DU BLOC FONCTIONNEL. Note d application

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1 MISE EN ŒUVRE DU BLOC FONCTIONNEL «PID» a49130m, Français Version /08/2006

2 ii General Copyright 2001 by WAGO Kontakttechnik GmbH Tous droits réservés. WAGO Kontakttechnik GmbH Hansastraße 27 D Minden Phone: +49 (0) 571/ Fax: +49 (0) 571/ info@wago.com Web: Technical Support Phone: +49 (0) 571/ Fax: +49 (0) 571/ support@wago.com WAGO Contact SA Paris Nord 2 BP Roissy-Ch.-de-Gaulle Cedex Tel. : +33 (0) Fax : +33 (0) info-fr@wago.com Web: Support technique Tel. : +33 (0) Fax : +33 (0) support.fr@wago.com Toutes les mesures imaginables ont été prises pour garantir l'exactitude et la complétude de la présente documentation. Comme il est impossible, malgré un travail consciencieux, d'éviter toutes les erreurs, nous recevrons avec gratitude vos remarques et suggestions. Nous attirons votre attention sur le fait que dans ce manuel, les désignations de logiciels et de matériels et plus généralement les noms de marques des entreprises concernées sont soumis à une protection des marchandises, à une protection des marques ou à une protection liée aux droits de brevet.

3 Sommaire iii SOMMAIRE 1 Informations importantes Bases juridiques Protection des droits d auteur Qualification du personnel Utilisation dans le cadre prévu Domaine de validité Symboles Description Principe de la régulation Schéma de principe Description temporelle du correcteur Présentation du bloc fonctionnel «PID» Exemple d application : régulation de chauffage Matériel de référence Calcul des paramètres Généralités Méthode de Ziegler et Nichols Mise en œuvre Configuration de la station Programmation avec WAGO-I/O-PRO Utilisation de Y_MIN et Y_MAX Utilisation de MANUAL...13

4 2 Informations importantes 1 Informations importantes 1.1 Bases juridiques Pour assurer à l'utilisateur une installation et une mise en service rapides des appareils décrits dans ce manuel, il est nécessaire de lire et de respecter scrupuleusement les informations et les explications suivantes Protection des droits d auteur Ce manuel, y compris toutes les illustrations qui s'y trouvent, est protégé par la législation sur les droits d'auteur. Toute autre utilisation de ce manuel s'écartant de la réglementation concernant les droits d'auteur est interdite. Sa reproduction, sa traduction dans une autre langue, de même que son archivage et modification électronique et phototechnique nécessitent une autorisation expresse écrite de WAGO Kontakttechnik GmbH, Minden. Toute infraction fera l objet d une demande de dommages et intérêts Qualification du personnel L'utilisation des produits telle qu'elle est décrite dans ce manuel s'adresse exclusivement à des personnes possédant une formation dans la programmation d'un API, à des personnes formées en électricité ou à des personnes placées sous la responsabilité de personnes formées en électricité, et qui de plus sont familiarisées avec les normes en vigueur. WAGO Kontakttechnik GmbH décline toute responsabilité pour des mauvaises manipulations ou des dommages causés sur des produits WAGO ou des produits tiers, dus au non-respect des informations contenues dans ce manuel Utilisation dans le cadre prévu Les composants sont livrés depuis l'usine pour chacun des cas d'application avec une configuration fixe, matérielle et logicielle. Les modifications ne sont permises que dans le cadre des possibilités contenues dans les manuels. Toute autre modification sur les matériels et logiciels, de même qu'une utilisation non conforme à la réglementation entraîne l'exclusion de la responsabilité de la société WAGO Kontakttechnik GmbH. Veuillez vous adresser directement à la société WAGO Kontakttechnik GmbH pour toute demande de modification, voire de nouvelle configuration.

5 Informations importantes Domaine de validité 1.3 Symboles Cette note d application est basée sur des versions logicielles et matérielles spécifiques, ainsi que sur la documentation s y référant. La validité de cette note d application est donc limitée à l installation décrite. De nouvelles versions logicielles et matérielles pourraient donner lieu à des manipulations différentes. Veuillez respecter les descriptions détaillées dans les manuels respectifs. Danger Respecter impérativement ces informations afin de préserver toute personne d un éventuel dommage Avertissement Respecter impérativement ces informations afin de préserver l appareil de tout dommage matériel Attention Respecter impérativement les conditions additionnelles permettant d assurer un fonctionnement sans erreur ESD (Electrostatic Discharge Décharge électrostatique) Attention aux composants sensibles aux décharges électrostatiques. Respecter les mesures de précaution pour le maniement des composants à risques. Remarque Procédures ou conseils pour une utilisation efficace de l appareil et pour une optimisation logicielle i Informations complémentaires Renvoi à des références de littérature supplémentaires, manuels, fiches techniques, et pages INTERNET

6 4 Description 2 Description Cette note d application est destinée à guider l utilisateur dans la configuration de la fonction PID. L utilisation directe de cette fonction est des plus simple. La seule véritable difficulté qui peut-être rencontrée est le réglage des différents paramètres à savoir le gain (KP), la constante d intégration (TN) et la constante de dérivation (TV). Tout d abord cette note d application revoit les bases de la régulation afin d en comprendre le principe général puis met en oeuvre un exemple concret avec la configuration d un système simple. 2.1 Principe de la régulation Un régulateur PID remplit essentiellement trois fonctions : Il fournit un signal de commande u(t) en tenant compte de l évolution du signal de sortie y(t) par rapport à la consigne w(t) (voir schéma cidessous). Il élimine l erreur statique grâce au terme intégrateur. Il anticipe les variations de la sortie grâce au terme dérivateur. Le terme proportionnel (ici KP) détermine la vitesse de commande, attention à l instabilité! Schéma de principe Description temporelle du correcteur La structure est celle d un PID parallèle.

7 Description Présentation du bloc fonctionnel «PID» Catégorie : Nom : WAGO-I/O-SYSTEM Éléments de bibliothèque Automatisation du bâtiment PID Type : Fonction Bloc fonctionnel X Programme Nom de la bibliothèque : Util.lib Utilisable sur : Tous types de contrôleurs programmables Paramètres d entrée Type de variable Description ACTUAL REAL Valeur actuelle (ou mesurée) SET_POINT REAL Consigne KP REAL Coefficient d action proportionnelle TN REAL Constante de temps d intégration TV REAL Constante de temps de dérivation Y_MANUAL REAL Valeur de la sortie en mode manuel Y_OFFSET REAL Offset appliqué à la commande Y_MIN REAL Mise à l échelle valeur basse Y_MAX REAL Mise à l échelle valeur haute MANUAL BOOL Activation du mode de fonctionnement manuel RESET BOOL Réinitialisation du PID Paramètre de sortie Type de Description variable Y REAL Sortie du contrôleur PID LIMITS_ACTIVE BOOL La valeur limite (haute ou basse) a été atteinte. OVERFLOW BOOL Paramétrage incorrect. La régulation n est plus assurée. Elle ne reprendra qu après une réinitialisation du PID (RESET). Représentation graphique :

8 6 Description Descriptif du bloc fonctionnel Le bloc fonctionnel PID est un système de régulation PID standard. Le système répond à l équation suivante : Y = KP. ( + 1/TN. (t)dt + TV. δ /δt) + Y_OFFSET avec = SET_POINT - ACTUAL δ pour l opération de dérivation La valeur de l échelle est comprise entre Y_MIN et Y_MAX. Si une des valeurs de mise à l échelle est atteinte, la sortie LIMITS_ACTIVE s activera automatiquement. Attention ces deux paramètres sont obligatoires. Le contrôleur PID peut facilement être transformé en contrôleur PI en fixant le paramètre TV à 0. Ce système possède deux modes de fonctionnement : mode manuel et mode automatique. Par défaut, le mode automatique est activé. Pour utiliser le mode manuel, la variable d entrée MANUAL doit être forcée à TRUE. Dès lors, le système de régulation est suspendu. La sortie correspond alors à l entrée Y_MANUAL. En cas de paramètres d entrées inadaptés, l intégrale de l erreur devient trop grande. Dès lors, la sortie OVERFLOW est activée et l action de régulation interrompue. Le contrôleur PID fonctionnera de nouveau après une réinitialisation du système (action sur l entrée RESET). Le bloc fonctionnel «PID», peut-être schématisé comme ceci :

9 Exemple d application : régulation de chauffage 7 3 Exemple d application : régulation de chauffage 3.1 Matériel de référence Références WAGO Description Contrôleur 1 Ethernet Entrées TOR Sorties TOR 1 Quantités Entrées ANA pour PT Borne finale 1 Sonde PT100 2 fils Résistance 330Ω/22W La résistance sert à simuler un corps chauffant. 3.2 Calcul des paramètres Généralités Il existe plusieurs méthodes de calcul des paramètres d un PID, cette note d application se limite à la méthode la plus simple, à savoir la méthode de la réponse indicielle (Ziegler et Nichols) Méthode de Ziegler et Nichols La première étape consiste à relever la réponse indicielle du processus, puis d en dégager les informations importantes. Réponse d un processus : 1 1

10 8 Exemple d application : régulation de chauffage Une fois la réponse indicielle obtenue, l objectif est de tracer la tangente au point d inflexion afin de relever sa pente p et de mesurer le retard apparent L (figure précédente). Le tableau suivant de Ziegler-Nichols permet de déduire la valeur des paramètres de notre PID. Tableau de Ziegler-Nichols Généralement les gains Kp proposés par Ziegler-Nichols sont trop élevés et conduisent à un dépassement supérieur à 20%. Il est alors possible de réduire Kp d un facteur 2 pour obtenir une réponse satisfaisante. 3.3 Mise en œuvre Configuration de la station

11 Exemple d application : régulation de chauffage Programmation avec WAGO-I/O-PRO Le mode de programmation choisi ici est le FBD. Afin de réaliser cette commande de chauffage nous utiliserons le bloc PID ainsi que le bloc FbPWM_ENG qui est une commande MLI (Modification de largeur d impulsions) ou en anglais PWM (Pulse Width Modulation). Le principe du PWM est de délivrer un signal TOR dont le rapport cyclique est variable et ainsi sa valeur moyenne. Ajouter au projet la bibliothèque «Util.lib» (par défaut dans le répertoire «C:\Program Files\WAGO Software\CoDeSys V2.3\Library») ainsi que la bibliothèque «pwm_eng.lib» fournie. Ouvrir le projet d exemple «PID.pro» Vue de la programmation avec WAGO I/O PRO :

12 10 Exemple d application : régulation de chauffage Représentation schématique : Réponse indicielle La première étape consiste à relever la réponse indicielle du processus. - Pour cela, mettre une consigne de 100 (%) dans la variable : «SET_MANUAL» et passer le contrôleur en mode manuel (MANUAL := TRUE;). - Aller dans le menu En Ligne puis Paramètres de communication et régler les paramètres. - Cliquer sur l onglet Ressources de l explorateur d objets puis double cliquer sur Histogramme. - Allumer la station. Aller dans le menu En Ligne puis Accéder au système. - Faire un clic droit dans la fenêtre blanche puis lancer l histogramme. - Faire un clic droit dans la fenêtre blanche puis cliquer sur Lecture automatique de l histogramme. - Lancer le programme. Pour cela, aller dans le menu En Ligne puis Démarrer.

13 Exemple d application : régulation de chauffage 11 Vue obtenue avec l histogramme (la visualisation) de WAGO I/O PRO : Traçage de la tangente au point d inflexion

14 12 Exemple d application : régulation de chauffage Nous pouvons en déduire les paramètres de notre PID grâce au tableau de calcul des paramètres de Ziegler-Nichols. Avec le retard pur L = 4s et la pente p de la tangente au point d inflexion en C / secondes p = (Yb-Ya) / (Xb-Xa) = ( ) / (40) = 0.42 Nous obtenons : Kp = 1.4 (Le calcul donne 0.71 mais dans ce bloc KP est inversé, ainsi KP = 1.4) TN = 8 TV = 2 Saisir ces valeurs dans le bloc PID et passer en mode automatique. Effectuer un test en relevant la courbe de température grâce à la visualisation du logiciel WAGO I/O PRO (La consigne a été réglée ici à 50 C).

15 Exemple d application : régulation de chauffage 13 Nous pouvons observer que le système est bien régulé en température (Les oscillations obtenues en régime établi sont de l ordre de quelques 1/10 de degrés) Utilisation de Y_MIN et Y_MAX La valeur de l échelle est comprise entre Y_MIN et Y_MAX. Dans notre exemple ces valeurs correspondent au rapport cyclique du PWM (entre 0 et 100 %) Utilisation de MANUAL MANUAL est une des variables d entrée du bloc PID. Lorsque cette entrée est désactivée (FALSE), le bloc est en mode régulation. Si cette entrée est active (TRUE), la valeur de sortie du PID correspond à la commande de consigne manuel «Y_MANUAL» (dans notre cas cette valeur est l image du rapport cyclique du PWM).

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