REGULACION DE TEMPERATURA CON PID MEDIANTE SIMATIC STEP7

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1 REGULACION DE TEMPERATURA CON PID MEDIANTE SIMATIC STEP7 Autor: Curso: 2CI2R Año: 2014 Ciclo Formativo: FP Superior de Robótica y Automatización Industrial Centro: IES Serra D'Espadà Tutor: Francisco Lladró Julia

2 Índice Objetivos...3 Descripción...3 Elementos del proyecto...4 Proyecto paso a paso...7 Iniciar el proyecto...7 Hardware...8 Programación...12 Parametrizacion de la fucion PID...19 Conexiones...22 PLC Online...22 Regulación automática...23 Detalles y dificultades de la practica...25 Bibliografía...26 Anexos...27 Anexo 1 Planos eléctricos Autocad...27 Anexo 2 Manual Función TCONT_CP...27 Anexo 3 Manual DIMMER...27 Anexo 4 Regulación PID...27 Anexo 5 Fotos usadas...27 Anexo 6 Documentación Analogía y regulación...27 Anexo 7 Programa

3 Objetivos 1. Llegar a controlar la variable (temperatura) mediante un PID. 2. Adaptarse a la interfaz para configurar autómatas de siemens. 3. Aprender a usar la función TCONT_CP. 4. Usar las funciones de escalado y desescalado de las señales. 5. Aprender a usar la tarjeta analógica del autómata siemens 313C. 6. Realizar diferentes pruebas de simulación con los diferentes parámetros. de la función TCONT_CP. Descripción El proyecto consiste en poder controlar una consigna, que en este caso es la temperatura dada por un sensor PT100 y como actuador un soldador. El soldador esta conectado a un Dimmer, que lo que hará es mediante la salida de 0-10V, recortara o no la onda que le llega al soldador, mediante un PID interno del autómata Siemens. Con el PID regularemos la salida para llegar al set point deseado. En el proyecto se explica como llegar a regular el proceso, las conexiones necesarias y explicaciones de los diferentes parámetros. La practica se compone de un soldador que hará de actuador, un sensor PT100 que no dará la temperatura real que queremos controlar, un autómata Siemens 313C que hará mediante sus funciones internas de PID y un Dimmer que regulara la potencia para que los actuadores no funcionen como todo o nada. Se conectara la PT100 a la entrada analógica del PLC, esta nos dará una un valor que tendremos que escalar para hacerla legible, después configuraremos los diferentes parámetros. del PID de forma manual o automática para que intente llegar de la forma mas rápida y mas estable a la temperatura que deseemos (set point), una vez tengamos el PID configurado este nos dará una señal con la potencia con la que quiere hacer que funcione el actuador, esta señal la desescalaremos para poder llevarla a la tarjeta analógica y que el Dimmer pueda funcionar con ella, el Dimmer lo que hará sera dependiendo de la señal que reciba recortara la onda y hará que el actuador funcione entre el 0 y 100% de su potencia. 3

4 Elementos del proyecto 1. Modulo de entrenamiento SIMATIC S7 313C Imagen 1: SIMATIC S7 313C 2. Cebek R-26 Imagen 2: Dimmer, regulador de luz CA 3. Soldador de estaño Imagen 3: Soldador de estaño 4

5 4. PT100 3 hilos Imagen 4: PT100 3 hilos 5. Bombilla 100W Imagen 5: Portalámparas con bombilla 100W 6. Convertidor R232 USB Imagen 6: R232 a USB 5

6 7. La pieza de la cual hay que controlar la temperatura Imagen 7: Cilindro de aluminio 8. Siemens MPI/DP RS232 Imagen 8: Siemens simatic s7 PC adapter V5.1 6

7 Proyecto paso a paso Iniciar el proyecto Primer paso buscar en Inicio > Todos los programas > SIMATIC > Administrador SIMATIC, o abrir directamente del escritorio. * En caso de no tener instalado el programa viene dado en uno de los anexos, solo seguir las instrucciones de instalación para su correcta activación. Una vez abierto el programa nos aparecerá la siguiente interfaz: Imagen 9: Imagen con el asistente abierto. Seleccionamos cancelar, seguidamente vamos a Archivo y seleccionamos Nuevo...Nos aparecerá la siguiente ventana Imagen 10: Ventana de nuevo proyecto 7

8 Ponemos el nombre del proyecto y si queremos clicamos en examinar y cambiamos la ruta donde se guardara el archivo, (en la parte superior tenemos los proyectos que se han echo con anterioridad). Si se cambia la ruta del proyecto este se debe guardar en una carpeta, no se puede guardar por ejemplo directamente en el escritorio, clicamos en Aceptar y nos aparecerá la ventana de programación del PLC. Imagen 11: Ventana de proyecto vació. Ahora mismo no hay ningún PLC puesto, por lo que vamos a Insertar > Equipo > SIMATIC 300. Imagen 12: Como insertar PLC Imagen 13: Ventana con el PLC ya insertado. 8

9 Hardware Una vez insertado el PLC, hacemos doble clic en SIMATIC 300 y seguidamente en Hardware y pasaremos a configurar las características físicas de nuestro PLC. Imagen 15: Clic Hardware. Imagen 14: Clic SIMATIC 300. Imagen 16: Ventana de configuración del hardware. En la parte derecha de la ventana emergente están los diferentes hardwares para nuestro PLC, empezaremos por poner el bastidor: SIMATIC 300 > Bastidor 300 > Perfil de soporte, aquí sera donde alojaremos el hardware del PLC. Imagen 17: Ventana de configuración del hardware con el bastidor puesto. 9

10 Seguidamente colocaremos la CPU: SIMATIC 300 > CPU-300 > CPU 313C > 6ES7 3135BE01-0AB0, lo insertaremos en el slot 2. Insertaremos también la fuente de alimentación en el slot 1, SIMATIC 300 > PS-300 > PS 307 2A. Por ultimo insertaremos el modulo de profibus: SIMATIC 300 > CP-300 > PROFIBUS > CP > 6G DA02-0XE0 > V5.0, lo insertaremos en el slot 4. Nos aparecerá la siguiente ventana: Imagen 18: Ventana emergente a la colocación del profibus y configurada. Dejamos la dirección en 2 y aceptamos. El bastidor nos quedara de la siguiente forma: Imagen 19: Bastidor ya configurado. Una vez tengamos el bastidor completo hacemos doble clic sobre AI5/AO2 que corresponde a la tarjeta analógica del PLC, nos emergerá la siguiente ventana. 10

11 Imagen 20: Propiedades AI5/AO2, pestaña direcciones. Vamos a la pestaña direcciones y observamos que nos indica el inicio de las entradas y las salidas analogicas, esto significa que cada entrada analógica, PEW72 como ejemplo, esta formada por EB752 y EB753, de ahí que el fin sea un numero impar. Por eso en el modulo de entrenamiento esta puesto así. Imagen 21: Vista de entradas y salidas analógicas del entrenador. Ahora nos dirigimos a la pestaña entradas y cambiamos la entrada 4, correspondiente a PEW760; Tipo RTD-2L y Pt 100 estándar, esto nos servirá para luego al conectar la PT100 y poder leerla correctamente. También hay que cambiar la unidad de temperatura a grados centigrados. Ponemos las demás entradas a V. Una vez terminado con esto vamos a la pestaña salidas donde deberemos cambiar los margenes de las salidas a V y el tipo a V. le damos a aceptar y luego cerramos la ventana, nos pedirá si deseamos guardar, le decimos que si. 11

12 Imagen 23: Propiedades AI5/AO2, pestaña entradas ya configurado. Imagen 22: Propiedades AI5/AO2, pestaña salidas ya configurado. Programación Una vez configurado el hardware nos dirigimos a Bloques, como en la siguiente imagen, como se puede apreciar solo existe OB1 Imagen 24: Programación del autómata al inicio 12

13 Hacemos clic derecho en el apartado donde esta OB1 y datos del sistema, luego Insertar nuevo objeto > Bloque de organización. Imagen 25: Como insertar bloque de organización Una vez hecho nos saldrá la siguiente ventana Imagen 26: Propiedades del bloque de organización y configurado Ponemos como nombre OB35 ya que por defecto de fabrica este viene configurado como alarma cíclica a 100ms, esto es lo que nos hace falta para que funcione bien nuestra función TCONT_CP. Dejamos como lenguaje KOP y como nombre simbólico y comentario, podemos poner lo que deseemos es indiferente, simplemente para una programación muy grande para saber diferenciar. En el modulo de alarma cíclica OB35 sera donde se programara la lectura analógica, el escalado y la función PID correspondiente. En caso de querer cambiar la periodicidad es decir los 100ms deberemos ir a hardware, doble clic sobre el bastidor en CPU 313C, una vez salga la ventana elegimos la pestaña alarmas cíclicas y allí cambiamos el parámetro. 13

14 Imagen 27: Como configurar OB35 14

15 Imagen 28: Función F105 Scale convert ya configurado Entramos dentro de OB35 haciendo doble clic y dos dirigiremos a la parte de la izquierda donde iremos a Standar library > TI-S7 Converting Blocks > FC105 Scale convert, una vez insertado, debemos configurar los parámetros. La función scale convert toma un valor entero en la entrada IN y lo convierte en un valor real, convirtiéndolo a escala en un rango comprendido entre un límite inferior y un límite superior (LO_LIM y HI_LIM). El resultado se escribe en la salida OUT. LO_LIM y HI_LIM pueden tener un valor entre 0 y dependiendo de si el parámetro. bipolar esta a 0, en caso contrario los valores irán de a Puesto que la entrada PEW752 de la imagen de arriba la usaremos como indicador de set point, al poner LO_LIM 0 y HI_LIM el valor escalado que nos daría seria un numero muy grande y poco ajustable a los rangos de temperatura que deseamos manejar nosotros como set point, utilizaremos el valor 1728 que es un múltiplo de 2 como , este valor tan pequeño nos dará un escalado mas preciso. Por lo tanto, la función que usaremos para dar valor al set point quedara así: IN: PEW752 equivalente al potenciómetro (primera entrada analógica). HI_LIM: LO_LIM: 0.0 BIPOLAR: M100.0 que tendrá un valor de 0. RET_VAL: MW200 esta nos indicara si el escalado esta bien (16#0000) o no (16#0008). OUT: MD20 Una memoria donde guardaremos el valor escalado. 15

16 Imagen 29: Función de escalado de la PT100 ya configurada. Insertamos la otra función de escalado en el segmento dos, esta nos servirá para escalar la señal de la PT100. La función quedara de la siguiente forma: IN: PEW760 es la entrada analógica donde hemos conectado la PT100 que nos da la temperatura en décimas de grado. HI_LIM: dividimos entre 10 el numero para convertir la señal de décimas de grado centigrado a grados centigrados. LO_LIM: 0.0 BIPOLAR: M100.0 que tendrá un valor de 0. RET_VAL: MW210 esta nos indicara si el escalado esta bien (16#0000) o no (16#0008). OUT: MD10 Una memoria donde guardaremos el valor escalado. Clicamos en segmento tres y pondremos la función que actuara como PID, Standar library > PID Control Blocks > FB58 TCONT_CP control. Hemos elegido de todas las posibilidades esta función ya que es especial para temperatura y es un control PID. Imagen 30: Insertar nuevo segmento 16

17 Imagen 31: Función TCONT_CP ya configurada Como se puede ver no hemos utilizado todos los parámetros. de la función aunque luego se explicara algún otro parámetro, que es interesante conocer. PV_IN: Hemos puesto MD10 que es donde teníamos el valor escalado de la PT100. SELECT: A 0 El regulador se llama en un nivel de alarmas cíclicas rápido y se procesan el algoritmo PID y el generador de impulsos. SP_INT: MD20 es donde guardamos el escalado de la primera función, el set point. COM_RST: E125.0 Le ponemos una entrada digital para que este a 0 en caso de ponerlo a 1 el PID empezaría su rutina de inicializacion. MAN_ON: E125.1 Es muy importante tenerlo a 0, en caso de estar a 1, estaría parado el lazo de regulación. PV: MD40 PV no indica el parámetro. que se esta usando dentro del PID para la regulación., en este caso es exactamente el mismo que en PV_IN. LMN: MD30 nos dará un valor de 0 a 100 dependiendo de la potencia que el PID quiera dar al actuador (MV, variable manipulable). 17

18 Imagen 32: Función de desescalado ya configurada. Deberemos poner como nombre DB10 que sera la configuración de los parámetros. internos.creamos el segmento cuatro donde insertaremos la función de desescalado, Standar library > TI-S7 Converting Blocks > FC106 Unscale convert, que nos servirá para pasar el valor que nos da LMN a un valor de 0 a 10V para que el Dimmer pueda actuar en consecuencia. Los parámetros. se quedaran así: IN: MD30 es la memoria donde guardamos el valor de LMN. HI_LIM: Ponemos 100 ya que los valores de LMN van de 0 a 100. LO_LIM: 0.0 BIPOLAR: M100.0 que tendrá un valor de 0. RET_VAL: MW210 esta nos indicara si el escalado esta bien (16#0000) o no (16#0008). OUT: PAW752 La salida analógica que va asociada al voltimetro. 18

19 Una vez acabado el programa guardaremos la configuración Barra de herramientas > Guardar (símbolo disquete) y cerraremos la ventana. Imagen 33: Icono guardar. Volviendo a la ventana de principal donde tendremos que configurar los parámetros. internos del PID. Imagen 34: Ventana principal ya configurada Han aparecido nuevos apartados: FB58: función de TCONT_CP. FC105: función de escalado. FC106: función de desescalado. DB10: parámetros. del PID. 19

20 Parametrizacion de la fucion PID Hacemos doble clic sobre DB10. Imagen 35: Parámetros función TCONT_CP Imagen 36: Cambiar la forma de ver los parametros Se puede cambiar la forma de visualización de los parámetros desde Ver, esta forma es la de parámetros (figura 35), donde se encuentran los parámetros mas comunes y mas usados del PID, luego esta datos donde aparecen todos los parámetros que se pueden configurar. 20

21 Imagen 37: DB10 en formato de ver datos Antes de empezar la regulación. salimos a la pestaña principal y pulsamos el botón carga para pasar el programa al PLC, aceptamos todos los parámetros por defecto que nos da. Imagen 38: Imagen sacada de Edcai 21

22 Ahora el PLC ya ha quedado con la nueva configuración *Datos interesantes* 1. Podemos activar el generador de impulsos que lo que hará sera en vez de sacar la señal de 0 a 100 de LMN, dará pulsos a la salida digital que le asignemos en QPulse, mediante CYCLE_P podemos controlar el tiempo de los pulsos. Por ejemplo si el PID solo quiere aplicar el 30% de la potencia, dará 10 pulsos a Qpulse, tres de ellos serán 1 y 7 de ellos serán 0 en un intervalo de tiempo que puedes configurar. 2. Activar CONZ_ON, o en los parámetros. zona de regulación., sirve para poner un margen arriba y abajo en el Set point. 3. En vez de poner la señal escalada en PV_IN se puede poner directamente sin escalar por PV_PER, para el hay que poner en true el parámetro. PVPER_ON y luego elegir dentro del PID el escalado que queremos que haga, mediante el parámetro. PER_MODE, si lo ponernos a 0, ara la siguiente ecuación PV_PER 0,1 por lo que nos pasara de décimas de grado a grados centigrados. Para saber si el escalado funciona bien en la memoria PV aparecerá el dato escalado como queremos que el PID trabaje. 4. Todos los demás parámetros. están explicados en el manual de Siemens para la función TCONT_CP. 22

23 Conexiones 1. Para empezar deberemos conectar el PLC a la luz y ponerlo en modo run mediante una pestaña que hay en el PLC. Una vez enchufado conectaremos el adaptador MPI/DP a RS232 al puerto del PLC, después del adaptador sacaremos un alargador de RS232 que ira conectado al conversor de RS232 a USB (depende de ordenador). 2. Pasaremos el programa al PLC como se indica anteriormente. 3. Conectaremos la sonda PT100 a la entrada PEW Conectaremos la entrada +,- del DIMMER a la salida PAW752 (muy importante leerse el manual del DIMMER para saber la configuración de los switch para una configuración de 010V). 5. Conectaremos el soldador y la bombilla a la salida Output del DIMMER(la bombilla es de 100W ya que el DIMMER para funcionar necesita mínimo 50W). 6. Conectaremos mediante un enchufe en la salida Input del DIMMER a 230V. PLC Online Dentro de las bloques como OB35, DB10 le damos al botón: Asi ponemos el PLC online. Para poder visualizar los valores, en los bloques como OB35 solo debemos pulsar el icono de las gafas. Imagen 39: Plc online y en modo visualización O tambien podemos ponerlo online desde Ver > online. Sabremos que esta online cuando la ventana tenga un subrayado azul celeste como la imagen de abajo. Imagen 40: Modo online 23

24 Regulación automática Para configurar los parámetros. de forma manual primero habrá que leerse y informarse sobre como configurar PIDs, por ejemplo saber que hace la acción derivativa, integral y proporcional. En este enlace explica que es un PID: Todos los datos que se pueden configurar están en el anexo de la función TCONT_CP, habrá que leerse todos los parámetros para saber cual es cual y que hacen. Luego habrá que saber como regular un PID y como empezar, con unas breves pautas de como hacerlo.(incluido en los anexos). En nuestro caso al tratarse de un bloque de aluminio la temperatura tarda mucho en bajar y mucho en subir por lo que se hace casi imposible debido al tiempo regularlo, en cambio si que se puede hacer de forma automática. Una vez el PLC esta online nos dirigimos a Herramientas > optimizacion del regulador. Imagen 41: Acceso a la optimizacion del regulador Aparecerá una ventana emergente. Al empezar el sistema deberá de estar en reposo. 24

25 Hacemos clic en siguiente, seleccionamos Parámetros PID y clic en siguiente. El punto de operación (set point) se pondrá automático el set point que tenemos en ese momento al abrir el asistente, en caso de tener un set point diferente que el PLC y otro en el asistente no funcionara bien la regulación. La diferencia del valor manipulado la dejaremos en 80% y hacemos clic en siguiente. El asistente empieza a regular y optimizar nuestro proceso, lo mas normal es que al ser un proceso con una inercia tan grande, (es decir que el bloque de aluminio concentra mucho el calor y tarda mucho en enfriarse) el proceso tardara mucho tiempo en regular. En la imagen superior se ve como STATUS_D esta en 110 diseño de regulador para sistema I rápido, este es nuestro sistema en caso de que la regulación automática no este en 110 es que hemos echo algo mal. Una vez acabe el optimizador cambiara nuestros parámetros, solo deberemos guardarlos. 25

26 También en el modo online se puede ver las variables en forma de gráfica en Herramientas > Registrador de curvas, donde aparecerá el set point, LMN y la señal escalada del sensor. Imagen 46: Como acceder registrador de curvas Imagen 47: Registrador de curvas Ahora solo queda probar si esta bien regulado el PID, se puede probar por ejemplo cuando esta en el valor que deseamos, aplicarle una perturbación para ver como responde el sistema al cambio. Detalles y dificultades de la practica La practica ha sido difícil desde el punto de vista de cambiar de PLC Omron a Siemens, también que siemens tiene muchos mas parámetros para configurar que Omron por lo que se hace mas difícil entender y configurarlo. 26

27 Bibliografía Slideshare. UD5 Introducción al control PID [en linea]. José Maria Delgado Casado, David Pecellin Campos, IES Saenz de Buruaga (Merida). Dirección URL: Uvigo. Universidad de vigo.[en linea] Dirección URL: %20PID%20en%20Siemens.pdf Siemens. Siemens support [en linea] Dirección URL: func=cslib.csinfo2&aktprim=99&lang=es Edcai. Antoni Moreno Rey, IES Sep la Garrotxa [en linea] Dirección URL: Autor: Antoni Moreno Rey, analogía y regulación [papel]. 18/01/2007 Autor: Ramón L: Yuste Yuste, Luis Martínez Novoa, Instrucciones avanzadas [papel]. 05/02/06 27

28 Anexos Anexo 1 Planos eléctricos Autocad Anexo 2 Manual Función TCONT_CP Anexo 3 Manual DIMMER Anexo 4 Regulación PID Anexo 5 Fotos usadas Anexo 6 Documentación Analogía y regulación Anexo 7 Programa 28