Twincat PLC Temperature Controller. Régulation de Température à l aide de TwinCAT PLC.

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1 Twincat PLC Temperature Controller Régulation de Température à l aide de TwinCAT PLC. VERSION : 1.0 / JYL DATE : 28 Novembre 2005

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3 1 Installation Présentation : Schéma fonctionnel : Générateur de consigne : Génération de la valeur de contrôle : Algorithme de contrôle : Gestion d alarmes : Mesures de températures : Calcul de la valeur mesurée : Accès aux registres internes :...12 Page 3 Twincat I/O

4 1 Installation Il est nécessaire d installer la librairie TwinCAT PLC Temperature Controller disponible en supplément afin de pouvoir exploiter les fonctionnalités de régulation de température offertes par TwinCAT. Vous pouvez la télécharger à partir du site internet Beckhoff : 2 Présentation : Le bloc de fonction TwinCAT Temperature Controller est un bloc universel permettant le contrôle et la surveillance de processus dépendants de la température. Le contrôleur peut fonctionner suivant 2 modes : - automatique : boucle fermée - manuel : boucle ouverte Twincat Temperature Controller Page 4

5 Actuellement le bloc de fonction ne gère que le processus de chauffe. Le processus de refroidissement n est pour l instant pas intégré. Il est cependant planifié dans une future évolution de la librairie. 3 Schéma fonctionnel : La valeur de contrôle peut se présenter sous différentes formes, analogique ou numérique. Dans le cas d un contrôle numérique, le signal de contrôle sera un signal modulé en largeur d impulsions (PWM). La valeur de contrôle peut être limitée entre 2 seuils (minimum et maximum). La valeur de consigne peut elle aussi être limitée entre 2 valeurs et peut aussi prendre la forme d une rampe. L algorithme de contrôle est basé sur un contrôleur PID. Page 5 Twincat I/O

6 4 Générateur de consigne : Un bit permet de commuter entre 2 valeurs de consigne différentes. En supplément de la valeur de consigne, une valeur de repos peut être utilisée. Cette valeur permet de réduire la température durant les phases d inactivité afin de réduire la consommation énergétique. fw1 : valeur de consigne en C (Type LREAL). fw2 : valeur de repos, généralement inférieure à fw1 (Type LREAL). bselsetpoint : sélection de la source de la valeur de consigne (Type BOOL : FALSE : sélection de la valeur de consigne, TRUE : valeur de repos). Fonction "four de cuisson" : Il est possible de paramétrer un démarrage doux de la chauffe. Dans ce cas, la température est d abord élevée à la température fwstartup (LREAL) puis maintenue à cette température pendant le temps tstartup (TIME). Une fois ce temps écoulé, la valeur de consigne est alors prise en compte. Twincat Temperature Controller Page 6

7 5 Génération de la valeur de contrôle :

8 La valeur de contrôle (CV) calculée par le contrôleur est d abord limitée entre les valeurs limites autorisées. Ces valeurs sont renseignées à l aide de la valeur de contrôle passée au bloc fonctionnel. Ces données sont regroupées dans une structure. La valeur de contrôle est rendue disponible sous 3 formes différentes : - analogique - signal numérique modulé en largeur d impulsions. - Signal 2 ou 3 états (Chauffage et refroidissement). Twincat Temperature Controller Page 8

9 Exemple de paramétrage du signal PWM : 6 Algorithme de contrôle : Le bloc de fonction est basé sur un contrôleur PID standard. Le contrôleur a été conçu afin de minimiser les perturbations, la procédure d ajustage du contrôleur est réalisée suivant les méthodes de Chien, Hrones et Reswick. Un dépassement est cependant possible lors de changements de consigne. Afin de réduire au maximum ce dépassement, un pré contrôleur peut être inséré pour gérer les changements de consigne. Page 9 Twincat I/O

10 7 Gestion d alarmes : Les alarmes suivantes peuvent être continuellement surveillées par le contrôleur : - Températures absolues (haute et basse) - Températures relatives (en 2 zones autour de la valeur de consigne) D autres conditions, relatives au matériel mis en œuvre, peuvent aussi être liées au contrôleur de température : - Thermocouple ouvert : fil coupé sur le capteur de température - Tension incorrecte : une tension au delà des valeurs autorisées est détectée. - Polarité thermocouple : un capteur de température est raccordé avec une polarité incorrecte. Dans le cas où un capteur de courant est connecté, les signaux suivants peuvent être liés au contrôleur de température : - Court circuit - Circuit ouvert - Fuite de courant 8 Mesures de températures : Beckhoff propose différentes solutions pour la mesure de températures, les modules analogiques de la gamme KL320X permettent de raccorder des capteurs PT100, PT200, PT500, PT1000 ou Ni100 (2 ou 3 fils). Twincat Temperature Controller Page 10

11 La gamme de température mesurable va de -250 C à C (Capteurs PT100) et de -60 C à +250 C (Capteurs Ni). 8.1 Calcul de la valeur mesurée : La valeur mesurée par le module KL320X, transférée au contrôleur via le K-Bus est déterminée de la façon suivante : a. Calcul de la valeur de résistance : X_R = X_RTD X_RL Avec X_R = Valeur codée du capteur de température X_RTD = Valeur codée du capteur de température, inclus le câble d alimentation X_RL = Valeur codée de la résistance du câble d alimentation Y_R = A_a * (X_R - B_a) Avec Y_R = Valeur de résistance du capteur de température A_a = Gain réglé en usine B_a = Offset usine Les paramètres A_a et B_a sont accessibles à partir des registres internes R17 et R18 b. Linéarisation de la courbe : Y_T = a1 * Y_R2 + b1* Y_R + c1 Avec Y_T = Température mesurée en 1/16 C c. Mise à l échelle utilisateur ou constructeur inactive : Y_AUS = Y_T Avec Y_AUS = données process vers PLC d. Mise à l échelle constructeur active (réglages usines) : Y_THS = A_h * Y_T + B_h Avec Y_THS = Température après mise à l échelle en 1/10 C Y_AUS = Y_THS Avec Y_AUS = données envoyées vers le PLC Et A_h et B_h, paramètres de mise à l échelle constructeur e. Mise à l échelle utilisateur active : Y_TAS = A_w * Y_T + B_w Avec Y_TAS = température après mise à l échelle utilisateur Y_AUS = Y_TAS f. Mises à l échelle utilisateur et constructeur actives : Y_1 = A_h * Y_T + B_h Y_2 = A_w * Y_1 + B_w Y_AUS = Y_2 Avec A_w et B_w, paramètres de mise à l échelle utilisateur. Page 11 Twincat I/O

12 8.2 Accès aux registres internes : Le paramétrage des registres internes peut être réalisé soit à l aide de KS2000 soit directement à partir de l application PLC. Ces 2 modes de paramétrage sont détaillés dans la documentation "Registres KLxxxx". Dans notre cas, nous choisirons le paramétrage via l application PLC. La librairie suivante est nécessaire à la manipulation des registres internes : Pour cela, il est nécessaire de créer les variables suivantes : Twincat Temperature Controller Page 12

13 Puis de les lier à la configuration matérielle utilisée : Exemple de code PLC : Il est nécessaire de créer les variables systèmes suivantes : Page 13 Twincat I/O

14 Sous programme LectEcriture : Voir l exemple fourni pour plus d informations. Remarque : il est possible d intégrer ce code sous forme de bloc de fonction et d avoir accès aux différents registres influant sur la mesure. Twincat Temperature Controller Page 14

15 BECKHOFF AUTOMATION Sarl Immeuble "Le Montréal" ZA de Courtaboeuf 19 bis, Avenue du Québec COURTABOEUF Cedex Tél : Fax : info@beckhoff.fr Page 15 Twincat I/O