ในเครื่องปฏิกรณ์เคมี ต้องรักษาอุณหภูมิให้อยู่ภายใน +/- 0.5°C แม้ว่าจะมีปฏิกิริยาคายความร้อนและอัตราการป้อนที่แตกต่างกันก็ตาม ในคอลัมน์การกลั่น ความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์ขึ้นอยู่กับการควบคุมแรงดันที่แม่นยำผ่านสภาวะโหลดที่ผันผวน สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่การทดลองในห้องปฏิบัติการที่แปลกใหม่ เป็นข้อกำหนดประจำของโรงงานแปรรูปสมัยใหม่ ความสามารถในการรักษาตัวแปรกระบวนการที่จุดที่กำหนดภายใต้การรบกวนแบบไดนามิกคือสาระสำคัญของการควบคุมกระบวนการ และอัลกอริธึม PID (Proportional-Integral-Derivative) ยังคงเป็นวิธีการควบคุมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม แพลตฟอร์ม Siemens PLC โดยเฉพาะซีรีส์ S7-1500 และ S7-1200 มอบกรอบการทำงานที่แข็งแกร่งสำหรับการนำกลยุทธ์การควบคุม PID ที่ซับซ้อนไปปฏิบัติ ซึ่งตรงตามข้อกำหนดที่ต้องการเหล่านี้
บทความนี้จะให้การวิเคราะห์ทางเทคนิคอย่างเป็นระบบเกี่ยวกับวิธีการบมจ.ซีเมนส์จัดการการควบคุม PID ที่ซับซ้อนในโรงงานกระบวนการ การอภิปรายครอบคลุมถึงสถาปัตยกรรมอัลกอริทึม PID การจัดการวงจรการดำเนินการ วิธีการปรับแต่งพารามิเตอร์ และกลยุทธ์การควบคุมขั้นสูง เช่น การควบคุมคาสเคด การควบคุมฟีดไปข้างหน้า และการควบคุมอัตราส่วน มีการตรวจสอบการบูรณาการกับ TIA Portal และบล็อก PID เฉพาะที่มีอยู่ในไลบรารีฟังก์ชันของ Siemens ควบคู่ไปกับการพิจารณาในทางปฏิบัติสำหรับการใช้งานในโรงงานตามกระบวนการ บทความนี้ยังกล่าวถึงการเลือกประเภทตัวควบคุม PID ที่เหมาะสม การจัดการการรบกวนกระบวนการ และการนำคุณลักษณะด้านความปลอดภัยและความซ้ำซ้อนไปใช้
แพลตฟอร์ม Siemens PLC มอบชุดบล็อกควบคุม PID ที่ครอบคลุมซึ่งใช้อัลกอริธึม PID มาตรฐานพร้อมการปรับปรุงต่างๆ บล็อก PID หลักใน TIA Portal คือบล็อก PID_Compact, PID_3Step และ PID_Temp แต่ละตัวได้รับการออกแบบสำหรับแอปพลิเคชันการควบคุมเฉพาะ และมีคุณสมบัติต่างๆ เช่น การปรับแต่งอัตโนมัติ การป้องกันการหมุนวน และการปรับสเกลอินพุตและเอาท์พุตในตัว อัลกอริธึม PID หลักใน Siemens PLC เป็นไปตามรูปแบบมาตรฐาน:
เอาท์พุต = Kp × ข้อผิดพลาด + Ki × ∫ ข้อผิดพลาด dt + Kd × d(ข้อผิดพลาด)/dt
โดยที่ Kp คืออัตราขยายตามสัดส่วน Ki คืออัตราขยายแบบอินทิกรัล Kd คืออัตราขยายอนุพันธ์ และข้อผิดพลาดคือความแตกต่างระหว่างค่าเซ็ตพอยต์และตัวแปรกระบวนการ การใช้งานของ Siemens มีการปรับปรุงหลายประการ บล็อก PID_Compact จะจัดการการไล่ระดับเซ็ตพอยต์โดยอัตโนมัติ จำกัดเอาต์พุตเพื่อป้องกันความอิ่มตัวของแอคชูเอเตอร์ และมีฟังก์ชันการถ่ายโอนแบบไม่มีรอยบากในตัวที่ช่วยให้มั่นใจถึงการเปลี่ยนที่ราบรื่นเมื่อสลับระหว่างโหมดแมนนวลและโหมดอัตโนมัติ บล็อก PID_3Step ได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับแอคทูเอเตอร์ที่ใช้เอาต์พุตสามขั้นตอน (เปิด ปิด และหยุด) เช่น วาล์วแบบใช้มอเตอร์ และมีคุณสมบัติสำหรับการควบคุมตำแหน่งของวาล์ว
ตารางต่อไปนี้แสดงการเปรียบเทียบบล็อก PID หลักที่มีอยู่ใน บมจ.ซีเมนส์
| พีไอดี บล็อค | การสมัครหลัก | ประเภทเอาต์พุต | คุณสมบัติที่สำคัญ |
| PID_กระชับ | การควบคุมแบบอะนาล็อกมาตรฐาน (ความดัน, การไหล, ระดับ) | อนาล็อก (0-10V, 4-20mA) | การปรับอัตโนมัติ, การป้องกันการไขลาน, การไล่ระดับเซ็ตพอยต์, การถ่ายโอนแบบไม่มีสะดุด |
| PID_3ขั้นตอน | การวางตำแหน่งวาล์ว (วาล์วแบบมอเตอร์) | ดิจิตอล (เปิด ปิด หยุด) | การควบคุมตำแหน่งวาล์ว การชดเชยเดดแบนด์ การตรวจสอบขีดจำกัดการเคลื่อนที่ |
| PID_อุณหภูมิ | การควบคุมอุณหภูมิ (ความร้อน/ความเย็น) | อนาล็อกหรือ PWM | เอาต์พุต PWM สำหรับการทำความร้อน/ความเย็น การตรวจสอบกระแสฮีตเตอร์ |
การเลือกบล็อก PID ที่เหมาะสมจะขึ้นอยู่กับการใช้งานเฉพาะและประเภทของแอคชูเอเตอร์ที่ใช้ สำหรับการควบคุมแบบอะนาล็อกมาตรฐาน PID_Compact คือบล็อกที่ต้องการ สำหรับการควบคุมวาล์ว PID_3Step เป็นตัวเลือกที่ถูกต้อง สำหรับการควบคุมอุณหภูมิที่มีเอาท์พุตการทำความร้อนและความเย็น PID_Temp มีคุณสมบัติเฉพาะสำหรับการจัดการกระบวนการอุณหภูมิ ที่Yueyang Tongtu E-commerce Co., Ltd.ทีมเทคนิคของเราให้คำแนะนำในการเลือกและกำหนดค่าบล็อก PID ที่เหมาะสมสำหรับการใช้งาน Siemens PLC ต่างๆ
รอบการดำเนินการของอัลกอริทึม PID เป็นพารามิเตอร์สำคัญที่ส่งผลต่อความเสถียรและประสิทธิภาพของลูปควบคุม ต้องเรียกบล็อก PID เป็นระยะๆ เพื่อให้แน่ใจว่าเวลาตัวอย่างสม่ำเสมอ เวลาดำเนินการที่ผิดปกติอาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดในแง่อินทิกรัลและอนุพันธ์ นำไปสู่การควบคุมที่ไม่เสถียร PLC ของ Siemens จัดการเรื่องนี้โดยใช้การขัดจังหวะแบบวน OB (Organization Block) ที่ถูกเรียกในช่วงเวลาคงที่ บล็อก PID ถูกเรียกภายใน OB อินเตอร์รัปต์แบบวน เพื่อให้แน่ใจว่าเวลาตัวอย่างจะสม่ำเสมอ
การเลือกเวลาสุ่มตัวอย่างจะขึ้นอยู่กับไดนามิกของกระบวนการ สำหรับกระบวนการที่ช้า เช่น การควบคุมอุณหภูมิ เวลาตัวอย่าง 1 ถึง 5 วินาทีอาจเหมาะสม สำหรับกระบวนการที่รวดเร็วกว่า เช่น การควบคุมแรงดัน อาจต้องใช้เวลาในการสุ่มตัวอย่าง 0.1 ถึง 1 วินาที เวลาตัวอย่างจะต้องเร็วกว่าเวลาคงที่ของกระบวนการอย่างน้อย 10 เท่าเพื่อให้แน่ใจว่าการควบคุมมีเสถียรภาพ OB การขัดจังหวะแบบวนใน Siemens PLC ได้รับการกำหนดค่าใน TIA Portal และเวลาตัวอย่างจะถูกตั้งค่าในคุณสมบัติ OB จากนั้นบล็อก PID ใช้เวลาตัวอย่างนี้ในการคำนวณภายใน
ความสัมพันธ์ระหว่างวงจรการดำเนินการและไดนามิกของกระบวนการเป็นสิ่งสำคัญ ตารางต่อไปนี้ให้คำแนะนำทั่วไปในการเลือกเวลาตัวอย่างตามเวลาตอบสนองของกระบวนการ
| ประเภทกระบวนการ | ค่าคงที่เวลาทั่วไป | เวลาตัวอย่างที่แนะนำ | วงจรขัดจังหวะ OB |
| อุณหภูมิ (ปริมาตรมาก) | 10-60 วินาที | 1-5 วินาที | OB30 (10 เฮิรตซ์) หรือ OB32 (5 เฮิรตซ์) |
| อุณหภูมิ (ปริมาตรน้อย) | 1-10 วินาที | 0.1-1 วินาที | OB32 (5 เฮิรตซ์) หรือ OB33 (2 เฮิรตซ์) |
| ความดัน (แก๊สปริมาตรมาก) | 5-30 วินาที | 0.5-3 วินาที | OB31 (8 เฮิรตซ์) หรือ OB32 (5 เฮิรตซ์) |
| ความดัน (ของเหลว ปริมาตรน้อย) | 0.5-5 วินาที | 0.1-0.5 วินาที | OB33 (2 เฮิรตซ์) หรือ OB34 (1 เฮิรตซ์) |
| การไหล (ของเหลว) | 0.1-1 วินาที | 0.05-0.2 วินาที | OB34 (1 เฮิรตซ์) หรือ OB35 (0.5 เฮิรตซ์) |
นอกเหนือจากเวลาตัวอย่างแล้ว จะต้องจัดการรอบการดำเนินการของบล็อก PID เพื่อให้มั่นใจถึงพฤติกรรมที่กำหนดไว้ ในโรงงานกระบวนการที่ซับซ้อนซึ่งมี PID หลายลูป เวลาดำเนินการของบล็อก PID ทั้งหมดจะต้องได้รับการกำหนดเวลาเพื่อหลีกเลี่ยงความขัดแย้ง Siemens PLC S7-1500 สามารถรองรับลูป PID จำนวนมากโดยมีผลกระทบต่อวงจรการสแกนน้อยที่สุด ปัจจัยต่อไปนี้ส่งผลต่อรอบเวลาและควรพิจารณา: จำนวนบล็อก PID; ความซับซ้อนของพารามิเตอร์ PID การใช้คุณสมบัติขั้นสูง และความสามารถในการประมวลผลที่มีอยู่ ที่ Yueyang Tongtu E-commerce Co., Ltd. เราช่วยเหลือลูกค้าของเราในการกำหนดค่ารอบการดำเนินการ PID ในระบบ Siemens PLC เพื่อให้มั่นใจว่าลูปควบคุมจะดำเนินการได้อย่างน่าเชื่อถือและคาดเดาได้
ประสิทธิภาพของตัวควบคุม PID ขึ้นอยู่กับการเลือกพารามิเตอร์ Kp, Ki และ Kd ที่ถูกต้อง ต้องปรับพารามิเตอร์เหล่านี้ให้ตรงกับลักษณะของกระบวนการ Siemens PLC มีวิธีการปรับแต่งและเครื่องมือมากมายเพื่อทำให้กระบวนการปรับแต่งง่ายขึ้น เครื่องมือปรับแต่งหลักใน TIA Portal คือ PID Compact Tuner ซึ่งรวมเข้ากับสภาพแวดล้อมทางวิศวกรรม จูนเนอร์ใช้วิธีการตามโมเดลเพื่อกำหนดพารามิเตอร์ PID ที่เหมาะสมที่สุดโดยอัตโนมัติ
PID Compact Tuner ดำเนินการตามลำดับต่อไปนี้ ขั้นแรก จะใช้การทดสอบขั้นตอนกับกระบวนการ การตอบสนองของกระบวนการจะถูกบันทึกไว้ ประการที่สอง แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของกระบวนการได้มาจากการตอบสนองขั้นตอนโดยใช้แบบจำลองลำดับแรกบวกเวลาตาย (FOPDT) ประการที่สาม พารามิเตอร์ PID จะถูกคำนวณโดยใช้กฎการปรับแต่งที่กำหนดไว้ (เช่น Ziegler-Nichols หรือ Cohen-Coon) ตามแบบจำลองกระบวนการ ผู้ใช้จะแนะนำกระบวนการปรับแต่งและมีตัวเลือกสำหรับการปรับความก้าวร้าวของการควบคุม ผู้ใช้สามารถเลือกระหว่างการตอบสนองที่รวดเร็ว (อัตราขยายที่สูงขึ้น) และการตอบสนองที่เสถียร (อัตราขยายที่ต่ำกว่า)
สำหรับการใช้งานที่ต้องอัปเดตพารามิเตอร์ PID ออนไลน์ Siemens PLC รองรับการปรับแต่งตัวเองผ่านฟังก์ชัน "การปรับล่วงหน้า" ของบล็อก PID_Compact ฟังก์ชันนี้จะเริ่มลำดับการปรับแต่งโดยอัตโนมัติเมื่อเปิดใช้งานโดยผู้ใช้หรือโดยตรรกะของโปรแกรม การปรับอัตโนมัติเป็นกระบวนการหลายขั้นตอน ขั้นแรก ตัวควบคุมจะใช้การเปลี่ยนแปลงขั้นตอนเซ็ตพอยต์และบันทึกการตอบสนองของกระบวนการ ประการที่สอง ตัวควบคุมจะคำนวณพารามิเตอร์ PID ใหม่ตามการตอบสนอง กระบวนการปรับอัตโนมัติมีจุดประสงค์เพื่อการทดสอบการทำงาน และไม่แนะนำสำหรับการปรับออนไลน์อย่างต่อเนื่อง เนื่องจากจำเป็นต้องเปลี่ยนแปลงค่าที่ตั้งไว้ ตารางต่อไปนี้แสดงการเปรียบเทียบวิธีการปรับแต่งที่มีอยู่ใน บมจ.ซีเมนส์
| วิธีการปรับแต่ง | คำอธิบาย | ข้อดี | ข้อจำกัด |
| PID Compact Tuner (แบบแมนนวล) | เครื่องมือแบบโต้ตอบใน TIA Portal; ผู้ใช้ใช้การทดสอบขั้นตอนและเลือกพารามิเตอร์การปรับแต่ง | ผู้ใช้สามารถควบคุมความก้าวร้าวในการปรับแต่ง เหมาะสำหรับลูปวิกฤติ | ต้องมีการแทรกแซงจากผู้ใช้ อาจต้องมีการวนซ้ำหลายครั้ง |
| PID_Compact การปรับล่วงหน้า (อัตโนมัติ) | PLC ดำเนินการลำดับการปรับแต่งโดยอัตโนมัติ กระตุ้นโดยคำสั่งของผู้ใช้ | อัตโนมัติเต็มรูปแบบ ไม่ต้องใช้เครื่องมือทางวิศวกรรม | จำเป็นต้องเปลี่ยนขั้นตอนเซ็ตพอยต์ ไม่สามารถใช้งานได้ระหว่างการทำงานปกติ |
| การปรับพารามิเตอร์ PID ด้วยตนเอง | ผู้ใช้ปรับ Kp, Ki, Kd ด้วยตนเองระหว่างการทำงาน | ยืดหยุ่นได้; สามารถใช้สำหรับการปรับแต่งอย่างละเอียดในกระบวนการที่ซับซ้อน | ต้องใช้ประสบการณ์ อาจนำไปสู่ความไม่มั่นคงหากปรับไม่ถูกต้อง |
ในโรงงานที่มีกระบวนการที่ซับซ้อน อาจจำเป็นต้องปรับพารามิเตอร์ PID ตามสภาพการทำงาน ตัวอย่างเช่น เครื่องปฏิกรณ์เคมีอาจมีไดนามิกที่แตกต่างกันที่อัตราการป้อนต่ำ ปานกลาง และสูง ในกรณีเช่นนี้ อาจจำเป็นต้องใช้กลยุทธ์การควบคุมแบบปรับเปลี่ยนได้ Siemens PLC รองรับการปรับพารามิเตอร์ PID ผ่านตรรกะของโปรแกรม ทำให้สามารถเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ PID ตามสถานะของกระบวนการ
การควบคุม PID แบบลูปเดี่ยวพื้นฐานนั้นเพียงพอสำหรับการใช้งานจำนวนมาก แต่โรงงานกระบวนการที่ซับซ้อนมักต้องใช้กลยุทธ์การควบคุมขั้นสูงเพื่อจัดการกับลูปที่มีการโต้ตอบ โหลดที่แตกต่างกัน และความล่าช้าเป็นเวลานาน Siemens PLC รองรับกลยุทธ์การควบคุมขั้นสูงที่หลากหลายซึ่งสามารถนำไปใช้ได้โดยใช้บล็อก PID และบล็อกฟังก์ชันมาตรฐานใน TIA Portal
การควบคุมน้ำตก:นี่เป็นกลยุทธ์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการปรับปรุงการตอบสนองของกระบวนการที่มีค่าคงที่ของเวลาที่ยาวนาน มันเกี่ยวข้องกับคอนโทรลเลอร์สองตัว โดยที่เอาท์พุตของคอนโทรลเลอร์หลัก (หลัก) ถูกใช้เป็นจุดกำหนดของคอนโทรลเลอร์รอง (สเลฟ) ตัวควบคุมทาสจะจัดการกระบวนการรองที่เร็วกว่า ในขณะที่ตัวควบคุมหลักจะจัดการกระบวนการหลัก ตัวอย่างเช่น ในการใช้งานควบคุมอุณหภูมิ เครื่องปฏิกรณ์แบบแจ็คเก็ตอาจมีตัวควบคุมอุณหภูมิหลักและตัวควบคุมอุณหภูมิแจ็คเก็ตรอง ตัวควบคุมรองจะตอบสนองอย่างรวดเร็วต่อการรบกวนในการไหลของน้ำหล่อเย็น ในขณะที่ตัวควบคุมหลักจะปรับค่าที่ตั้งไว้ของตัวควบคุมรองเพื่อรักษาอุณหภูมิของเครื่องปฏิกรณ์
การควบคุมการป้อนกลับ:กลยุทธ์นี้ใช้การรบกวนที่วัดได้เพื่อปรับเอาต์พุตของตัวควบคุมในเชิงรุก ก่อนที่การรบกวนจะส่งผลต่อกระบวนการ ตัวอย่างเช่น ในคอลัมน์การกลั่น สัญญาณป้อนไปข้างหน้าจากอัตราการไหลของฟีดสามารถใช้เพื่อปรับการไหลของไอน้ำไปยังหม้อต้มซ้ำ ก่อนที่การรบกวนของฟีดจะส่งผลต่อองค์ประกอบของผลิตภัณฑ์ Siemens PLC รองรับการควบคุมฟีดฟอร์เวิร์ดผ่านการเพิ่มสัญญาณฟีดฟอร์เวิร์ดไปยังเอาต์พุตบล็อก PID สัญญาณป้อนไปข้างหน้าสามารถสร้างได้โดยบล็อกฟังก์ชันที่คำนวณการปรับที่ต้องการตามการวัดสัญญาณรบกวน
การควบคุมอัตราส่วน:กลยุทธ์นี้ใช้เพื่อรักษาอัตราส่วนเฉพาะระหว่างตัวแปรกระบวนการสองตัว ตัวอย่างเช่น ในกระบวนการที่ต้องผสมสารตั้งต้นและตัวเร่งปฏิกิริยาในอัตราส่วนเฉพาะ ตัวควบคุมอัตราส่วนช่วยให้แน่ใจว่าการไหลของตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นสัดส่วนกับการไหลของตัวทำปฏิกิริยา PLC ของ Siemens รองรับการควบคุมอัตราส่วนผ่านการใช้บล็อกตัวคูณที่ปรับขนาดการวัดการไหลหลักเพื่อสร้างค่าที่ตั้งไว้สำหรับตัวควบคุมการไหลรอง
การควบคุมแทนที่ (การควบคุมตัวเลือก):กลยุทธ์นี้ใช้เพื่อป้องกันไม่ให้ตัวแปรกระบวนการเกินขีดจำกัดที่ปลอดภัย ตัวควบคุมการแทนที่จะตรวจสอบตัวแปรกระบวนการและแทนที่ตัวควบคุมหลักเมื่อตัวแปรเข้าใกล้ขีดจำกัด ตัวอย่างเช่น ในเครื่องปฏิกรณ์ ตัวควบคุมอุณหภูมิสามารถลดอัตราการป้อนเพื่อป้องกันไม่ให้อุณหภูมิเกินขีดจำกัดการทำงานที่ปลอดภัย Siemens PLC รองรับการควบคุมแบบแทนที่ผ่านการใช้ตัวเปรียบเทียบและบล็อกตัวเลือกที่เลือกสัญญาณควบคุมที่เหมาะสม
ตารางด้านล่างสรุปกลยุทธ์การควบคุมขั้นสูงที่ Siemens PLC รองรับ
| กลยุทธ์การควบคุม | การสมัครหลัก | คุณสมบัติสำคัญของ PLC ของ Siemens |
| การควบคุมน้ำตก | กระบวนการที่มีค่าคงที่เวลานาน (อุณหภูมิ, ระดับ) | บล็อก PID สองบล็อก บล็อกหนึ่งขับเคลื่อนอีกบล็อกหนึ่ง เอาต์พุตของมาสเตอร์คือเซ็ตพอยต์ของทาส |
| การควบคุมการป้อนกลับ | กระบวนการที่มีการรบกวนที่วัดได้ (การไหล องค์ประกอบ) | เพิ่มสัญญาณป้อนเข้าไปยังเอาต์พุต PID; การวัดสัญญาณรบกวนที่ประมวลผลโดยบล็อกฟังก์ชัน |
| การควบคุมอัตราส่วน | กระบวนการที่ต้องผสมสตรีมสองรายการในอัตราส่วนคงที่ | บล็อกตัวคูณจะปรับขนาดโฟลว์หลักเพื่อสร้างเซ็ตพอยต์สำหรับโฟลว์รอง |
| แทนที่การควบคุม | กระบวนการที่มีขีดจำกัดด้านความปลอดภัย (อุณหภูมิ ความดัน) | บล็อกเปรียบเทียบและบล็อกตัวเลือกจะเลือกสัญญาณควบคุมที่เหมาะสมเพื่อรักษาความปลอดภัย |
ที่ Yueyang Tongtu E-commerce Co., Ltd. เรามีประสบการณ์มากมายในการใช้กลยุทธ์การควบคุมขั้นสูงเหล่านี้ในระบบ Siemens PLC ทีมเทคนิคของเราสามารถช่วยในการออกแบบและกำหนดค่าโซลูชันการควบคุมที่ซับซ้อนสำหรับการใช้งานในโรงงานตามกระบวนการได้
การนำการควบคุม PID ไปใช้ในโรงงานกระบวนการเกี่ยวข้องกับการพิจารณาเชิงปฏิบัติที่นอกเหนือไปจากการกำหนดค่าพื้นฐานของบล็อก PID ข้อควรพิจารณาเหล่านี้รวมถึงการปรับสภาพสัญญาณ การเลือกแอคชูเอเตอร์ การกรองสัญญาณรบกวน และการใช้งานด้านความปลอดภัย Siemens PLC มีคุณสมบัติเพื่อตอบสนองความต้องการในทางปฏิบัติเหล่านี้
การปรับสภาพสัญญาณและการปรับขนาด:ตัวแปรกระบวนการ (PV) และเซ็ตพอยต์ (SP) จะต้องได้รับการปรับขนาดให้เป็นหน่วยทางวิศวกรรมที่เหมาะสม PLC ของ Siemens มีฟังก์ชันการปรับขนาด (SCALE_X และ NORM_X) ที่แปลงสัญญาณอินพุตอะนาล็อกดิบจากเซ็นเซอร์ (เช่น 4-20mA หรือ 0-10V) เป็นหน่วยทางวิศวกรรม (เช่น °C, บาร์, m³/h) บล็อก PID ใช้หน่วยทางวิศวกรรม ซึ่งช่วยให้การตีความพารามิเตอร์ PID และการตรวจสอบกระบวนการง่ายขึ้น ควรกำหนดค่ามาตราส่วนเพื่อให้ตัวแปรกระบวนการอยู่ในช่วงตั้งแต่ 0 ถึง 100% ของช่วงกระบวนการ เพื่อให้แน่ใจว่าพารามิเตอร์ PID มีความสอดคล้องกันและสามารถนำไปใช้กับช่วงกระบวนการต่างๆ ได้
การเลือกและลักษณะตัวกระตุ้น:แอคชูเอเตอร์ (วาล์ว ปั๊ม ฮีตเตอร์) เป็นส่วนประกอบสำคัญของลูปควบคุม บล็อก PID จะต้องตรงกับประเภทแอคชูเอเตอร์ สำหรับวาล์วควบคุมที่มีลักษณะเชิงเส้น เอาต์พุต PID เชิงเส้นมีความเหมาะสม สำหรับวาล์วที่มีลักษณะไม่เชิงเส้น อาจจำเป็นต้องใช้บล็อก PID ที่มีเส้นโค้งเอาต์พุตที่ปรับเปลี่ยน บล็อก PID ของ PLC ของ Siemens อนุญาตให้ผู้ใช้เลือกประเภทเอาต์พุตและช่วง เพื่อให้มั่นใจว่าสามารถใช้งานร่วมกับแอคชูเอเตอร์ได้ สำหรับการใช้งานกับวาล์วแบบมอเตอร์ บล็อก PID_3Step ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้สัญญาณควบคุมเฉพาะสำหรับแอคชูเอเตอร์ของวาล์ว
การกรองสัญญาณรบกวน:สัญญาณตัวแปรกระบวนการจากเซนเซอร์อาจมีเสียงรบกวน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานที่มีการรบกวนความถี่สูง หรือเมื่อใช้เซนเซอร์ที่ไวต่อการรบกวน Siemens PLC รองรับการกรองตัวแปรกระบวนการผ่านบล็อกตัวกรองหรือผ่านการกรองภายในในบล็อก PID บล็อก PID มีพารามิเตอร์การปรับให้เรียบที่สามารถปรับเพื่อลดสัญญาณรบกวนในสัญญาณ PV ควรใช้การกรองเพื่อกำจัดสัญญาณรบกวนความถี่สูงโดยไม่เพิ่มการหน่วงเฟสมากเกินไป
ตารางต่อไปนี้สรุปข้อควรพิจารณาเชิงปฏิบัติที่สำคัญสำหรับการควบคุม PID ในโรงงานกระบวนการ:
| การพิจารณา | คำอธิบาย | การดำเนินการใน บมจ.ซีเมนส์ |
| การปรับขนาดสัญญาณ | แปลงสัญญาณอะนาล็อกดิบเป็นหน่วยทางวิศวกรรม | ฟังก์ชัน SCALE_X และ NORM_X; กำหนดช่วง PV ในบล็อก PID |
| การจับคู่ตัวกระตุ้น | เลือกบล็อก PID เพื่อให้ตรงกับประเภทแอคชูเอเตอร์ | PID_Compact สำหรับเอาต์พุตแบบอะนาล็อก PID_3ขั้นตอนสำหรับการควบคุมวาล์ว; PID_Temp สำหรับอุณหภูมิ |
| การกรองสัญญาณรบกวน | ลดสัญญาณรบกวนในสัญญาณ PV | พารามิเตอร์การปรับให้เรียบภายในในบล็อก PID หรือฟังก์ชันตัวกรองภายนอก |
| การทำงานที่ไม่ปลอดภัย | ตรวจสอบพฤติกรรมที่ปลอดภัยในกรณีที่เซ็นเซอร์ขัดข้อง | กำหนดค่าบล็อก PID เพื่อตั้งค่าเอาท์พุตที่ปลอดภัยเมื่อตรวจพบข้อผิดพลาด |
| ความซ้ำซ้อน | จัดเตรียมความซ้ำซ้อนสำหรับลูปวิกฤติ | บล็อก PID สองบล็อกพร้อมสวิตช์โอเวอร์ การกำหนดค่า I/O ซ้ำซ้อน |
คำถามที่ 1: จำนวนลูป PID สูงสุดที่ Siemens S7-1500 PLC สามารถจัดการได้คือเท่าใด
คำตอบ: จำนวนลูป PID สูงสุดที่ Siemens S7-1500 PLC สามารถจัดการได้นั้นขึ้นอยู่กับรุ่น CPU เฉพาะ รอบเวลาดำเนินการ และความซับซ้อนของบล็อก PID CPU S7-1500 ทั่วไปสามารถรองรับลูป PID ได้ 100-200 ลูปโดยไม่มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อวงจรการสแกน ขึ้นอยู่กับพลังการประมวลผลของ CPU และเวลาสุ่มตัวอย่าง ตัวอย่างเช่น CPU 1516-3 PN/DP สามารถรองรับลูป PID ได้สูงสุด 200 ลูปด้วยเวลาตัวอย่าง 100 มิลลิวินาที อย่างไรก็ตาม จำนวนจริงขึ้นอยู่กับรอบการดำเนินการและความซับซ้อนของลูป สำหรับข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพสูง เราขอแนะนำให้ทดสอบระบบด้วยจำนวนลูป PID ที่เป็นตัวแทน
คำถามที่ 2: ฉันจะปรับแต่งตัวควบคุม PID ใน Siemens PLC โดยไม่ต้องใช้เครื่องมือทางวิศวกรรมได้อย่างไร
คำตอบ: บล็อก PID_Compact ใน Siemens PLC มีฟังก์ชันการปรับแต่งล่วงหน้าที่สามารถใช้งานได้โดยไม่ต้องใช้เครื่องมือทางวิศวกรรม ฟังก์ชันการปรับล่วงหน้าจะถูกกระตุ้นโดยการตั้งค่าบิตเฉพาะในอินเทอร์เฟซของคอนโทรลเลอร์ ตัวควบคุมจะใช้การเปลี่ยนแปลงขั้นตอนเซ็ตพอยต์โดยอัตโนมัติ และคำนวณพารามิเตอร์ Kp, Ki และ Kd ที่เหมาะสมที่สุด กระบวนการปรับแต่งล่วงหน้าต้องใช้กระบวนการที่มั่นคงและมีการตอบสนองโดยทั่วไป เหมาะสำหรับการทดสอบการใช้งานและการใช้งานที่เข้าใจไดนามิกของกระบวนการเป็นอย่างดี
คำถามที่ 3: ฉันจะจัดการกับเดดแบนด์ของวาล์วในลูปควบคุม PID ได้อย่างไร
คำตอบ: เดดแบนด์ของวาล์วเป็นปัญหาทั่วไปในลูปควบคุมที่มีวาล์วแบบมอเตอร์ บล็อก PID_3Step ใน Siemens PLC มีคุณลักษณะการชดเชยเดดแบนด์ที่แก้ไขปัญหานี้ การชดเชยเดดแบนด์จะใช้สัญญาณเอาต์พุตเพิ่มเติมเล็กน้อยเพื่อเอาชนะเดดแบนด์ เพื่อให้มั่นใจว่าวาล์วตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในเอาต์พุตควบคุม พารามิเตอร์เดดแบนด์ได้รับการกำหนดค่าในการตั้งค่าบล็อก PID_3Step
คำถามที่ 4: PID_Compact และ PID_3Step ใน Siemens PLC แตกต่างกันอย่างไร
คำตอบ: PID_Compact เป็นตัวควบคุม PID อเนกประสงค์ที่ออกแบบมาสำหรับเอาต์พุตแบบอะนาล็อก เหมาะสำหรับการใช้งานกับแอคทูเอเตอร์ที่รับสัญญาณอะนาล็อกต่อเนื่อง (เช่น 4-20mA หรือ 0-10V) PID_3Step ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับแอคชูเอเตอร์ที่ต้องการเอาต์พุตสามขั้นตอน (เปิด ปิด และหยุด) เช่น วาล์วแบบมอเตอร์ บล็อก PID_3Step มีคุณลักษณะสำหรับการวางตำแหน่งวาล์ว การชดเชยเดดแบนด์ และการตรวจสอบขีดจำกัดการเคลื่อนที่ที่ไม่มีอยู่ใน PID_Compact การเลือกบล็อกที่เหมาะสมจะขึ้นอยู่กับประเภทของแอคชูเอเตอร์ที่ใช้
คำถามที่ 5: ฉันจะใช้การควบคุมแบบเรียงซ้อนโดยใช้ Siemens PLC ได้อย่างไร
คำตอบ: การควบคุม Cascade ถูกนำมาใช้โดยใช้บล็อก PID สองบล็อก เอาต์พุตของบล็อก PID หลัก (หลัก) จะถูกใช้เป็นเซ็ตพอยต์สำหรับบล็อก PID รอง (รอง) เอาต์พุตของบล็อก PID ทาสจะขับเคลื่อนแอคชูเอเตอร์ บล็อก PID หลักจะควบคุมตัวแปรกระบวนการหลัก และบล็อก PID รองจะควบคุมตัวแปรกระบวนการรอง (เช่น ลูปภายในแบบเร็ว) การควบคุมคาสเคดต้องได้รับการกำหนดค่าด้วยการปรับขนาดที่เหมาะสมและการถ่ายโอนแบบไม่มีสะดุดเพื่อให้แน่ใจว่าการเปลี่ยนผ่านจะราบรื่น
แพลตฟอร์ม Siemens PLC มอบกรอบการทำงานที่แข็งแกร่งและยืดหยุ่นสำหรับการนำการควบคุม PID ที่ซับซ้อนไปปฏิบัติในโรงงานแปรรูป สถาปัตยกรรมอัลกอริทึม PID ซึ่งมีบล็อกหลายประเภทและวิธีการปรับแต่งพารามิเตอร์ ช่วยให้วิศวกรสามารถออกแบบลูปควบคุมที่ตรงกับความต้องการเฉพาะของแอปพลิเคชันที่หลากหลาย การจัดการวงจรการดำเนินการช่วยให้มั่นใจได้ถึงเวลาตัวอย่างที่สม่ำเสมอ ในขณะที่กลยุทธ์การควบคุมขั้นสูง (แบบเรียงซ้อน การป้อนไปข้างหน้า อัตราส่วน การแทนที่) จัดการกับความท้าทายของการโต้ตอบลูปและการรบกวนที่แตกต่างกัน ข้อควรพิจารณาในทางปฏิบัติเกี่ยวกับการปรับสภาพสัญญาณ การเลือกแอคชูเอเตอร์ การกรองสัญญาณรบกวน และการทำงานที่ปลอดภัยเมื่อเกิดเหตุขัดข้อง ได้รับการบูรณาการเข้ากับแพลตฟอร์มของ Siemens ช่วยให้สามารถควบคุมได้อย่างน่าเชื่อถือและปลอดภัย
การสนับสนุนการควบคุม PID ของ Siemens PLC เป็นปัจจัยสำคัญในการนำไปใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมกระบวนการ การผสานรวมกับ TIA Portal มอบสภาพแวดล้อมทางวิศวกรรมที่ทรงพลังสำหรับการกำหนดค่า ปรับแต่ง และติดตามลูป PID การใช้บล็อกฟังก์ชันมาตรฐานและแนวทางปฏิบัติในการเขียนโปรแกรมที่สอดคล้องกันช่วยลดความยุ่งยากในการพัฒนาและบำรุงรักษา สำหรับโรงงานกระบวนการที่ซับซ้อนซึ่งมีลูปควบคุมหลายร้อยลูป Siemens PLC นำเสนอโซลูชันที่ปรับขนาดได้และเชื่อถือได้
ที่ Yueyang Tongtu E-commerce Co., Ltd. เราจัดหาผลิตภัณฑ์ PLC ของ Siemens และการสนับสนุนทางเทคนิคสำหรับแอปพลิเคชันการควบคุมกระบวนการ ทีมวิศวกรของเรามีประสบการณ์กว้างขวางในการออกแบบและใช้งานโซลูชันการควบคุม PID สำหรับอุตสาหกรรมกระบวนการที่หลากหลาย เราให้คำปรึกษาด้านเทคนิค ความช่วยเหลือในการเลือกผลิตภัณฑ์ และการสนับสนุนด้านวิศวกรรม ติดต่อเราเพื่อขอข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์และบริการของ บมจ.ซีเมนส์
ติดต่อ Yueyang Tongtu E-commerce Co., Ltd.สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับโซลูชัน PLC ของ Siemens สำหรับการควบคุมกระบวนการ
