S7-1200 PID CONTROL

STEP7 Basic (S7-1200) 에서  다음과 같은 PID 컨트롤 명령어를 사용할 수 있습니다.

* PID Compact 는 지속적으로 변화하는 입력, 출력값을 다루는 테크니컬 공정을 제어하는데 유용합니다.

* PID_3Step 은 열림과 닫힘 동작을 사용하는, 모터와 같은 별개의 신호로 동작되는 디바이스 제어에 주로 사용됩니다.

두 종류의 PID 명령어 모두 (pretuning 선택시) PLC 구동중 P, I, D 게인의 계산이 가능합니다. 

또한 PID 컨트롤의 파라메터를 최적화 시킬수 있는 "fine tuning" 을 구성할 수 있습니다.

PID 명령어는 일정한 인터벌의 샘플링 타임의 조건에서 동작되어야한다. (cyclic OB 에서 사용할 것을 권장)

PID 루프는 OB1 에서 사용하지 않습니다. PID 컨트롤 명령어는 매 사이클 호출되어 매 사이클 출력값이 계산되어지는것이 아니라,

컨트롤 밸브의 변화에 정확한 응답성을 제공하는것이 필요함으로 OB1 이 아닌 cyclic OB 에서 호출되어 사용합니다.

PID 알고리즘

 * P(proportional) : P게인이 계산되어지면, 출력값은 setpoint 와 process value (입력값) 사이의 

 편차에 따라 비례하게된다.

 (setpoint와 pv 의 차이가 크면 출력값도 커지고, 차이가 작으면 출력값도 낮아진다)

 * I (Integral) : I게인이 계산되어있다면,  setpoint 와 process value (입력값) 사이의 편차의 

 조정 시간 설정(적분시간) 에 따라 출력값이 증가하게된다. 

 (조정 시간이 길면 pv가 setpoint 에 도달하는 시간이 길어지고, 조정시간이 짧은 경우 조정 횟수가 늘어남으로 

 setpoint 에 도달하는 시간이 짧아진다. 단, 조정시간이 너무 짧은 경우 통제 불능의 상태에 빠질 수 있다.)

 * D (derivative) : D게인의 계산에 의해, 출력값은 setpoint 와 process value 사이의 편차의 변화율에 따라 증가한다.

 출력값은 setpoint 에 보다 빠르게 도달할 수 있다.

STEP7 은 PID control 을 위해 두개의 명령어를 제공합니다.

 * PID_Compact 명령어는 일반적인 PID 컨트롤과 튜닝의 목적에 적합합니다. 명령어와 관련 툴은 

 PID 컨트롤에 필요한 모든 설정이 가능합니다.

 * PID_3Step 명령어는 모터 구동방식의 밸브의 구체적인 세팅을 위한 PID control 에 적합합니다.

 테크니컬 오브젝트는 제어회로의 모든 세팅이 가능합니다. PID_3Step 은 두개의 Bool 타입 출력을 추가적으로

 제공합니다.

 

* PID 명령어의 호출 

PID 명령어를 유저 프로그램에서 호출하게되면, Step7은 자동적으로 Technology object 와 

인스턴스 DB를 생성합니다.

인스턴스DB 내에는 PID control 에 사용되는 모든 파라메터가 저장됩니다.

각각의 PID 명령어는 개별의 인스턴스 DB 를 갖게 됩니다. PID 명령어를 호출한 다음, Technologtical object와

인스턴스 DB를 생성한 후, Technological object 의 파라메터를구성합니다.

PID_Compact instruction

PID_Compact 명령어는 자동모드와 수동모드에서의 PID 컨트롤러의 자체 튜닝을 지원합니다.

PID_Compact 는 PIDT1 컨트롤로서 헌팅의 억제와 함께 P, D 게인을적용시킵니다.

Parameter	type	Data	Description
Setpoint	IN	REAL	자동모드에서의 PID Control 의 SETPoint. 기본값 : 0.0
Input	IN	REAL	Process Value. Default Value : 0.0
			sPid_Cmpt_b_Input_PER_On = FALSE (이와 같이 반드시 설정)
Input_PER	IN	WORD	Analog process value (옵션) 기본값 : W#16#0
			sPid_Cmpt_b_Input_PER_On = TURE (이와 같이 반드시 설정)
ManualEnable	IN	BOOL	수동모드의 활성화 or 비활성화. 기본값 : FALSE
			* 신호가 False 에서 True 로 바뀌면 PID Controller는
			수동모드로 바뀌며 State = 4, sRet.i_Mode 는 현상태를 유지하게 된다.
			* 신호가 True 에서 False 로 바뀔때 PID Controller 는 마지막으로
			활성화되었던 조작 모드로 전환되고 State = sRet.i_Mode 의 상태가 된다.
ManualValve	IN	REAL	Process Valve 의 수동 조작. 기본값 : 0.0
Reset	IN	BOOL	PID Controller 의 재기동. 기본값 : False
			값이 True 일때 다음과 같은 상태로 전환된다.
			* 조작모드 비활성화
			* Input value = 0
			* Integral part of process value = 0
			* 시스템상의 계산되던 값들은 Reset 된다. (PID 파라메터는 유지됨)
ScaledInput	OUT	REAL	Scaled process valve. 기본값 : 0.0
Output	OUT	REAL	Output value. 기본값 : 0.0
Output_PER	OUT	WORD	Analog output value. 기본값 : W#16#0
Output_PWM	OUT	BOOL	Output value for pulse width modulation. 기본값 : False
SetpointLimit_H	OUT	BOOL	Setpoint high limit. 기본값 : False
			Setpoint 의 Upper limit 에 값이 도달 하게 되면, SetpointLimit_H = TRUE
			기본값 : False
SetpointLimit_L	OUT	BOOL	Setpoint Low limit. 기본값 : False
			Setpoint 의 Lower limit 에 값이 도달 하게 되면, SetpointLimit_L = TRUE
			기본값 : False
InputWarning_H	OUT	BOOL	PV 값이 warning limit 에 위치하거나 초과시, InputWarning_H = TRUE
			기본값 : False
InputWarning_L	OUT	BOOL	PV 값이 warning limit 아래로 떨어질때, InputWarning_L = TRUE
			기본값 : False
State	OUT	INT	현재의 PID Controller 의 조작 모드를 나타낸다. 기본값 : 0
			조작 모드를 바꾸기 위해 sRet.i_Mode 를 사용한다.
			* State = 0 : Inactive
			* State = 1 : Pretuning
			* State = 2 : Manual Fine Tuning
			* State = 3 : Automatic Mode
			* State = 4 : Manual Mode
Error	OUT	DWORD	에러시 에러코드 표시. DW#16#0000 (no error)

Configuring the PID controller

Technological object 의 파라메터를 설정하여 PID controller 의 동작을 결정한다.

PID_Compact 의 컨피규레이션 편집창 (Basic Setting)

Settings		Description
Basic	Controller type	Engineering unit 선택
	Invert the control logic	PID 루프의 반전 동작을 실행합니다.
		* 선택되지 않은 경우 정방향-동작 모드로 PID Loop 가 되며,
		input value < setpoint 일 경우 PID loop 의 출력이 증가됨
		* 선택시 Input value > setpoint 일 때 PID loop 의 출력값이 증가된다.
	Enable last mode after	리셋 시 혹은 input limit 가 초과되었다 다시 정상 영역으로 돌아오면
	CPU restart	PID loop 는 재시작됩니다.
	Input	입력값 (PV) 으로 [Input] 혹은 [Input_PER] (아날로그의 경우) 중 하나의
		파라메터에 값을 할당합니다. Input_PER 으로 설정시 아날로그
		입력모듈의 어드레스를 바로 할당 될 수 있습니다. (ex. IW102)
	Output	출력값 로서 [Output] 혹은 [Output_PER] (아날로그의 경우) 중 하나의
		파라메터에 값을 할당합니다. Output_PER 으로 설정시 아날로그
		출력모듈의 어드레스를 바로 할당 될 수 있습니다. (ex. QW86)
Process   Value	Process Value 의 범위와 한계치를 조정합니다. PV 가 Low Limit 을 벗어나게 되면
	PID loop 는 비활성화 (Inactive) 되며 출력은 0 으로 나가게 됩니다.
	Input_PER 할당할시에는 analog process value 를 반드시 스케일해야 합니다.

Commissioning the PID controller

commissioning editor 를 사용하여 PID controller 의 시동시 혹은 구동중의 오토튜닝을 구성할 수 있다.

commissioning editor 는 명령어 (PID Compact) 의 아이콘 혹은 project nevigator 에서 Technological object 

-> PID_Compact-> commissioning 아이콘을 클릭하여 열수 있다.

 * Measurement : 실시간상의 Setpoint, Input Value (PV) Output value 을 디스플레이 하기위해서 sample time 을 입력한 후 

 "start" 버튼을 누른다

 * Tuning mode : PID loop 를 튜닝하기위해서 "Pretuning" 혹은 "Fine tuning (manual) 을 

 선택한 후 "start" 버튼을 누른다

 PID controller 는 세단계를 거쳐 시스템응답성을 계산하고 업데이트한다. 이과정을 거쳐 적절한 

 튜닝 파라메터가 계산 되어진다.

 

 튜닝 과정이 끝마치게되면, commissioning editor 의 하단 왼측 "Upload PID parameters" 버튼을 클릭하여 

 튜닝을 통해 얻어진 새로운 파라메터를 저장(적용) 시킬 수 있다.

 

 튜닝 과정중에 에러가 발생하면, 출력값은 0 으로 나가게되며 PID mode 는 비활성화 (inactive) 상태가 된다.  

 status 파라메터에는 에러코드가 나타난다.

지멘스 교육이나 기술지원이 문의 사항이 있으시면 언제든지 연락주시고,

제가 도움을 드릴 수 있는 내용은 최대한 답을 드릴수 있도록 하겠습니다.

긴글 읽어주셔서 감사드리고, 틈나는대로 계속 관련 내용 업데이트하도록 하겠습니다

감사합니다.