ON
144. der einzu frieren Der Handbetrieb ber den Parameter MAN entf llt hier wegen der fehlen den Information ber die Lage des Stellgliedes r QLMNUP SS GR QLMNDN 100 o ERnormiert 1 MTR_TM D LMNS_ON OR LMNSOPON SE 1 ce 0 I SEL AND NOT I_ITL_ON QLMNUP OR QLMNDN A 0770 1 oi P eh a 1 GAIN TI Bild 6 14 Schrittregler ohne Stellungsr ckmeldung Um bersteuerungen des Antriebs zu vermeiden k nnen dessen Anschlagsignale LMNR_HS LMNR_LS zur Verriegelung der Reglerausg nge herangezogen wer den Bild 2 17 Liefert der Antrieb keine Anschlagsignale dann m ssen die Ein gangsparameter LMND HG und LMNR_LS FALSE gesetzt werden Standard PID Control 6 18 A5E00204508 02 Der Schrittregler PID_ES Hinweis Wenn keine Anschlagsignale vorhanden sind kann der Regler nicht erkennen ob ein mechanischer Anschlag erreicht wurde Es besteht die M glichkeit dass der Regler z B Signale zum ffnen des Ventils ausgibt obwohl es sich bereits am oberen Anschlag befindet Betriebsarten des Schrittreglers e Anwahl Schrittregler ohne Stellungsr ckmeldung Falls ein R ckmeldesigna Stellgliedposition nicht zur Verf gung steht wird die Reglerstruktur nach Bild 6 14 durch Setzen von LMNR_ON FALSE akti viert e Betriebsarten Wegen der fehlenden Information ber die Lage des Stellglie
145. des entf llt beim Schrittregler ohne Stellungsr ckmeldung der Handbetrieb ber den Parameter MAN bzw den Handstellwertgeber MAN_GEN Neben der Betriebsart Automa tik d h Regelung im geschlossenen Kreis ist der Betriebszustand Hand mit direkter Tastung der Ausgangsimpulse bei offenem Regelkreis durch LMNS_ON TRUE einstellbar Handbetrieb Bei eingeschaltetem Handbetrieb LMNS_ON TRUE k nnen die bin ren Aus gangssignale QLMNUP und QLMNDN ber die Schalter LMNUP und LMNDN ge setzt werden Bild 6 15 Die Mindestimpulszeit PULSE_TM sowie die Mindestpau sendauer werden dabei eingehalten Ist einer der Endlagenschalter LMNR_HS bzw LMNR_LS gesetzt so wird auch bei Handbetrieb das entsprechende Ausgangssignal gesperrt LMNS_ON LMNR_HS LMNUP LMNR_LS LMNDN O PULSEOUT a Tell Sann Se gt QLMNUP IW g2 UUU D weit 9 AND gt QLMNDN 0 LMNUP_OP LMNDN_OP LMNSOPON Bild 6 15 Handbetrieb beim Schrittregler ohne Stellungsr ckmeldung Standard PID Control A5E00204508 02 6 19 Der Schrittregler PID_ES Der Tastbetrieb des Stellgliedes durch LMNUP bzw LMNDN wirkt direkt auf die Ausgangssignale und hat daher immer Vorrang Bei R ckschaltung LMNS_ON FALSE geht der Regler sto frei in den Automatikbetrieb ber Folgende Tabelle zeigt die m glichen
146. e Warnung und an der zweiten Grenze Alarm Die Zahlenwerte der Grenzen werden an den Eingangsparametern f r Warnung und Alarm eingestellt Bild 4 20 Uberschreitet bzw unterschreitet der Istwert PV diese Grenzen dann werden die zugeh rigen Ausgangsmeldebi QPVH_ALM QPVH_WRN QPVL_WRN und QPVL_ALM gesetzt Bild 4 21 Um bei geringf gigen nderungen der Eingangsgr e oder bei Rundungsfehlern ein Flackern der Meldebits zu verhindern wird eine Hysterese R ckschaltdiffe renz PV_HYS eingestellt Die Regelgr e muss die Hysterese berwinden bevor die Meldungen r ckgesetzt werden PV PV t PV_HYS PVH ALM N en ee S PV WEN I 2 Toleranzband 1 Toleranzband PvL WRN es pres PRINT A ef u PVL_ALM E SEENEN EE QPVH_ALM j l QPVH_WRN QPVL_WRN 771 QPVL_ALM P Bild 4 20 berwachung der Regelgr e PV auf Grenzwert ber unterschreitung Standard PID Control A5E00204508 02 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und de PID Reglerfunktionen Anlauf und Betriebsweise e Bei Neustart werden alle Meldeausg nge nullgesetzt e Die Grenzwertmeldung arbeitet entsprechend den folgenden Funktionen QPVH_ QPVH_ QPVL_ QPVL_ ALM WRN WRN AM Wenn und PV 7 PV PVH ALM TRUE TRUE FALSE FALSE PVN PV gt PVH_ALM PV_HYS PV 7 PV gt PVH_WRN FALSE TRUE FALSE FALSE PVN PV gt DNH WEN
147. e disturbance variable DISV Alle Einflussgr en auf die Regelgr e mit Ausnahme der Stellgr e werden als St rgr en bezeichnet Additive Einfl sse auf das Streckenausgangssignal lassen sich durch berlagerung mit dem Stellsignal kompensieren Standard PID Control A5E00204508 02 Glossar 13 Glossar St rgr enaufschaltung controller with feedforward control Die St rgr enaufschaltung ist ein Verfahren zur Verringerung Beseitigung des Einflusses einer dominierenden messbaren St rgr e z B Au entemperatur auf den Regelkreis Aus der gemessenen St rgr e DISV wird ein Korrekturein griff abgeleitet mit dem auf nderungen von DISV schneller reagiert werden kann Im Idealfall wird der Einfluss voll kompensiert ohne dass der Regler selbst einen Korrekturvorgang ber I Teil ausf hren muss DISV St rgr e DISV Auf schaltung SP LMN PV Regler Prozess Regelkreis Regelstrecke Strecke process Totzeit dead time Mit Totzeit bezeichnet man die zeitliche Verz gerung der Regelgr enreaktion auf St rungen oder Stellwert nderungen bei Prozessen mit Transportvorg ngen Die Eingangsgr e eines Totzeitgliedes wird um den Wert der Totzeit zeitlich versetzt am Ausgang ausgegeben Trapezregel trapeze rule Methode zur algorithmischen Nachbildung von kontinuierlichen l D und Verz ge rungs Gliedern durch rekursive Differenzenberechnung
148. e Begrenzung angesprochen FALSE QSP_LLM BOOL Sollwert untere Begrenzung angesprochen FALSE QPVURLMP BOOL Istwert Anstiegsgrenzwert im positiven Bereich angesprochen FALSE QPVDRLMP BOOL Istwert Abstiegsgrenzwert im positiven Bereich angesprochen FALSE QPVURLMN BOOL SC Anstiegsgrenzwert im negativen Bereich angespro FALSE chen QPVDRLMN BOOL Giele Abstiegsgrenzwert im negativen Bereich angespro FALSE chen QERP_ALM BOOL Regeldifferenz positiver Grenzwert Alarm angesprochen FALSE QERP_WRN BOOL Regeldifferenz positiver Grenzwert Warnung angesprochen FALSE QERN_WRN BOOL Regeldifferenz negativer Grenzwert Warnung angesprochen FALSE QERN_ALM BOOL Regeldifferenz negativer Grenzwert Alarm angesprochen FALSE QLMN_HLM BOOL Stellwert obere Begrenzung angesprochen FALSE QLMN_LLM BOOL Stellwert untere Begrenzung angesprochen FALSE NBR_ATMS INT Nummer des vom Zeitplangeber aktuell angefahrenen St tz 0 punktes RS_TM TIME Aktuelle Restzeit der Fahrkurve bis zum n chsten St tzpunkt T 0s T_TM TIME Gesamitzeit abgelaufene Zeit der Fahrkurve T 0s RT_TM TIME Gesamtrestzeit Zeit bis zum Ende der Fahrkurve T 0s ER REAL Regeldifferenz 0 0 LMN_P REAL P Anteil 0 0 LMN_I REAL l Anteil 0 0 LMN_D REAL D Anteil 0 0 SPFC_IN REAL Sollwert FC Eingang 0 0 wird mit Eingang des selbstdefinierten FC verschaltet PVFC_IN REAL Istwert FC Eingang 0 0 wird mit Eingang des selbstdefinierten FC verschaltet Standard PID Contr
149. eckalarm OB zul ssiger Wertebereich 0 1 2 3 Vorbele gung CYCLE TIME Abtastzeit Zeit zwischen zwei Bausteinaufrufen konstant Achten Sie unbedingt darauf dass Sie diesen Parameter mit der Weck alarmtaktzeit des OB in dem der FB PID_CP l uft parametrieren An dernfalls arbeiten die zeitabh ngigen Funktionen nicht korrekt Ausnahme Sie verwenden eine Zeituntersetzung z B ber den Regleraufrufverteiler gt 20 ms S7 300 T 1s CYCLE_P TIME Abtastzeit des Pulsgenerators Achten Sie unbedingt darauf dass Sie diesen Parameter mit der Weck alarmtaktzeit des OB in dem der FB PID_CP l uft parametrieren An dernfalls arbeiten die zeitabh ngigen Funktionen nicht korrekt Ausnahme Sie verwenden eine Zeituntersetzung z B ber den Regleraufrufverteiler T 10 ms SP_INT REAL interner Sollwert zur Sollwertvorgabe mittels B amp B Funktionen techn Wertebereich physikalische Gr e 0 0 SP_EXT REAL externer Sollwert SP im Gleitpunktformat techn Wertebereich physikalische Gr e 0 0 PV_IN REAL Istwert Eingang PV im Gleitpunktformat techn Wertebereich physikalische Gr e 0 0 PV_PER GAIN INT REAL Istwert von Peripherie PV im Peripherieformat Proportionalbeiwert Reglerverst rkung gesamter Wertebereich dimensionslos W 16 0000 2 0 TI TIME Integrationszeit TI2
150. eich der Stellgr e d h den Bereich in dem sich das Stellglied im Rahmen zul ssiger Stellwerte be wegen kann Da sich abh ngig von der Art des Stellgliedes die Grenzen f r erlaubte Stellwerte meist nicht mit der 0 oder der 100 Grenze des Stellberei ches decken sind oft weitere Bereichseinschr nkungen erforderlich Um im jeweiligen Prozess unzul ssige Zust nde zu vermeiden wird im Stellwert zweig des Schrittreglers der Einstellbereich f r die Stellgr e nach oben und unten begrenzt Die Funktion LMNLIMIT Die Funktion LMNLIMIT begrenzt die Stellgr e LMN t auf den unteren und obe ren Wert LMN_HLM und LMN_LLM Diese Werte k nnen vorgegeben werden Die Eingangsgr e inv muss allerdings au erhalb dieser Begrenzungen liegen Da die Funktion nicht abgeschaltet werden kann muss die Angabe einer Unter und Obergrenze bei der Konfiguration immer ber cksichtigt werden Die Zahlenwerte der Grenzen in Prozent werden an den Eingangsparametern f r die untere und obere Begrenzung eingestellt Bei berschreitungen durch die Ein gangsgr e inv t werden die zugeh rigen Anzeigen ber die Meldeausg nge Bild 6 7 ausgegeben inv LMN A inv t LMN_HLM Toleranzband gt t LMN_LLM QLMN_HLM IT 1 amnum ooo O OST LOOO Bild 6 6 Absolutwertbegrenzung der Stellgr e LMN t Standard PID Control A5E00204508 02 6 9 Der Schrittregler PID_ES
151. eichs gew hlt werden Zul ssiger Wertebereich Parameter Bedeutung DEADB_W Totzonenbreite Bereich Null bis 0 bis Obergrenze des techn Werte Totzonenobergrenze bereichs Eingangsparameter Ausgangsparameter DEADBAND Parameter Typ Parameter Typ DEADB_ON BOOL FALSE Y m OUTV ER REAL 0 0 inv REAL wll DEADB_ W REAL 1 0 Vorbelegung bei Neuerstellung des Instanz DB Funktionsschema und Parameter der Funktion DEADBAND im Kanal der Regeldifferenz Bild 4 26 Standard PID Control A5E00204508 02 4 36 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und de PID Reglerfunktionen 4 3 2 berwachung der Regeldifferenz auf Grenzwerte ER_ALARM Anwendung Zu gro e Abweichungen der Regelgr e vom eingestellten Sollwert k nnen uner w nschte Prozesszust nde hervorrufen In diesen F llen wird die Funktion ER_ALARM eingesetzt um die Regeldifferenz auf ber Unterschreitung des zu l ssigen Betriebsbereiches zu berwachen ER_ALARM erfasst und meldet evtl auftretende Grenz berschreitungen damit eine sinnvolle Reaktion ausgel st wer den kann Die Funktion ER_ALARM Die Funktion ER AL ARM berwacht die Gr e der Regeldifferenz ER t auf vier vorgebbare Grenzen in zwei Toleranzb ndern Werden die Grenzen erreicht oder berschritten meldet die Funktion zun chst Warnung und an
152. eile im selben Weckalarm OB zu bearbeiten wie die Berechnung der Impulsausgabe Die Bearbeitung der Regelungsfunktionen verlagern Sie dann ent weder in den OB 1 oder in einen langsameren Weckalarm OB Die Bearbeitung der Regelungsfunktion im OB 1 ist nur dann sinnvoll wenn die Zykluszeit des OB 1 deutlich kleiner ist als die Abtastzeit CYCLE des Reglers ber den Parameter SELECT bestimmen Sie welcher Programmteil bearbeitet werden soll Die folgende Tabelle verschafft Ihnen einen berblick ber die Para metrierung des Eingangsparameters SELECT SELECT Verwendete Funktionalit t des Bausteins Zugrundeliegende Methode Regelungsteil und Impulsaus 0 Regelungsteil und Impulsausgabe gabe in ein und demselben Bau stein 1 Aufruf im OB 1 Regelungsteil Regelungsteil im OB 1 Impuls 2 Aufruf in Weckalarm OB ausgabe in schnellem Weck Impulsausgabe alarm OB 3 Aufruf in langsamem Weckalarm OB Regelungsteil Regelungsteil in langsamem R Weckalarm OB Impulsausgabe 2 Aufruf in schnellem Weckalarm OB in schnellem Weckalarm OB Impulsausgabe Im Folgenden werden die in der obigen Tabelle angedeuteten Methoden zur Reali sierung sehr kurzer Impulsrasterbreiten n her erkl rt Regelungsfunktion im OB 1 Impulsausgabe in Weckalarm OB Beim Aufruf des FB PID_CP mit SELECT 2 erfolgt die Berechnung der Im pulsausgabe und die Pr fung ob seit der letzten Bearbeitung des Regelungs teils die an CYCLE
153. eils integriert Meist gen gt ein kleiner Wert f r TM_LAG um den ge w nschten Erfolg zu erzielen Wird TM_LAG lt CYCLE 2 parametriert dann ist die Verz gerung abgeschaltet Die Sprungantwort im Zeitbereich Bild 4 36 ist e 1 TD A E PER PID_OUTV t GAIN Em trug e Giel Darin bedeutet PID_OUTV die Stellgr e bei Automatikbetrieb des Reglers ERnormiert 0 die Sprungh he der normierten Regeldifferenz GAIN die Reglerverst rkung GAIN TI Integrationszeit TD Differentiationszeit TM_LAG Verz gerungszeit ERnormiert A PID_OUTV DAIN TD ER ormiert 0 TM LAG En ul SS t GAIN ERnormiert 0 R m GAIN ERnormiert 0 GE TM LAG lt TI Bild 4 36 Sprungantwort des PID Reglers Standard PID Control 4 44 A5E00204508 02 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und de PID Reglerfunktionen Hinweis Bei einer nderung von TD sollten Sie auch TM_LAG entsprechend anpassen Empfehlung 5 lt TM TM_LAG lt 10 Einsatz und Parametrierung des PID Reglers Die meisten der in der Verfahrens und Prozessindustrie vorkommenden Regel strecken lassen sich mit der PI PID Reglerfunktion von Standard PID Control re geln Nur in Spezialf llen sind zus tzliche Methoden und Ma nahmen zur Beherr schung der betreffenden Regelung erforderlich siehe Kapitel 1 2 weitere S7 Softwarepakete f r Regelungsaufgaben Ein gro es praktisches Problem ist jedo
154. eit technische Prozesse und Anlagen mit kon tinuierlichen Ein und Ausgangsgr en auf den Automatisierungssystemen SIMA TIC S7 zu regeln Der Regler kann als Festwertregler einzeln oder auch in mehr schleifigen Regelungen als Kaskaden Mischungs oder Verh ltnisregler eingesetzt werden Funktionsschema des kontinuierlichen Reglers Die Arbeitsweise basiert auf dem PID Regelalgorithmus des Abtastreglers mit ana logem Ausgangssignal gegebenenfalls um eine Impulsformerstufe zur Bildung von pulsbreitenmodulierten Ausgangssignalen f r Zwei oder Dreipunktregelungen mit proportionalen Stellgliedern erg nzt S P pv 17 QPOS_P QNEG P Bild 5 1 Funktionsschema des Reglers mit kontinuierlichem Stellsignal Softwarepaket Standard PID Control Standard PID Control A5E00204508 02 5 1 Der kontinuierliche Regler PID_CP Neustart Wiederanlauf 5 2 Der FB PID_CP verf gt ber eine Initialisierungsroutine die durchlaufen wird wenn der Eingangs Parameter COM_RST TRUE gesetzt ist Zeitplangeber RMP_SOAK Bei eingeschaltetem Zeitplangeber werden die Zeitabschnitte DB_NBR PIIO NBR_PTS TMV zwischen den St tzpunkten aufsummiert und am Ausgang die Gesamtzeit T_TM und Gesamtrestzeit RT_TM angezeigt Bei Online nderungen von PI n TMV oder bei Vorgabe von TM_CONT und TM_SNBR ndern sich Gesamtzeit und Gesamtrestzeit der Fahrkurve Da die Be rechnung von T_TM und RS_T
155. eiten k nnen m ssen bez glich der zul ssigen Einstellbreiche bei der Parame trierung der Zeitkonstanten folgende Bedingungen eingehalten werden TD gt CYCLE und TM_LAG gt 0 5 CYCLE Ist f r TD ein Wert lt CYCLE eingestellt dann arbeitet der Differenzierer so als w rde TD den Wert CYCLE haben Ist f r TM_LAG ein Wert lt 0 5 CYCLE eingestellt dann arbeitet der Differenzie rer ohne Verz gerung Ein Eingangssprung wird dann mit dem Faktor TD CYCLE multipliziert und dieser Wert als Nadelimpuls auf den Ausgang gegeben Das hei t im folgenden Bearbeitungszyklus wird LMN_D wieder auf Null zur ckgenom men Standard PID Control A5E00204508 02 4 51 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und die PID Reglerfunktionen Anlauf und Betriebsarten e Handbe Wenn eine sto freie Umschaltung von Hand nach Automatik gew hlt wurde SMOO_CHG TRUE dann wird der D Anteil im Handbetrieb auf Null ge trieb setzt Die Umschaltung auf Automatik erfolgt ohne Stellgr ensprung Wenn keine sto freie Umschaltung von Hand nach Automatik gew hlt wurde SMOO_CHG FALSE dann wird der D Anteil im Handbetrieb auf einen Wert gesetzt der der anstehenden Regeldifferenz entspricht Die Umschaltung auf Automatik erfolgt mit Stellgr ensprung die Regeldifferenz wird schneller aus geregelt e Differenzieren Ist der Schalter D_SEL TRUE gesetzt dann ist der Differenzierbetrieb akti viert Das dynamische Verhalte
156. eitenden Reglerteil der weitge hend identisch ist mit der Struktur im Funktionsbaustein PID_CP und einem zwei ten Teil in dem die bin ren Stellsignale erzeugt und in dem ber die Stellungsr ck meldung gleichzeitig ein Stellungsregelkreis gebildet wird Bild 6 3 Der Ausgang des PID Algorithmus wirkt als F hrungsgr e auf diese Stellungsre gelung und gibt damit die Position des motorischen Stellgliedes vor Handwertverarbeitung LMNR HS LMNR_LS Sollwert 0 Is Istwert Verarbeitung der Stellungsr ckmeldung Bild 6 3 Schrittregler mit Stellungsr ckmeldung Um bersteuerungen des Antriebs zu vermeiden k nnen dessen Anschlagsignale LMNR_HS LMNR_LS zur Verriegelung der Reglerausg nge herangezogen wer den Bild 2 16 Liefert der Antrieb keine Anschlagsignale dann m ssen die Ein gangsparameter LMND HG und LMNR_LS FALSE gesetzt werden Hinweis Sind keine Anschlagsignale vorhanden kann der Regler nicht erkennen ob ein mechanischer Anschlag erreicht ist Es besteht die M glichkeit dass der Regler z B Signale zum ffnen des Ventils ausgibt obwohl es sich bereits am oberen Anschlag befindet Standard PID Control A5E00204508 02 6 5 Der Schrittregler PID_ES Betriebsarten des Schrittreglers e Anwahl Schrittregler mit Stellungsr ckmeldung Immer wenn abh ngig von der Art des Stellantriebs eine Stellungsr ckmel dung zur V
157. ellung dieser Strukturschalter erfolgt im Konfigurationswerk zeug durch Selektion der zu aktivierenden P I und D Wirkung und zwar f r P und D wahlweise auch im R ckf hrzweig Dies geschieht nach Selektion des PID Re glerblocks Blockschaltbild im Bedienfenster PID Tabelle 4 3 Festlegen der Reglerstruktur FR P_SEL LSEL D_SEL PFDB_SEL DFDB_SEL Betriebsart P Regelung mue FALSE FALSE FALSE FALSE P Regelung P in R ckf hrung TRUE FALSE FALSE TRUE FALSE Pl Regelung TRUE TRUE FALSE FALSE FALSE PI Regelung P in R ckf hrung TRUE TRUE FALSE TRUE FALSE PD Regelung TRUE FALSE TRUE FALSE FALSE PD Regelung P in R ckf hrung TRUE FALSE TRUE FALSE TRUE PID Regelung TRUE TRUE TRUE FALSE FALSE PID Regelung P D in R ckf hrung TRUE TRUE TRUE FALSE TRUE Beim Schrittregler ohne Stellungsr ckmeldung PID_ES mit LMNR_ON FALSE ist der I Anteil im PID Algorithmus auf Null gesetzt Standard PID Control 4 40 A5E00204508 02 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und de PID Reglerfunktionen Reversierung der Reglerwirkung Die Reversierung d h die Umstellung des Reglers von der Zuordnung e steigende Regelgr e PV t fallende Stellgr e PID_OUTV t auf e steigende Regelgr e PV t steigende Stellgr e PID_OUTV t wird durch Einstellung eines negativen Proportionalbeiwertes am Parameter GAIN vorgenommen Da
158. elstrecke anpassbar Ta CYCLE Analogwert Ein Ausgabe analog in output Der Analogwert Ein Ausgabe CRP_IN bzw CRP_OUT ist ein Algorithmus zur Wandlung eines Eingangswertes im Peripherie daten format in einen Gleitpunktwert und Normierung auf Prozent entsprechend Wandlung eines internen Prozentwertes in das Peripherieformat der Ausgangsgr e Anpassfaktor alignment factor Bei einer Verh ltnisregelung werden mit dem Anpassfaktor FAC die F hrungsgr en der Regelkreise aneinander angepasst und zwar so dass das eingestellte Verh ltnis dem tats chlichen Verh ltnis der beiden Regelgr en entspricht gt Verh ltnisregelung Bei einer Mischungsregelung wird mit dem Anpassfaktor FAC der gew nschte Mengenanteil der einzelnen Komponenten eingestellt Die Summe der Mischungs faktoren FAC muss dabei 1 sein gt Mischungsregelung Standard PID Control A5E00204508 02 Glossar 1 Glossar Ansprechschwelle des Schrittregler Ausgangs response threshold Die Ansprechschwelle des Schrittreglers wird im Dreipunktglied THREE_ST automatisch angepasst Dies f hrt zu einer Reduzierung der Impulse und schont die Stellventile Zus tzlich kann die L nge der Impulse und der Impulspause ber die Mindestimpulsdauer bzw die Mindestpausendauer eingestellt werden Die Mindestimpulsdauer PULSE_TM oder die Mindestpausendauer BREAK_TM bestimmen wie lange ein Ausgang mindestens ein oder ausgeschaltet wird Arbeitspunkt
159. elverhal ten wird dabei nicht beeinflusst Dynamische St rgr en beeinflussen dagegen die Qualit t einer Regelung weit aus st rker Abh ngig vom Angriffspunkt der St rung und den Zeitkonstanten nachfolgender Streckenanteile reagiert die Regelung mit Regeldifferenzen unter schiedlicher Gr e und Dauer die erst ber die I Wirkung im Regler wieder abge baut werden Dieser Effekt l sst sich in den F llen vermeiden in denen die St rgr e durch Messung erfasst werden kann Durch Aufschaltung der gemessenen St rgr e auf den Ausgang des Redglers l sst sich ein Kompensationseingriff ableiten durch den die Regelung erheblich schneller auf diese St rgr e reagieren kann Der Standard Regler besitzt einen Signaleingang f r die St rgr e DISV Diese St rgr e wird ber einen Strukturschalter auf die Summationsstelle am Ausgang des PID Reglers aufgeschaltet Bild 2 4 St rgr e DISV Messung SP P LMN Regler gt Reststrecke PV Ge ni PT Automatisierungsger t Prozess Anlage Bild 2 4 Kompensation einer St rgr e die am Streckeneingang angreift Signalbezeichnungen von Standard PID Control Standard PID Control A5E00204508 02 2 7 Entwerfen von digitalen Regelungen 2 4 Mehrschleifige Regelungen Prozesse mit abh ngigen Regelgr en Das Produkt Standard PID Control enth lt vorbereitete Beispiele Example Example
160. en Normierung der Eingangsgr en ER und PV Die Eingangsgr en ER und PV des PID Reglers werden vor der Reglerbearbei tung normiert auf den Bereich O bis 100 gem folgenden Formeln e bei ausgeschalteter Wurzelfunktion SQRT_ON FALSE ERopormiert ER 100 0 NM_PVHR NM DVD PVnormiert PV NM_PVLR 100 0 NM_PVHR NM_PVLR e bei eingeschalteter Wurzelfunktion SQRT_ON TRUE ERnormiert ER 100 0 SQRT_HR SORT_LR PVnormiert PV SQRT_LR 100 0 SQRT_HR SQRT_LR Diese Normierung wird durchgef hrt damit der Verst rkungsfaktor GAIN des PID Reglers dimensionslos eingegeben werden kann Bei einer nderung der Ober und Untergrenze des Physikalischen Messbereichs z B von bar auf mbar muss somit der Verst rkungsfaktor nicht ge ndert werden Die normierten Eingangsgr en ERnormiert Und PVnormiert sind nicht beobachtbar Regelalgorithmus und Reglerstruktur Im Zyklus der projektierten Abtastzeit wird die Stellgr e des kontinuierlich arbei tenden Reglers aus der Regeldifferenz im PID Stellungsalgorithmus errechnet Der Regler ist in reiner Parallelstruktur ausgef hrt Bild 4 29 Der Proportional Inte gral oder Differentialanteil kann jeweils einzeln abgeschaltet werden DISV_SEL DISV 00 SS d gt PID_OUTV N N Linearkombination SEL AND LMNR_ON beim Schrittregler PID_ES Bild 4 29 Regelalgorithmus von Standard
161. en so ist ein Verh lt nisfaktor gr er 1 einzustellen pos Impuls lt neg Impuls RATIOFAC gt 1 MP10 100 PER_TM_N Impulsdauer negativ MP10 PER_TM_P Impulsdauer postitiv 100 RATIOFAC Rechnerisch bedeutet dies dass bei RATIOFAC lt 1 der Ansprechwert f r negative Impulse mit dem Verh ltnisfaktor multipliziert und bei RATIOFAC gt 1 der An sprechwert f r positive Impulse durch den Verh ltnisfaktor dividiert wird Standard PID Control A5E00204508 02 Der kontinuierliche Regler PID_CP Hinweis Bei unsymmetrischer Dreipunktregelung RATIOFAC 1 m ssen Sie die Stellwert grenzen nach folgenden Formeln anpassen RATIOFAC lt 1 LMN_HLM 100 LMN_LLM 100 1 RATIOFAC RATIOFAC gt 1 LMN_HLM 100 RATIOFAC LMN_LLM 100 Beispiele RATIOFAC 1 RATIOFAC 0 5 RATIOFAC 2 0 LMN_HLM 100 LMN_HLM 100 LMN_HLM 200 LMN_LLM 100 LMN_LLM 200 LMN_LLM 100 Zweipunktregelung Bei der Zweipunktregelung wird nur der positive Impulsausgang QPOS_P von PIC_CP mit dem betreffenden Ein Aus Stellglied verbunden Je nach genutztem Stellbereich MP10 100 0 bis 100 0 oder MP10 0 0 bis 100 0 hat der Zweipunktregler einen bipolaren oder einen unipolaren Stellbereich Bild 5 19 und Bild 5 20 Bei unipolarer Betriebsart darf MP10 nur Werte zwischen 0 0 und 100 anneh men Dauer des positiven Impulses H H dauernd Ein PER_TM_P PER TM P P B TMP
162. en Aufrufparameter CYCLE parametriert Beim kontinuierlichen Regler PID_CP mit Impulsausgang wird am Aufrufparameter CYCLE_P der Weckalarmzeittakt bzw die ber den Regleraufrufverteiler vorgege bene Abtastzeit parametriert siehe Abschnitt 5 4 Standard PID Control 3 16 A5E00204508 02 Konfigurieren und Inbetriebsetzen von Standard PID Control Aufruf mit Regleraufrufverteiler Wenn die Weckalarme des Priorit tsklassenmodells nicht ausreichen um die ge w nschte Anzahl von Reglern unterzubringen oder wenn es Regler mit gr eren Abtastzeiten als der l ngste Zeittakt der vorhandenen Weckalarme gibt dann wird es erforderlich einen Regleraufrufverteiler in den Weckalarm OB einzuf gen Der Aufrufverteiler LP_SCHED macht es m glich mehrere Regler in einer Weck alarmebene unterzubringen Diese lassen sich unterschiedlich h ufig aber jeweils in gleichen Zeitabst nden aufrufen siehe Kapitel 7 1 Es wird eine gleichm igere Auslastung des Prozessors erreicht Die Eintragungen der Regleraufrufe in den globalen Datenbaustein mit der Num mer DB_NBR legen fest in welcher Reihenfolge und wie oft die einzelnen Regler bearbeitet werden Bild 3 10 Einzelheiten zur Parametrierung des LP_SCHED lesen Sie bitte Im Kapitel 7 1 dieses Handbuches nach Die Parametrierung erfolgt mit STEP 7 Sie kann nicht mit dem Konfigurations werkzeug vorgenommen werden Globaler DB Aufruf LP_SCHED Regler 1 in Weckala
163. en I Anteil die Ausgangsgr e PID_OUTV so lange bis die Regel differenz ER 0 geworden ist Das gilt jedoch nur wenn die Ausgangsgr e dabei die Grenzen des Stellbereiches nicht berschreitet Die Sprungantwort im Zeitbereich Bild 4 33 ist PID_OUTV t GAIN ER omien H 1 d Darin bedeutet PID_OUTV die Stellgr e bei Automatikbetrieb des Reglers GAIN die Reglerverst rkung ERnormiert 0 die Sprungh he der normierten Regeldifferenz TI Integrationszeitkonstante ERnormiert A PID_OUTV PID_OUTV t GAIN ERnormiert O GAIN ERnormiert t ERnormiert t GAIN ERnormiert 0 l t TI Bild 4 33 Sprungantwort des Pl Reglers Um sto frei vom Handbetrieb in den Automatikbetrieb des Pl Reglers umzu schalten wird das Ausgangssignal LMNFC_IN LMN_P DISV bei Beeinflussung der Stellgr e von Hand auf den internen Speicher des Integrierers geschaltet Bild 4 34 Beim Schrittregler mit Stellungsr ckmeldung wird der Integrator auf das Ausgangssignal LMN nachgef hrt gt OO I SEL Der PID_OUTV LMNFC_IN LMN_P DISV PID_CP LMN PID_ES ERnormiert SEL AND LMNR_ON beim Schrittregler PID_ES Bild 4 34 Pl Regler mit sto freier Umschaltung Hand Automatikbetrieb Schalten Sie den P Anteil ber P SEL ab um eine reine I Regelung zu realisieren Standard PID Control 4 42 A5E00204508 02 Signal
164. ender Beziehung ab W hrend der ersten 3 s nach Setzen von MANUP bzw MANDN ist LMN_HLM LMN_LLM die Steigung von outv LMN_LLM MANUP t MANDN 100 s danach _ LMN_HLM LMN_LLM 10s outv A LMN_HLM ee 3s Bild 5 3 nderung des Stellwertes in Abh ngigkeit von den Schaltern MANUP und MANDN Standard PID Control A5E00204508 02 5 5 Der kontinuierliche Regler PID_CP Bei einer Abtastzeit von 100 ms und einem Stellwertbereich von 100 0 bis 100 0 Prozent ndert sich z B der Stellwert in den ersten drei Sekunden um 0 2 pro Durchlauf Bei l ngerer Tastung von MANUP geht die nderungsgeschwindigkeit dann auf den zehnfachen Wert hier also auf 2 pro Durchlauf Bild 5 3 Anlauf und Betriebsweise des Stellwertgenerators e Bei Neustart wird der Ausgang outv auf 0 0 zur ckgesetzt e Schalten Sie den Stellwertgenerator MANGN_ON TRUE ein dann wird am Ausgang outv zun chst der Signalwert LMNFC_IN ausgegeben Deshalb wird immer sto frei aus einer anderen Betriebsart zum Stellwertgenerator umge schalten Solange MANUP oder MANDN Auf Ab Tasten des Konfigurations werkzeugs nicht aktiviert werden bleibt LMNFC_IN am Ausgang stehen Parameter der Funktion MAN_GEN Der Ausgangsparameter outv ist ein impliziter Parameter Er ist am Konfigurations werkzeug ber den Messpunkt MP8 zug nglich
165. er Regelkreise aufgrund der verf gbaren Speicherkapazit t bei 50 Ausnutzung des Arbeitsspeichers durch die Rege lungsaufgaben ist den Technischen Daten siehe Kapitel 8 1 zu entnehmen e Speicherbedarf f r einen L Stack besteht nicht e Alarme werden durch die Bearbeitung des Regelungs FB nicht verz gert Regleraufrufverteiler M ssen viele Regler oder Regler mit gro en Abtastzeiten aufgerufen werden reicht der Umfang des Priorit tsklassenmodells in Bezug auf Weckalarm OBs nicht aus Mit dem Regleraufrufverteiler LP_SCHED Loop Scheduler k nnen in einem Weckalarm OB mehrere Regler mit verschiedenen Abtastzeiten quidistant aufge rufen werden Die Aufgaben des Aufrufverteilers sind e Steuerung des zeitlichen Aufrufs der einzelnen Regler innerhalb einer Weck alarm Priorit tsklasse e Aufruf der installierten Standard Regler beim Analuf der CPU Einsatzm glichkeiten und grenzen von Standard PID Control Eine durch die Abarbeitung eines FB verk rperte Regelfunktion ist in Bezug auf ihre m glichen Einsatzfelder grunds tzlich neutral Die Regelleistung und damit die Schnelligkeit der Bearbeitung von konkreten Regelkreisen h ngt ausschlie lich von der Leistung der verwendeten CPU ab Bei einer gegebenen CPU muss zwischen der Anzahl der Regler und der H ufig keit mit der die einzelnen Regler bearbeitet werden m ssen ein Kompromiss ge troffen werden Je schneller die aufgeschalteten Regelkreise sind d h je
166. er ersten 3 s nach Setzen doutv _ SP_HLM SP_LLM von SPUP bzw SPDN ist To 100 doutv _ SP_HLM SP_LLM danach E SE Standard PID Control A5E00204508 02 4 1 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und die PID Reglerfunktionen Bild 4 1 nderung von OUTV in Abh ngigkeit von den Schaltern SPUP und SPDN Bei einer Abtastzeit von 100 ms und einem Sollwertbereich von 100 0 bis 100 0 ndert sich z B der Sollwert in den ersten drei Sekunden um 0 2 pro Durchlauf Bei l ngerer Tastung von SPUP geht die nderungsgeschwindigkeit dann auf den zehnfachen Wert hier also auf 2 pro Durchlauf Bild 4 1 Anlauf und Betriebsweise des Sollwertgenerators e Bei Neustart wird der Ausgang outv auf 0 0 zur ckgesetzt e Schalten Sie den Sollwertgenerator ein SPGEN_ON TRUE dann wird am Ausgang outv zun chst der Signalwert SPFC_IN ausgegeben Das Umschalten zum Sollwertgenerator aus einer anderen Betriebsart ist deshalb immer sto frei Solange die Schalter SPUP und SPDN Auf Ab Tasten nicht aktiviert wer den bleibt SPFC_IN am Ausgang stehen Standard PID Control 4 2 A5E00204508 02 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und die PID Reglerfunktionen Parameter der Funktion SP_GEN Der Ausgangsparameter outv ist ein impliziter Parameter Er ist am Konfigurations werkzeug ber den Messpunkt MP1 zu beobachten Parameter Bedeutung SPFC_IN Sollwert FC Eingang Zul
167. erf gung steht wird die Reglerstruktur nach Bild 6 3 durch Setzen von LMNR_ON TRUE aktiviert Falls am motorischen Stellglied kein Positionssignal abgenommen werden kann ist durch LMNR_ON FALSE die Struktur des Schrittreglers ohne Stel lungsr ckmeldung zu w hlen siehe Kapitel 6 3 Hinweis Der Betriebsartenschalter LMNR_ON darf im Online Betrieb des Reglers nicht be t tigt werden e Betriebsarten Der Schrittregler kann in den gleichen Betriebsarten wie der stetige Regler be trieben werden n mlich der Betriebsart Automatik d h Regelung im ge schlossenen Kreis und der Betriebsart Hand d h Beeinflussung des Stellglie des von Hand bei offenem Regelkreis Die Handsignalbildung durch Absolutwertaufschaltung MAN oder Stellwertgenerator MAN_GEN wird beim Schrittregler durch die M glichkeit der direkten Schaltung der Ausgangssignale ber LMNS_ON erweitert Automatikbetrieb Ist MAN_ON FALSE gew hlt wird der Stellwert des PID Algorithmus auf das Dreipunktglied geschaltet Die Umschaltung von Hand auf Automatikbetrieb be wirkt einen Sprung des Stellwertes LMN Dies wirkt sich jedoch nicht nachteilig aus da der Prozess ber das integrierend wirkende Stellglied rampenf rmig ange steuert wird Der Ausgang des PID Algorithmus ist am Messpunkt MP7 hinterlegt Handwertnachf hrung im Automatikbetrieb Im Automatikbetrieb wird der O Parameter MAN der Stellung des Stellglieds LMNR_IN wenn LMNRP_ON FALSE o
168. erten Reglerparameter Die Ergebnisse dieses Identifikationsvorgangs werden Ihnen in einem Ausgabefen ster angezeigt Sie k nnen hier die bertragung der ermittelten PI oder PID Para meter in die Datenbasis veranlassen oder aber die Ergebnisse verwerfen und die Identifikationsprozedur mit anderen Streckendaten oder anderen Einstellungen wiederholen Standard PID Control A5E00204508 02 2 5 Entwerfen von digitalen Regelungen Streckenidentifikation und Betriebsart des Regelkreises Bei folgenden Betriebszust nden der Regelung kann f r unterschiedliche Typen der Regelstrecke in der angegebenen Weise eine Prozessidentifikation ausgef hrt werden Daten erfassung Regelkreis Strecke Prozessanregung 1 online offen ohne I Anteil sprungf rmige Stellgr en nde Handbetrieb rung J 2 online geschlossen ohne I Anteil sprungf rmige Sollwert nderung Automatikbetrieb Jr 3 online offen mit l Anteil impulsf rmige Stellgr en nde Handbetrieb rung JL 4 online geschlossen mit l Anteil impulsf rmige Sollwert nderung Automatikbetrieb 5 offline Regelkreisdaten aus Archiv 2 6 Standard PID Control A5E00204508 02 Entwerfen von digitalen Regelungen 2 3 St rgr enaufschaltung St rgr enaufschaltung Auf den Prozess einwirkende St rgr en sind durch den Regler auszuregeln Kon stante St rgr en werden durch Regler mit I Anteil ausgeregelt Das Reg
169. erung des Reglers mit Hilfe der aus einer Streckenidentifikation gewonnenen Daten Korrekturprofil adjustment profile Bei Mischungs und Kaskadenregelungen mit mehreren Folgekreisen kann deren Sollwertbeeinflussung durch jeweils einen spezifischen Bewertungsfaktor FAC dimensioniert werden Dieser kennzeichnet jeweils das Ma f r die St rke des Ein griffs an dieser Stelle woraus sich insgesamt das Korrekturprofil ergibt Kreisverst rkung loop gain Die Kreisverst rkung ist ein Produkt aus Proportionalbeiwert GAIN und Verst r kung der Regelstrecke Ks Lineare Skalierung linear scaling Die lineare Skalierung ist eine Funktion zur Umwandlung bzw Korrektur von Pro zesswerten Algorithmus Ausgang Eingang FACTOR OFFSET Standard PID Control A5E00204508 02 Glossar 7 Glossar Mischungsregelung blending control Die Mischungsregelung ist eine Regelungsstruktur bei welcher der Sollwert f r die Gesamtmenge SP prozentual auf die gew nschten Mengenanteile der einzeln ge regelten Komponenten umgerechnet wird Die Summe der Mischungsfaktoren FAC muss dabei 1 sein SP1 SP1 LMN1 PVi gt FACI Q gt Regler1 Strecke 1 Kaas i R SP4 LMN4 PV4 gt FAC4 0 gt Regler 4 Strecke 4 Be Modulare Regelung modular PID control Die modulare Regelung ist eine Regelungsstruktur bei der signalverarbeitende und regelungstechnische
170. es Arbeiten des Bausteins muss gelten ERN_ALM lt ERN_WRN lt ERP_WRN lt ERP_ALM Parameter der Funktion ER_ALARM Die Funktion ER_ALARM zur berwachung der Regeldifferenz kann nicht abge schaltet werden Bei der Konfiguration der Regelung ist deshalb besonders auf die Grenzwerteinstellung zu achten Andernfalls werden Grenz berschreitungen ge m den voreingestellten Parametern Bild 4 28 gemeldet Parameter Bedeutung Zul ssiger Wertebereich ERP_ALM Oberer ER Grenzwert Alarm gt 0 0 techn Wertebereich ERP_WRN Oberer ER Grenzwert Warnung gt 0 0 techn Wertebereich ERN_WRN Unterer ER Grenzwert Warnung lt 0 0 techn Wertebereich ERN_ALM Unterer ER Grenzwert Alarm lt 0 0 techn Wertebereich Eingangsparameter Ausgangsparameter ER_ALARM Parameter Typ Parameter Typ gt QERP_ALM BOOL FALSE gt QERP_WRN REAL FALSE gt QERN_WRN BOOL FALSE si QERN_ALM BOOL FALSE ER REAL 0 0 ERP_ALM REAL 100 0 ERP_WRN REAL 90 0 ER_HYS REAL 1 0 ERN WEN REAL 90 0 ERN ALM REAL 100 0 Vorbelegung bei Neuerstellung des Instanz DB Bild 4 28 Funktionsschema und Parameter der Grenzwert berwachung der Regeldifferenz ER Standard PID Control 4 38 A5E00204508 02 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und de PID Reglerfunktionen 4 4 Die PID Reglerfunktion
171. esetzung dann ist der Eingang PVFC_IN auf den Istwertzweig durchgeschaltet Eingangsparameter Ausgangsparameter PVFC Parameter Typ Parameter Typ PVFC_ON BOOL FALSE PVFC_NBR BLOCK FCO _ lt FC PVFC_NBR PVFC_IN REAL 0 0 PVFC_OUT REAL Y i Oi Mee REAL 0 Vorbelegung bei Neuerstellung des Instanz DB die Verschaltung muss im Anwen der FC programmiert werden Bild 4 19 FC Aufruf im Istwertzweig Standard PID Control A5E00204508 02 4 29 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und de PID Reglerfunktionen 4 2 5 berwachung des Istwertes auf Grenzwerte PV_ALARM Anwendung Werden bestimmte Werte der Prozessgr en z B Drehzahl Druck F llstand Temperatur ber oder unterschritten k nnen bei Regelungen unzul ssige Prozess oder Anlagenzust nde auftreten In diesen F llen wird die Funktion PV_ALARM eingesetzt um den Istwert auf ber Unterschreitung des zul ssigen Betriebsbereiches zu berwachen Die Grenz berschreitungen werden erfasst und gemeldet damit eine sinnvolle Reaktion ausgel st werden kann Die Funktion PV_ALARM 4 30 Die Funktion PV_ALARM berwacht die Regelgr e PV t auf vier vorgebbare Grenzen in zwei Toleranzb ndern Werden die Grenzen erreicht oder berschrit ten meldet die Funktion an der ersten Grenz
172. esse im Datenbau stein angezeigt Wenn Sie den Baustein online ge ffnet haben wird Ihnen zus tz lich der Online Wert der Variablen angezeigt Standard PID Control 10 2 A5E00204508 02 Literaturverzeichnis A Standard PID Control A5E00204508 02 70 Wal 100 101 231 232 234 352 Handbuch Automatisierungssystem S7 300 Aufbauen Referenzhandbuch Automatisierungssysteme S7 300 M7 300 Baugruppendaten Installationshandbuch Automatisierungssysteme S7 400 M7 400 Aufbauen Referenzhandbuch Automatisierungssysteme S7 400 M7 400 Baugruppendaten Handbuch Hardware konfigurieren und Verbindungen projektieren mit STEP 7 V5 1 Referenzhandbuch Anweisungsliste AWL f r S7 300 400 Handbuch Programmieren mit STEP 7 V5 1 J Gi ler M Schmid Vom Prozess zur Regelung Analyse Entwurf Realisierung in der Praxis Siemens AG ISBN 3 8009 1551 0 A 1 Standard PID Control A5E00204508 02 Glossar Abtastregler sampling controller Mit Abtastregler bezeichnet man einen Regler der in konstanten Zeitabst nden die analogen Eingangsgr en Sollwert Istwert erfasst diese bis zum n chsten Abtastzeitpunkt speichert und die Stellgr e berechnet Abtastzeit T4 sample time Die Abtastzeit ist die Zeitspanne zwischen zwei Abtastzeitpunkten bzw Bearbeitungszyklen des Regelalgoritnmus f r einen bestimmten Mess Regelkanal Diese Zeitabst nde sind konstant und an das Zeitverhalten der Reg
173. et LMN MP10 LMN_FAC LMN_OFF F r das oben genannte Beispiel gilt LMN A 3000 U min 150 U min gt MP10 0 100 Standard PID Control A5E00204508 02 5 13 Der kontinuierliche Regler PID_CP 3000 150 U min _ 28 e U min 100 0 E E LMNFAC LMNOFF 150U min Funktionsintern werden keine Werte begrenzt eine Pr fung der Parameter findet nicht statt Parameter der Funktion LMN_NORM Der Ausgang ist ein imnliziter Parameter und am Konfigurationswerkzeug an LMN zu beobachten Bild 2 15 Um die Steigung der Abbildungsgeraden zur Denormierung auf die physikalische Gr e am Ausgang LMN zu definieren kann der Parameter LMN_FAC im ge samten technischen Wertebereich gew hlt werden Parameter Bedeutung Zul ssiger Wertebereich LMN_FAC Stellwertfaktor Steigung der gesamter Wertebereich dimensionslos Normierungsgeraden LMN_OFF Stellwert Offset techn Wertebereich physikalische Gr e Eingangsparameter Ausgang LMN_NORM i S Parameter Typ Signal Typ MP10 REAL 0 0 d LMN REAL 0 0 LMN_FAC REAL 1 0 LMN_OFF REAL 0 0 Vorbelegung bei Neuerstellung des Instanz DB Bild 5 10 Funktionsschema und Parameter f r die Stellwert Normierung auf eine physikalische Gr e Standard PID Control 5 14 A5E00204508 02 Der kontinuierliche Regler PID_CP 5 2 7
174. etrierung eines f r Ihre Regelaufgabe optimalen Reglerbausteines Sie werden mit der Funktionsweise des Reglerbausteines sowie der Hantierung des Konfigurationswerkzeuges vertraut gemacht Erforderliche Grundkenntnisse Zum Verst ndnis des Handbuchs sind allgemeine Kenntnisse auf dem Gebiet der Automatisierungstechnik und der Regelungstechnik erforderlich Au erdem werden Kenntnisse ber die Verwendung von Computern oder PC hn lichen Arbeitsmitteln z B Programmierger ten unter dem Betriebssystem Win dows 95 98 2000 bzw NT vorausgesetzt Da Standard PID Control auf der Basis software STEP 7 aufsetzt sollten Sie auch Kenntnisse im Umgang mit der Basissoftware haben Diese werden im Handbuch Programmieren mit STEP 7 V5 1 vermittelt G ltigkeitsbereich des Handbuchs Das Handbuch ist g ltig f r die Pakete Standard PID Control FB V5 1 und Stan dard PID Control Tool V5 1 Standard PID Control Ge A5E00204508 02 II Vorwort Einordnung in die Informationslandschaft Standard PID Control Funktions Konfigu Handbuch bausteine ration Das Softwarepaket Standard PID Control umfasst drei Einzelprodukte e Das Produkt Standard PID Control FB umfasst haupts chlich die beiden Re glerbausteine PID_CP und PID_ES e Das Produkt Standard PID Control Tool enth lt haupts chlich die Werkzeuge zum Konfigurieren der Reglerbausteine Das Produkt wird im Folgenden K
175. ew hlt und fest eingestellt nderungsbegrenzung der Stellgr e LMN_ROC Die Umwandlung von sehr schnellen sprungf rmigen Stellwert nderungen in einen rampenf rmigen Anstieg oder Abfall der Stellgr e verhindert Eingangs spr nge auf den Prozess Die Funktion LMN_ROC begrenzt die Stellwertstei gung getrennt f r An und Abstieg der Stellgr e Absolutwertbegrenzung der Stellgr e LMNLIMIT Um unzul ssige Prozesszust nde zu vermeiden bzw um eingeschr nkte Ver fahrbedingungen des Stellgliedes einzuhalten wird der Einstellbereich der Stell gr e durch LMNLIMIT nach oben und unten begrenzt Aktivieren der Kaskadenregelung Das OR Gatter erzeugt abh ngig von der Kombination der Schaltzust nde von Standard PID Control ein Freigabesignal f r die Kaskadenkoppelung al D MANGN ON MAN ON LMNOP_ON LMNFC_ON CMN HM l LMN_OP i LMN_LLM ef H Sy t H LMNFC_IN Z fe el 1 afo SE SEH Kee HI MANUP LMN_HLM BS MANDN LMN_LLM AS ON uP S LMNFCOUT gt Sl CAS Join PID_OUTV lg 7 SPFC_NBR LMNRC_ON gt QLMN_HLM p QLMN_LLM y LMNLIMI LMN S gt CH LMN_ROC u LMN_HLM LMN_FAC D LMN_LLM LMN OFF LMN_PER LMN_URLM LMN_DRLM Format Wandlung SPEXT_ON QPOS_P SP_OP_ON QNEG_P CAS_ON QCAS u MANGN_ON CYCLE_P SELECT PULSE_ON LMNOP_ON STEP3_ON ST2BI_ON PER_TM_P PER_TM_N P_B_TM_P
176. ezeigt Regler optimieren Mit Hilfe der Funktion Regleroptimierung k nnen Sie f r einen vorgegebene Regelkreis die optimale Reglereinstellung ermitteln In einem experimentellen Verfahren werden die Kennparameter der Regelstrecke ermittelt Daraus werden die optimalen Reglerparameter berechnet und zu Ihrer weiteren Verwendung bereitgestellt Es spielt dabei keine Rolle ob die aufgezeichneten Einschwingvorg nge von ei nem Regler stammen der auf einen simulierten Prozess wirkt oder der online den realen Prozess beeinflusst Regler bedienen ber die Funktion Kreisbild k nnen Sie die relevanten Regelkreisgr en das ak tuell angezeigten Reglers ver ndern bzw neu vorgeben Integrierte Hilfe Zum Konfigurationswerkzeug gibt es eine integrierte Hilfe die Sie unterst tzt Sie haben folgende M glichkeiten die integrierte Hilfe aufzurufen e ber den Men befehl Hilfe gt Hilfethemen e Durch Dr cken der Taste F1 e Durch Anklicken des Hilfe Buttons in den einzelnen Masken e ber den Men befehl Hilfe gt Hilfe zum Kontext und anschlie ender Auswahl des Funktionsblocks oder Parameters f r den Sie Hilfe ben tigen e ber den Button Hilfe Pfeil mit Fragezeichen in der Symbolleiste und an schlie ender Auswahl des Funktionsblocks oder Parameters f r den Sie Hilfe ben tigen Wenn Sie mit der Maus auf ein Eingabefeld oder eine Verbindungslinie im Haupt fenster zeigen werden Ihnen der Parametername und die Adr
177. g CYC_ON gesetzt dann wird die Funktion nach Ausgabe des letzten St tzpunktes outv NBR_PTS wieder mit dem ersten St tzpunkt outv 1 angefangen Zwischen dem letzten und dem ersten St tzpunkt wird bei zyklischer Wiederholung nicht interpoliert Der Ablauf des Zeitplans der Fahrkurve wird durch Festlegen einer Reihe von St tzpunkten in einem globalen Datenbaustein mit den Zeitwerten PI i TMV und den zugeh rigen Ausgangswerten PI i OUTV definiert Bild 4 3 PI i TMV gibt die Zeitabst nde von St tzpunkt zu St tzpunkt an Zwischen den St tzpunkten wird linear interpoliert outv A PI 3 OUTV PI 4 OUTV pilel ourv PIL OUTV PI 1 TMV PI 3 TMV PI SI TMV PI 6 TMV PI 0 TMV PI 2 TMV PI 4 TMV 0ms Bild 4 3 Fahrkurve mit Startpunkt und sechs St tzpunkten Hinweis Bei n St tzpunkten ist der Zeitwert PI n TMV f r den letzten St tzpunkt n 0 ms Bearbeitungsende Die Bearbeitungszeit einer Fahrkurve wird ausgehend vom Startwert bis auf Null heruntergerechnet Hinweis Beim Interpolieren der Fahrkurve zwischen den St tzpunkten kann es zum zeit weisen Verharren des Ausgangswerts kommen wenn die Abtastzeit CYCLE sehr klein gegen ber der Zeit zwischen den St tzpunkten PI n TMV ist Der Zeitplan geber kann aufgrund der CPU Rechengenauigkeit nicht beliebig flache Fahrkurven linearisieren Ist die Fahrkurve zu flach verharrt der Ausgangswert eine Zeit lang am jeweilige
178. ge des Datenbausteins passt Bei inkorrekter Parametrierung geht die CPU mit internem Systemfehler in STOP Bedienungen im laufenden Betrieb Folgende nderungen im DB DB_LOOP sind im laufenden Betrieb erlaubt wenn dabei nur der jeweilige Parameter ge ndert und nicht der komplette DB auf die CPU geladen wird e Sperren einzelner Regelkreise Durch Beschreiben der Variable MAN_DIS x mit dem Wert TRUE wird die Be arbeitung des Regelkreises x im laufenden Betrieb gesperrt Die FC LP_SCHED setzt das ENABLE Bit dieses Regelkreises so lange nicht mehr auf TRUE bis Sie MAN_DIS x wieder mit dem Wert FALSE beschreiben e Initialisieren eines Regelkreises Durch Beschreiben der Variable MAN_CRSTIx mit dem Wert TRUE k nnen Sie einen einzelnen Regelkreis neu starten In diesem Fall beschreibt die FC LP_SCHED bei der n chsten Bearbeitung des Regelkreises x die Variable COM_RSTIx mit TRUE Bei der bern chsten Bearbeitung dieses Regelkrei ses beschreibt die FC LP_SCHED die Variablen MAN_CRSTI x und COM_RSTIx mit FALSE e nderung der Abtastzeit eines Regelkreises Den Parameter MAN_CYCIx des DB DB_LOOP d rfen Sie im laufenden Be trieb ndern Standard PID Control A5E00204508 02 7 7 Regleraufrufverteiler und Beispiele f r Reglerkonfigurationen Hinweis Wird ein Regelkreis eingef gt oder gel scht d h wird der ganze DB DB_LOOP neu auf die CPU geladen ohne dass die CPU einen Anl
179. gelgr e direkt mit dem Eingang PV_IN verschaltet werden Bild 3 2 Prozentwert PV_IN PID_CP PID_ES PV_PER Bild 3 2 Verschaltung der Prozesssignale mit Standard PID Control Standard PID Control A5E00204508 02 3 3 Konfigurieren und Inbetriebsetzen von Standard PID Control Art des Stellgliedes 3 4 Um eine geeignete Konfiguration von Standard PID Control festzulegen ist die Art des Stellgliedes wichtig das zur Beeinflussung der betreffenden Prozessgr e verwendet wird Die vom Stellglied geforderte Signalform bestimmt die Art der Si gnalbildung im Stellgr enzweig stetig oder unstetig und damit die Art des einzu setzenden Reglers kontinuierlicher Regler oder Schrittregler In den weitaus meisten F llen werden Ventile oder Klappen zur Verstellung von Stoff oder Energiestr men eingesetzt Je nach Antrieb dieser Drosselorgane sind unterschiedliche Stellsignale erforderlich 1 Proportionale Stellglieder mit stetigem Stellsignal Proportional zum Wert der Stellgr e werden ffnungsgrade Drehwinkel oder Positionen eingenommen d h innerhalb des Stellbereiches wirkt die Stellgr e in analoger Weise auf den Prozess ein Zu den Stellgliedern dieser Gruppe geh ren federbelastete pneumatische An triebe aber auch motorische Antriebe mit Stellungsr ckmeldung bei denen ein Stellungsregelkreis gebildet wird 2 Proportionale Stellglieder mit pulsbreitenmoduliertem S
180. gelkreise Wenn Sie einen oder mehrere Regelkreise in den DB DB_LOOP einf gen wollen ffnen Sie diesen DB mit dem DB Editor Im Men Ansicht w hlen Sie die De klarationssicht Jetzt k nnen Sie den ARRAY Bereich der Variablen ndern z B 1 4 anstatt 1 3 Auf dieselbe Weise k nnen Sie Regelkreise auch wieder entfernen Nachdem Sie im Men Ansicht wieder auf Datensicht umgeschaltet haben m ssen Sie nun die Variable GLP_NBR anpassen und die gew nschte Abtastzeit f r jeden Regelkreis berpr fen MAN_CYCIx x 1 GLP_NBR Dabei ist wie derum die unten angegebene Bedingung f r MAN_CYC einzuhalten Standard PID Control A5E00204508 02 7 3 Regleraufrufverteiler und Beispiele f r Reglerkonfigurationen Aufruf der FC LP_SCHED in Ihrem Programm 7 4 Die FC LP_SCHED m ssen Sie vor allen Regelkreis FBs aufrufen Bei der Wertzuweisung an die Eingangsparameter beachten Sie das Folgende e TM_BASE An diesem Eingang geben Sie den Zeittakt des Weckalarm OB an in dem die FC LP_SCHED aufgerufen wird e COM_RST Bei einem Anlauf der CPU m ssen Sie die FC LP_SCHED einmal mit COM_RST TRUE aufrufen Sie macht dann einen Initialisierungslauf und nimmt dabei die unter CPU Anlauf beschriebenen Vorbelegungen vor Im zy klischen Betrieb Weckalarm m ssen Sie die FC LP_SCHED mit COM_RST FALSE aufrufen e DB_NBR An diesem Eingang geben Sie die Nummer de
181. genden Werte zum Altwert von outv addiert und zwar solange linv gt loutv ist Abtastzeit 1 s gt OutVat 10 100 ms gt outvat 1 10ms outvat 0 1 Bild 5 6 zeigt die Funktionsweise der Signalbehandlung Aus Sprungfunktionen am Eingang inv t werden Rampenfunktionen am Ausgang outv t i A inv outv F invi outv t _ LMN_DRLM in s LMN_URLM LMN_URLM LMN_DRLM Bild 5 6 Begrenzung der nderungsgeschwindigkeit der Stellgr e LMN t Das Erreichen der Steigungsbegrenzungen wird nicht gemeldet Standard PID Control A5E00204508 02 5 9 Der kontinuierliche Regler PID_CP Die Kennzeichnung der Rampen Parameter erfolgt nach folgendem Schema Parameter Rampe LMN_URLM loutv steigend LMN_DRLM joutv fallend Parameter der Funktion LMN_ROC sind am Konfigurationswerkzeug nicht zu beobachten Der Eingangswert inv und der Ausgangswert outv sind implizite Parameter Sie Bild 2 15 2 15 Parameter Bedeutung LMN_URLM Stellwert Anstiegsbegrenzung LMN_DRLM Stellwert Abstiegsbegrenzung gt gt Zul ssiger Wertebereich 0 s 0 s Die Steigungswerte in pro Sekunde werden immer positiv eingegeben LMN_ROC Ausgang Signal Typ o m gt outv REAL Ol 1 Eingangsparamete
182. gler O PID_CP Strecke 1 PV1 FAC X geg J SP2 Regler 2 LMN2 PID_CP Fe Strecke 2 PV2 EE Bild 7 16 Verh ltnisregelung mit zwei Regelkreisen Example3 Die Regler Bild 7 16 werden ber den Regleraufrufverteiler aus der Weckalarme bene mit 100 ms Zeittakt zu jeweils zyklischen Zeitpunkten aufgerufen Der Regler 1 wirkt dabei als F hrungsregler f r die Einstellung des Sollwertes zur Regelung der zweiten Prozessgr e Dadurch bleibt das Verh ltnis zwischen PV1 und PV2 auch dann konstant wenn durch St reinwirkungen die Prozessgr e PV1 dynamisch schwankt Standard PID Control A5E00204508 02 7 21 Regleraufrufverteiler und Beispiele f r Reglerkonfigurationen Bausteinstruktur Das Beispiel Example3 ist aus der Funktion APP_3 die die Bausteine f r den Auf rufverteiler und die beiden Regler umfasst sowie aus den Aufrufbausteinen f r Neustart OB 100 und eine Weckalarmebene OB 35 mit 100 ms Zeittakt zusam mengeseitzt Tabelle 7 6 Bausteine des Beispiels Example3 Baustein Name Beschreibung in der Symbolleiste OB 100 Neustart OB OB 35 Zeitgesteuerter OB 100 ms FC 100 APP_3 Beispiel 3 FC 1 LP_SCHED Regleraufrufverteiler FB 1 PID_CP Kontinuierlicher PID Regler DB 1 DB_LOOP Glob DB f r Aufrufdaten zu LP_SCHED DB 100 CONTROL 1 1 Instanz DB zu PID_CP DB 101 CONTROL2 2 Instanz DB zu PID_CP Dem Funktionsb
183. glerkenngr en errechnet Reglerentwurf Adaption Prozess modell Identifikation Prozess GAIN TI TD SP PV Regelkreis Quadratwurzel Radizierung Radizierung square root Mit der Quadratwurzelfunktion SORT k nnen quadratische Kennlinien linearisiert werden Rampengeber rate of change ROC Verfahren zur Begrenzung der nderungsgeschwindigkeit analoger Gr en ge trennt f r den An und Abstieg Aus Sprungfunktionen am Eingang werden Funk tionen mit endlicher Steigung am Ausgang Regeldifferenz error signal ER Die Regeldifferenz ist eine Funktion zur Bildung der Regeldifferenz ER SP PV An der Vergleichsstelle wird die Differenz zwischen gew nschtem Sollwert und dem tats chlich vorhandenen Istwert gebildet Dieser Wert wird dem Regelalgo rithmus als Eingang bergeben Alte Bezeichnung Regelabweichung Regeldifferenz berwachung error signal monitoring Die Regeldifferenz berwachung ist eine Funktion zur berwachung der Werte Amplitude der Regeldifferenz auf vier vorgebbare Grenzen Bei Erreichen und ber Unterschreiten dieser Grenzen wird ein zugeh riges Warnsignal 1 Grenze oder Alarmsignal 2 Grenze erzeugt Zur Verhinderung von Signalflackern ist die Ausschaltschwelle R ckschaltdifferenz der Grenzsignale ber einen Parameter f r die Hysterese einstellbar Standard PID Control Glossar 10 A5E00204508 02 Glossar Regeleinrichtung Co
184. grenzt Eine Pr fung der Parameter findet nicht statt Eingangsparameter Ausgangsparameter LP_SCHED Parameter Typ Parameter Typ TM_BASE TIME 100 ms COM_RST BOOL FALSE DB NBR BLOCK DB DB1 Vorbelegung bei Neuerstellung des Instanz DB Bild 7 3 Blockschaltbild und Parameter der Funktion LP_SCHED Standard PID Control A5E00204508 02 7 9 Regleraufrufverteiler und Beispiele f r Reglerkonfigurationen 7 2 Example1 Schrittregler mit Streckensimulation Anwendung Das Beispiel Example1i umfasst einen Standard Schrittregler PID_ES in Verbin dung mit einer simulierten Regelstrecke die aus einem integrierenden Stellglied und einem nachgeschalteten Verz gerungsglied dritter Ordnung PT3 besteht Mit Hilfe von Example1 ist es m glich auf einfache Weise einen Schrittregler zu generieren und diesen in allen Eigenschaften im Offline Zusammenspiel mit einer typischen Streckenanordnung zu parametrieren und zu erproben Das Beispiel erm glicht es die Arbeitsweise und Konfiguration von Reglern mit diskontinuierlichem Ausgang wie sie bei der Regelung von Strecken mit motori schen Stellgliedern sehr h ufig eingesetzt werden leicht zu verstehen Es ist des halb auch f r Einf hrungs bzw Schulungszwecke anwendbar Durch entsprechende Wahl ihrer Parameter n he
185. gt einen Zyklus mit QLMNUP QLMNDN FALSE ein ERnormiert GAIN TI y 0o QLMNUP Om 1 100 a el 4 100 0 1 or LN ve H Bild 6 16 Erzeugung des bin ren Stellsignals beim Schrittregler ohne Stellungsr ckmel dung Das Dreipunktglied mit Hysterese THREE_ST Das Eingangssignal des Dreipunktgliedes wird durch die Abweichung zwischen den Werten vom PD Anteil des Reglers und der R ckf hrgr e gebildet An des sen Ausgang werden zwei Bin rsignale erzeugt die sich je nach Gr e und Vor zeichen des Differenzwertes am Eingang im Zustand gesetzt bzw r ckgesetzt befinden Der Dreipunktschalter THREE_ST reagiert auf das Eingangssignal MP12 PD An teil R ckf hrung entsprechend folgender Beziehungen ThrOn Einschalt schwelle ThrOff Ausschaltschwelle und nimmt dabei jeweils eine der drei m gli chen Kombinationen seiner Ausgangssignale UP DOWN an Bild 6 17 UP DOWN Eingangskombination TRUE FALSE INV gt ThrOn oder INV gt ThrOff und UPa TRUE FALSE TRUE INV lt ThrOn oder INV lt ThrOff und DOWN TRUE FALSE FALSE INV lt ThrOff Standard PID Control A5E00204508 02 6 21 Der Schrittregler PID_ES MP12 UP DOWN MP12 Throff u ThrOn DOWN Bild 6 17 _ Funktionsschema des Dreipunktgliedes THREE_ST Die Abschaltschwelle ThrOff
186. handlung z B einer Signalverz gerung oder Linearisierung zu unterziehen Bild 2 12 Die Funktion SPFC Aktiviert man die Funktion SPFC durch SPFC_ON TRUE wird eine anwender spezifische Funktion aufgerufen ber den Parameter SPFC_NBR wird die Num mer der verwendeten FC eingegeben Der Regler f hrt einen Aufruf der FC durch Vorhandene Ein Ausgangsparameter der Anwender FC werden dabei nicht versorgt Die Daten bertragung m ssen Sie deshalb mit S7 AWL in der Anwender FC programmieren Nachstehend daf r ein Beispiel AWL Erl uterung FUNCTION Anwender FC VAR_TEMP INV REAL OUTV REAL END_VAR BEGIN L Regler_DB SPFC_IN T INV Anwenderfunktion OUTV INV L OUTV T Regler_DB SPFC_OUT END_FUNCTION Der Wert von SPFC_ON bestimmt dann ob in den Sollwertkanal an dieser Stelle eine frei programmierte Funktion in Form einer Standard FC z B eine Kennlinie eingef gt wird oder ob der Sollwert ohne eine derartige Beeinflussung weiter verar beitet wird f Gefahr Der Baustein berpr ft nicht ob eine FC vorhanden ist Ist die FC nicht vorhan den dann geht die CPU mit einem internen Systemfehler in STOP Standard PID Control A5E00204508 02 4 15 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und die PID Reglerfunktionen Parameter der Funktion SPFC Der Eingangswert SPFC_IN ist ein impliziter Parameter Dieser ist am Konfigurati onswerkzeug entweder ber den Messpunkt MP1 Sol
187. hmus dem analogen Verhal ten entspricht sollte die Abtastzeit kleiner als 20 der eingestellten Integrations zeit sein bzw TI mindestens den f nffachen Wert der gew hlten Abtastzeit haben CYCLE lt 0 2 Tl Der Algorithmus l sst Werte f r die Abtastzeit bis CYCLE lt 0 5 TI zu Standard PID Control A5E00204508 02 4 47 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und die PID Reglerfunktionen Anlauf und Betriebsarten 4 48 I Anteil vorbelegen Wird I_ITL_ON TRUE aktiviert dann wird der Vorbelegungswert I_ITLVAL auf den Ausgang durchgeschaltet Beim bergang in den Normalbetrieb durch zu r cksetzen von I_ITL_ON FALSE beginnt der Intearierer von I_ITLVAL aus mit der Integration seiner Eingangsgr e Bild 4 37 Kontinuierlicher Regler PID_CP Im Handbetrieb wird der I Anteil des Reglers so nachgef hrt dass der Reg ler bei der Umschaltung auf Automatikbetrieb mit einer sinnvollen Stellgr e beginnt Folgende Einstellungen sind w hlbar Sto freie Umschaltung von Hand nach Automatik Mit SMOO_CHG TRUE Voreinstellung wird der I Anteil im Handbetrieb so gesetzt dass die Stellgr e bei der Hand Automatik Umschaltung zu n chst unver ndert bleibt Eine anstehende Regelabweichung wird langsam ausgeregelt Keine sto freie Umschaltung von Hand nach Automatik Mit SMOO_CHG FALSE wird der I Anteil im Handbetrieb so gesetzt dass die Stellgr e bei der Hand Automatik Umschaltung ausgehend vom Hand
188. hung des Istwertes PV Standard PID Control A5E00204508 02 4 31 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und de PID Reglerfunktionen 4 2 6 berwachung der nderungsgeschwindigkeit des Istwertes ROCALARM Anwendung Wird die nderung der Prozessgr e z B Drehzahl Druck F llstand Tempera tur zu gro k nnen bei Regelungen unzul ssige Prozess oder Anlagenzu st nde auftreten In diesen F llen wird die Funktion ROCALARM eingesetzt um den Istwert auf ber Unterschreiten einer zul ssigen nderungsgeschwindigkeit bzw Steigung zu berwachen Die Grenz berschreitungen werden erfasst und gemeldet damit eine sinnvolle Reaktion ausgel st werden kann Die Funktion ROCALARM 4 32 Die Funktion ROCALARM berwacht die Regelgr e PV t auf je nach Vorzeichen unterschiedlich vorgebbare Grenzen f r die zul ssige nderungsgeschwindigkeit Die Zahlenwerte der Grenzsteigungen werden an den Eingangsparametern f r Steigen und Fallen im postiven und negativen Bereich der Regelgr e einge stellt Die Steigungen beziehen sich auf einen Anstieg bzw Abfall in Prozent pro Sekunde berschreitet die nderungsgeschwindigkeit der Regelgr e diese Grenzen dann werden die zugeh rigen Ausgangsmeldebits QPVURLMP QPVDRLMN gesetzt Bild 4 22 und 4 23 PV PV t PVURLMP PVDRLMP PVDRLMN PVURLMN QPVURLMP ee S QPVDRLMP ee en QPVURLMN BEE u EN E QPVDRLMN E
189. i Y te PULSEOUT ouwup gt B ann el Q J QLMNDN Ke i LMNUP_OP LMNDN_OP LMNSOPON LMNR_IN oder MP10 Bild 6 5 Eingriffe in den Stellwertzweig ber das Konfigurationswerkzeug Im Fenster des Kreisbildes steht daf r bezeichnet mit Stellwert eines der drei identischen Bedienfelder zur Verf gung Hier wird oben Regler der aktuelle am Messpunkt MP9 anliegende Stellwert ausgegeben Im Feld darunter PG wird der Parameter LMN_OP angezeigt und bedient Umschalten auf Stellwertvorgabe durch Konfigurationswerkzeug Steht der Schalter im Konfigurationswerkzeug auf PG dann wird im Regler FB das Schaltsignal des Strukturschalters LMNOP_ON auf TRUE gesetzt und LMN_OP wird auf den Stellwert durchgeschaltet Steht der Schalter Regler PG im Feld Stellsignale auf PO wird der Parameter LMNSOPON TRUE gesetzt und die Stellsignalausg nge k nnen ber die Para meter LMNUP_OP Hoch bzw LMNDN_OP Tief im Kreisbild bedient werden Dies gilt f r den Schrittregler mit und ohne Stellungsr ckmeldung Diese Bedieneingriffe wirken jeweils erst dann auf den Prozess wenn sie durch Bet tigen der Taste Senden im Kreisbild auf das Automatisierungssystem bertra gen werden Standard PID Control 6 8 A5E00204508 02 Der Schrittregler PID_ES 6 2 3 Begrenzung des Absolutwertes der Stellgr e LMNLIMIT Anwendung Der Einstellbereich der Stellwertes bestimmt den Arbeitsber
190. igenschaften Die Streckenidentifikation Wie bereits erw hnt sind zur Untersuchung und Identifizierung eines gegebenen Prozessverhaltens zwei Schritte erforderlich 1 die Aufnahme der bergangsfunktion der Regelstrecke nach Anregung durch eine sprungf rmige nderung der Stellgr e 2 die Auswertung der aufgenommen oder gespeicherten bergangsfunktion zur Ermittlung einer geeigneten Reglerstruktur und der optimalen Reglerparameter 1 Aufnahme der bergangsfunktion Bei der Ausf hrung von Schritt 1 werden Sie durch die im Konfigurationswerkzeug verf gbare Teilfunktion zur Prozess Identifikation weitgehend unterst tzt In den Dialogfenstern wird Ihnen soweit erforderlich in Kommentartexten das Hin tergrundwissen zu Ihren Aktionen vermittelt Eingabefenster oder Ausgabefenster werden in bestimmten Prozedurschritten automatisch ge ffnet 2 Ermittlung der Reglerkenndaten F r die eigentliche Prozessidentifikation Schritt 2 beschr nken sich Ihre Aktivit ten auf die Angabe des Einschwingverhaltens der Regelgr e nach St rungen im Regelkreis aperiodisch oder mit 10 berschwingung und das Starten der automatischen Prozessidentifikation durch das System Folgendes Bild veranschaulicht die Methodik mit der das System die Identifizie rung eines Prozesses ausf hrt realer Prozess Eingaben ber Streckentyp und Einschwingvorgang Identifikation Errechnung und Ausgabe der Prozessmodell optimi
191. ignal Bei diesen Stellgliedern wird im Takt der Abtastzeit ein zum Wert der Stellgr e proportionales Impulsl ngensignal ausgegeben Das bedeutet das betreffende Stellglied z B ein Heizwiderstand oder ein K hlaggregat wird taktsynchron nach Ma gabe der Stellgr e unterschiedlich lange eingeschaltet Das Stellsignal kann entweder unipolar die Zust nde Ein oder Aus anneh men oder bipolar z B die Werte Auf Zu Vorw rts R ckw rts Beschleuni gen Bremsen usw repr sentieren 3 Integral wirkende Stellglieder mit Dreipunktstellsignal H ufig werden Stellglieder durch Motoren bet tigt bei denen die Dauer der Ein schaltung proportional zum Verstellweg des Drosselorgans ist Trotz unter schiedlichster Bauformen ist diesen Stellgliedern gemeinsam dass sie der Wir kung eines I Gliedes am Streckeneingang entsprechen Standard PID Control mit Schrittausgang bietet die wirtschaftlichste L sung beim Aufbau von Regel kreisen mit integral wirkenden Stellgliedern Standard PID Control A5E00204508 02 Konfigurieren und Inbetriebsetzen von Standard PID Control Reglerwahl bez glich der Art des Stellsignals Standard PID Control bietet in Bezug auf die Art des erzeugten Stellsignals unter schiedliche Strukturen im Stellgr enzweig Stellglieder gem Punkt 1 und 2 der vorhergehenden Beschreibung werden mit dem Reglerbaustein PID_CP geregelt Falls ein impulsdauermoduliertes Signal ben tigt wir
192. im Peripherieformat SP_HLM REAL Sollwert obere Begrenzung techn Wertebereich 100 0 physikalische Gr e SP_LLM REAL Sollwert untere Begrenzung techn Wertebereich 0 0 physikalische Gr e LMN_HLM REAL Stellwert obere Begrenzung LMN_LLM 100 0 100 0 LMN_LLM REAL Stellwert untere Begrenzung 0 0 LMN_HLM 0 0 DB_NBR BLOCK_ Datenbausteinnummer DB 1 DB DB mit den St tzpunkten der Fahr kurve SPFC_NBR BLOCK Sollwert FC Nummer FCO FC selbstdefinierter FC im Sollwertzweig PVFC_NBR BLOCK_ Istwert FC Nummer FCO FC selbstdefinierter FC im Istwertzweig 9 12 Standard PID Control ASE00204508 02 Parameterlisten von Standard PID Control Tabelle 9 8 Ausgangsparameter PID_ES Schrittregler Parameter Datentyp Erl uterung Vorbele gung QLMNUP BOOL Stellwertsignal hoch FALSE QLMNDN BOOL Stellwertsignal tief FALSE QCAS BOOL Signal f r Kaskadebetrieb FALSE wird mit CAS_ON des berlagerten Reglers verschaltet LMN REAL Stellwertsignal nach Regelalgorithmus 0 0 SP REAL Sollwert 0 0 effektiv wirksamer Sollwert PV REAL Istwert 0 0 Ausgabe des effektiven Istwertes bei Kaskadebetrieb Tabelle 9 9 Durchgangsparameter PID_ES Schrittregler Parameter Datentyp Erl uterung Vorbele gung MAN REAL Hand Stellwert 0 0 zur Stellwertvorgabe mittels B amp B Funktionen Tabelle 9 10 Statische Lo
193. in den Funktionsbausteinen PID_CP und PID_ES realisiert werden handelt es sich um reine Software Regelungen Deren Ein und Ausgangswerte werden mit Hilfe von digitalen Algorithmen auf einer CPU bearbei tet Da die Bearbeitung der Reglerbausteine im Prozessor der CPU seriell erfolgt k n nen Eingangswerte nur zu diskreten Zeitpunkten erfasst und ebenso Ausgangs werte nur zu definierten Zeitpunkten ausgegeben werden Dieses Verhalten ist das Charakteristikum der Abtastregelung Standard PID Control A5E00204508 02 2 11 Entwerfen von digitalen Regelungen Regel Algorithmus und konventionelle Regelung Der Regel Algorithmus im Prozessor bildet den Regler unter Echtzeitbedingungen nach Zwischen den Abtastzeitpunkten reagiert die Regelung auf nderungen der Prozessgr e PV nicht und die Stellgr e LMN bleibt unver ndert Vorausgesetzt jedoch die Abtastung geschieht in so kurzen Abst nden dass die Folge der Abtastwerte den kontinuierlichen Messgr enverlauf ann hernd getreu wiedergibt l sst sich die digitale Regelung als eine quasikontinuierliche betrach ten Es k nnen auch im Falle von Standard PID Control die blichen Methoden zur Ermittlung von Struktur und Kennwerteinstellung wie bei kontinuierlichen Reg lern angewendet werden Diese Voraussetzung f r die Erstellung und Dimensionierung von Regelungen mit dem Regelungspaket Standard PID Control ist dann erf llt wenn die Abtastzeit CYCLE k rzer ist als 2
194. ind auch Funktionen zur Aufbereitung des Sollwerts und des Istwerts sowie zur Nachbearbeitung der errechneten Stellgr e integriert Hinzu kommen Anzeige und berwachungsfunktionen im bersichtsschema nicht dargestellt Sollwert verarbeitung SP Regeldifferenz PID bearbeitung Algorithmus PV _ Istwert verarbeitung LMN o gt Handwert Stellwert QPOS_P gt verarbeitung verarbeitung QNEG P 8 MAN Bild 1 1 Funktions bersicht des Softwarebausteins Kontinuierlicher Regler Erstellen der Regelung 1 2 Mit dem Softwarepaket Standard PID Control l sst sich ein Regler f r eine be stimmte Regelungsaufgabe konfigurieren Sein Funktionsvorrat kann einge schr nkt projektiert weden Mittels sogenannter Strukturschalter k nnen Teilfunk tionen zu bzw abgeschaltet oder ganze Zweige unwirksam gemacht werden Zu parametrieren sind anschlie end nur noch die in der reduzierten Struktur verblie benen Funktionsteile Die Erstellung einer Regelung von der Strukturierung ber die Parametrierung bis hin zum zeitgerechten Aufruf durch das Systemprogramm ist weitgehend ohne Programmierung m glich STEP 7 Kenntnisse sind erforderlich Die Struktur des Instanz DB ist in Kapitel 9 dieses Handbuchs offengelegt Jedem Struktur bzw Wert Parameter ist ein Datum d h eine Zeile vorbehalten Durch Editieren der entsprechende
195. ine FB 1 f r den kontinuierlichen Standard Regler F hrungsregler sowie FB 2 f r den Schrittregler Folgeregler mit den beiden Instanz DBs f r die Konfigurationsdaten der Regler LMN QLMNUP r Ir Regler 2 QLMNDN Strecke S PID_ES Teil 1 Tel2 i zd Bild 7 22 Zweischleifige Kaskadenregelung Example5 Regler 1 PID_CP Wal Sr EZ Q 2 P PV Die Regler werden ber den Regleraufrufverteiler aus der Weckalarmebene mit 100 ms Zeittakt zu jeweils zyklischen Zeitpunkten aufgerufen Der Regler mit kontinuierlichem Ausgang PID_CP wirkt dabei als F hrungsregler auf den Sollwert des Folgereglers in der Weise dass die Hauptregelgr e am Aus gang von Streckenteil 2 auf dem F hrungswert SP gehalten wird St rungen die auf den Streckenteil 1 einwirken regelt der Schrittregler im Hilfsregelkreis PID_ES ohne Beeinflussung der Hauptregelgr e PV aus Standard PID Control A5E00204508 02 7 27 Regleraufrufverteiler und Beispiele f r Reglerkonfigurationen Bausteinstruktur Das Beispiel Example5 ist aus der Funktion APP_5 die die Bausteine f r den Auf rufverteiler und die beiden Regler umfasst sowie aus den Aufrufbausteinen f r Neustart OB 100 und eine Weckalarmebene OB 35 mit 100 ms Zeittakt zusam mengeseitzt Tabelle 7 8 Bausteine des Beispiels Example5 Baustein Name Beschreibung in der Symbolleiste OB 100 Neustar
196. iner GPU nicht ausreicht um die gew nschten verschiedenen Abtastzei ten zu realisieren Er erm glicht den Aufruf von bis zu 256 Regelkreisen mit Ab tastzeiten die ein ganzzahliges Vielfaches des Weckalarmzeittakts betragen bersicht Die Funktion LP_SCHED liest aus dem globalen Datenbaustein DB_LOOP die von Ihnen vorgegebenen Parameter berechnet sich daraus die f r die Aufrufvertei lung notwendigen Variablen und legt diese wieder im DB DB_LOOP ab Sie m ssen die FC LP_SCHED in einem Weckalarm OB aufrufen Danach m s sen Sie in demselben Weckalarm OB einen bedingten Aufruf aller zugeh rigen Regelkreise programmieren Die Bedingung f r den Aufruf der einzelnen Regel kreise wird von der FC LP_SCHED ermittelt und im DB DB_LOOP hinterlegt Der Aufruf der Regelkreis FBs PID_CP bzw PID_ES kann nicht durch die FC LP_SCHED erfolgen da beim Aufruf der FBs deren Ein und Ausgangsparame ter belegt werden m ssen Sie k nnen im laufenden Betrieb den Aufruf einzelner Regelkreise manuell sperren und dar ber hinaus einzelne Regelkreise r cksetzen Standard PID Control A5E00204508 02 7 1 Regleraufrufverteiler und Beispiele f r Reglerkonfigurationen Aufruf der FC LP_SCHED Globaler DB in einem Weckalarm OB DB_LOOP Regler 1 zB mo LP_SCHED B OB 35 TM_BASE G COM_RST Mm DB_NBR Instanz DB Regler 1 Bedingter PID_
197. ische Funktion FC 5 7 Totzonenfunktion Wirkungsweise 4 35 Umschalten auf Konfigurationswerkzeug Totzonenglied 4 35 Trapezregel Glossar 14 Stellwert Schrittregler Umschalten auf Konfi gurationswerkzeug Stellwertbegrenzung Funktionsweise 5 12 V a EN Verh ltnisregelung 2 8 Glossar 15 St rgr e Glossar 13 zwei Regelkreise 2 8 St rgr enaufschaltung 2 7 4 39 Glossar 14 Verh ltnisregelung Example 7 21 Wirkungsweise Bausteinstruktur 7 22 re e Verz gerung 1 Ordnung Glossar 15 St rgr enerfassung 2 7 Verz gerung der D Wirkung TM_LA Strecke mit Bar PT Strecke 2 2 Verz gerungsalied 4 43 Strecke mit Totzeit S Stracke ohne Ausale ch 24 Verz gerungszeitkonstante TM_LAG 4 51 e Verzugszeit 2 3 Strecken Eigenschaften 2 1 Vorhaltzeit Glossar 16 Streckenanalyse 2 1 Streckeneigenschaften Streckenidentifikation 2 5 Methodik 2 5 Ww Regelkreis offline online 2 6 Weckalarm OB Reglerkenndaten 2 5 Wertebereich Glossar 16 bergangsfunktion techn Bereich 3 18 Streckensimulation APP_Pulsegen 7 31 Zeiten 3 18 Streckensimulation Example1 Wiederanlauf 3 16 Streckensimulation Example2 7 17 Struktur Beispiele 1 4 Stun 45 Z Systerrahmen 16 Zahlendarstellung 3 18 Zeitplanerstellung St tzpunktparameter 4 5 T Zeitplangeber anhalten 4 8 Teilfunktionen 1 2 Ausgang vorbelegen 4 7 Schaltbilder 2 15 Betriebs
198. it TD TIME 5 9745 Differenzierzeit TM_LAG TIME 1 1955 Verz gerungszeit des D Anteils Regelstrecke GAIN REAL 1 5 Streckenverst rkung TM LAG TIME 10s Verz gerungszeit 1 TM_LAG2 TIME 10s Verz gerungszeit 2 TM_LAG3 TIME 10s Verz gerungszeit 3 100 i Stellgr e i i l ai a RAR ee Ge 7 0 GEN VE EG D TEEN ZE Rn a CEET 50 en ee eer erer ere eer ee gt Regelgr e 100 GE rt Gr E Een FE EES DI E 17 15 17 16 17 17 17 18 17 19 17 20 a 17 22 17 23 Bild 7 15 Regelung mit kontinuierlichem Regler und Sollwertspr ngen ber den ganzen Messbereich Standard PID Control A5E00204508 02 Regleraufrufverteiler und Beispiele f r Reglerkonfigurationen 7 4 Example3 Mehrschleifige Verh ltnisregelung Anwendung Das Beispiel Example3 enth lt all die Bausteine die zur Konfiguration einer zwei schleifigen Verh ltnisregelung erforderlich sind Mit Hilfe von Example3 ist es m glich auf einfache Weise eine bei Verbrennung sprozessen h ufig ben tigte Verh ltnisregelung f r zwei Komponenten zu generie ren Die Struktur l sst sich leicht auf die Regelung von mehr als zwei Regelgr en in konstantem Verh ltnis zueinander erweitern Funktionen von Example3 Das Beispiel Example3 umfasst den Regleraufrufverteiler LP_SCHED mit zuge h rigem globalen Datenbaustein DB LOOP sowie den Funktionsbaustein FB 1 f r kontinuierliche Standard Regler mit zwei Instanz DBs f r die Konfigurationsda ten der beiden Re
199. kaldaten PID_ES Eing nge Parameter Datentyp Erl uterung zul ssiger Vorbele Wertebereich gung PVH_ALM REAL Istwert oberer Grenzwert Alarm PVH_WRN 100 0 100 0 PVH_WRN REAL Istwert oberer Grenzwert Wamung PVL_WRN 90 0 PVH_ALM PVL_WRN REAL Istwert unterer Grenzwert Warnung PVL_ALM 90 0 PVH_WRN PVL_ALM REAL Istwert unterer Grenzwert Alarm 100 0 PVL_WRN 100 0 SPGEN_ON BOOL Sollwertbedienung einschalten FALSE Verstellen des Sollwerts ber Auf Ab Schalter SPUP BOOL Sollwert hoch FALSE SPDN BOOL Sollwert tief FALSE RMPSK_ON BOOL Zeitplangeber einschalten FALSE Sollwert wird als Fahrkurve vorgege ben SPEXT_ON BOOL Externer Sollwert einschalten FALSE zur Verschaltung mit anderen Regler bausteinen Standard PID Control A5E00204508 02 9 13 Parameterlisten von Standard PID Control Tabelle 9 10 Statische Lokaldaten PID_ES Eing nge Fortsetzung Parameter Datentyp Erl uterung zul ssiger Vorbele Wertebereich gung MANGN_ON BOOL Handbedienung einschalten FALSE LMN per Schalter eingestellt MANUP BOOL Hand Stellwert Hoch FALSE MANDN BOOL Hand Stellwert Tief FALSE LMNS_ON BOOL Handbetrieb der Stellsignale einschal FALSE ten LMNUP BOOL Stellwertsignal Hoch FALSE das Ausgangssignal QLMNUP wird bedient LMNDN BOOL Stellwertsignal Tief FALSE das Ausgangssignal QLMNDN wird bedient DFRMP_ON BOOL Ausgang des Zeitplangeber
200. ksam und k nnen nicht abgeschaltet werden Dazu geh ren e die Sollwertbegrenzung SP_LIMIT e die Istwert berwachung auf Absolutwerte DV AL ADM e die Istwert berwachung auf Gr e der nderungsgeschwindigkeit ROC ALARM e die Regeldifferenz berwachung auf Absolutwerte EH AL ADM e die Begrenzung des Ausgangssignals LMNLIMIT Wenn Sie sich f r die Wahl eines der Reglerbausteine entschieden und dessen Ein Ausg nge definiert haben m ssen Sie sich deshalb immer um die Parame trierung der oben aufgef hrten Funktionen k mmern Hinweis Die Vorbelegungswerte sind so gew hlt meist am Rande der zur Verf gung ste henden Arbeitsbereiche dass der Betrieb auch ohne individuelle Parameterwahl aufgenommen werden kann Die Parameter lassen sich dann anschlie end an die Erfordernisse anpassen Standard PID Control A5E00204508 02 Konfigurieren und Inbetriebsetzen von Standard PID Control 3 2 Projekt konfigurieren Checkliste Generieren des Regelungsprojektes durch Konfigurieren ben Informationen dazu in Kapitel 2 5 n zeigen wir Ihnen in diesem Ab Wenn Sie sich die geforderten Regel und berwachungsfunktionen erarbeitet ha 25Uu Jan 3 1 schnitt die Vorgehensweisen zu deren Realisierung Wir empfehlen einen Konfigu rierablauf in folgenden Schritten Checkliste Schritt Aktivit t Festlegen der Reglerbausteine bzw der ben tigten Bausteinkonfi guration f r die gew nschte Rege lungs
201. ktion FC 100 intern mit dem Streckenmodell zu einem Regelkreis verschaltet ist geht aus Bild 7 7 hervor Selbstverst ndlich l sst sich durch ffnen der Verbindung LMNR LMNR_IN auch eine Schrittregelung ohne Stellungsr ckmeldung realisieren Eingang APP 7 FC 100 CYCLE For i CONTROL PID_ES process proc_s DB101 FB2 DB100 FB100 COM De CO per TCYCLE CYCLE PVN OUTV ei LMNR_IN OUNEN UP LMNR e LMNR HS QLMNDN NC DOWN QLMNR_HS LMNR_LS QLMNR_LS d Ausgang Bild 7 7 Verschaltung und Aufruf der FC 100 APP_1 Standard PID Control A5E00204508 02 7 13 Regleraufrufverteiler und Beispiele f r Reglerkonfigurationen Parameter der Modellregelstrecke f r Schrittregler Bild 7 8 zeigt das Funktionsschema und die Parameter der Regelstrecke Bei Neustart bzw Wiederanlauf verh lt sich die Regelung wie in Kapitel 3 5 be schrieben Eingangsparameter Ausgangsparameter PROC_S FB 100 B Parameter Typ Signal Typ COM_RST BOOL FALSE CYCLE TIME THs GAIN REAL 0 0 DISV REAL 0 0 INV_UP BOOL FALSE QLMNR_HS BOOL FALSE INV_DOWN BOOL FALSE OUTV REAL 0 0 QLMNR LS BOOL FALSE
202. lauf ndern soll Unter den Gliedern eines Regelkreises nehmen die Regelstrecken eine Sonder stellung ein Ihre Eigenschaften sind durch verfahrens maschinentechnische Ge gebenheiten festgelegt und kaum zu beeinflussen Ein gutes Regelergebnis kann also nur durch Auswahl eines f r den Streckentyp am besten geeigneten Regler typs sowie dessen Anpassung an das Zeitverhalten der Strecke erreicht werden Genaue Kenntnisse des Typs und der Kenndaten der Regelstrecke sind deshalb f r die Auslegung bzw den Entwurf des Reglers und der Dimensionierung seiner statischen P Einfluss und dynamischen Parameter l und D Einfluss unerl ss lich Streckenanalyse F r die Reglerauslegung ben tigen Sie genauere Streckendaten die Sie durch Aufnahme einer bergangsfunktion nach Sprunganregung erhalten Durch graphi sche Auswertung dieser Zeit Funktion lassen sich dann R ckschl sse f r die Wahl der am besten geeigneten Reglerfunktion und f r die Dimensionierung der einzustellenden Reglerparameter ableiten Bei der Durchf hrung dieser f r eine Streckenanalyse erforderlichen Vorg nge werden Sie durch das Konfigurationswerkzeug weitgehend unterst tzt Bevor wir jedoch die Nutzung der betreffenden Tools des Softwarepakets Konfigu ration von Standard PID Control kurz beschreiben im Folgenden ein Blick auf die h ufigsten in technischen Prozessen und Anlagen vorkommenden Regelstrecken M glicherweise ben tigen Sie diese Kenntnisse
203. lb auch f r Einf hrungs bzw Schulungszwecke anwendbar Nach Ann herung der Strecke an die Eigenschaften des realen Prozesses durch entsprechende Wahl ihrer Parameter kann durch Identifikation der Modellstrecke mit Hilfe des Konfigurationswerkzeugs ein Satz von geeigneten Reglerkenndaten gefunden werden Funktionen von Example2 7 16 Das Beispiel Example2 setzt sich im Wesentlichen aus den beiden Funktionsbau steinen PID_CP FB 1 und PROC_C FB 100 zusammen PID_CP verk rpert dabei den verwendeten Standard Regler und PROC_C simuliert eine Regel strecke mit Ausgleich dritter Ordnung Bild 7 10 DISV SP PID Regler LMN QPID_CP O PV PT3 Standard PID Control Regelstrecke Bild 7 10 Beispiel Example2 Regelkreis Standard PID Control A5E00204508 02 Regleraufrufverteiler und Beispiele f r Reglerkonfigurationen Der Funktionsbaustein PROC_C bildet eine Reihenschaltung aus drei Verz ge rungsgliedern 1 Ordnung nach Bild 7 11 Zum Ausgangssignal des Stellgliedes wird immer die St rgr e DISV hinzuaddiert sodass an dieser Stelle Streckenst rungen manuell aufgeschaltet werden k nnen ber den Faktor GAIN l sst sich die statische Streckenverst rkung bestimmen DIV GAIN INV k H FHrHrer TM_LAG1 TM_LAG2 TM_LAG3 Bild 7 11 Aufbau und Parameter des Strecken Bausteins PROC_C Bausteinstruktur Das Beispiel Exampel2 i
204. lbereich der F hrungsgr e bestimmt den Bereich in dem die Regel gr e schwanken kann d h den Bereich in dem sich der Prozess im Rahmen zul ssiger Zustandswerte bewegt Zur Vermeidung von kritischen oder unzul ssigen Prozesszust nden wird deshalb im Sollwertzweig von Standard PID Control der Einstellbereich der F hrungsgr e nach oben und unten begrenzt Die Funktion SP_LIMIT Die Funktion SP_LIMIT begrenzt den Sollwert SP so lange auf den vorgebbaren unteren und oberen Wert SP_LLM und SP_HLM wie die Eingangsgr e INV au Berhalb dieser Begrenzungen liegt Da die Funktion nicht abgeschaltet werden kann muss bei der Konfiguration immer die Angabe einer Unter und Obergrenze ber cksichtigt werden Die Zahlenwerte der Grenzen werden an den Eingangsparametern f r die untere und obere Begrenzung eingestellt Bei Uberschreitungen durch die Fingangsgr e inv t werden die zugeh rigen Anzeigen ber die Meldeausg nge Bild 4 14 aus gegeben inv 4A sr inv t Sp HM Toleranzban SP_LLM QSP_HLM gt e A a a QSP_LLM FE EEE Bild 4 13 _Absolutwertbegrenzung der F hrungsgr e SP t Standard PID Control A5E00204508 02 4 19 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und de PID Reglerfunktionen Anlauf und Betriebsweise e Bei Neustart werden alle Meldeausg nge nullgesetzt e Die Begrenzung arbeitet gem folgenden Beziehungen
205. lche das Stell glied f r den Durchlauf von Anschlag zu Anschlag ben tigt QLMNR_HS QLMNR_LS d Dieu GAIN wu INV_UP H OUTV INV_DOWN A X D E lhe u RR MIR IN up HM TM LAG TM_LAG2 TM_LAG3 LMNR_LLM Bild 7 5 Aufbau und Parameter des Strecken Bausteins PROC_S Bausteinstruktur Das Beispiel Example1 ist aus der Funktion APP_1 die die Bausteine f r den Reg ler und die simulierte Strecke umfasst sowie aus den Aufrufbausteinen f r Neu start OB 100 und eine Weckalarmebene OB 35 mit 100 ms Zeittakt zusammen gesetzt Tabelle 7 2 Bausteine des Beispiels Example1 Baustein Name Beschreibung in der Symbolleiste OB 100 Neustart OB OB 35 Zeitgesteuerter OB 100 ms FC 100 APP_1 Beispiel 1 FB2 PID_ES Schrittregler FB 100 PROC_S Strecke f r Schrittregler DB 100 PROCESS Instanz DB zu PROC_S DB 101 CONTROL Instanz DB zu PID_ES Standard PID Control A5E00204508 02 7 11 Regleraufrufverteiler und Beispiele f r Reglerkonfigurationen Den beiden Funktionsbausteinen Bild 7 6 sind die Instanz Datenbausteine DB 100 f r die Strecke und DB 101 f r den Regler zugeordnet OB 100 Neustart _ TRUE um FC 100 APP_1 gt COM_RST D po es Hproc s PPID_ES 77 Ness OB 35 X zeitge FALSE steuert T 100ms 100 ms
206. lern abge schaltet Hierbei ist ThrOn Min ThrOn Der Impulsformer PULSEOUT Der Impulsformer sorgt daf r dass beim Setzen und Ausschalten der Ausgangs impulse jeweils ein Mindestwert f r die Impulsdauer bzw f r die Pausendauer ein gehalten wird Zur Schonung des Stellgliedes k nnen deshalb eine Mindestimpulsdauer PULSE_TM und eine Mindestpausendauer BREAK_TM parametriert werden Die Dauer der Ausgangsimpulse QLMNUP bzw QLMNDN ist immer gr er als PULSE_TM und die Unterbrechungsdauer zwischen zwei Impulsen immer gr er als BREAK_TM Das Bild 6 12 zeigt die Arbeitsweise von PULSEOUT am Beispiel des UP Signals UPin A E gt UPout PULSE TM Leed BREAK_TM Bild 6 12 Arbeitsweise des Impulsformers PULSEOUT Standard PID Control 6 16 A5E00204508 02 Der Schrittregler PID_ES Parameter von THREE_ST und PULSEOUT Die Einstellwerte der Parameter PULSE_TM und BREAK_TM m ssen ein ganz zahliges Vielfaches der Zykluszeit CYCLE sein Bei kleineren Einstellwerten ist f r die Mindestimpuls und Mindestpausendauer die Zykluszeit CYCLE wirksam THREE_ST PULSEOUT a cola oe l o jo gie LMNR_HS _LS Eingangsparameter Parameter Typ LMNSOPON BOOL FALSE LMNUP_OP BOOL FALSE LMNDN_OP BOOL FALSE LMNS_ON BOOL TRUE LMNUP BOOL FALSE LMNDN BOOL FALSE LMNR_
207. lossar Handstellwert manual value Bei aufgetrenntem Regelkreis gt Handbetrieb manuell absolut oder inkrementell ber Schalterbedienung vorgegebener Wert der Stellgr e in des Stellbe reichs I Anteil integral component Integralanteil des Reglers Nach einer sprungf rmigen nderung der Regelgr e bzw Regeldifferenz ndert sich die Ausgangsgr e rampenf rmig ber der Zeit und zwar mit einer nde rungsrate die dem Integrierbeiwert KI 1 TI proportional ist Der Integralanteil bewirkt im geschlossenen Regelkreis dass die Reglerausgangsgr e so lange verstellt wird bis die Regeldifferenz zu Null geworden ist Integration integral action Verfahren Algorithmus zur Integration einer analogen Gr e wobei das Zeitver halten durch die Integrationszeit TI Nachstellzeit bestimmt wird Das Ausgangssi gnal des Integrierers ndert sich geschwindigkeitsproportional zur statischen nde rung des Eingangssignals Der Integrierbeiwert KI 1 TI ist ein Ma f r die Anstiegsgeschwindigkeit des Ausgangssignals bei von Null verschiedenem Ein gangssignal Die Sprungfunktion hat folgende Form INV A 1 OUN OUTV t dr INVO t INVO Impulsbreitenmodulation pulse width modulation Die Impulsbreitenmodulation ist ein Verfahren zur Beeinflussung der Stellgr e bei schaltendem Ausgang Der errechnete Stellwert in Prozent wird in eine proportio nale Einschaltdauer ED des betreffenden Stell
208. ltungen 5 17 Kaskadenumschaltung 5 17 6 25 Konfiguration Glossar 7 Istwert Regeldifferenzzweig 3 11 Reglerfunktionen Sollwertzweig 3 10 Stellwertzweig 3 12 Vorgehensweisen 1 2 Konfigurationswerkzeug 3 14 Kontinuierlicher Regler Betriebsarten Schaltung 5 4 Differenzierer 4 51 Funktionsschema 5 1 Integrierer 4 46 a ungen E 5 2 Neustart Wiederanlauf P Regelung 4 41 PD Regelung 4 43 Pl Regelung 4 42 PID Regelung Regelfunktionen 5 1 Wirkungsrichtung 4 41 Kontinuierlicher Regler Example2 7 16 Bausteinstruktur Korrekturprofil Glossar 7 Kreisbild 10 2 Kreisverst rkung Glossar 7 Kurvenschreiber 10 2 L LAGIST 4 24 Parameter 4 25 Laufzeit Regler FB 8 1 Laufzeit pro Regler Eckdaten 1 6 Liesmich Datei 110 1 0 1 LMN_NORM 5 13 Parameter 5 14 LMN_ROC 5 9 Parameter 5 10 LMNFC 5 7 Parameter LMNLIMIT 5 11 Parameter 5 12 6 10 LMNR_CRP 6 11 Parameter 6 12 LMNRNORM 6 12 Parameter 6 12 Standard PID Control A5E00204508 02 LP_SCHED Parameter Parameterliste 9 20 MAN_GEN 5 5 5 6 Mehrschleifige Regelungen 1 4 2 8 Hee e Mindestimpulsdauer 5 22 Mindestpausendauer Mischungsregelung 2 9 Glossar 8 Regelungsstruktur 2 9 Mischungsregelung Example4 7 24 Bausteinstruktur 7 25 Modulare Regelung N Nachstellzeit Glossar 8 Neustart 3 16 Normierung 3 18 Glossar 8 Regelgr
209. lungsr ckmeldung Signal Typ Wi LMNSOPON BOOL FALSE LMNUP_OP BOOL FALSE LMNDN_OP BOOL FALSE LMNS ON BOOL TRUE LMNUP BOOL FALSE LMNR_HS LS LMNDN BOOL FALSE S LMNR HS BOOL FALSE o u OF LMNR LS BOOL FALSE BER QLMNUP BOOL FALSE MP12 REAL 0 0 ge g o S gt QLMNDN BOOL FALSE Sh le e vm m TIME mae Gs PULSE TM TIME mie BREAK TM TIME me LMNRS_ON BOOL mar NHS inv REAL Ea LMNR_SIM_ REAL LMNRSVAL REAL 0 0 MTR_TM Vorbelegung bei Neuerstellung des Instanz DB Bild 6 19 Funktionsschema und Parameter der Stellsignalerzeugung beim Schrittregler ohne Stellungs r ckmeldung Standard PID Control 6 24 A5E00204508 02 Der Schrittregler PID_ES 6 4 Schrittregler in Kaskadenschaltungen Auftrennung der Reglerkaskade In einer Kaskade stehen mehrere Regler direkt miteinander in Beziehung Sie m s sen daher Vorkehrungen treffen damit nach Auftrennung der Kaskadenstruktur an einer beliebigen Stelle der Kaskadenbetrieb problemlos wieder aufgenommen wer den kann In Kaskadenregelungen wird deshalb in den unterlagerten Reglern ber eine Oder Logik aus den Zustandssignalen der Schalter im Sollwert und Stellgr enzweig ein Signal QCAS gebildet Dieses Signal bet tigt in den berlagerten Reglern ei nen Schalter der die Regler in den Nachf hrbetrieb berf hrt
210. lwert SP_INT oder ber den Messpunkt MP2 Sollwert SP_EXT zu beobachten Der Ausgangswert ist am Messpunkt MP3 zug nglich Der Eingang SPFC_IN ist dann auf den Sollwertzweig durchgeschaltet wenn SPFC_ON FALSE ist Vorbesetzung Eingangsparameter Ausgangsparameter SPFC Parameter Typ Parameter Typ SPFC_ON BOOL FALSE SPFC_NBR BLOCK FOI O FC SPFC_NBR SPFC_IN REAL 0 0 SPFC_OUT REAL MP REAL die Verschaltung muss im Anwen der FC programmiert werden Vorbelegung bei Neuerstellung des Instanz DB Bild 4 10 FC Aufruf im Sollwertzweig Standard PID Control 4 16 A5E00204508 02 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und de PID Reglerfunktionen 4 1 5 Begrenzung der nderungsgeschwindigkeit des Sollwertes SP_ROC Anwendung Rampenfunktionen im Sollwertzweig werden dann verwendet wenn der Prozess keine sprungf rmigen nderungen des Stellsignals vertr gt denn eine sprungf r mige Sollwert nderung hat im Allgemeinen auch einen Stellwertsprung des Reg lers zur Folge Diese abrupten Stellwert nderungen sind z B dann zu vermeiden wenn zwischen geregeltem Motor und anzutreibender Last ein Getriebe zwischen geschaltet ist und ein zu schnelles Ansteigen der Motordrehzahl zu einer berla stung des Getriebes f hren w rde Die Funktion SP_ROC Die Funktion SP_ROC
211. mmen Die Umschaltung zum Handwertgenerator ist damit immer sto frei Der Handstellwert kann innerhalb der Grenzen LMN_HLM und LMN_LLM vergr ert oder verkleinert werden Wegen der direkten Einwirkung auf die Zust nde der Ausgangssignale hat ein Tastbetrieb des Stellgliedes ber LMNUP bzw LMNDN immer Vorrang Bei R ck schaltung LMNS_ON FALSE wird eine beliebige eingeschaltete Betriebsart sto frei bernommen Schaltung der Betriebsarten Folgende Tabelle zeigt die m glichen Betriebsarten des Schrittreglers mit den er forderlichen Werten der strukturbestimmenden Schalter Tabelle 6 1 Betriebsarten des Schrittreglers Schalter MNGN_ON MAN_ON LMNS_ON Betriebsart Automatikbetrieb beliebig FALSE FALSE Handbetrieb ohne Schalterbedienung FALSE TRUE FALSE Handbetrieb ber Schalter MAN_GEN TRUE TRUE FALSE Handbetrieb ber Impulsschalter beliebig beliebig TRUE Standard PID Control A5E00204508 02 6 7 Der Schrittregler PID_ES 6 2 2 Stellwertbeeinflussung ber das Konfigurationswerkzeug LMN Anzeige und Einstellung im Kreisbild Das Konfigurationswerkzeug hat eine eigene Schnittstelle zum Regler FB Es ist deshalb jederzeit m glich von einem PG PC aus ber das Konfigurationswerk zeug den Stellgr enzweig zu unterbrechen und eigene Stellwerte vorzugeben Bild 6 5 LMNS_ON LMNOP_ON LMNUP LMN_OP LMNDN
212. muss gr er sein als die Positions nderung des Stell gliedes in nach einer Impulsdauer Dieser Wert ist abh ngig von der Stellzeit des Motors MTR_TM und wird wie folgt berechnet 110 _ Ton 0 5 pa Tm CYCLE Adaption der Ansprechschwelle ThrOn Um bei der Ausregelung gr erer Regeldifferenzen die Schalth ufigkeit zu redu zieren wird die Ansprechschwelle ThrOn w hrend des Betriebes automatisch angepasst w hrend ThrOff konstant bleibt ThrOn ist begrenzt auf i 100 _ _ Min ThrOn vrai mu MAX PULSE_TM CYCLE Max ThrOn 10 Die Adaption der Ansprechschwelle ist bei reinen P D oder PD Reglern abge schaltet Hierbei ist ThrOn Min ThrOn Der Impulsformer PULSEOUT Der Impulsformer hat die gleiche Funktionalit t wie der Impulsformer beim Schritt regler mit Strellungsr ckmeldung siehe Kapitel 6 2 5 Standard PID Control 6 22 A5E00204508 02 Der Schrittregler PID_ES Simulation der Stellungsr ckmeldung Steht keine Stellungsr ckmeldung als messbare Gr e zur Verf gung so kann diese auch simuliert werden LMNRS_ON TRUE Die Optimierung der PID Reg lerparameter mit Hilfe des Konfigurationswerkzeugs ben tigt immer das Signal der Stellungsr ckmeldung als Eingangsgr e Die Nachbildung der Stellungsr ckmeldung geschieht durch einen Integrator mit der Motorstellzeit MTR_TM als Integrationszeitkonstante Bild 6 18 Im Zustand LMNRS_ON FALSE wird am Ausgang des Integrators LMNR_
213. n Eintragungen lassen sich sowohl Struktur als auch die gew nschten Eigenschaften der Regelung festlegen Diese Vorgehensweise wird jedoch wegen ihrer Un bersichtlichkeit nicht empfoh len Das speziell f r Standard PID Control konzipierte Konfigurationswerkzeug ver einfacht diese Aufgabe ganz wesentlich Standard PID Control A5E00204508 02 Produkt bersicht Standard PID Control Hinweis Das Konfigurationswerkzeug l sst sich nicht zur Parametrierung des Bausteins LP SCHED einsetzen Dessen Funktionalit t wird ausschlie lich durch Eingaben in den betreffenden Datenbaustein definiert 1 2 Das Softwareprodukt Standard PID Control Produktstruktur Standard PID Control Nach der Installation des Produkts Standard PID Control finden Sie auf Ihrem PG PC eine STEP 7 Bausteinbibliothek mit dem Namen Standard PID Control Diese enth lt zwei Standard Funktionsbausteine eine Standard Funktion Muster vorlagen f r Datenbausteine sowie das STEP 7 Projekt zDt28_03_StdCon mit 6 Beispielen und einem Getting Started Instanz DB Instanz DB Globaler DB Standard FB Standard FB Standard FC PID_CP PID ES LP SCHEI Beispiel Beispiel Beispiel Beispiel Beispiel Example1 Example2 Example3 Example4 Example5 Festwertregler Festwertregler mehrschleifiger Mischungreg Kaskaden mit schaltendem mit kontinuierli Verh ltnisregler ler regler Ausgang chem
214. n St tzpunkt um nach einer gewissen Zeit mit der minimalen Steilheit zum n chsten St tzpunkt zu integrieren Abhilfe Verk rzen Sie die Zeit zwischen den St tzpunkten indem Sie weitere St tzpunkte einf gen Sie n hern damit die ausgegebene Fahrkurve der ge w nschten flachen Fahrkurve trapezf rmig an Standard PID Control A5E00204508 02 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und die PID Reglerfunktionen Zeitplanerstellung e Die St tzpunktparameter NBR_PTS PI i TMV und PI i OUTV werden in ei nem globalen Datenbaustein hinterlegt e Der Parameter PI i TMV ist im Format der IEC Zeit TIME anzugeben e Die Z hlweise der maximal bis zu 256 St tzpunkt Werte und Zeiten wird in fol gendem Bild deutlicher zu erkennen outv PI 1 OUTV A St tzpunkt 1 A PI1 TMV St tzpunkt 2 PI 0 OUTV PI 2 OUTV Startpunkt PI OJ TMV P 2 TMV PI 0 TMV PIDUTMN e PISIUTMN gt t Bild 4 4 Z hlweise der St tzpunkte und Zeiten Der Zeitplangeber interpoliert im Normalbetrieb nach folgender Funktion mit 0 lt n lt NBR_PTS 1 RS_TM outv t PI n 1 0UTV Pi n TMV Pl n 1 OUTV PI n OUTV Projektierung der Fahrkurve Die Anzahl der projektierten St tzpunkte NBR_PTS und die den einzelnen St tz punkten zugeordneten Werte f r die F hrungsgr e SP zu beobachten an MP1 werden in einem gl
215. n Standard PID Control Der Regler Baustein muss abh ngig von der Abtastzeit des jeweiligen Reglers unterschiedlich h ufig aber in gleichen zeitlichen Abst nden aufgerufen werden Das Betriebssystem der S7 ruft die Weckalarm OBs zyklisch auf Der Weckalarm zeittakt ist von 1 ms bis 1 Minute konfigurierbar Die Standardeinstellung des OB 35 liegt bei 100 ms Sind mehrere Regler oder Regler mit gr eren Abtastzeiten zu installieren dann wird der Einsatz des Regleraufrufverteilers LP_SCHED erforderlich Neustart Beim Aufruf des Regler FB im Neustart OB 100 wird das Neustartbit COM_RST gesetzt und die Abtastzeit CYCLE bergeben Das Bearbeiten der Initialisierungs routine im FB stellt dann einen definierten Ausgangszustand von Standard PID Control sicher Wiederanlauf Bei Wiederanlauf wird von dem Betriebszustand ausgegegangen der zum Zeit punkt der Unterbrechung geherrscht hat Die Regelung arbeitet mit den Werten weiter die im Augenblick der Unterbrechung berechnet waren oB100 PYE Neustart T 1 ooms FC 100 APP_1 com RST 4 L wl CYCLE E FB100 z B OB35 FALSE PROC_S zeitge enamel ES T 100ms steuert ne 972 100 ms Bild 3 9 Verschaltung der Anlaufbausteine mit dem Beispiel APP_1 Hinweis Beim kontinuierlichen Regler PID_CP ohne Impulsausgang wird die Abtastzeit ber d
216. n der Funktion wird durch den Wert der Differen zierzeitkonstante TD und der Verz gerungszeit TM_LAG bestimmt Im ausgeschalteten Zustand D_SEL FALSE wird der D_Anteil d h der in terne Speicher und der Ausgang LMN_D des Differenzierers nullgesetzt Schalter Betriebsart Handbetrieb MAN_ON oder LMNOP_ON TRUE Differenzieren FALSE Parameter der Funktion DIF Der Ausgangswert des Differenzierers ist am Parameter LMN_D zu beobachten Parameter Bedeutung Zul ssiger Wertebereich TD Differenzierzeit gt CYCLE TM_LAG Verz gerungszeit des D Anteils gt 0 5 CYCLE Eingangsparameter DIF Ausgang Parameter Typ Signal Typ D_SEL BOOL FALSE J gt m 0 IP ND REAL 0 0 inv REAL 0 0 Oo TD TIME T 10s TM_LAG TIME T 2s Vorbelegung bei Neuerstellung Bild 4 39 4 52 Funktionsschema und Parameter des Differenzierers Standard PID Control A5E00204508 02 Der kontinuierliche Regler PID_CP 5 5 1 Regelfunktionen des kontinuierlichen PID Reglers Der Funktionsbaustein PID_CP Neben den Funktionen im Soll und Istwertzeig realisiert der Funktionsbaustein FB einen fertigen PID Regler mit kontinuierlichem Stellgr en Ausgang und Be einflussungsm glichkeit des Stellwertes von Hand Teilfunktionen lassen sich zu oder abschalten Mit dem FB haben Sie die M glichk
217. nach der Wurzel 0 0 Endwert nach der Wurzel 10 0 Wertebeispiel f r SQRT MP5 8 498 F r den normierten Ausgangswert outv der Wurzelfunktion physikalischer Durch fluss folgt mit SOT HR 20000 0 m h und SQRT_LR 0 0 m h outv 2000 0 m h SORT MP5 SQRT MP5 SORT_HR SQRT_LR 10 0 SORT_LR SQRT MP5 20000 0 m3 h 0 0 m3 h 10 0 0 0 m3 h Messbereichs Anfang outv 0 0 m h Messbereichs Ende outv 20000 0 m3 h Wertebeispiel f r outv 16996 732 m3 h Der Ausgangsparameter outv ist ein impliziter Parameter und am Konfigurations werkzeug nicht zug nglich siehe Bild 2 13 Eingangsparameter SQRT Ausgang Parameter Typ Signal Typ SQRT_ON BOOL FALSE PVFC_IN REAL 0 0 MP5 REAL 0 0 QRT_HR REAL 100 0 QRT_LR REAL 0 0 Vorbelegung bei Neuerstellung des Instanz DB Bild 4 18 Funktionsschema und Parameter f r die Radizierung des Istwertsignals Standard PID Control A5E00204508 02 4 27 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und de PID Reglerfunktionen 4 2 4 FC Aufruf im Istwertzweig PVFC Anwendung Durch Einf gen einer anwenderspezifischen Funktion in den Istwertzweig kann die Regelgr e vor der Weiterverarbeitung im Regler einer Signalbehandlung z B einer Signalverz gerung oder Linearisierung unterzogen werden
218. nal dessen nderungsgeschwin digkeit sich proportional zur nderung des Absolutwertes der Eingangsgr e ver h lt Das Zeitverhalten wird durch die Integrationszeitkonstante Nachstellzeit TI bestimmt Die bertragungsfunktion im Zeitbereich ist OUTVIt 4 inv t dt Die Sprungantwort auf einen Eingangssprung invo ist df LMN Ip LMN f inv t inv t invo gt t e gege Darin bedeutet LMN_I t die Ausgangsgr e des Integrierers invo die Sprungh he am Integrierereingang TI Integrationszeitkonstante Standard PID Control A5E00204508 02 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und die PID Reglerfunktionen Zul ssige Bereiche f r TI und CYCLE Wegen der begrenzten Genauigkeit der in der CPU errechneten REAL Zahlen kann beim Integrieren folgender Effekt auftreten wurde die Abtastzeit CYCLE der Regelung im Vergleich zur Integrationszeit TI zu klein gew hlt und ist der Ein gangswert inv des Integrierers gegen ber seinem Ausgangswert OUTV klein dann spricht der Integrierer nicht an und bleibt auf seinem momentanen Ausgangswert stehen Dieser Effekt l sst sich vermeiden wenn bei der Parametrierung folgende Dimen sionierungsregel beachtet wird CYCLE gt 10 TI Damit reagiert der Integrierer noch auf nderungen der Eingangswerte die im Be reich von millionstel Promille der aktuellen Ausgangsgr e liegen inv gt 10 Jr QUTV Damit das bertragungsverhalten des Integrier Algorit
219. nal auf 63 des station ren Endwertes hochgelaufen ist Das bertragungsverh ltnis im eingeschwungenen Zustand ist 1 1 INVO OUTVA OUTVI t INVO Dem L n INV ld a gt N 8 lt 1 Abweichung vom 63 OUTV t station ren Wert TM_LAG 5 TM_LAG Standard PID Control A5E00204508 02 Glossar 15 Glossar Vorhaltezeit Ty derivative time Die Vorhaltezeit bestimmt das Zeitverhalten des D Anteils im PD oder PID Reg lers Ty TD Wertebereich value range Der Regler arbeitet intern mit Prozentwerten im Gleitpunktformat z B 100 0 bis 100 0 An bestimmten Eingangsparametern z B an externen Soll werten k nnen auch physikalische Werte im Gleitpunktbereich von STEPP 7 ein gegeben werden Zahlendarstellung Wiederanlauf restart Bei Wiederanlauf einer Regelung wird von den erfassten Ergebnissen und dem Betriebszustand ausgegangen der zum Zeitpunkt der Unterbrechung geherrscht hat Das bedeutet dass die Regelung mit den zum Zeitpunkt der Unterbrechung berechneten Werten weiterarbeitet Zeitplangeber ramp soak Der Zeitplangeber ist eine Funktion zur Erzeugung von Fahrkurven der F hrungs gr e nach einem festen Zeitplan Programm Die zeitabh ngige Verlauf der Aus gangsgr e wird ber St tzpunkte und lineare Interpolation definiert Die Fahr kurve kann zyklisch wiederholt werden Zweipunktregler two step controller Mit Zweipunktregler bezeichnet man einen Regler
220. nal und de PID Reglerfunktionen FAC REAL 1 0 SP_EXT REAL 0 0 Parameter Bedeutung zul Wertebereich NM_PVLR Untergrenze des Ausgangswerts technischer Wertebereich outv phsikalische Einheit des Istwerts bzw dimensionslos wenn Wurzel funktion eingeschaltet ist SQRT_HR Obergrenze des Ausgangswerts technischer Wertebereich outv falls im Istwertzweig eine Wurzelfunktion eingeschaltet ist SQRT_LR Untergrenze des Ausgangswerts technischer Wertebereich outv falls im Istwertzweig eine Wurzelfunktion eingeschaltet ist SQORT_ON Wurzelfunktion einschalten TRUE FALSE Eingangsparameter SP NORM Ausgang Parameter Typ Signal Typ NM_SPEHR REAL 100 0 NM_SPELR REAL 100 0 NM_PVHR REAL 100 0 7 NM_PVLR REAL 100 0 SQRT_HR REAL 100 0 SQRT_LR REAL 0 0 SQRT_ON BOOL FALSE MP2 REAL Vorbelegung bei Neuerstellung des Instanz DB Bild 4 9 4 14 Funktionsschema und Parameter der Normierung der externen F hrungsgr e Standard PID Control ASE00204508 02 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und de PID Reglerfunktionen 4 1 4 FC Aufruf im Sollwertzweig SPFC Anwendung Durch Einf gen einer anwenderspezifischen Funktion in den Sollwertzweig ist es m glich eine extern vorgegebene F hrungsgr e vor Aufschaltung auf den Regler einer Signalbe
221. ndbeeinflussung des Stellsignals d h wenn MAN_ON LMNOP_ON oder CAS_ON TRUE wird der interne Speicherwert des Integrierers dem Wert LMNFC_IN LMN_P DISV nachgef hrt Bild 4 34 Beim Schrittregler mit Stellungsr ckmeldung PID_ES wird der Integrator auf das Ausgangssignal LMN nachgef hrt Standard PID Control A5E00204508 02 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und die PID Reglerfunktionen e integrator anhalten ber die Bin reing nge INT_HPOS und INT_HNEG kann der Integrierer in po sitive bzw negative Richtung blockiert werden Dies kann sinnvoll sein bei Re glerkaskaden Ger t z B die Stellgr e des Folgereglers in die obere Begren zung kann somit eine weitere Vergr erung der Stellgr e des F hrungsreglers durch dessen Integrator verhindert werden Sie realisieren dies durch die folgenden Anweisungen Erl uterung Folgeregler OLMN_HLM Fuehrungsregler INT_HPOS Folgeregler OLMN_LLM Fuehrungsregler INT_HNEG e Integrieren Ist der Schalter I_SEL TRUE gesetzt dann ist der Integrierbetrieb ausgehend vom Wert I_ITLVAL aktiviert Das dynamische Verhalten der Funktion wird durch den Wert der Integrationszeitkonstante TI bestimmt Im ausgeschalteten Zustand I_SEL FALSE wird der I_Anteil d h der in terne Speicher und der Ausgang LMN_ des Integrators auf Null gesetzt INT_HPOS INT_HNEG
222. nde Konventionen SP PV ER LMN DISV MAN CAS SORT ROC _INT EST ON URLM DRLM Standard PID Control A5E00204508 02 setpoint process variable error signal manipulated variable disturbance variable manual value cascade square root rate of change Q steht f r O internal value external value uprate limit downrate limit Sollwert F hrungsgr e Istwert Messwert Regelgr e Regeldifferenz Stellgr e auszugebendes analoges Stellsignal St rgr e Hand stell wert Kaskade Quadratwurzel Steigung nderungsgeschwindigkeit allgemeiner Ausgang vom Typ BOOL intern extern boolsche Gr e Schaltsignal Anstiegsbegrenzung Abstiegsbegrenzung 8 3 Technische Daten und Blockschaltbilder Sollwertzweig SP_INT SPGEN_ON RMPSK_ON SPFC_ON Sp Op ON SPEXT_ON SPROC_ON QSP_HLM gt QSP_LLM elo A o S Kaas Y Be 1 Re afo oj SP ROC o SR SPFC_OUT FC f et FAC SP SPFC_IN e IO ke sl H Sp NORM Sp ENT a NORM DEADB_ON On Kontinuierlicher Regler PID CP Ee Regeldifferenz zweig gt Q ERP_ALM gt QERP_WRN gt QERN WEN 1 QERN ALM Istwertzweig PV LAG1STON DOP ON PV_NORM SQRT_ON PVFC_ON J PV_OP gt PVFC_
223. ndhaltung voraus Marken SIMATIC SIMATIC HMI und SIMATIC NET sind Marken der SIEMENS AG Die brigen Bezeichnungen in dieser Schrift k nnen Marken sein deren Benutzung durch Dritte f r deren Zwecke die Rechte der Inhaber verletzen kann Copyright Siemens AG 1999 2003 All rights reserved Weitergabe sowie Vervielf ltigung dieser Unterlage Verwertung und Mitteilung ihres Inhalts ist nicht gestattet soweit nicht ausdr cklich zugestanden Zuwiderhandlungen verpflichten zu Schadenersatz Alle Rechte vorbehalten insbesondere f r den Fall der Patenterteilung oder GM Eintragung Siemens AG Bereich Automation and Drives Gesch ftsgebiet Industrial Automation Systems Postfach 4848 D 90327 N rnberg Haftungsausschluss Wir haben den Inhalt der Druckschrift auf bereinstimmung mit der beschriebenen Hard und Software gepr ft Dennoch k nnen Ab weichungen nicht ausgeschlossen werden so dass wir f r die voll st ndige bereinstimmung keine Gew hr bernehmen Die Anga ben in dieser Druckschrift werden regelm ig berpr ft und not wendige Korrekturen sind in den nachfolgenden Auflagen enthalten F r Verbesserungsvorschl ge sind wir dankbar Siemens AG 2003 Technische nderungen bleiben vorbehalten Siemens Aktiengesellschaft Erealence in Ser Eine ASE00204508 02 Atomen A Drims Vorwort Zweck des Handbuchs Dieses Handbuch unterst tzt Sie bei der Auswahl Konfiguration Param
224. nen f r die Parameterbe zeichnungen finden Sie ir Kapitel 8 2 Standard PID Control ASE00204508 02 9 1 Parameterlisten von Standard PID Control 9 1 Tabelle 9 1 Parameter des Funktionsbausteins PID_CP PID_CP COM_RST I SEL D_SEL MAN ON CAS_ON SELECT CYCLE CYCLE P SP_INT SP_EXT DV IN DV PER GAIN T TD TM_LAG DISV CAS SP_HLM SP_LLM LMN_HLM LMN_LLM DB_NBR SPFC_NBR PVFC_NBR LMNFCNBR MAN MAN Eingangsparameter PID_CP kontinuierlicherr Regler Parameter COM_RST Datentyp BOOL Erl uterung Neustart Initialisierungsroutine des FB wird bearbeitet zul ssiger Wertebereich Vorbele gung FALSE I SEL BOOL l Anteil einschalten TRUE D SEL BOOL D Anteil einschalten FALSE MAN_ON BOOL Handbetrieb einschalten Regelkreis aufgetrennt LMN von Hand eingest TRUE CAS_ON BOOL Kaskadenbetrieb einschalten verschaltet mit QCAS des unterla gerten Reglers FALSE 9 2 Standard PID Control A5E00204508 02 Parameterlisten von Standard PID Control Tabelle 9 1 Eingangsparameter PID_CP kontinuierlicherr Regler Fortsetzung Parameter SELECT Datentyp BYTE Erl uterung falls PULS_ON TRUE 0 PID und Pulsgenerator 1 PID Bst Aufruf im OB 1 2 Pulsgenerator Bst Aufruf in Weck alarm OB 3 PID Bst Aufruf in W
225. ng Anwendung 7 27 Bausteinstruktur 7 28 Funktionalit t 7 27 Parametrierung 7 29 Verschaltung und Aufruf 7 28 Beispiel Example6 Pulsegen Anwendung 7 30 Bausteinstruktur 7 31 Funktionalit t 7 30 Parameter des Streckenmodells 7 32 7 33 Sprungantworten des Regelkreises 7 33 Verschaltung und Aufruf 7 31 7 32 Beispiele vorkonfektionierte Anwendungen Betriebsarten Umschaltung 5 3 CG Checkliste 27 CPU Belastung CRP OUT 5 15 D Anteil Glossar 3 D mpfung 4 24 Daten pro Regler DDC DEADBAND 4 35 Parameter 4 36 DIF Parameter 4 52 Differentiationszeit TD 4 51 Differenzier Funktion 4 51 Differenzierer DIF Anlauf und Betriebsarten 4 52 Differenzierzeit gen Digitale Regelung Glossar 4 Index 1 Index Dreipunktglied 6 15 6 21 Ansprechschwelle 6 16 Dreipunktregelung Kennlinie 5 23 unsymmetrische Kennlinie 5 24 Dreipunktregler E Einsatzformen ER_ALARM 4 37 Parameter 4 38 Ersatz Streckenzeitkonstante Ermittlung 3 15 F Fahrkurve anhalten fortsetzen 4 9 projektieren 4 5 starten 4 7 Festwertregelung Glossar 5 Folgeregelung Folgeregler 2 10 F hrungsgr e Glossar 5 Anwender FC verschalten 4 15 Begrenzung des Einstellbereichs 4 19 eigene Funktion einf gen 4 15 Rampenfunktion 4 17 Steigungsbegrenzung 4 17 Verstellung ber Konfigurationswerkzeug d e ae Meldeausg nge
226. ng PID_CP f r die Regelung der F hrungsgr e des Hilfsregelkreises sowie einen Schrittregler PID_ES f r die unterlagerte Regelung der Zwischengr e PV2 Folgeregler Standard PID Control A5E00204508 02 Entwerfen von digitalen Regelungen 2 5 Struktur und Arbeitsweise von Standard PID Control Die Abtastregelung Die mit Standard PID Control realisierbaren Regler sind grunds tzlich digitale Abtastregler DDC Regler Direct Digital Control Abtastregler arbeiten zeitge steuert d h sie werden in immer gleichen Zeitabst nden der Abtastzeit CYCLE bearbeitet Die Abtastzeit bzw die H ufigkeit mit der ein bestimmter Regler bear beitet wird kann eingestellt werden Im Bild 2 8 ist der einfache Regelkreis mit dem Standard Regler dargestellt An hand des Bildes sollen die Bezeichnungen der wichtigsten Kreisgr en sowie de ren in diesem Handbuch verwendeten Parameterbezeichnungen Abk rzungen noch einmal in Erinnerung gerufen werden DESS Regelstrecke Stell Prozess glied St rgr e Regelgr e Stellgr e ne nA PV DISV LMN Vergleicher Regeldifferenz Handwert E MAN Y Regler Stellwert Algorithmus Algorithmus N Schnittstell P 5 SSES Funktionsbaustein PID_CP bzw PID_ES Abtastzeit CYCLE Bild 2 8 Abtastregler von Standard PID Control im Regelkreis Bei den Regelfunktionen die
227. nis zur Ausgleichszeit ist um so besser l sst sich der Prozess regeln Nach den Werten f r Ty und T l sst sich das Zeitverhalten von Regelstrecken grob einteilen Tu lt 0 2 min und Tg lt 2 min schneller Prozess Tu gt 0 5 min und T gt 5 min tr ger Prozess Der absolute Wert der Ausgleichszeit hat deshalb direkten Einfluss auf die Abtast zeit des Reglers je gr er Tg d h je tr ger die Prozessreaktion um so gr er kann die Abtastzeit gew hlt werden Standard PID Control A5E00204508 02 Entwerfen von digitalen Regelungen Strecke mit Ausgleich und Totzeit Viele Prozesse mit Transportvorg ngen Rohrleitungen Transportb nder usw haben ein Zeitverhalten das dem Verlauf in Bild 2 2 hnlich ist Es verstreicht eine Anlaufzeit T die sich aus der eigentlichen Totzeit und der Verzugszeit der Strecke mit Ausgleich zusammensetzt F r die Regelbarkeit ist es au erordentlich wichtigt dass T klein gegen ber Tg ist bzw das Verh ltnis TyTg lt 1 bleibt LMN 4 DLMN i PV w Es bedeutet T Totzeit Tu Verzugszeit Ta Anlaufzeit Ty T Tg Ausgleichszeit gt t m ham Bild 2 2 Sprungantwort einer Strecke mit Totzeit und Ausgleich T PT Strecke Da der Regler w hrend der Totzeit vom Geber keine Signal nderung empf ngt erfolgen seine Eingriffe zwangsl ufig versp tet und mit entsprechend verringerter Regelqualit t Bei Einsatz eines St
228. ntrol device Gesamtheit von Regler Stellger t und Aufnehmer Messeinrichtung f r die Regel gr e Regelgr e process variable PV Prozessgr e Ausgangsgr e der Regelstrecke die an den Momentanwert der F hrungsgr e angeglichen werden soll Ihr Momentanwert hei t Istwert Regelkreis control loop Mit Regelkreis bezeichnet man die Verbindung des Streckenausgangs Regel gr e mit dem Reglereingang und des Reglerausgangs Stellgr e mit dem Pro zesseingang so dass Regler und Prozess einen geschlossenen Wirkungskreis bilden Regelstrecke process unit Mit Regelstrecke bezeichnet man den Anlagenteilbereich in dem die Regelgr e von der Stellgr e beeinflusst wird z B durch Anderung der Stellenergie oder des Massenstroms LMN Sp PV E LMN gt Prozess z B PT3 gt PV Regelstrecke mit Ausgleich self regulating process Man spricht von einer Strecke mit Ausgleich wenn die Sprungantwort der Regel gr e einen station ren Endwert erreicht PT Verhalten DV IL Endwert Wendepunkt Standard PID Control A5E00204508 02 Glossar 11 Glossar Regelstrecke ohne Ausgleich not balanced process Man spricht von einer Strecke ohne Ausgleich wenn die Steigung der Regelgr e als Sprungantwort auf eine St rung oder Stellgr en nderung im Beharrungszu stand proportional zum Eingangssprung ist I Verhalten SA Einschwing Beharrungszustand
229. obalen Datenbaustein mit der Nummer DB_NBR abgelegt Tabelle 4 2 Die Ausgabe der Fahrkurve beginnt mit dem Startpunkt 0 und endet mit dem St tzpunkt NBR_PTS Betriebsarten des Zeitplangebers ber entsprechende Beeinflussung der Steuereing nge k nnen folgende Betriebs zust nde und Betriebsarten des Zeitplangebers realisiert werden Zeitplangeber einschalten f r einmaligen Durchlauf Ausgang des Zeitplangebers mit festem Wert z B SP_INT vorbelegen 4 2 3 Zyklischen Betrieb des Zeitplangebers einschalten 4 Bearbeitung des Zeitplangebers anhalten 5 Bearbeitungsschritt und zeit vorgeben die Restzeit RS_TM und die St tz punktnummer TM_SNBR werden neu definiert 6 Gesamtbearbeitungszeit und Gesamtrestzeit aktualisieren Standard PID Control A5E00204508 02 4 5 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und die PID Reglerfunktionen Betriebsarten Zur Einstellung einer gew nschten Betriebsart gilt f r die Wertigkeit der Steuerein g nge folgende Wahrheitstabelle Tabelle 4 1 Tabelle 4 1 Betriebsarten des Zeitplangebers RMP_SOAK Betriebsart RMPS K_ON DFRM P_ON RMP _HOLD CONT _ON CYC ON TUPDT _ON Ausgangssignal OUTV zeit vorgeben 1 Zeitplangeber TRUE FALSE FALSE FALSE outv t einschalten Endwert wird nach Bear beitungsende gehalten 2 Ausgang TRUE TRUE SP_INT vorbelegen oder Ausgang von SP_GEN 3 Zyklischen TRUE FALSE FALSE TRUE outv t
230. ol A5E00204508 02 9 17 Parameterlisten von Standard PID Control Tabelle 9 12 Vom Konfigurierwerkzeug benutzte statische Lokaldaten Schrittregler PID_ES Parameter Datentyp Erl uterung Vorbele gung SP_OP_ON BOOL Sollwertbedienung einschalten FALSE der Wert von SP_OP wird als Sollwert bernommen PV_OP_ON BOOL Istwertbedienung einschalten FALSE der Wert von PV_OP wird als Sollwert bernommen LMNOP_ON BOOL Stellwertbedienung einschalten FALSE der Wert von LMN_OP wird als Sollwert bernommen LMNSOPON BOOL Stellwertsignalbedienung einschalten FALSE LMNUP_OP und LMNDN_OP werden als Stellsignale ber nommen LMNUP_OP BOOL Stellwertsignal Hoch FALSE LMNDN_OP BOOL Stellwertsignal Tief FALSE LMNRS_ON BOOL Simulation der Stellungsr ckmeldung einschalten FALSE SP_OP REAL Sollwertbedienung am Konfigurierwerkzeug 0 0 PV_OP REAL Istwertbedienung am Konfigurierwerkzeug 0 0 LMN_OP REAL Stellwertbedienung am Konfigurierwerkzeug 0 0 LMNRSVAL REAL Startwert der simulierten Stellungsr ckmeldung 0 0 LMNR_SIM REAL Aktueller Wert der simulierten Stellungsr ckmeldung 0 0 MP1 REAL Messpunkt 1 Interner Sollwert 0 0 MP2 REAL Messpunkt 2 Externer Sollwert 0 0 MP3 REAL Messpunkt 3 UnbegrenzterSollwert 0 0 MP4 REAL Messpunkt 4 Istwert von der Peripheriebaugruppe 0 0 MP5 REAL Messpunkt 5 Istwert nach dem Verz gerungsglied 1 Ordnung 0 0 MP6 REAL Messpunkt 6 Wirks
231. onfigurationswerkzeug genannt e Dieses Handbuch ist ein eigenst ndiges Produkt und beschreibt sowohl das Produkt Standard PID Control FB als auch das Konfigurationswerkzeug Stan dard PID Control Tool Das Softwarepaket Standard PID Control Das Softwarepaket Standard PID Control bietet ein umfassendes Konzept zur Realisierung von Regelfunktionen in den Automatisierungssystemen SIMATIC S7 Der Regler ist in seinem vollen Leistungsumfang und mit allen Eigenschaften zur Signalverarbeitung fertig programmiert Zur Anpassung einer Regelung an Ihre Prozessgegebenheiten m ssen Sie lediglich gew nschte Teilfunktionen innerhalb dieser maximalen Funktionalit t ausw hlen Der Projektierungsaufwand schrumpft also auf das Weglassen Ausblenden nicht ben tigter Funktionen zusammen Bei diesen Arbeiten werden Sie durch das Konfigurationswerkzeug unterst tzt Wegen der auf die Wahl evtl auch Erg nzung von Grundfunktionen beschr nk ten Konfigurierm glichkeiten ist das Konzept von Standard PID Control leicht be herrschbar Auch der Anwender mit durchschnittlichen regelungstechnischen Kenntnissen ist in der Lage in kurzer Zeit eine qualitativ hochwertige Regelung zu erstellen Standard PID Control IV A5E00204508 02 Vorwort Wegweiser Leserkreis Das vorliegende Handbuch ist nach folgenden Themenbereichen gegliedert e Kapitel 1 gibt Ihnen eine bersicht ber Standard PID Control e Kapitel 2 zeigt
232. parametrierte Abtastzeit schon abgelaufen ist Falls diese Abtastzeit abgelaufen ist beschreibt der FB die Variable QC_ACT im In stanz DB mit dem Wert TRUE Beim Aufruf des FB PID_CP mit SELECT 1 erfolgt die Bewertung der Varia blen QC_ACT im Instanz DB Wenn QC_ACT den Wert FALSE hat wird der Baustein sofort wieder beendet er hat also nur eine sehr kleine Laufzeit ben tigt Wenn QC_ACT den Wert TRUE hat wird der Regelungsteil einmalig durchlaufen und anschlie end setzt der FBQC_ACT wieder zur ck Diese Vorgehensweise bewirkt dass die Abtastzeit f r die Regelungsfunktion des FB PID_CP nicht exakt eingehalten werden kann Sie schwankt um die Laufzeit des OB 1 einschlie lich aller Unterbrechungen Dieses Verfahren ist daher nur geeignet wenn die Laufzeit des OB 1 klein ist gegen ber der Abtast zeit CYCLE Regelungsfunktion in langsamem Impulsausgabe in schnellem Weckalarm OB Beim Aufruf des FB PID_CP mit SELECT 2 erfolgt grunds tzlich die Be rechnung der Impulsausgabe Beim Aufruf des FB PID_CP mit SELECT 3 erfolgt stets die Bearbeitung des Regelungsteils Standard PID Control ASE00204508 02 5 21 Der kontinuierliche Regler PID_CP Hinweis Damit der Aufruf des FB PID_CP mit seinen vielen Formaloperanden nicht zwei mal ausprogrammiert werden muss empfiehlt es sich diesen einmalig in einer FC zu programmieren die als Eingangsparameter ebenfalls einen Parameter SE
233. r Parameter Typ LMNRC_ON BOOL FALSE inv REAL LMN_URLM REAL 10 0 LMN DRLM REAL 10 0 Vorbelegung bei Neuerstellung des Instanz DB Bild 5 7 Funktionsschema und Parameter der Begrenzung der Stellgr en nderungsgeschwindigkeit Standard PID Control A5E00204508 02 Der kontinuierliche Regler PID_CP 5 2 5 Begrenzung des Absolutwertes der Stellgr e LMNLIMIT Anwendung Der Arbeitsbereich d h der Bereich in dem sich das Stellglied im Rahmen zul s siger Stellwerte bewegen kann wird vom Einstellbereich der Stellwertes bestimmt Da sich abh ngig von der Art des Stellgliedes die Grenzen f r erlaubte Stellwerte meist nicht mit der 0 oder der 100 Grenze des Stellbereiches decken sind oft weitere Bereichseinschr nkungen erforderlich Um im jeweiligen Prozess unzul ssige Zust nde zu vermeiden wird im Stellwert zweig der Regelung der Einstellbereich f r die Stellgr e nach oben und unten begrenzt Die Funktion LMNLIMIT Die Funktion LMNLIMIT begrenzt die Stellgr e LMN t auf den vorgebbaren un teren und oberen Wert LMN_HLM und LMN_LLM Die Eingangsgr e inv muss jedoch au erhalb dieser Begrenzungen liegen Da die Funktion nicht abgeschaltet werden kann muss bei der Konfiguration immer die Angabe einer Unter und Obergrenze ber cksichtigt werden Die Zahlenwerte der Grenzen in Prozent werden an den Eingangsparametern f r die untere und obere Begrenzung eingestellt
234. r ckmeldung 2 22 6 3 Regelfunktionen 6 1 Struktur 6 5 Schrittregler Example1 Bausteinstruktur 7 11 Standard PID Control A5E00204508 02 Index Schrittregler ohne Stellungsr ckmeldung Betriebsarten 6 19 Erzeugung der Stellsignale 6 20 Parameter der Stellgr enverarbeitung Signalverarbeitung der Stellgr e 6 18 Struktur und Funktion 6 18 Signalanpassung Signalflussplan Glossar 13 Signalflusspl ne 2 15 Zeichen und Symbole 2 15 Signalverarbeitung analoge Stellgr e 2 20 bin re Stellsignale 6 14 F hrungsgr e 2 16 im Istwertzweig 4 22 im Sollwertzweig 4 1 Kontinuierlicher Regler 4 46 PID Regler 2 19 Regeldifferenz 4 35 Regelgr e 2 17 Stellgr e des Schrittreglers 6 5 Stelllgr e des kontinuierlichen Reglers Stellungsr ckmeldung 6 11 Stellwert des Schrittreglers 2 21 Signalwandlung internes Format gt Periphe rieformat 5 15 Simulation der Stellungsr ckmeldung 6 23 Softwareumgebung Sollwert Glossar 13 anwenderspezifische Funktion FC 4 15 Begrenzung absolut 4 19 Begrenzung der Anderungsgeschwindigkeit Umschalten auf Konfigurationswerkzeug 14 21 Sollwert Generator 4 1 Anlauf und Betriebsweise 4 2 Parameter 4 3 Verstellbereich 4 1 Verstellgeschwindigkeit 4 1 Sollwertbegrenzung Funktionsweise 4 20 Sollwertgenerator Sollwertnormierung 4 12 Sp GEN 41 SP_LIMIT 4 19 Parameter 4 20 Parameter 4 18
235. raden Technischer Wertebereich dimen am Eingang der Stellungsr ckmel sionslos dung LMNR_PER LMNR_OFF Nullpunkt der LMNR Normierungs 100 0 bis 100 0 geraden Standard PID Control A5E00204508 02 Der Schrittregler PID_ES Eingangsparameter LMNR_CRP LMNRNORM Ausgangsparameter Parameter Typ Signal Typ LMNRP_ON BOOL FALSE LMNR_IN REAL 0 0 Y 0 gt LMNR REAL LMNR_PER WORD W 16 0000 LMNR_FAC REAL 1 0 LMNR_OFF REAL 0 0 Vorbelegung bei Neuerstellung des Instanz DB Bild 6 9 Funktionsschema und Parameter der Peripheriewert Umformung f r die Stellungsr ckmeldung Standard PID Control A5E00204508 02 6 13 Der Schrittregler PID_ES 6 2 5 Erzeugung der Stellsignale QALMNUP QLMNDN Signalverarbeitung Die Differenz zwischen Stellwert LMN und Stellungsr ckmeldung LMNR wird auf das Dreipunktglied mit Hysterese THREE_ST geschaltet Der nachgeschaltete Im pulsformer PULSEOUT sorgt daf rt dass eine Mindestimpuls und Mindestpau sendauer eingehalten wird um die Stellglieder zu schonen Bild 6 10 Ein An sprechen der Endlagenschalter des Stellgliedes LMNR_HS LMNR_LS verursacht eine Sperrung des betreffenden Ausgangs Auch bei Handbet tigung der bin ren Ausgangssignale LMNS_ON TRUE oder LMNSOPON TRUE werden die Mindestimpulszeit PULSE_
236. rationen Die Parameter des Streckenmodells Die Parameter des Reglerbausteins PID CP und ihre Bedeutung sind in Kapitel 6 beschrieben Die Parameter des Streckenbausteins PROC_CP sind in der folgen den Tabelle aufgelistet Tabelle 7 10 Parameter des Streckenbausteins PROC_CP DB 100 FB 100 Parameter Typ Wertebereich Beschreibung DISV REAL St rgr e GAIN REAL Streckenverst rkungsfaktor TM LAG TIME gt CYCLE 2 Verz gerungszeit 1 TM_LAG2 TIME gt CYCLE 2 Verz gerungszeit 2 TM_LAG3 TIME gt CYCLE 2 Verz gerungszeit 3 POS_P BOOL Positiver Impuls NEG_P BOOL Negativer Impuls COM_RST BOOL Neustart CYCLE TIME gt 1ms Abtastzeit OUTV REAL Ausgangsgr e Verschaltung und Aufruf von Example6 Wie der kontinuierliche Regler ber die Funktion FC 100 intern mit dem Strecken modell zu einem Regelkreis verschaltet ist geht aus Bild 7 28 hervor Eingang APP_Pulsegen FC 100 Ausgang CE Ir PPCONTROL PID_CP PROCESS PROC_CP DB101 FB1 DB100 FB100 COM RST 7 COM RST gt CYCLE P gt CYCLE PV IN QPOS P gt POS P OUTV QNEG P NEG P Bild 7 28 Verschaltung und Aufruf der FC 100 APP_Pulsegen 7 32 Standard PID Control ASE00204508 02 Regleraufrufverteiler und Beispiele f r Reglerkonfigu
237. rationen Parameter der Modellregelstrecke f r kontinuierliche Regler Bild 7 29 zeigt das Funktionsschema und die Parameter der Regelstrecke Bei Neustart bzw Wiederanlauf verh lt sich die Regelung wie in Kapitel 3 5 be schrieben Eingangsparameter Ausgangsparameter PROC_CP FB 100 A Parameter Typ Signal Typ COM_RST BOOL FALSE CYCLE TIME THs GAIN REAL 0 0 DISV REAL 0 0 POS_P BOOL FALSE OUTV REAL 0 0 NEG_P BOOL FALSE U TN LAG TIME T 10s TM_LAG2 TIME T 10s TM_LAG3 TIME T 10s Vorbelegung bei Neuerstellung des Instanz DB Bild 7 29 Funktionsschema und Parameter des Streckenmodells PROC_CP Parameter und Sprungantwort Anhand einer konkreten Parametrierung eines kontinuierlichen Reglers mit PID Wirkung wird die Reaktion eines Regelkreises mit simulierter PT Regelstrecke 3 Ordnung gezeigt Die eingestellten Streckenparameter mit jeweils 10 s Verz ge rungszeit realisieren eine schnellere Regelstrecke als es bei einer Temperaturre gelung in der Praxis entspricht Anhand der relativ schnellen Strecke l sst sich je doch die Funktion des Reglers schneller testen Durch nderung der Verz gerungszeitkonstanten kann die Eigenschaft der simulierten Strecke jedoch einfach an eine reale Regelstrecke angen hert werden Das Kurvendiagramm Konfigurationswerkzeug zeigt das bergangs und Ein
238. rbilder im folgenden Abschnitt enthalten Einzelheiten mit Parameter bezeichnungen und Struktur bzw Betriebsartenschaltern siehe Kapitel 2 6 e Eine genaue Darstellung des gesamten Signalflusses im kontinuierlichen Regler und im Schrittregler finden Sie in den Blockschaltbildern im Kapitel 8 2 Standard PID Control 2 12 A5E00204508 02 Entwerfen von digitalen Regelungen Interner Istwert Istwert Normierung Quadratwurzel Bildung F Anwender Funktion FC Istwert Uberwachung Istwertsteigungs berwachung Istwert Peripherie TART J Sollwert Eingang Steigung Sollwert Regeldifferenz Uberwachung PID Regler Sollwert Generator Zeitplangeber r Anwender Funktion FC L J Begrenzung der Begrenzung Externer Sollwert Sollwert Normierung ri Hand Eingang Handwert Generator LMN F Anwender Funktion rc L J Begrenzung der Steigung Stellwert Begrenzung Impulsformer Impulsausg nge Stellwert Normierung Stellwert Ausgang Format Wandlung Peripherie Ausgang Bild 2 9 Standard PID Control A5E00204508 02 Funktionskette von Standard PID Control kontinuierlicher Regler 2 13 Entwerfen von digitalen Regelungen Hand Eingang Handwert Generator 4
239. rd PID Control A Literaturverzeichnis Gl ssar EE Glossar 1 Je EE Inder Standard PID Control A5E00204508 02 xi Standard PID Control A5E00204508 02 Produkt bersicht Standard PID Control 1 1 1 Das Produkt Standard PID Control Konzept von Standard PID Control Das Softwareprodukt Standard PID Control besteht im Wesentlichen aus zwei Funktionsbausteinen FBs in denen die Algorithmen zur Bildung der Regel und Signalverarbeitungs Funktionen f r kontinuierliche bzw f r Schrittregler enthalten sind Es handelt sich also um eine reine Softwareregelung bei der ein Standard Funktionsbaustein die komplette Funktionalit t des Reglers verk rpert Das Verhalten des Reglers selbst und die Eigenschaften der Funktionen im Mess und Stellkanal werden durch die numerischen Algorithmen des Funktionsbausteins realisiert bzw nachgebildet Die f r diese zyklischen Berechnungen ben tigten Da ten sind in regelkreisspezifischen Datenbausteinen hinterlegt Zur Erzeugung meh rerer Regler wird ein FB nur einmal ben tigt Jeder Regler wird durch einen Instanz DB repr sentiert welcher applikationsab h ngig zu erstellen ist Bei Nutzung des Werkzeugs Standard PID Control Tool geschieht diese DB Erstellung implizit Das bedeutet die Auslegung eines spezifi schen Reglers beschr nkt sich auf das Festlegen der Struktur und Wertparameter in den Bearbeitungsfenstern der Bedienoberfl che Der Instanz DB wird vom Kon
240. rden vor der Reglerbearbei tung normiert auf den Bereich O bis 100 gem folgenden Formeln e bei ausgeschalteter Wurzelfunktion SQRT_ON FALSE ERopormiert ER 100 0 NM_PVHR NM_PVLR PVnormiert PV NM_PVLR 100 0 NM_PVHR NM_PVLR e bei eingeschalteter Wurzelfunktion SQRT_ON TRUE ERnormiert ER 100 0 SQRT_HR SORT_LR PVnormiert PV SQRT_LR 100 0 SQRT_HR SQRT_LR Diese Normierung wird durchgef hrt damit der Verst rkungsfaktor GAIN des PID Reglers dimensionslos eingegeben werden kann Bei einer nderung der Ober und Untergrenze des Physikalischen Messbereichs z B von bar auf mbar muss somit der Verst rkungsfaktor nicht ge ndert werden Die normierten Eingangsgr en ERnormiert Und PVnormiert sind nicht beobachtbar Funktionsschema des Schrittreglers mit Stellungsr ckmeldung im Regelkreis Die Arbeitsweise des Schrittreglers mit Stellungsr ckmeldung basiert auf dem PID Regelalgorithmus und wird um die Funktionsglieder zur Erzeugung der bin ren Ausgangssignale aus dem analogen Stellsignal des Reglers Bild 6 1 erg nzt Das Dreipunktglied formt dabei Abweichungen zwischen Stellgr e und Stellungs r ckmeldung je nach Vorzeichen in positive oder negative Impulse des Ausgangs signals um die z B auf einen motorischen Ventilantrieb gegeben werden Prak tisch handelt es sich dabei um eine Kaskadenregelung mit einem unterlagerten Stellungsregelkreis
241. ren und Inbetriebsetzen von Standard PID Control Stellsignal und Reglerbausteine Der Zusammenhang zwischen Signalform der Stellgr e Art der Regelung und zu deren Realisierung erforderlicher Konfiguration der Reglerbausteine ist in Tabelle 3 1 zusammengefasst Tabelle 3 1 Stellgr e Art der Regelung und erforderliche Regler Bausteine Signalform der Stellgr e Wertebereich Art der Regelung Reglerstruktur proportional Gleitpunkt 0 0 bis 100 0 kontinuierlich PID_CP bzw Peripheriebereich impulsdauermoduliert bipolar bzw unipolar Dreipunkt Zwei PID_CP PULSEGEN bei 2 Pkt Regelung Aus positiver Ausgang TRUE Punkt Regelung g nge alternierend negativer Ausgang FALSE dreipunkt schaltend Auf 0 Ab Schrittregelung PID_ES LMNR_ON FALSE dreipunkt schaltend Auf 0 Ab Schrittregelung PID_ES Stellungsr ckmeldesignal 0 bis 100 oder Periphe Mit Stellungsr ck LMNR_ON TRUE riebereich meldung Mit den vorstehenden Erl uterungen besitzen Sie nunmehr alle Informationen um f r Ihren konkreten Fall eine geeignete Konfiguration von Standard PID Control auszuw hlen Auf welcher Basis Sie das am besten machen und wie Sie interne Funktionen aktivieren und dimensionieren beschreibt der folgenden Abschnitt St ndig aktivierte nicht abschaltbare Funktionen 3 6 Die Funktionen zur berwachung und Begrenzung der Signale in den Zweigen der Eingangs und Ausgangssignalverarbeitung sind immer wir
242. rieren Checkliste 222222eesne seen een 3 3 Parametrieren von Standard PID Control 3 4 Die Abtastzeit CYCLE 3 5 Das Aufrufverhalten von Standard PID Control 3 6 Wertebereiche und Signalanpassung Normierung 4 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und die PID Reglerfunktionen 4 1 Signalverarbeitung im Sollwertzweig 4 1 1 Sollwert Generator GP GEN 4 1 2 Zeitplangeber RMP_SOAK 2222222 eeen een een nn 4 1 3 Normierung des externen Sollwertes SP_NORM 4 1 4 FC Aufruf im Sollwertzweig sun sn 4 1 5 Begrenzung der Anderungsgeschwindigkeit des Sollwertes SP_ROC 4 1 6 Begrenzung des Absolutwertes der F hrungsgr e SP_LIMIT 4 1 7 Sollwertverstellung ber das Konfigurationswerkzeug 4 2 Signalverarbeitung im Istwertzweig 4 2 1 Normierung der Istwerteingabe 4 2 2 Gl ttung der Regelgr e LAG1ST 4 2 3 Bildung der Quadratwurzel SQRT 4 2 4 FC Aufruf im Istwertzweig PVFO 2222222 seen Standard PID Control ASE00204508 02 Inhaltsverzeichnis 4 2 5 berwachung des Istwertes auf Grenzwerte PV_ALARM 4 2 6 berwachung der nderungsgeschwindigkeit des Istwertes ROCALARM oriu hiinas idana ee ah en ee ein 4 32 4 2 7 Istwertverstellung ber das Konfigurationswerkzeug 4 34 4 3 Signalverarbeitung der Regeldifferenz Regelabweichung 2e2222ee seen een en nn 4 3 1 Signalfilterung durch Totzonenfunktion DEADBAND
243. rlagerten Regelkreisen als Folgeregler eingesetzt werden SP OP ON _ CAS_ON MANGN CH LMNOP ON PV2 Bild 5 13 Zweischleifige Kaskadenregelung Hinweis Die Verschaltung vom Stellwert des F hrungsreglers LMN muss immer auf den externen Sollwert SP_EXT des Folgereglers gehen Standard PID Control A5E00204508 02 5 17 Der kontinuierliche Regler PID_CP Bausteinverschaltung Nachstehendes Bild zeigt das Prinzip der Regler bzw Bausteinverschaltung in mehrschleifigen Kaskaden Regler 1 Regler 2 SP1 PV1 PID_CP LMN CAS ON CAS Regler 3 DV PID_CP SP_EXT LMN CAS_ON QCAS CAS SP PV3 PID_CP SP_EXT LMN i QCAS Bild 5 14 Verschaltung einer Kaskade mit zwei unterlagerten Regelkreisen 5 18 Standard PID Control A5E00204508 02 Der kontinuierliche Regler PID_CP 5 4 Impulsformerstufe PULSEGEN Anwendung Die Impulsformerstufe des Standard FB PID_CP generiert die Impulsausgabe eines kontinuierlichen Reglers um ber Impulse bei Standard PID Control propor tionale Stellglieder ansteuern zu k nnen Es lassen sich damit PID Zweipunkt und Dreipunktregler mit Pulsbreitenmodulation aufbauen Der Impul
244. rm OB 2 n LP_SCHED z B OB 35 DB_NBR TM_BASE COM_RST Instanz DB Regler 1 I gt PID_CP PID_ES J COM _ RST Bedingter CYCLE Bausteinaufruf Bild 3 10 Regleraufruf ber den Aufrufverteiler LP_SCHED Standard PID Control A5E00204508 02 3 17 Konfigurieren und Inbetriebsetzen von Standard PID Control 3 6 Wertebereiche und Signalanpassung Normierung Interne Zahlendarstellung Wenn die Algorithmen in den Funktionsbausteinen von Standard PID Control ab gearbeitet werden arbeitet der Prozessor mit Zahlen im Gleitpunktformat REAL Die Gleitpunktzahlen haben das Single Format nach ANSV IEEE Std 754 1985 Format DD 32 Bit Wertebereich 3 37 10 bis 8 43 10 37 und 8 43 1037 bis 3 37 1038 Dieser Zahlenbereich wird bei Parametern im Format REAL mit gesamter Werte bereich bezeichnet Zur Vermeidung von Bereichs berschreitungen bei der Verar beitung wird das als analoge physikalische Gr e anliegende Eingangssignal SP_EXT in einem eingeschr nkten Bereich als Technischer Wertebereich defi niert Techn Wertebereich 10 bis 10 Zeitbehaftete Gr en werden im Format TIME realisiert und verarbeitet Ein Zeit wert stellt eine 32 Bit breite BCD Zahl dar bei der die vier h chstwertigen Bits f r die Angabe des Zeitrasters reserviert sind Format DD 32 Bit Wertebereich 0 bis 9
245. rmeidet Flackern der berwa chungsanzeige I_ITLVAL REAL Ininitialisierungswert f r I Anteil 100 0 100 0 0 0 LMNFCOUT REAL Stellwert FC Ausgang 100 0 100 0 0 0 wird mit dem Ausgang des FC im Stell wertzweig verschaltet LMN_URLM REAL Stellwert Anstiegsbegrenzung gt 0 s 10 0 LMN_DRLM REAL Stellwert Abstiegsbegrenzung gt 0 s 10 0 LMN_FAC REAL Stellwertfaktor gesamter Wertebe 1 0 Faktor zur Anpassung des Stellwertbe reich dimensionslos reichs LMN_OFF REAL Stellwert Offset gesamter Wertebe 0 0 Nullpunkt der Stellwert Normierung reich dimensionslos DER TMP TIME Pulsgenerator Periodendauer des posi T 1s tiven Pulses PER_TM_N TIME Pulsgenerator Periodendauer des nega T 1s tiven Pulses P_B_TM_P TIME Pulsgenerator Mindestimpuls bzw Min T 50ms destpausendauer des positiven Pulses P_B_TM_N TIME Pulsgenerator Mindestimpuls bzw Min T 50ms destpausendauer des negativen Pulses RATIOFAC REAL Pulsgenerator Verh ltnisfaktor Verh lt 0 1 10 0 1 0 nis von positiver Impulsdauer und nega dimensionslos tiver Impulsdauer PHASE INT Phase vom PID Self Tuner 0 9 8 Standard PID Control A5E00204508 02 Parameterlisten von Standard PID Control Tabelle 9 5 Statische Lokaldaten PID CP Ausg nge wird mit Eingang des selbstdefinierten FC verschaltet
246. rn Sie die Strecke an die Eigen schaften des realen Prozesses an Mit Hilfe des Konfigurationswerkzeugs kann dann durch Identifikation der Modellstrecke ein Satz von geeigneten Reglerkenn daten gefunden werden Funktionen von Example1i Das Beispiel Example1 setzt sich im Wesentlichen aus den beiden Funktionsbau steinen PID_ES und PROC_S zusammen PID_ES verk rpert dabei den verwen deten Standard Regler und PROC_S simuliert eine Regelstrecke mit den Funkti onsgliedern Ventil und PT3 Bild 7 4 Dem Regler werden dabei neben der Regelgr e Informationen ber die Position des Stellgliedes und ggf erreichte An schlagsignale bermittelt DISV Sollwert Schrittregler Ba er La Istwert E PT3 Anschlagsignale Stellungsr ckmeldung Standard PID Control Regelstrecke Bild 7 4 Beispiel Example1 Regelkreis Standard PID Control 7 10 A5E00204508 02 Regleraufrufverteiler und Beispiele f r Reglerkonfigurationen Der Funktionsbaustein PROC_S bildet eine Reihenschaltung nach die aus dem integrierenden Stellglied und drei Verz gerungsgliedern 1 Ordnung besteht Bild 7 5 Zum Ausgangssignal des Stellgliedes wird immer die St rgr e DISV hinzuaddiert sodass an dieser Stelle Streckenst rungen manuell aufgeschaltet werden k nnen ber den Faktor GAIN l sst sich die statische Streckenverst r kung bestimmen Der Parameter f r die Motorstellzeit MTR_TM definiert die Zeit we
247. roportiona ler Zusammenhang zwischen Regeldifferenz und Stellgr en nderung besteht Merkmale bleibende Regeldifferenz an Totzeitstrecken nicht zu verwenden PI Regler PI algorithm Algorithmus zur Errechnung eines Ausgangssignals bei dem sich die nderung der Stellgr e zusammensetzt aus einem zur Regeldifferenz proportionalen Anteil und einem I Anteil welcher dem Wert der Regeldifferenz und der Zeit proportional ist Merkmale keine bleibende Regeldifferenz schnellere Ausregelung als beim I Regler f r viele Strecken geeignet PID Regler PID algorithm Algorithmus zur Errechnung eines Ausgangssignals das durch Multiplikation Inte gration und Differentiation aus der Regeldifferenz gebildet wird Der PID Algortith mus ist in reiner gt Parallelstruktur ausgef hrt Merkmal hohe Regelg te erreich bar solange die Totzeit der Regelstrecke nicht gr er ist als die Summe der brigen Zeitkonstanten Physikalische Normierung pysical norm Normierung Standard PID Control A5E00204508 02 Glossar 9 Glossar Prozessidentifikation process identification Die Prozessidentifikation ist eine Funktion des Konfigurationswerkzeugs welche Informationen ber das bertragungsverhalten und die Struktur des Prozesses liefert Als Ergebnis wird ein ger teunabh ngiges Prozessmodell ermittelt das den Prozess in seinem statischen und dynamischen Verhalten beschreibt Davon abge leitet werden optimale Werte f r die Re
248. rst rkung ER normiert 0 die Sprungh he der normierten Regeldifferenz TD Differentiationszeit TM_LAG Verz gerungszeit ERnormiert D PID_OUTV _ PID_OUTV m ERnormiert t gt Leen t TM_LAG GAIN E normiert O Bild 4 35 Sprungantwort des PD Reglers Standard PID Control A5E00204508 02 4 43 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und die PID Reglerfunktionen PID Regelung Beim PID Regler sind der P I und D Anteil eingeschaltet P SEL TRUE I SEL TRUE D_SEL TRUE Ein PID Regler verstellt die Ausgangsgr e PID_OUTV ber den Anteil so lange bis die Regeldifferenz ER 0 geworden ist Das gilt jedoch nur wenn die Ausgangsgr e dabei die Grenzen des Stellberei ches nicht berschreitet Werden Stellwertbegrenzungen berschritten beh lt der I Anteil den an der Grenze erreichten Wert bei Anti Reset Wind up Der PID Regler bildet die normierte Eingangsgr e ERnormiert t proportional auf das Ausgangssignal ab und addiert die durch Differentiation und Integration von ERnormiert t gebildeten Anteile dazu die nach der Trapezregel Pade N herung doppeltgenau berechnet werden Das Zeitverhalten wird durch die Differentiations zeit Vorhaltzeit TD und die Integrationszeit Nachstellzeit TI bestimmt Zur Signalgl ttung und Unterdr ckung von St rsignalen ist eine Verz gerung 1 Ordnung einstellbare Zeitkonstante TM_LAG in den Algorithmus zur Bildung des D Ant
249. rstellungen PG und Regler umgeschal tet werden Der Wert auf den zur ckgeschaltet wird MP9 kann im Anzeigefeld Regler des Kreisbildes abgelesen werden Nach Ma gabe der an LMN_ROC eingestellten Rampensteigung wird LMN danach auf diesen Wert zugef hrt Diese Bedieneingriffe wirken erst dann auf den Prozess wenn sie durch Bet tigen der Taste Genden im Kreisbild zum Automatisierungssystem bertragen werden Standard PID Control 5 16 A5E00204508 02 Der kontinuierliche Regler PID_CP 5 3 Kontinuierliche Regler in Kaskadenschaltungen Auftrennung der Reglerkaskade In einer Kaskade stehen mehrere Regler direkt miteinander in Beziehung Sie m s sen daher Vorkehrungen treffen damit nach Auftrennung der Kaskadenstruktur an einer beliebigen Stelle der Kaskadenbetrieb wieder problemlos aufgenommen wer den kann In Kaskadenregelungen wird deshalb in den unterlagerten Reglern ber eine Oder Logik aus den Zustandssignalen der Schalter im Sollwert und Stellgr enzweig ein Signal QCAS gebildet Dieses Signal bet tigt in den berlagerten Reglern ei nen Schalter der die Regler in den Nachf hrbetrieb berf hrt Die Nachf hrgr e ist dabei immer der Sollwert des unterlagerten Kreises Bild 5 13 Die Umschaltung vom Nachf hr in den Automatikbetrieb erfolgt sto frei wie bei der Hand Automatikumschaltung Der kontinuierliche Regler PID_CP kann in berlagerten Regelkreisen als F h rungsregler und in unte
250. rwertauf chaltung P Regler Strukturschalter Eingangs Parameter PV steigt gt LMN steigt GAIN pos REAL Bereich P_SEL TRUE SSES DV steigt gt LMN f llt GAIN neg REAL Bereich P Arbeitspunkt I SEL TRUE o CL ON TRUE I ITLVAL 100 0 100 0 P SEL TRUE GAIN pos neg REAL Bereich D SEL TRUE TD TIME gt CYCLE TM_LAG TIME gt CYCLE 2 P Arbeitspunkt I SEL TRUE S e LITL ON TRUE LITLWVAL 100 0 100 0 P_SEL TRUE GAIN pos neg REAL Bereich I_SEL TRUE TI TIME gt CYCLE INT_HPOS INT_HNEG TRUE Integrator blockiert LITL_ON STRUIE IITLVAL 100 0 100 0 GAIN pos neg REAL Bereich P_SEL TRUE TI TIME gt CYCLE LSEL TRUE TD TIME gt CYCLE D_SEL TRUE TM_LAG TIME gt CYCLE 2 INT_HPOS INT_HNEG TRUE Integrator blockiert LITL_ON TRUE P_SEL TRUE Ja nur HI GE I SEL TRUE D_SEL TRUE PFDB_SEL TRUE Integrator_Betrieb s o P_SEL TRUE Ja nur PID_CP I_SEL TRUE D_SEL TRUE PFDB_SEL TRUE DFDB_SEL TRUE Integrator_Betrieb s o Ja DISV_SEL TRUE I_ITLVAL 100 0 100 0 GAIN pos neg REAL Bereich TI TIME gt CYCLE GAIN pos neg REAL Bereich TI
251. s DB DB_LOOP an auf den die FC LP_SCHED zugreifen soll Nach dem Aufruf der FC LP_SCHED m ssen Sie alle zugeh rigen Regelkreis FBs bedingt aufrufen Die Bearbeitung eines Regelkreis FB soll erfolgen wenn das jeweilige ENABLE Bit im DB DB_LOOP den Wert TRUE hat Dieses Bit wurde von der FC LP_SCHED zuvor beschrieben Falls der Regelkreis FB bearbeitet wurde m ssen Sie dem ENABLE Bit nach der Bearbeitung den Wert FALSE zu weisen Beim Aufruf der Regelkreis FBs m ssen Sie deren Eingangsparameter COM_RST und CYCLE mit den Variablen COM_RSTIx und CYCLEIx des DB DB_LOOP verschalten CYCLEI x enth lt die tats chliche Abtastzeit des Regelkreises x und wird von der FC LP_SCHED bei jedem Durchlauf beschrieben Falls Sie die im Folgenden genannte Bedingung f r die Parametrierung der Variable MAN_CYCIx beachtet haben enth lt CYCLE x denselben Wert wie MAN_CYCIx Andernfalls steht in CYCLEI x der Wert der sich ergibt wenn man MAN_CYCIx auf das n ch ste ganzzahlige Vielfache von TM_BASE GLP_NBR abrundet Standard PID Control A5E00204508 02 Regleraufrufverteiler und Beispiele f r Reglerkonfigurationen Im Folgenden ist ein Beispiel zum Aufruf der FC LP_SCHED und zum bedingten Aufruf eines Regelkreis FB angegeben AWL CALL LP_SCHED TM_BASE Hier wird der Zeittakt des Weckalarms parametriert Bsp T 100ms oder CYCLE mit CYCLE Eingangsparameter des Bau
252. s Vorzeichen dieses Parameterwertes bestimmt die Wirkungs richtung des kontinuierlichen Reglers P Regelung Beim P Regler sind der l und der D Anteil abgeschaltet I_SEL und D_SEL FALSE Das bedeutet dass bei Regeldifferenz ER 0 auch das Ausgangssignal OUTV 0 ist Soll ein Arbeitspunkt 0 d h ein Zahlenwert f r das Ausgangssi gnal bei Regeldifferenz Null eingestellt werden so ist der I Zweig zu aktivieren Bild 4 31 Im I Anteil l sst sich ber entsprechende Einstellung des Initialisierungswertes I_ITLVAL ein Arbeitspunkt 0 f r den P Regler vorgeben Setzen Sie dazu die Schalter I_ITL_ON und I_SEL TRUE P_SEL 00 GAIN I_ITL_ON R ERnormiert j 1 I_ITLVAL L SEL AND LMNR_ON beim Schrittregler PID_ES Bild 4 31 P Regler mit Arbeitspunkteinstellung Die Sprungantwort des P Reglers im Zeitbereich ist PID_OUTV t I_ITLVAL GAIN ER normiert t Darin ist PID_OUTV die Stellgr e bei Automatikbetrieb des Reglers I_ITLVAL der Arbeitspunkt des P Reglers GAIN die Reglerverst rkung ER normiert t die normierte Regeldifferenz ERnormiert PID OUTV PID_OUTV t ER normiert t gt t Bild 4 32 Sprungantwort des P Reglers Standard PID Control A5E00204508 02 4 41 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und die PID Reglerfunktionen PI Regelung Beim PI Regler ist der D Anteil abgeschaltet D GEI FALSE Ein PI Regler verstellt ber d
253. s vorbele FALSE gen der Ausgang wird mit SP_INT vorbe legt CYC_ON BOOL Zyklische Wiederholung einschalten FALSE Fahrkurve wird automatisch wieder holt RMP_HOLD BOOL Zeitplangeber anhalten FALSE Ausgang des Zeiplangebers wird ein gefroren CONT_ON BOOL Zeitplan weitermachen FALSE Fahrkurve wird an n chster St tzstelle fortgesetzt TUPDT_ON BOOL Gesamtzeit neu berechnen FALSE Gesamtzeit der Fahrkurve wird neu berechnet SPFC_ON BOOL Sollwert FC aufrufen FALSE SPROC_ON BOOL Rampenfunktion einschalten FALSE Begrenz der Anderungsgeschwindig keit von SP PVPER_ON BOOL Istwert von Peripherie einschalten FALSE Verschaltung mit Peripheriebaugrup pen LAG1STON BOOL Verz gerungsglied 1 Ordnung ein FALSE schalten SQORT_ON BOOL Qudratwurzelfunktion einschalten FALSE PVFC_ON BOOL Istwert FC aufrufen FALSE DEADB_ON BOOL Totzone einschalten FALSE Kleine St rungen und Rauschen wer den gefiltert P_SEL BOOL P Anteil einschalten TRUE PFDB_SEL BOOL P Anteil in R ckf hrung schalten FALSE INT_HPOS BOOL I Anteil in positiver Richtung einfrieren FALSE INT_HNEG BOOL I Anteil in negativer Richtung einfrieren FALSE 9 14 Standard PID Control A5E00204508 02 Parameterlisten von Standard PID Control Tabelle 9 10 Statische Lokaldaten PID_ES Eing nge Fortsetzung Parameter Datentyp Erl uterung zul
254. sformer Die Impulsformerstufe des Standard FB PIC_CP transformiert die Eingangs gr e Stellwert des PID Reglers am Messpunkt MP10 durch Modulation der Im pulsbreite in eine Impulsfolge mit konstanter Periodendauer die in PER_TM para metriert werden muss Die Dauer eines Impulses pro Periodendauer ist proportional der Eingangsgr e Dabei ist der durch PER_TM parametrierte Zyklus nicht identisch mit dem Bearbei tungszyklus des Impulsformers Vielmehr setzt sich ein Zyklus PER_TM aus mehreren Bearbeitungszyklen des Impulsformers zusammen wobei die Anzahl der Impulsformeraufrufe pro PER_TM Zyklus ein Ma f r die Genauigkeit der Impuls breite darstellt MP10 1001 80 50 50 30 S 0 l t QPOS_P Sr ol Ko gt t gt be CYCLE P m PER_TM Bild 5 15 Impulsbreitenmodulation Eine Eingangsgr e von 30 und 10 Aufrufe des Impulsformers pro PER_TM bedeuten also e Eins am Ausgang QPOS f r die ersten drei Aufrufe des Impulsformers 30 von 10 Aufrufen e Nu am Ausgang QPOS f r sieben weitere Aufrufe des Impulsformers 70 von 10 Aufrufen Standard PID Control A5E00204508 02 5 19 Der kontinuierliche Regler PID_CP Reglerabtastzeit CYCLE und Impulsrasterbreite CYCLE_P Wenn Sie die Impulsformerstufe eingeschaltet haben PULSE_ON TRUE dann m ssen Sie am Eingang CYCLE_P den Zeittakt des aufrufenden Weckalarm OB vorgeben
255. ssiger Wertebereich technischer Wertebereich SP_INT interner Sollwert technischer Wertebereich Eingangsparameter Ausgang SP_GEN Parameter Typ Signal Typ SPGEN_ON BOOL FALSE S SPUP BOOL FALSE SPDN BOOL FALSE w SP_HLM REAL 100 0 SP_LLM REAL 0 0 ne outv m SPFC_IN REAL 0 0 Ol 4 gt MP1 REAL 0 0 ne 0 SP_INT REAL 0 0 Vorbelegung bei Neuerstellung des Instanz DB Bild 4 2 Funktionsschema und Parameter des Sollwert Generators 4 1 2 Zeitplangeber RMP_SOAK Anwendung Falls die F hrungsgr e SP_INT selbstt tig zeitabh ngig ge ndert werden soll z B bei der Regelung von Prozessen nach einem zeitgesteuerten Temperaturpro gramm so ist dies durch Projektieren einer entsprechenden Fahrkurve und Aktivie ren des Zeitplangebers RMP_SOAK m glich Die Fahrkurve wird aus Geradenab schnitten mit max 256 St tzpunkten gebildet Standard PID Control A5E00204508 02 4 3 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und die PID Reglerfunktionen Die Funktion RMP_SOAK 4 4 Der Zeitplangeber RMP_SOAK im Sollwertzweig liefert eine nach einem definier ten Zeitplan ablaufende Funktion der Ausgangsgr e outv Bild 4 3 Gestartet wird diese Funktion durch Setzen des Eingangsbits RMPSK_ON Ist das Bit f r die zyklische Wiederholun
256. st aus der Funktion APP_2 die die Bausteine f r den Reg ler und die simulierte Strecke umfasst sowie aus den Aufrufbausteinen f r Neu start OB 100 und eine Weckalarmebene OB 35 mit 100 ms Zeittakt zusammen gesetzt Tabelle 7 4 Bausteine des Beispiels Example2 OB 100 Neustart OB OB 35 Zeitgesteuerter OB 100 ms FC 100 APP_2 Beispiel 2 FB 1 PID_CP Kontinuierlicher PID Regler FB 100 PROC_C Strecke f r kontinuierlichen Regler DB 100 PROCESS Instanz DB zu PROC_C DB 101 CONTROL Instanz DB zu PID_CP Den beiden Funktionsbausteinen Bild 7 12 sind die Instanz Datenbausteine DB 100 f r die Strecke und DB 101 f r den Regler zugeordnet OB 100 Neustart TRUE d FC 100 APP_2 COM RST L CYC AA GC pID CP PR Al OB 35 2 zeitge E steuert _T 100ms 100 ms Bild 7 12 Bausteine des Beispiels Example2 Verschaltung und Aufruf Standard PID Control A5E00204508 02 7 17 Regleraufrufverteiler und Beispiele f r Reglerkonfigurationen Die Parameter des Streckenmodells Die Parameter des Reglerbausteins PID_CP und ihre Bedeutung sind in Kapitel 6 beschrieben Die Parameter des Streckenbausteins PROC_C sind in der folgen den Tabelle aufgelistet Tabelle 7 5 Parameter des Streckenbausteins PROC_C DB 100 FB 100 Parameter Typ Werteberei
257. stallation von Standard PID Control absch tzen zu k nnen gibt es folgende Anhaltspunkte e F r eine beliebig Anzahl von Reglern muss im Anwenderspeicher der CPU der Regler FB nur einmal vorhanden sein e Pro Regler ben tigen Sie einen DB mit ca 0 5 KByte e Eckdaten f r typische Laufzeiten Bearbeitungszeiten der Bausteine bei Para metrierung gem der Vorbelegung im Regelbetrieb Bau Randbedingungen Bearbeitungszeit Bearbeitungszeit stein in ms in ms name CPU 315 2AG10 CPU 416 2XK02 PID_CP typische Randbedingungen 1 3 0 14 PID_ES ohne Stellungsr ckmeldung ty 1 5 0 16 pische Randbedingungen Arbeitsspeicher Belegung Die Gr e des erforderlichen Bereichs im Anwenderspeicher und damit die Anzahl der Regelkreise die aufgrund der verf gbaren Speicherkapazit t theoretisch instal liert werden k nnten ist folgenden Tabellen zu entnehmen Baustein Ladespeicher Arbeitsspeicher Lokaldaten name bedarf bedarf PID_CP FB 1 8956 Bytes 7796 Bytes 122 Bytes PID_ES FB 2 9104 Bytes 7982 Bytes 152 Bytes LP_SCHED FC 1 1064 Bytes 976 Bytes 20 Bytes Standard PID Control A5E00204508 02 8 1 Technische Daten und Blockschaltbilder Abtastzeit Instanz DB bzw Ladespeicherbedarf Arbeitsspeicherbedarf Globaler DB DB zu PID_CP 1168 Bytes 510 Bytes DB zu PID_ES 1124 Bytes 484 Bytes DB_LOOP 184 Bytes 100 Bytes bei 5 Regelkreisen DB_RM
258. stellwert einen Sprung durch den P und D Anteil macht Die Sprungh he entspricht der Stellgr en nderung bei einem Sollwertsprung vom aktuellen Istwert auf den aktuellen Sollwert Die anstehende Regelabweichung wird schneller ausgeregelt Dies ist z B bei Temperaturregelstrecken w n schenswert Ist jedoch der P Anteil in die R ckf hrung gelegt PFDB_SEL TRUE dann wirkt nur der Istwert auf den P Anteil Die Stellgr e macht daher wie auch bei einem Sollwertsprung bei einer Hand Automatik Umschaltung keinen Sprung durch den P Anteil die Umschaltung ist sto frei Das gleiche gilt auch f r den D Anteil falls dieser in die R ckf hrung gelegt wurde DFDB_SEL TRUE Schrittregler PID ES Der I Anteil wird im Handbetrieb so gesetzt dass das Stellglied bei der Hand Automatik Umschaltung ausgehend von der aktuellen Stellung um die Sprungh he des P Anteils verfahren wird Die Sprungh he des P Anteils entspricht der Stellgr en nderung bei einem Sollwertsprung vom aktuellen Istwert auf den aktuellen Sollwert Ist jedoch der P Anteil in die R ckf hrung gelegt PFDB_SEL TRUE dann wirkt nur der Istwert auf den P Anteil Die Stellgr e macht daher wie auch bei einem Sollwertsprung bei einer Hand Automatik Umschaltung keinen Sprung durch den P Anteil die Um schaltung ist sto frei Der D Anteil wird im Handbetrieb auf Null gesetzt und bleibt auch bei der Hand Automatik Umschaltung Null Handbetrieb Bei Ha
259. struktur Ausw hlen und Kopieren einer Bei spielkonfiguration welche der zu realisierenden Konfiguration am n chsten kommt Funktion in Standard PID Control FB PID_CP oder PID EG bzw ein Beispiel aus Example1 bis Ex ample6 oder Getting Started Erl uterungen und Bemerkungen Seng 2 Auf Basis des ausgew hlten Bei Im Blockschaltbild des Konfi Die Datenstruktur spiels den gew nschten Regler gurationswerkzeugs die Struk der zugeh rigen In durch Weglassen oder Hinzuneh turschalter setzen stanz DBs wird vom men vorkonfektionierter oder eigen oder im Instanz DB die Schalt betreffenden FB ge programmierter Funktionen konfi bits der Strukturschalter setzen liefert gurieren gt Blockschaltbilder in An hang A 3 Abtastzeit und Aufrufverhalten des Regelkreises festlegen Anlaufverhalten ber OB 100 Parameter COM_RST festlegen Abtastzeit und Aufrufebene be Parameter CYCLE Kap 3 4 und stimmen ggf das Zeitraster des Organisationsbautein z B OB 3 K Weckalarm OB ndern Abh ngig von der Anzahl der Aufrufverteiler LP_SCHED in den Kap 7 1 Regelkreise in der CPU den Beispielen Example3 bis Example5 Regleraufrufverteiler konfigurie enthalten ren 4 F r die Messbereichs und Null Normierung des externen Soll punkt Anpassung der Ein Aus werts SP_NORM gangssignale durch entsprechende Normierung des externen Ist
260. stwert PV durchgeschaltet Der Wert auf den zur ckgeschaltet wird MP6 kann im Anzeigefeld Heger des Kreisbildes abgelesen werden Diese Bedieneingriffe wirken jeweils erst dann auf den Prozess wenn sie durch Bet tigen der Taste Senden im Kreisbild auf das Automatisierungsger t bertra gen werden Standard PID Control 4 34 A5E00204508 02 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und die PID Reglerfunktionen 4 3 Signalverarbeitung der Regeldifferenz Regelabweichung 4 3 1 Signalfilterung durch Totzonenfunktion DEADBAND Anwendung Bei berlagerung der Regel oder der F hrungsgr e mit einem h herfrequenten St rsignal wird bei optimal eingestelltem Regler der Rauschanteil auch am Regler ausgang wirksam Dies kann z B bei hoher Verst rkung des Reglers und einge schalteter Diffenzierung starke Schwankungen der Stellgr e verursachen Wegen der vermehrten Schalth ufigkeit Schrittregler hat das einen erh hten Verschlei des Stellgliedes zur Folge Die Funktion vermindert im eingeschwungenen Zustand des Reglers den Rausch anteil im Signal der Regeldifferenz und vermindert dadurch ein unerw nschtes Os zillieren des Reglerausgangs Die Funktion DEADBAND Die Funktion DEADBAND unterdr ckt in einem einstellbaren Bereich kleine Schwankungen der Eingangsgr e um einen festgelegten Nullpunkt Au erhalb dieser Schwankungsbreite steigt bzw f llt die Regeldifferenz ER proportional zur Eingangsgr e
261. t der Fahrkurve T 0s RT_TM TIME Gesamtrestzeit Zeit bis zum Ende der Fahrkurve T 0s ER REAL Regeldifferenz 0 0 LMN_P REAL P Anteil 0 0 LMN_I REAL l Anteil 0 0 LMN_D REAL D Anteil 0 0 SPFC_IN REAL Sollwert FC Eingang 0 0 wird mit Eingang des selbstdefinierten FC verschaltet PVFC_IN REAL Istwert FC Eingang 0 0 wird mit Eingang des selbstdefinierten FC verschaltet LMNFC_IN REAL Stellwert FC Eingang 0 0 Standard PID Control ASE00204508 02 9 9 Parameterlisten von Standard PID Control Tabelle 9 6 Vom Konfigurierwerkzeug benutzte statische Lokaldaten PID_CP Parameter Datentyp Erl uterung Vorbele gung GP OP ON BOOL Sollwertbedienung einschalten FALSE der Wert von SP_OP wird als Sollwert bernommen DV OP ON BOOL Istwertbedienung einschalten FALSE der Wert von PV_OP wird als Sollwert bernommen LMNOP_ON BOOL Stellwertbedienung einschalten FALSE der Wert von LMN_OP wird als Sollwert bernommen SP_OP REAL Sollwertbedienung am Konfigurierwerkzeug 0 0 PV_OP REAL Istwertbedienung am Konfigurierwerkzeug 0 0 LMN_OP REAL Stellwertbedienung am Konfigurierwerkzeug 0 0 MP1 REAL Messpunkt 1 Interner Sollwert 0 0 MP2 REAL Messpunkt 2 Externer Sollwert 0 0 MP3 REAL Messpunkt 3 UnbegrenzterSollwert 0 0 MP4 REAL Messpunkt 4 Istwert von der Peripheriebaugruppe 0 0 MP5 REAL Messpunkt 5 Istwert nach dem Verz gerungsglied 1 Ordnung 0 0 MP6 REAL Messpunkt 6 Wirksamer Is
262. t PULSE_TM TIME 100ms Mindestimpulsdauer BREAK_TM TIME 100ms Mindestpausendauer DEADB_ON BOOL TRUE Totzone einschalten DEADB_W REAL 0 5 Totzonenbreite Regelstrecke GAIN REAL 1 5 Streckenverst rkung MTR_TM TIME 20s Motorstellzeit TM LAG TIME 10s Verz gerungszeit 1 TM_LAG2 TIME 10s Verz gerungszeit 2 TM_LAG3 TIME 10s Verz gerungszeit 3 100 7 SE Istwert LU e ee e EE DEE RE ET ET ENT ENGE a Stellungs R ckmeldung EB ae else er E E 100 I rr rr CH mT IT ER CH e 15 53 15 54 15 55 15 56 15 57 15 58 15 59 16 00 16 01 Bild 7 9 Regelkreis mit Schrittregler nach Sollwertsprung Standard PID Control A5E00204508 02 7 15 Regleraufrufverteiler und Beispiele f r Reglerkonfigurationen 7 3 Example2 Kontinuierlicher Regler mit Streckensimula tion Anwendung Das Beispiel Example2 umfasst einen kontinuierlichen Standard Regler PID_CP in Verbindung mit einer simulierten Regelstrecke die aus einem Verz gerungsglied dritter Ordnung PT3 besteht Mit Hilfe von Example2 ist es m glich auf einfache Weise einen kontinuierlichen PID Regler zu generieren und diesen in allen Eigenschaften im Offline Zusammen spiel mit einer typischen Streckenanordnung zu parametrieren und zu erproben Das Beispiel erm glicht es die Arbeitsweise und Konfiguration von Reglern mit analogem Ausgangssignal wie sie bei der Regelung von Strecken mit proportional wirkenden Stellgliedern eingesetzt werden leicht zu verstehen Es ist desha
263. t LMNRC_ON TRUE LMN_DRLM REAL gt 0 CYCLE P TIME gt 1 ms SELECT BYTE PULSE ON BOOL PULSE_ON TRUE STEP3 ON BOOL ST2BILON BOOL DER TMP TIME PER TMN TIME PB _TM_P TIME PBTMN TIME RATIOFAC REAL st ndig aktiv gt LMN_FAC REAL Bereich LMN_OFF REAL Bereich See LMNFC_ON TRUE LMNFCNBR BLOCK EC 8 MTR_TM TIME gt CYCLE PID_ES mi Stellungsr ckmeldung LMNR_ON TRUE gt PULSE TM TIME gt CYCLE BREAK_TM TIME gt CYCLE LMNRP_ON TRUE LMNR_FAC LMNR_OFF REAL Bereich 100 0 100 0 57 Handbebet t N Ja LMNUP BOOL lt gung der Bin d gt LMNS_ON TRUE LMNDN BOOL gt rausg nge_ Sr MTR_TM TIME gt CYCLE PID_ES ohne Stellungsr ckmeldung LMNR_ON FALSE e PULSE_TM TIME gt CYCLE Pa BREAK_TM TIME gt CYCLE lt 5 Ae lt Handbebe n LMNUP BOOL gung der Bin r gt Si LMNS_ON TRUE LMNDN BOOL ung Se Simulation der Stellungsr ck LMNRS_ON TRUE meldung Wird von der Optimierfunktion des Konfi gurationswerkzeugs eingeschaltet Bild 3 6 Konfiguration des Stellwertzweigs Checklisten P 8 Standard PID Control 3 12 ASE00204508 02 Konfigurieren und Inbetriebsetzen von Standard PID Control Funktion PI Regler P in R ckf hrung PID Regler PD in R ckf h rung St
264. t OB OB 35 Zeitgesteuerter OB 100 ms FC 100 APP_5 Beispiel 5 FC 1 LP_SCHED Regleraufrufverteiler FB 1 PID_CP Kontinuierlicher PID Regler FB2 PID_ES Schrittregler DB 1 DB_LOOP Glob DB f r Aufrufdaten zu LP_SCHED DB 100 CONT_C Instanz DB zu PID_CP DB 101 CONT_S Instanz DB zu PID_ES Den Funktionsbausteinen PID_CP und PID_ES sind jeweils der Instanz Datenbau stein DB 100 Bzw DB 101 zugeordnet OB 100 Neustart TRUE gt 1210Drs FC 100 APP 5 m COM RST ER E LP HED P zz OB 35 S zeitge TADE AL steuert _T 100ms 100 ms DB 1 FB2 DB LOOP PID_ES T Bild 7 23 Bausteine des Beispiels Example5 Verschaltung und Aufruf Standard PID Control 7 28 A5E00204508 02 Regleraufrufverteiler und Beispiele f r Reglerkonfigurationen Parametrierung des Beispiels Example5 Wie die Regler ber die Funktion FC 100 intern mit dem Regleraufrufverteiler und untereinander verschaltet sind geht aus Bild 7 24 hervor Bei Neustart bzw Wiederanlauf verh lt sich die Regelung wie in Kapitel 3 5 beschrieben Eingang APP_5 FC 100 Ausgang Cou per i CYCLE LP_SCHED FC 1 L COM RST
265. te der Checkliste sofern sie der Erkl rung bed rfen n her erl utert In einem graphischen Parametrierplan finden Sie die Funktionalit t von Standard PID Control mit allen Struktur und Funktionsparametern zusammengefasst An hand dieses Plans k nnen Sie f r jede Funktion feststellen welche Parameter es gibt und in welchen Bereichen sie eingestellt werden k nnen Standard PID Control A5E00204508 02 3 9 Konfigurieren und Inbetriebsetzen von Standard PID Control 3 3 Parametrieren von Standard PID Control Parametrierplan f r das Konfigurieren von Standard PID Control M chten Sie Ihre Konfiguration unmittelbar im Instanz DB festlegen dann liefern Ihnen die Parametrierpl ne eine graphische Gesamt bersicht ber die im Einzelfall auszuw hlenden Funktionen und deren Parametrierung Zur Realisierung einer konkreten Regelung verweisen wir jedoch auf das Konfi gurationswerkzeug das Ihnen die Kontrolle ber Ihre Eingaben und deren Voll st ndigkeit weitgehend abnimmt Funktion Strukturschalter Eingangs Parameter Externer Sollwert gt SPEXT_ON TRUE FAC REAL Bereich s NM_SPEHR REAL Bereich Sollwertnormierun NM_SPELR REAL Bereich NM_PVHR REAL Bereich NM_PVLR REAL Bereich Ja SPUP BOOL gt SPGEN_ON TRUE SPDN BOOL DB_NBR
266. tionswerkzeug SP Anzeige und Einstellung im Kreisbild Das Konfigurationswerkzeug hat eine eigene Schnittstelle zum Regler FB Es ist deshalb jederzeit m glich z B zu Testzwecken von einem PG PC aus auf dem das Konfigurationswerkzeug geladen ist den Sollwertzweig zu unterbrechen und eigene Sollwerte SP_OP vorzugeben Bild 4 15 SP_OP_ON PG Sp Op SP Regler Bild 4 15 Eingriff in den Sollwertzweig durch das Konfigurationswerkzeug Im Fenster des Kreisbildes steht daf r bezeichnet mit Sollwert eines der drei identischen Bedienfelder zur Verf gung Hier wird unten Regler der aktuelle am Messpunkt MP3 anliegende Sollwert ausgegeben Im Feld dar ber PG wird der Parameter SP_OP angezeigt und bedient Umschalten auf Sollwertvorgabe durch Konfigurationswerkzeug Steht der Schalter im Konfigurationswerkzeug auf PG dann wird im Regler FB das Schaltsignal des Strukturschalters SPOP_ON auf TRUE gesetzt und GP OP wird auf den Sollwert SP durchgeschaltet Ist im Sollwertzweig die Steigungsbegrenzung SP_ROGC eingeschaltet kann sto frei zwischen den Schalterstellungen PG und Regler umgeschaltet werden Der Wert auf den zur ckgeschaltet wird MP3 kann im Anzeigefeld Heger des Kreisbildes abgelesen werden Mit der an SP_ROGC eingestellten Rampen steigung wird SP danach auf diesen Wert zu gef hrt Diese Bedieneingriffe wirken jeweils erst dann auf
267. tpunkt und Weckalarm e C7 CPUs e Win AC PG PC OS OP STEP 7 e ee e ee Projektieren Parametrieren Testen Inbetriebsetzen Bedienen Beobachten CPU CP a BURN III BANANEN S7 300 400 Bild 1 3 Einsatzumgebung des SW Pakets Standard PIC Control Softwareumgebung Das Softwarepaket Standard PID Control ist f r den Einsatz in der Programm gruppe STEP 7 konzipiert Die Erstellungssoftware f r Standard Regelungen kann lokal auf einem PG PC oder aber in einem Netz auf einem zentralen Netzlaufwerk installiert werden Standard PID Control A5E00204508 02 1 5 Produkt bersicht Standard PID Control Der Systemrahmen Da es sich bei der digitalen Realisierung von Reglerfunktionen immer um rechen aufw ndige Operationen handelt Wortverarbeitung ist es wichtig sich rechtzeitig ein Bild von der Belastung der zur Verf gung stehenden CPU zu machen Daf r gibt es folgende Anhaltspunkte e Codeumfang eines Funktionsbausteins PID_CP bzw PID_ES lt 8 KByte e Daten pro Regler lt 0 5 KByte e Eckdaten f r minimale Laufzeiten Bearbeitungszeiten eines PID Reglers auf unterschiedlichen Automatisierungssystemen finden Sie in Kapitel 8 1 Technische Daten e Die Gr e des erforderlichen Bereichs im Anwenderspeicher und damit die theoretisch installierbare Anzahl d
268. twert PV 0 0 MP7 REAL Messpunkt 7 Stellwert vom PID Algorithmus 0 0 MP8 REAL Messpunkt 8 Hand Stellwert 0 0 MP9 REAL Messpunkt 9 Unbegrenzter Stellwert 0 0 MP10 REAL Messpunkt 10 Begrenzter Stellwert 0 0 9 10 Die vom Konfigurierungswerkzeug genutzten statischen Lokaldaten stehen zu Be ginn des Wertebereiches der statischen Lokaldaten Hinweis Alle anderen statischen Lokaldaten d rfen nicht beeinflusst werden Standard PID Control A5E00204508 02 Parameterlisten von Standard PID Control 9 2 Parameter des Funktionsbausteins PID_ES PID_ES COM_RST QLMNUP SEL QLMNDN D_SEL QCAS MAN_ON LMN LMNR_HS SP LMNR LS PV CYCLE SP_INT SP_EXT DV IN PV_PER GAIN T TD TM_LAG DISV LMNR_IN LMNR_PER SP_HLM SP_LLM LMN_HLM LMN_LLM DB_NBR SPFC_NBR PVFC_NBR MAN MAN Tabelle 9 7 Eingangsparameter PID_ES Schrittregler Parameter Datentyp Erl uterung zul ssiger Vorbele Wertebereich gung COM_RST BOOL Neustart FALSE Initialisierungsroutine des FB wird be arbeitet ISEL BOOL l Anteil einschalten TRUE D_SEL BOOL D Anteil einschalten FALSE MAN_ON BOOL Handbetrieb einschalten TRUE Regelkreis aufgetrennt LMN von Hand eingest LMNR_HS BOOL Oberes Anschlagsignal der Stellungs FALSE r ckmeldung LMNR_LS BOOL Unteres Anschlagsignal der Stellungs FALSE r ckmeldung Standard PID Control A5E002045
269. ungen ThrOn Einschaltschwelle ThrOff Ausschalt schwelle und nimmt dabei jeweils eine der drei m glichen Kombinationen seiner Ausgangssignale UP DOWN an Bild 6 11 UP DOWN Eingangskombination TRUE FALSE INV gt ThrOn oder INV gt ThrOff und UPa TRUE FALSE TRUE INV lt ThrOn oder INV lt Thr ff und DOWN TRUE FALSE FALSE INV lt ThrOff MP12 Ur DOWN MP12 y ThrOn DOWN Bild 6 11 Funktionsschema des Dreipunktgliedes THREE_ST Die Abschaltschwelle ThrOff muss gr er sein als die nderung der Stellungsr ck meldung nach einer Impulsdauer Dieser Wert ist abh ngig von der Stellzeit des Motors MTR_TM und wird wie folgt berechnet _ 110 _ x Ton 0 5 ram CYCLE PULSE_TM muss ein ganzzahliges Vielfaches von CYCLE sein Hinweis Eine zu gro eingestellte Motorstellzeit 10 ber der realen Stellzeit bewirkt ein st ndiges Ein und Ausschalten der Stellwertsignale QLMNUP und QLMNDN Standard PID Control A5E00204508 02 6 15 Der Schrittregler PID_ES Adaption der Ansprechschwelle ThrOn Um bei der Ausregelung gr erer Regeldifferenzen die Schalth ufigkeit zu redu zieren wird die Ansprechschwelle ThrOn w hrend des Betriebes automatisch angepasst w hrend ThrOff konstant bleibt ThrOn ist begrenzt auf i 100 _ _ Min ThrOn vrai mu MAX PULSE_TM CYCLE Max ThrOn 10 Die Adaption der Ansprechschwelle ist bei reinen P D oder PD Reg
270. ungsprozess muss einerseits die Gesamtmenge der zu mischen den Stoffe geregelt werden andererseits m ssen die Komponenten in bestimmten konstant zu haltenden Verh ltnissen bzw Prozents tzen in die Gesamtmenge ein gehen Aus diesen Forderungen ergibt sich aus der Verh ltnisregelung abgeleitet eine Regelungsstruktur in der f r jede Mischungskomponente eine Mengenregelung vorgesehen ist Deren Sollwerte werden hier nach Ma gabe der fest eingestellten Anteils bzw Verh ltnisfaktoren FAC durch die Stellgr e des Gesamtmengen reglers beeinflusst Bild 2 6 SPGM Regler GM LMN PID_CP PVGM SP1 QLMNUP Regler 1 Strecke 1 7 EN PID_ES E Komponente 1 FAC1 D SP2 QLMNUP Regler 2 gt Strecke 2 amp gt X ER h 2 pip es TONON Komponente 2 FAC2 PV2 QLMNUP X SS Regler3 gt Strecke 3 amp ee pp gs HR Komponente 3 FAC3 PV3 Automatisierungsger t Prozess Anlage Bild 2 6 Mischungsregelung f r drei Komponenten Example_4 Die Reglerstruktur f r die Mischungsregelung Example4 enth lt einen Regler mit kontinuierlichem Ausgang PID_CP f r die Regelung der Gesamtmenge GM so wie drei Schrittregler PID_ES f r die unterlagerte Regelung der Einzelkomponen ten 1 3 die sich gem den eingestellten Faktoren FAC1
271. ur ber den Messpunkt MP3 zug nglich Bild 2 12 Der Ausgangswert outv ist am Konfigurationswerkzeug nicht zug nglich siehe Bid 2 12 2 12 Die Steigungswerte pro Sekunde werden immer positiv eingegeben Parameter Rampe Bedeutung Zul Wertebereich SPURLM_P OUTV gt 0 und SP Anstiegsbegrenzung 20 techn Wertebereich s OUTV steigend im positiven Bereich SPDRLM_P OUTV gt 0 und SP Abstiegsbegrenzung 2 0 techn Wertebereich s OUTV fallend im positiven Bereich PURLM_N OUTV lt 0 und SP Anstiegsbegrenzung 2 0 techn Wertebereich s OUTV steigend im negativen Bereich SPDRLM_N OUTV lt 0 und SP Abstiegsbegrenzung 2 0 techn Wertebereich s OUTV fallend im negativen Bereich Eingangsparameter Ausgang SP_ROC 7 Parameter Typ Signal Typ SPROC_ON BOOL FALSE y gt m 0 FT outv REAL inv REAL O1 SPURLM_P REAL 10 0 SPDRLM P REAL 10 0 SPURLM_N REAL 10 0 SPDRLM_N REAL 10 0 Vorbelegung bei Neuerstellung des Instanz DB Bild 4 12 4 18 Funktionsschema und Parameter der Begrenzung der Sollwert nderungsgeschwindigkeit Standard PID Control A5E00204508 02 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und de PID Reglerfunktionen 4 1 6 Begrenzung des Absolutwertes der F hrungsgr e SP_LIMIT Anwendung Der Einstel
272. urationswerkzeug 6 2 3 Begrenzung des Absolutwertes der Stellgr e LMNLIMIT 6 2 4 Verarbeitung der Stellungsr ckmeldung LMNR_IN bzw IMN PER 6 11 6 2 5 Erzeugung der Stellsignale QLMNUP QLMNDN 22 6 14 6 3 Stellgr enverarbeitung beim Schrittregler ohne Stellungsr ckmeldung 6 18 6 4 Schrittregler in Kaskadenschaltungen 6 25 7 Regleraufrufverteiler und Beispiele f r Reglerkonfigurationen 7 1 7 1 Regleraufrufverteiler LP SCHEID 7 1 7 2 Example1 Schrittregler mit Streckensimulation 22 220 0 7 10 7 3 Example2 Kontinuierlicher Regler mit Streckensimulation 7 16 7 4 Example3 Mehrschleifige Verh ltnisregelung 7 21 7 5 Example4 Mischungsregelung 222222 s sense een nennen nen 7 24 Standard PID Control X A5E00204508 02 Inhaltsverzeichnis 7 6 Example5 Kaskadenregelung 22222 se een en 7 27 7 7 Example6 Pulsegen Kontinuierlicher Regler mit Impulsausg ngen und Streckensimulation 7 30 8 Technische Daten und Blockschaltbilder rensnenenennnen nn 8 1 Technische Daten Funktionsbausteine 8 2 Blockschaltbilder von Standard PID Control 9 Parameterlisten von Standard PID Control 9 1 Parameter des Funktionsbausteins PID Ch 9 2 9 2 Parameter des Funktionsbausteins PID EG 9 11 9 3 Parameter der Funktion LP_SCHED 2 222uccecnersanen 9 20 10 _Projektiersoftware f r Standa
273. uswirkungen auf die Bildung des Differenziereinflusses ferngehal ten Das Ma der Signald mpfung wird durch die einstellbare Zeitkonstante PV_TMLAG bestimmt Die D mpfungswirkung wird durch einen Verz gerungsalgorithmus 1 Ordnung erzielt Die bertragungsfunktion im Laplace Bereich ist outv s 1 MPA s 1 PV_TMLAG s ts Laplace Operator Die Sprungantwort im Zeit Bereich ist outv t MP4 0 1 e t PV_TMLAG Darin bedeutet MP4 0 die H he des Istwertsprungs am Eingang outv t die Ausgangsgr e PV_TMLAG die Verz gerungszeitkonstante t Zeit outv A MP4 MP4 0 I lt 1 Abweichung vom outv t station ren Wert gt Da t PV_TMLAG 5 PV_TMLAG Standard PID Control A5E00204508 02 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und de PID Reglerfunktionen Parametrier Bedingungen F r PV_TMLAG lt 0 5 CYCLE ist keine Verz gerung mehr wirksam Eine Abtastzeit CYCLE von weniger als einem F nftel der Verz gerungszeit ist erforderlich um ein dem analogen Verhalten ann hernd entsprechendes Verz ge rungsverhalten zu erzielen Parameter der Funktion LAG1ST Der Ausgangswert outv ist ein impliziter Parameter und am Konfigurationswerk zeug nur ber den Messpunkt MP5 zu beobachten Bild 2 13 Wenn LAG1STON FALSE dann ist der Peripherieeingang DV PER bzw der interne Eingang DV IN verz gerungsfrei auf den Istwertzweig durchgeschaltet
274. verarbeitung im Soll Istwertkanal und die PID Reglerfunktionen PD Regelung Beim PD Regler ist der I Anteil abgeschaltet I SEL FALSE Das bedeutet dass bei Regeldifferenz ER 0 auch das Ausgangssignal OUTV 0 ist Soll ein Arbeits punkt 0 d h ein Zahlenwert f r das Ausgangssignal bei Regeldifferenz Null ein gestellt werden so muss der I Zweig aktiviert werden Im I Anteil l sst sich ber entsprechende Einstellung des Initialisierungswertes I_ITLVAL ein Arbeitspunkt 0 f r den PD Regler vorgeben Dazu sind die Schalter _ITL_ON und GE auf TRUE zu setzen Der PD Regler bildet die Eingangsgr e ERD proportional auf das Ausgangssi gnal ab und addiert den durch Differentiation von ER t gebildeten D Anteil dazu der nach der Trapezregel Pad amp N herung doppeltgenau berechnet wird Das Zeitverhalten wird durch die Differentiationszeitkonstante Vorhaltzeit TD be stimmt Zur Signalgl ttung und Unterdr ckung von St rsignalen ist eine Verz ge rung 1 Ordnung einstellbare Zeit TM_LAG in den Algorithmus zur Bildung des D Anteils integriert Meist gen gt ein kleiner Wert f r TM_LAG um den gew nsch ten Erfolg zu erzielen Wird TM_LAG lt CYCLE 2 parametriert dann ist die Verz gerung abgeschaltet Die Sprungantwort im Zeitbereich Bild 4 35 ist TD PID_OUTV t GAIN ER ums au LA o t e mi Darin bedeutet PID_OUTV die Stellgr e bei Automatikbetrieb des Reglers GAIN die Reglerve
275. vergeht daher die Zeit TM_BASE GLP_NBR bis die erstmalige Bearbeitung s mtlicher Regelkreise abgeschlossen ist Bei der Parametrierung der gew nschten Abtastzeiten MAN_CYC x m ssen Sie daher f r jeden Regelkreis folgende Bedingung einhalten Die Abtastzeit des Regelkreises x muss ein ganzzahliges Vielfaches aus dem Pro dukt von Zeitbasis und der Anzahl der zu bearbeitenden Regler sein MAN_CYCIx GV TM_BASE GLP_NBR x 1 GLP_NBR Die tats chliche Abtastzeit CYCLEI x des Regelkreises x wird von der FC LP_SCHED bei jedem Durchlauf aus MAN_CYCIx wie folgt ermittelt e Falls Sie die obige Vorschrift eingehalten haben ist die tats chliche Abtastzeit CYCLEI x mit der von Ihnen vorgegebenen Abtastzeit MAN_CYCIx identisch e Falls Sie die obige Bedingung nicht eingehalten haben steht in CYCLEIx der Wert der sich ergibt wenn man MAN_CYCIx auf das n chste ganzzahlige Vielfache von TM_BASE GLP_NBR abrundet Beispiel f r eine Aufrufverteilung 7 6 Das folgende Beispiel zeigt die Aufrufreihenfolge von vier Regelkreisen in einem Weckalarm OB Pro Einheit der Zeitbasis TM_BASE wird maximal ein Regelkreis bearbeitet Die Aufrufreihenfolge ergibt sich aus der Reihenfolge der Regelkreisda ten im DB DB_LOOP Zee Regelkreis 1 CYCLE 1 1 TM_BASE GLP_NBR Bess Regelkreis 2 CYCLE 2 3 TM_BASE GLP_NBR Regelkreis3 _CYCLEIS 1 TM_BASE GLP_NBR Regelkreis 4 CYC
276. versorgt e die f r Sie richtigen Dokumente ber unsere Suche in Service A Support e ein Forum in welchem Anwender und Spezialisten weltweit Erfahrungen austau schen e Ihren Ansprechpartner f r Automation amp Drives vor Ort ber unsere Ansprech partner Datenbank e Informationen ber Vor Ort Service Reparaturen Ersatzteile Vieles mehr steht f r Sie unter dem Bergriff Leistungen bereit zus Standard PID Control vill A5E00204508 02 Inhaltsverzeichnis Vorwort 1 Produkt bersicht Standard PID Control nun nun Inhaltsverzeichnis z2 unumuonnun nun nun nn nn nn nn nn nn nn nn nn nn nen lix 1 1 1 1 1 1 Das Produkt Standard PID Control 1 2 Das Softwareprodukt Standard PID Control 1 3 1 3 Einsatzumgebung und Anwendungsbereich 22222220 1 5 2 Entwerfen von digitalen Regelungen srranennnennn nun nen 12 1 2 1 Prozesseigenschaften und Regelung 2 222222 e seen 2 1 2 2 Identifikation der Streckeneigenschaften 22 222220 sn een 2 5 2 3 St rgr enaufschaltung 22222eesne nennen nennen 2 7 2 4 Mehrschleifige Regelungen 2 8 2 5 Struktur und Arbeitsweise von Standard PID Control 2 11 2 6 Signalflusspl ne 2 222222 seeseeneeenee nennen nennen 3 Konfigurieren und Inbetriebsetzen von Standard PID Control 3 1 Definieren der Regelaufgabe u n2s sense een nennen 3 2 Projekt konfigu
277. wert Normierung Eingang unten 100 0 NM_PVHR REAL Istwert Normierung Ausgang oben 100 0 NM_PVLR REAL Istwert Normierung Ausgang unten 100 0 PV_TMLAG TIME Istwertverz gerungszeit gesamter Wertebe T 5s Verz gerung des PT1 Gliedes im PV reich Zweig SQRT_HR REAL Quadratwurzel Messbereich Ausgang 100 0 oben SQRT_LR REAL Quadratwurzel Messbereich Ausgang 0 0 unten PVFC_OUT REAL Istwert FC Ausgang 100 0 100 0 0 0 wird mit dem Ausgang des FC im Ist wertzweig verschaltet Standard PID Control A5E00204508 02 9 15 Parameterlisten von Standard PID Control Tabelle 9 10 Statische Lokaldaten PID_ES Eing nge Fortsetzung Parameter Datentyp Erl uterung zul ssiger Vorbele Wertebereich gung PVURLM_P REAL Istwert Anstiegsbegrenzung im positi 0 s 10 0 ven Bereich PVDRLM_P REAL Istwert Abstiegsbegrenzung im positi gt 0 Usel 10 0 ven Bereich PVURLM_N REAL Istwert Anstiegsbegrenzung im negati 20 s 10 0 ven Bereich PVDRLM_N REAL Istwert Abstiegsbegrenzung im negati 20 s 10 0 ven Bereich PV_HYS REAL Istwert Hysterese N 20 1 0 Vermeidet Flackern der berwa chungsanzeige DEADB_W REAL Totzonenbreite 0 0 100 0 1 0 bestimmt Gr e des Unempfindlich keitsbereichs ERP_ALM REAL Regeldifferenz positiver Grenzwert 0 200 0 100 0 Alarm ERP_WRN REAL Regeldifferenz positiver Grenzwert 0 200 0 90 0 Warnung ERN_WRN
278. wert PV_PER bzw PV_IN berechnet MP4 PV_PER NM_PILR x NM_PVHR NM_PVLR NM_PIHR NM_PILR NM_PVLR bzw MP4 PV_IN NM_PILR x NM_PVHR NM_PVLR NM_PIHR NM_PILR NM_PVLR Funktionsintern werden keine Werte begrenzt und eine Pr fung der Parameter findet nicht statt Falls Sie f r NM_PIHR und NM_PILR denselben Wert eingeben kann nach den obigen Formeln eine Division durch Null auftreten Dies wird im Funktionsbaustein nicht abgefangen Standard PID Control A5E00204508 02 Signalverarbeitung im Soll Istwertkanal und die PID Reglerfunktionen Normierung des Istwerts von Peripherie Die Eingabe der Ober und Untergrenze des Eingangswerts wird durch die Para metrieroberfl che unterst tzt F r Spannungs Strom und Widerstandsmessbereiche liegt die Nennbereichso bergrenze des Parameters PV_PER Peripherieeingang immer auf dezimal 27648 die Nennbereichsuntergrenze auf 0 oder 27648 Bei Tempearturbaugruppen ist die Nennbereichsobergrenze variabel Sie ist der jeweiligen Baugruppenbeschreibung zu entnehmen Parameter der Funktionen CRP_IN und PV_NORM Der Peripherieeingang PV_PER ist dann auf den Istwertzweig durchgeschaltet wenn PVPER_ON TRUE gesetzt ist Am Messpunkt MP4 kann der normierte Peripherie Istwert beobachtet werden Bild 2 13 Parameter Bedeutung Zul ssiger Wertebereich PV_PER Istwert im Peripherieformat NM_PIHR Obergrenze des Eingangswerts technischer Wertebereich
279. z gerung erster Ordnung TM_LAG vorgesehen Die Sprung funktion hat folgende Form INV 4 OUTV TD B i Geer OUT eu ag NVO ein TM_LAG Digitale Regelung Abtastregelung digital control Regler der in konstanten Zeitabst nden gt Abtastzeit einen neuen Wert der Re gelgr e Istwert erfasst und danach abh ngig vom Wert der aktuellen Regeldif ferenz einen neuen Wert f r die Stellgr e berechnet Yk Alwk Su e E i EE HA algorithmus S EI ADU x 0 p Ei Abtastung l Messf hler L_J Dreipunktregler three step controller Regler bei dem die Ausgangsgr e nur drei diskrete Zust nde annehmen kann z B heizen aus k hlen oder rechts Stillstand links gt Schrittregler Fahrkurve Zeitplangeber Standard PID Control Glossar 4 A5E00204508 02 Glossar Festwertregelung fixed setpoint control Als Festwertregelung bezeichnet man eine Regelung mit einer festen nur gele gentlich ver nderten F hrungsgr e Sie regelt im Prozess auftretende St rgr Ben aus Folgeregegelung follow up control Als Folgeregelung bezeichnet man eine Regelung bei welcher der F hrungswert laufend von au en beeinflusst wird unterlagerter Regler einer mehrschleifigen Re gelung Aufgabe des Folgereglers ist die lokale Regelgr e m glichst schnell und genau mit der F hrungsgr e zur Deckung zu bringen F hrungsgr e setpoint
280. zum Einsatz Es ist deshalb auch f r Einf hrungs bzw Schulungszwecke anwendbar Nach Ann herung der Strecke an die Eigenschaften des realen Prozesses durch entsprechende Wahl ihrer Parameter kann durch Identifikation der Modellstrecke mit Hilfe des Konfigurationswerkzeugs ein Satz von geeigneten Reglerkenndaten gefunden werden Funktionen von Example6 7 30 Das Beispiel Example6 setzt sich im Wesentlichen aus den beiden Funktionsbau steinen PID_CP FB 1 und PROC_CP FB 100 zusammen PID_CP verk rpert dabei den verwendeten Regler einschlie lich Impulsformer und PROC_CP simu liert eine Regelstrecke mit Ausgleich dritter Ordnung Bild 7 25 sp PID Real QPOS_P Regler d DV i PT3 Standard PID Control Regelstrecke Bild 7 25 Beispiel Example6 Regelkreis Der Funktionsbaustein PROC_CP bildet eine Reihenschaltung aus drei Verz ge rungsgliern 1 Ordnung nach Als Eingangssignal der Regelstrecke wir ken nicht nur die Impulseing nge POS_P und NEG_P sondern es wirkt als zus tz liches Eingangssignal die St rgr e DISV sodass an dieser Stelle Streckenst rungen manuell aufgeschaltet werden k nnen ber den Faktor GAIN l sst sich die statische Streckenverst rkung bestimmen Standard PID Control A5E00204508 02 Regleraufrufverteiler und Beispiele f r Reglerkonfigurationen QPOS_P l DISV GAIN ei gt X gt m

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