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lundi 25 février 2019

Comment programmer une boucle PID de base dans ControlLogix



Comment programmer une boucle PID de base dans ControlLogix


Dans la programmation automatisée, il est souvent nécessaire de programmer une boucle de contrôle pour un processus donné afin de contrôler la température, la pression, le débit, etc. Cela nécessite un point de consigne cible avec une variable de processus à retour contrôlée.

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1. Introduction à la boucle de contrôle PID

Un contrôleur de boucle de processus PID est conçu pour générer une sortie qui entraîne l’application d’un effort de correction à un processus afin de piloter une variable de processus mesurable vers la valeur de point de consigne souhaitée.

Le contrôleur utilise un «actionneur» pour affecter le processus et un «capteur» pour mesurer les résultats.


Souvent, les techniciens en automatisation et les programmeurs doivent se familiariser avec la configuration et le réglage d’une instruction de contrôle de boucle PID. C’est l’une des tâches les plus fastidieuses en matière de programmation des automates.


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Dans cet article, nous verrons comment programmer un automate Rockwell Automation ControlLogix 5000 à l'aide de l'instruction de bloc fonction du contrôleur PID amélioré (PIDE).

Le PIDE est un bloc fonctionnel de la famille de contrôleurs d’automation (PAC) Allen Bradley Logix 5000 (ControlLogix et CompactLogix) qui améliore le PID standard présent dans tous leurs contrôleurs.

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La programmation par blocs fonctionnels utilise des diagrammes avec des symboles pour représenter les fonctions et les connexions d’entrée et de sortie entre les fonctions.

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Au début, ce bloc fonction peut être assez intimidant, il partage des similitudes avec l’instruction PID standard et il vous suffira d’activer les paramètres requis par votre programme de contrôle.

Dans cet exemple, nous allons essentiellement vous aider à utiliser l’instruction PIDE et les options de programme indispensables à son bon fonctionnement.


2. Rafraîchissement fonctionnel de la boucle de contrôle PID

Si vous avez oublié ce que PID signifie,

- “P” signifie “gain proportionnel”.

- "I" pour le temps "Integral".

- “D” pour le gain “dérivé”.

PID et PIDE sont utilisés pour le «contrôle de processus», qui comprend le contrôle automatique de systèmes tels que la température, le débit, la pression et la vitesse.

Le régulateur de vitesse sur une voiture est un bon exemple de ce type de contrôle.


En gros, vous indiquez au contrôleur à quelle vitesse vous voulez aller, le «point de réglage», et le contrôleur échantillonne la vitesse réelle, la «variable de processus», puis le contrôleur calcule une valeur de sortie, la «Variable de contrôle», et envoie ce signal à la pédale d'accélérateur.

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2.1. Boucle de contrôle proportionnel

En rafraîchissement fonctionnel PID, et en utilisant le régulateur de vitesse voiture comme exemple, le «P» ou proportionnel est décrit comme si plus on s'éloignait de la vitesse désirée, plus on appuyait sur la pédale d'accélérateur et, d'autre part, plus on se rapprochait. vous êtes, moins vous appuyez dessus.

Cela fonctionne bien, mais lorsque vous atteignez la vitesse désirée, sur la base de cette règle, vous laisserez complètement tomber l’essence. Et le résultat final est que votre voiture ralentit et reste un peu en dessous de la vitesse souhaitée.


Le contrôle proportionnel est l’ingrédient principal de tout contrôle mais peut-être un peu inexact.


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2.2. Boucle de contrôle PI

Pour “je“ ou intégrale, vous attendez un peu, et s'il n'y a pas d'amélioration, vous appuyez un peu plus sur la pédale.

Si vous restez longtemps sans avancer sous la vitesse souhaitée, vous poussez un peu plus la pédale d'accélérateur. Si vous n'arrivez toujours pas à atteindre la vitesse souhaitée pendant un certain temps, enfoncez un peu plus la pédale.

Une fois que vous avez atteint la vitesse désirée, laissez la pédale à l’endroit où elle se trouve. Le contrôle intégral vous donne la précision mais vous devez attendre.

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2.3. Boucle de contrôle PID

Pour «D» ou dérivé, vous réagissez aux changements soudains. Supposons qu'une forte rafale de vent pousse votre voiture. Soudain, votre vitesse augmente rapidement vers la vitesse désirée. Vous êtes surpris et relâchez la pédale d'accélérateur.

Lorsque la vitesse augmente et que la vitesse se stabilise, vous retournerez alors la pédale là où elle était.


Le contrôle dérivé gère les surtensions soudaines et peut empêcher un dépassement de la vitesse cible.

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Si vous aimez la programmation par blocs de fonctions, comme moi, vous bénéficierez de l’utilisation de cette instruction de version améliorée par rapport à l’instruction PID standard, et ce pour plusieurs raisons.

L'instruction PIDE offre une fonction de réglage automatique intégrée qui fonctionne relativement bien. Le programme PIDE est utilisé comme bloc fonctionnel et n'est pas disponible pour la programmation en logique à relais. Il utilise la forme de vitesse de l'algorithme PID. Ceci est particulièrement utile pour les gains adaptatifs ou le contrôle de processus multi-boucles et en cascade.


L'instruction PIDE peut être commutée entre les modes «Programme» et «Opérateur» et fournit un transfert sans à-coups complet en mode cascade, et cette instruction offre davantage de sélections de traitement des erreurs.

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3. Programmation de la boucle PID dans «Studio 5000»

3.1. Créer un nouveau projet

Les étapes de programmation suivantes supposent que vous possédez une expérience dans Studio 5000.

Commençons par créer un nouveau projet «Studio 5000». Localisez l'icône du bureau ou de la barre des tâches pour Studio 5000 et lancez le programme.

Créez un nouveau projet, sélectionnez un nouveau type de contrôleur tel que «1756-L71» et nommez le programme, dans ce cas «PIDE_EXAMPLE».

Appuyez sur «Suivant» et dans la fenêtre suivante, conservez l’ensemble tel quel, puis cliquez sur «Terminer».

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3.2. Créer une nouvelle tâche

Pour la prochaine étape, nous devons créer une nouvelle «routine» en créant une nouvelle «tâche» et un nouveau «programme».


Je vais donc commencer par créer une nouvelle tâche planifiée en cliquant avec le bouton droit de la souris sur «Tâches», puis en cliquant sur «Nouvelle tâche».

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Dans la fenêtre «Nouvelle tâche», je considérerai «PIDE_CONTROL» comme nom de la tâche.

La période de la tâche devient automatiquement le taux d'échantillonnage de la boucle PID.

Il est préférable de le configurer dans sa propre tâche périodique. Je vais donc laisser ces paramètres sans aucune modification et continuer à créer un «nouveau programme».

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3.3. Créer un nouveau programme

Je vais donc laisser ces paramètres sans aucune modification et continuer à créer un «nouveau programme» en cliquant avec le bouton droit de la souris sur la tâche «PID_CONTROL».

Dans le menu ouvert, je vais ouvrir le menu "Ajouter" et cliquer sur "Nouveau programme".

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Je nommerai le programme comme étant identique à la «tâche», qui est «PID_CONTROL».


Enfin, je clique sur OK pour fermer la fenêtre Nouvelle routine.

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3.4. Créer une nouvelle routine

La prochaine étape du processus consiste à créer une nouvelle «routine».

Pour ce faire, je clique avec le bouton droit de la souris sur «Programme PID_CONTROL», puis sur «Ajouter», puis je sélectionne «Nouvelle routine».

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Dans la fenêtre «New Routine», je nommerai la «New Routine» comme «PIDE».


Assurez-vous simplement de sélectionner le type sous «Diagramme de blocs fonctionnels», puis cliquez sur OK.

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Comme vous pouvez le constater, l'icône «PIDE» est ajoutée dans le volet «Controller Organizer» situé à gauche de la fenêtre et je peux l'ouvrir en double-cliquant dessus.

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3.5. Ajout du bloc PIDE à l'environnement de programmation Studio 5000 (routine)

Maintenant que j'ai ouvert le programme “PIDE”, depuis l'onglet “Processus” de la bibliothèque, je vais ajouter la fonction PIDE et l'ajouter à la feuille.

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Supposons maintenant que nous ayons un réservoir de mélange dans lequel la température doit être maintenue à un certain point de consigne.

La soupape de commande permet d'ajouter un catalyseur dans le réservoir pour augmenter la température et le transmetteur de température envoie les informations en retour au PID.


Cela représentera notre processus et notre boucle de contrôle pour la programmation.

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3.6. Configuration des propriétés du bloc PIDE

Maintenant, pour pouvoir configurer ce bloc, je dois ouvrir les propriétés. Pour ce faire, il suffit de double-cliquer sur le bloc PIDE.

Dans l'onglet «Configuration générale», nous utiliserons la configuration par défaut. Cependant, nous devons simplement nous assurer que:

- Pour le «chronométrage», il utilise le «mode périodique».

- “Action de contrôle” est réglé sur “E”.


- Pour “Calculer”, le paramètre “Proportionnel” est réglé sur “E” et “Terme dérivé” sur “PV”.

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Ensuite, dans l'onglet «EU / Limits», je définirai les paramètres «Engineering Units Scaling» pour les paramètres «CV» et «PV» de 0 à 2500 degrés Fahrenheit, avec une limite de point de consigne comprise entre 500 et 2200 degrés Fahrenheit.


Les limites de la variable de contrôle utiliseront les mêmes unités d’ingénierie de la température.

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Dans l'onglet «Paramètres», il existe plusieurs paramètres pour lesquelles la fonction PIDE les utilise, que vous puissiez ou non les utiliser. Ces paramètres peuvent être activés ou activés manuellement ici. Une fois sélectionné, le paramètre sera exposé pour permettre les connexions au programme.

Dans cet onglet, il y a aussi un champ «Description» pour chaque paramètre qui vous donne plus d'informations à leur sujet.

Je vais sélectionner les paramètres requis et désélectionner le reste.


Ensuite, je clique sur OK pour enregistrer la configuration.

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3.7. Connexion des balises d’entrée et de sortie au bloc PIDE

Une fois le bloc fonction PIDE configuré, nous pouvons commencer à ajouter des balises de référence d'entrée et de sortie de contrôle de programme pour ajuster les performances du bloc PIDE.

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3.8. Balises principales d'entrée et de sortie

Examinez les paramètres requis que j'ai sélectionnés dans le bloc PIDE.

Les principales balises de référence d'entrée et de sortie sont:

- La température «PV» ou variable de processus qui est un retour du transmetteur de température.

- Le «SPProg» ou le point de consigne de programme défini par l'opérateur sur l'IHM.

- Les sorties «CVEU» ou «Valeur de contrôle en unités d'ingénierie» permettent de contrôler la chaleur dans le réservoir en ouvrant ou en fermant la vanne de régulation.

Les autres entrées ajoutées sont:

- Les paramètres “SPHLimit” et “SPLLimit” servent à contrôler les limites haute et basse du point de consigne.

- «PVEUMax» et «PVEUMin» sont les unités d'ingénierie maximales et minimales.

- Les références d'entrée «ProgAutoReq» et «ProgManualReq» ou la balise «Auto_Manual», commande permettant un contrôle manuel direct de la vanne de régulation du catalyseur.

- La référence d'entrée «CVProg» ou la valeur de référence de balise «CV_Manual» sera utilisée pour le contrôle manuel lorsque «Auto_Manual» est désactivé.


- Le PIDE devra être réglé et nous avons réglé les paramètres de réglage «PGain» sur 1, «IGain» sur 0,5 et «DGain» sur 0 au point de départ recommandé.


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Le réglage PID peut être délicat, je vous recommande donc de revoir les procédures pour cette technique. La référence standard pour le réglage PID semble être les règles de réglage «Ziegler-Nichols».

Ceci conclut cet article de blog, Programmation d'une boucle PID ControlLogix Basic à l'aide de l'instruction de bloc PIDE.

J'espère que vous avez apprécié d'apprendre ce qui vous soutiendra dans votre projet à venir. Si vous souhaitez obtenir une formation supplémentaire sur un sujet similaire, veuillez nous en informer dans la section commentaire et revenez bientôt pour plus d'informations sur le contrôle de l'automatisation.


Merci beaucoup d'avoir lu, écouté et ajouté votre voix à cette conversation sur l'automatisation.








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