PID-Regler – Simulation und Handbetrieb
Einen PID-Regler einfügen, den P-Anteil in der Simulation nachvollziehen und die Stellgröße im Handbetrieb vorgeben.
1. IST, SOLL und Stellgröße
IST ist der aktuelle Messwert. SOLL ist der gewünschte Wert. Die Stellgröße ist das Ergebnis der Regelung, beispielsweise eine Heizleistung. In diesem Übungsbeispiel sind es reine Zahlen ohne Geräteanbindung.
Der P-Anteil reagiert auf die momentane Abweichung. Der I-Anteil berücksichtigt eine über die Zeit bestehende Abweichung, der D-Anteil reagiert auf die Änderung des Istwerts. Wir beginnen mit Ti = 0 und Td = 0, also ohne aktive I- und D-Anteile.
2. Regler einfügen
Wählen Sie Struktur → PID-Regler und platzieren Sie das Objekt auf der Seite. Der frisch eingefügte Regler zeigt zunächst seine Standardwerte und den Ausführungsort SPS. Die Simulation wird erst im nächsten Schritt eingestellt.
3. Objekteigenschaften öffnen
Öffnen Sie die Objekteigenschaften. Das Beispiel verwendet X = 20, Y = 130, Breite = 340 und Höhe = 144. Text / Startwert bestimmt die Überschrift des Reglers.
Die normale Prozessvariable gehört zum Istwert. Für unsere Simulation bleiben diese Felder leer. Über PID-Regler einstellen öffnen Sie den Parameterdialog; Bereich zuordnen ordnet das Objekt einem Register, Klapp- oder Scrollbereich zu.
4. Das Simulationsbeispiel einstellen
| Einstellung | Übungswert |
|---|---|
| Ausführungsort | Nur Simulation |
| Kp | 2 |
| Ti in Sekunden (0 = aus) | 0 |
| Td in Sekunden | 0 |
| Abtastzeit in ms | 500 |
| D-Filter 0 bis 1 | 0,2 |
| Ausgang Minimum / Maximum | 0 / 100 |
| Sicherer Ausgang | 0 |
| Istwert-Timeout in s | 2 |
| Start-Sollwert | 50 |
| Handstellwert | 0 |
Lassen Sie auch die SPS-Zuordnungen für Sollwert und Stellgröße leer. Bestätigen Sie zuerst den PID-Dialog und anschließend die Objekteigenschaften mit Übernehmen. Speichern Sie das Projekt.
Die Werte dienen diesem nachvollziehbaren Simulationsversuch. Der D-Filter beeinflusst hier nichts, weil Td = 0 ist. Ausgangsgrenzen begrenzen die berechnete Stellgröße auf 0 bis 100.
5. Den P-Anteil mit F5 testen
- Starten Sie den Testmodus mit F5. Kontrollieren Sie die Anzeige SIMULATION und die Betriebsart AUTO.
- Lassen Sie SOLL auf 50. Geben Sie bei IST nacheinander 40, 45 und 50 ein und bestätigen Sie jeden Wert mit Enter.
- Warten Sie nach jeder Eingabe kurz auf die nächste Berechnung.
| IST | SOLL | Stellgröße |
|---|---|---|
| 40 | 50 | 20 |
| 45 | 50 | 10 |
| 50 | 50 | 0 |
In dieser Folge nach dem Start gilt: Stellgröße = 2 × (SOLL − IST). Je kleiner die Abweichung, desto kleiner der Ausgang. Bei IST = SOLL ist er 0.
Die Simulation berechnet den Reglerausgang, simuliert jedoch keine angeschlossene Anlage. Der Istwert steigt daher nicht selbstständig an; Sie geben ihn von Hand vor. Ein Modbus-Simulator wird für dieses Beispiel nicht benötigt.
6. Die Stellgröße von Hand vorgeben
- Lassen Sie IST und SOLL auf 50.
- Klicken Sie auf AUTO, sodass HAND angezeigt wird.
- Tragen Sie im Feld STELLGRÖSSE den Wert 30 ein und bestätigen Sie mit Enter.
Die Stellgröße bleibt nun auf 30, obwohl Soll- und Istwert übereinstimmen. Im Handbetrieb geben Sie den Ausgang selbst vor; die automatische Berechnung ist angehalten. Handwerte werden auf die konfigurierten Ausgangsgrenzen begrenzt.
Zurück zu AUTO: Der Wechsel ist stoßfrei ausgelegt. Der aktuelle Ausgang wird dabei als Ausgangspunkt übernommen. Erwarten Sie deshalb nach HAND 30 nicht automatisch einen Sprung auf 0, auch wenn Ti = 0 ist. Die obige Zahlenfolge beschreibt den Versuch vor diesem Wechsel.
7. Die drei Ausführungsorte unterscheiden
| Ausführungsort | Bedeutung |
|---|---|
| SPS | PamaGlawe zeigt und bedient den Regler; die SPS berechnet die Regelung. Hand/Auto wird in der SPS selbst umgeschaltet. |
| Lokaler PID auf diesem Rechner | PamaGlawe berechnet zyklisch und schreibt die Stellgröße an das konfigurierte Gerät. |
| Nur Simulation | PamaGlawe berechnet den Ausgang ohne Schreiben an ein Gerät. Der Istwert ist im Testmodus editierbar. |
Für eine Geräteanbindung wird der Istwert in den Objekteigenschaften zugeordnet. Sollwert und Stellgröße haben eigene Zuordnungen im PID-Dialog. Im lokalen Modus ist ein Stellgrößenziel erforderlich; es darf nicht dieselbe Geräteadresse wie Sollwert oder Istwert verwenden.
Der Dialog weist darauf hin, dass Windows nicht echtzeitfähig ist: Lokale Regelung ist nur für langsame, nicht sicherheitskritische Prozesse vorgesehen. Für zeitkritische oder sicherheitsrelevante Regelungen ist die SPS vorgesehen. Dieses Kapitel beschreibt die Bedienung in der Simulation, keine Inbetriebnahme einer realen Anlage.
8. Wenn die Anzeige nicht wie erwartet reagiert
- IST nicht editierbar: Prüfen Sie Testmodus, Ausführungsort „Nur Simulation“ und bei Benutzerverwaltung die Berechtigung zum Bedienen des PID-Reglers.
- Stellgröße nicht editierbar: Wechseln Sie von AUTO nach HAND.
- Keine Reaktion auf eine Eingabe: Bestätigen Sie mit Enter.
- Andere Zahlen als im Beispiel: Prüfen Sie Kp, Ti, Td, SOLL und Ausgangsgrenzen. Beachten Sie einen vorangegangenen Wechsel von HAND nach AUTO.
Reglerparameter und Startwerte werden mit dem Projekt gespeichert. Laufende Eingaben im Testmodus ändern den aktuellen Reglerzustand; sie ersetzen nicht die konfigurierten Startwerte.