AB PLC | Factory IO联合FT Echo实现PID控制仿真

zhangyichen

前言：在自动化控制领域，提到PID控制，几乎无人不知无人不晓，可见其重要性。在实际项目中，很多工艺要求恒温、恒流、恒压等，这时，PID控制就是工程师们的首选，因为它原理简单、技术成熟、应用广泛、容易实现。针对罗克韦尔AB LOGIX5000控制器，其编程软件自带PID指令，大家为了学习该指令或项目前期验证其严密性，特意搭建一套符合PID控制流程的硬件环境，显然不太现实，毕竟成本太高。那么，今天，工作室就分享一套全新的仿真方法，无限接近实际项目，轻松模拟PID调节控制。

01
软件环境

1. 操作系统

Windows 10 专业版 64位

2. 3D仿真软件

Factory IO V2.5.0

3. 编程软件

Studio 5000 V33.01.00中文版

4. 仿真软件

FactoryTalk Logix Echo V2.01.00

02
PID术语

1. 关于PID的原理和算法，本文不做详细的介绍，因为这些资料都是公开的，并且现今网络如此发达，随便网上一搜，就非常多，其中不乏实用详尽的技术文章，下图为PID控制原理图.



2. 比例-积分-微分控制，简称PID控制，即根据给定值和实际过程反馈值构成控制偏差，对这个误差分别进行比例、积分、微分处理后叠加输出，对被控对象进行控制。下面，就Studio 5000编程时，需要用到的PID术语概况性的介绍一下.

P：Proportional，比例，PID控制必须项，主要调节手段，比例控制器的输出u(t)与输入偏差e(t)成正比，能迅速反映偏差，从而减小偏差，但不能消除系统的稳态误差.

I：Integral，积分，PID控制可选项，主要用于消除稳态误差，积分作用太强会使系统超调加大，甚至出现振荡.

D：Derivative，微分，PID控制可选项，作用能反映偏差信号的变化趋势，有助于系统减小超调，克服振荡，加快系统的响应速度，减小调节时间，从而改善了系统的动态性能，但微分时间系数过大，会使系统出现不稳定.

SP：Set Point， 设定值，即根据工艺需求设定的目标值.

PV：Process Value，过程值，通过监测元件，比如流量计、液位计等对过程对象进行测量，得到的实时数据值.

CV：Control Value，控制值，经PID整定后的输出值，直接作用于执行机构，比如变频器、调节阀等.

e：Error，偏差，等于SP-PV，过程值与目标值存在的误差.

DB：Dead Band，死区，PID控制可选项，当过程值几乎接近目标值时，PID仍会调节，导致执行机构频繁动作，时间久了，容易损坏，当引入了死区，在上限范围内，PID控制值保持当前值输出.

03Factory IO

1. 在2021年，工作室就写过一篇《Studio 5000联合Factory IO进行3D工厂仿真》，当时AB仿真软件FactoryTalk Logix Echo还未发布，通信方式采用的是RSLinx OPC来实现的，这篇文章比较详细的介绍Factory IO使用，所以，本文就不再重复讲述相同内容，直接进入主题，感兴趣的朋友，建议看看以下视频.


video: https://mp.weixin.qq.com/mp/readtemplate?t=pages/video_player_tmpl&action=mpvideo&auto=0&vid=wxv_2156148581278318594

2. 打开Factory IO软件，找到场景《Level Control》，该场景提供的功能就是用来仿真PID控制，并且是系统预置好了的，直接使用。为了操作的便利性，本文案例将操作箱删除了，并将传感器、执行机构等改为中文名称，方便识别，详见下图.



3. 本案例采用的是AB最新仿真FactoryTalk Logix Echo，所以通信驱动选择Allen-Bradley Logix5000，和实际的Logix5000控制器一样，设置好IP地址，机架槽号，输入/输出点位.



4. 将传感器、执行器和对应的Studio 5000标签关联起来，并连接通信驱动.



5. 关联好输入/输出点位后，将系统生成的变量导出，该文件的后缀名为.csv，使用EXCEL打开，并将复制到Studio 5000导出的标签表中，然后导入，即可完Factory IO变量的创建.



6. 打开Studio 5000，创建PID程序，更多详细操作请看后面的视频讲解.



7. 本文案例基于FactoryTalk Logix Echo仿真，关于它的介绍和详细使用，工作室发布过两篇文章，分别是《新1代仿真软件Echo 1.0》《FT Echo 2.0使用方法》，需要了解的朋友，可以点击阅读.