Comment implémenter une boucle PID sur un automate Micro800 pour un contrôle de processus précis

Les boucles PID sont utilisées dans les industries de processus pour maintenir des consignes telles que la température, la pression et le niveau dans des limites définies.

Regardez la vidéo pour en savoir plus, ou faites défiler vers le bas pour lire la suite de l'article.

Si vous découvrez le concept de boucle PID, vous pouvez en apprendre davantage dans notre article de blog « PID Controller Explained ».

Dans cet article, je vais vous montrer comment implémenter une boucle PID dans un automate Micro800 en utilisant Connected Components Workbench et démontrer comment la boucle PID contrôle le niveau dans une cuve.

Programmer la boucle PID

Passons à Connected Components Workbench pour configurer notre boucle PID.

Dans Connected Components Workbench, je crée un nouveau projet en cliquant sur Fichier > Nouveau.

Dans la boîte de dialogue Nouveau projet, je donne un nom au projet et je spécifie l'endroit où il sera stocké sur mon ordinateur. Enfin, je clique sur Créer pour créer le projet.

Dans la boîte de dialogue Ajouter un dispositif, je sélectionne un automate 2080-LC50-48QWB-SIM et je clique sur Sélectionner pour l'ajouter à ma sélection. Puis je clique sur Ajouter au projet pour ajouter ma sélection au projet.

Dans l'organisateur de projet, je double-clique sur Variables globales (Global Variables) pour ouvrir le tableau des variables globales et je déclare les variables que j'utiliserai dans cette démo.

Une fois les variables déclarées, je ferme le tableau des variables globales.

Ensuite, je fais un clic droit sur Programmes et je sélectionne Ajouter > Nouveau FBD : Diagramme de blocs fonctionnels (Function Block Diagram) pour ajouter un programme au projet.

Je double-clique sur le nouveau programme pour l'ouvrir et je fais glisser un bloc d'instruction (Instruction Block) depuis la boîte à outils (Toolbox) sur la droite et je le dépose sur la zone de dessin (canvas).

Je double-clique sur le bloc d'instruction pour ouvrir la boîte de dialogue Sélection du bloc d'instruction et je recherche PID. Dans les résultats de recherche, je sélectionne le bloc d'instruction PID et je clique sur OK pour l'ajouter au projet.

Je paramètre l'interface de l'instruction comme indiqué ici et je définis chacun des gains dans la variable Gains à 1.

Après avoir configuré l'instruction, je double-clique sur l'automate dans l'organisateur de projet et j'ouvre l'onglet Interruptions. Dans cet onglet, je clique sur Ajouter pour ajouter une interruption.

Je définis le type d'interruption sur STI et le programme sur Prog1. Puis je coche la case Démarrage automatique (Auto Start) et je configure l'interruption pour qu'elle s'exécute toutes les 100 millisecondes.

Enfin, je clique sur OK pour enregistrer la configuration.

Maintenant que notre projet est configuré, nous pouvons mettre en place une tendance (trend) pour voir comment la boucle PID se comporte.

Configurer une tendance

Dans Connected Components Workbench, vous pouvez utiliser les tendances pour surveiller les valeurs des variables au fil du temps. Si vous utilisez Connected Components Workbench version 22, vous devrez installer l'outil Tendances avant de pouvoir utiliser les tendances dans Connected Components Workbench.

Pour configurer une tendance, j'active l'onglet Tendances (Trends) dans l'organisateur de projet et je clique sur Ajouter une tendance (Add Trend).

Ensuite, je clique sur le bouton plus pour ajouter une Trace, qui est une variable à surveiller.

Dans la boîte de dialogue qui s'ouvre, je sélectionne FLOAT_OUT_0, FLOAT_IN_0 et Consigne (Setpoint) comme variables à tracer et je clique sur Ajouter pour les ajouter à la tendance.

Je clique sur OK pour enregistrer la configuration.

Sur la page Tendance, je clique sur l'icône de paramètres en bas à droite et je change la configuration de l'axe Y de Empilé (Stacked) à Superposé (Overlaid).

Maintenant, nous sommes prêts à tester le projet et à voir comment cette boucle PID contrôlerait un vrai processus.

Tester la boucle PID

Pour tester cette boucle PID, je télécharge le projet sur le simulateur Micro800 et je mets le simulateur en mode Run.

Ensuite, j'ouvre la scène Level Control dans Factory IO.

Lorsque la scène est ouverte, j'ouvre la configuration du pilote en cliquant sur Fichier puis Pilotes. Dans le menu déroulant, je sélectionne le pilote Allen-Bradley Micro800 et je clique sur Configuration pour ouvrir la fenêtre Configuration du pilote.

Dans cette fenêtre, je définis l'adresse IP de l'hôte (Host IP Address) pour qu'elle corresponde à l'adresse IP du simulateur Micro800.

Avec la configuration terminée, je clique sur la flèche de retour pour revenir à la Configuration du pilote et je clique sur Connecter. La coche verte indique que la scène est maintenant connectée au simulateur Micro800.

Je ferme la fenêtre Configuration du pilote et je lance la scène en appuyant sur l'icône Play.

La cuve commence à se remplir, et j'ouvre légèrement la vanne de vidange (Discharge valve) pour permettre à l'eau de s'écouler de la cuve.

Dans Connected Components Workbench, j'ouvre la Tendance et je clique sur l'icône Play pour la démarrer. On peut voir dans cette tendance que la boucle PID ajuste la vanne de remplissage (Fill Valve) pour essayer de maintenir la consigne cible.

Résumé

Dans cet article, nous avons appris comment configurer une boucle PID dans un automate Micro800, comment utiliser une Tendance pour surveiller une boucle PID, et nous avons vu comment une boucle PID contrôlerait un vrai processus en utilisant Factory IO.

Dans cette démo, nous avons utilisé des gains arbitraires. Dans un vrai processus, nous passerions du temps à régler le PID pour nous assurer qu'il fonctionne bien. Malheureusement, comme le réglage est un sujet complexe, il est hors du cadre de cet article. Nous aborderons l'utilisation de l'auto-réglage (auto-tune) pour régler les boucles PID dans le cours « PID avec automates Micro800 ».