background image

 

Opracowanie: dr inż. Rafał Kociszewski

 

Politechnika Białostocka 

Wydział Elektryczny 

Katedra Automatyki i Elektroniki 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ĆWICZENIE  Nr. 5 

 
 

Konfiguracja i parametryzacja regulatora PID 

na przykładzie SIPART DR22 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Laboratorium z przedmiotu: 

 

A

UTOMATYKA

 

Kod: ENS1C300 023 

 

 
 
 
 

BIAŁYSTOK  2013 

background image

Konfiguracja i parametryzacja regulatora PID na przykładzie SIPART DR22 

 

Kod: ES1A500 039 

 P

ODSTAWY AUTOMATYKI 

2

 

Ćwiczenie 4 

2

1.  Cel  ćwiczenia 

 

• 

Nabycie umiejętności programowania cyfrowego regulatora . 

• 

Przeprowadzenie doświadczeń wykorzystujących fizyczny regulator PID. 

 
Przed ćwiczeniem 

 

Należy zapoznać się, ze streszczeniem instrukcji technicznej regulatora SIPART DR22 firmy 
Siemens  [1].  Należy  powtórzyć  informacje  nt.  regulatorów  PID  (równania,  charakterystyki 
czasowe i częstotliwościowe, itd.). 
 

2.  Stanowisko  laboratoryjne 

 

Komputer PC z zainstalowaną kartą akwizycji danych PCI-1711 oraz oprogramowaniem 
ADAQView, i MATLAB 

Terminal PCLD-8710  z kablem połączeniowym 

Zestaw modelu analogowego obiektu (MAO) 

Regulator cyfrowy SIPART DR22. 

 

3.  Przebieg  ćwiczenia 
 

1.

  Należy  zaprogramować  strukturę  regulatora  SIPART  DR22,  pozwalającą  na  sterowanie 

wielkością  wyjściową,  przy  pomocy  przycisków  na  płycie  czołowej  aparatu.  Następnie 
należy przetestować zgodność ustawienia i odczytu tej wielkości ze wskazaniami wolto-
mierza  podłączonego  do  odpowiednich  zacisków  regulatora.  Wynikiem  pomiarów  jest 
charakterystyka:  U

v

 = f(U

reg

). 

 
2.

  Stosując analogiczne pomiary  należy uzyskać charakterystykę   U

v

  =  f(U

reg

)  dla  zakresu 

sygnału wyjściowego regulatora  4...20 mA (Tabela 3 w [1]). 

 
 
 

 

Rys. 1.  Schemat połączeń do p. 1, 2. 

 

background image

Konfiguracja i parametryzacja regulatora PID na przykładzie SIPART DR22 

 

Kod: ES1A500 039 

 P

ODSTAWY AUTOMATYKI 

2

 

Ćwiczenie 4 

3

3.

  Stosując schemat z rys.1 zdjąć w środowisku ADAQView charakterystyki skokowe regu-

latorów: P, PI i PID przy nastawach parametrów wskazanych przez prowadzącego. 

4.

  Skonfigurować układ regulacji zgodnie z poniższym rysunkiem poglądowym, gdzie poka-

zane  są  kanały  przesyłu  sygnałów  po-
między:  obiektem  (MAO),  regulato-
rem Sipard DR 22  oraz    terminalem 
PCLD-8710. Linie  zielone  symbolizują 
przepływ  sygnałów  z  wyjść    kolejnych 
urządzeń  (czerwone  kółka)  na  wejścia 
następnych  (zielone  kółka).  Do  za-
cisków (24,23) dołączony jest kanał sy-
gnału  wymuszenia,  podawanego  z  sys-
temu  Advantech  za  pośrednictwem 
terminala  (AO) .  Z zacisków  (12,1)  re-
gulatora podawany jest sygnał sterowania na wejście obiektu.  Linia czerwona jest kana-
łem  sygnału  wyjściowego  z obiektu,  który  podawany  jest  na  zaciski  (20,19)  regulatora. 
Sygnał ten jest rejestrowany w systemie Advantech za pośrednictwem wejścia (AI) termi-
nala PCLD-8710. Gniazda w kolorze czarnym oznaczają masę. 

5.

  Połączyć układ  regulacji, w którym model obiektu w  postaci członu inercyjnego pierw-

szego rzędu z opóźnieniem jest sterowany regulatorem PI, i PID zaprogramowanym w re-
gulatorze 

SIPART  DR22

.  Nastawy  regulatora  wybieramy  na  podstawie  dołączonych  do 

danej instrukcji (Dodatek C) danych tabelarycznych. Parametry obiektu podaje prowadzą-
cy zajęcia. 

 
6.

  Należy  zarejestrować  charakterystykę  skokową  połączonego  układu  regulacji.  Wyniki 

rejestracji  zapisujemy  do  pliku  tekstowego,  a  następnie  przenosimy  do  środowiska 

MATLAB

.  

 

4.  Sprawozdanie 

 
W sprawozdanie należy zamieścić: 
a)

  Schematy blokowe układów pomiarowych. 

b)

  Tabele eartości pomiarowych z p. 1 i 2. 

c)

  Zarejestrowaną charakterystykę układu regulacji z p.3. 

d)

  Wnioski i komentarze na temat uzyskanych wyników oraz przebiegu doświadczeń. 

 

5.  Literatura 

 

1.

  Ruszewski A.: Regulator SIPART DR22. Katedra Automatyki i Elektroniki PB, Białystok 

2001. 

2.

  SIMENS, SIPART DR22 Controller, Manual. Instrukcja producenta. 

3.   Kaczorek T.: Technika regulacji automatycznej. PWN, Warszawa,1977. 
4.   Luft M., Łukasik Z.: Podstawy teorii sterowania. Wyd. Polit. Radomskiej, Radom, 1999. 
6.

  Kuźnik J.: Regulatory i układy regulacji. Wyd. Polit. Śląskiej, Gliwice, 2002. 

7.

  Trybus L.: Regulatory wielofunkcyjne. WNT, Warszawa, 1992. 

 

 

24 

23 

 

20 

19 

 

 

12 

A

AI 

PCLD-8710 

MA

wyj. 

wej. 

DR 22 

background image

Konfiguracja i parametryzacja regulatora PID na przykładzie SIPART DR22 

 

Kod: ES1A500 039 

 P

ODSTAWY AUTOMATYKI 

2

 

Ćwiczenie 4 

4

Dodatek  A 

 

Równania regulatora PID  

 

Modelowanie  zadań  sterowania  w  ramach  struktury  PID  może  różnić  się  (formalnie  

i  merytorycznie)  w  zależności  od  stosowanego  środowiska  programowego.  W  wersji ideali-
zowanej regulatora możemy posłużyć się często spotykaną w praktyce transmitancją 
 

,

1

1

1

)

(





+

+

=

d

i

R

sT

sT

V

s

G

 

 
gdzie:  V  -  zakres  proporcjonalności  (wielkość  1/V  jest  równoważna  współczynnikowi 
wzmocnienia regulatora 

p

k

), 

i

T  -  czas zdwojenia,    

d

T  - czas wyprzedzenia. Za ich po-

średnictwem określa się współczynniki wzmocnienia dla wyników trzech działań na sygnale 
uchybu  regulacji  (wzmocnienie  proporcjonalne,  całkowanie  i  różniczkowanie).  
W  środowiskach  programowych  stosowanych  w  trakcie  Laboratorium  Techniki  Regulacji  2  
wymaga się wprowadzenia tych wartości w sposób następujący: 
 

 

w środowisku 

MATLAB/SIMULINK

  wymaga  się  wprowadzenia  nastaw  według  zapisu 

transmitancji w postaci 

 

,

/

)

(

Ds

s

I

P

s

G

R

+

+

=

 

 
przy czym 

,

/

1

p

k

V

P

=

=

 

,

/

i

p

T

k

I =

 

.

d

p

T

k

D

=

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 
 
 

 

 
 
 
 
 
 
 

Rys.3.  Model  blokowy  idealnego  regulatora  PID  w  środowisku  MATLAB/SIMULINK,  

a) ikona regulatora, b) schemat blokowy torów P, I, D,  c) okno dialogowe do wpi-
sywania parametrów (nastaw) 

 

 

+

 

+

 

+

 

Sum

 

du/dt

 

Derivative

 

I

 

s

 

Integral

 

P

 

Proportional

 

D

 

PID

 

PID Controller

 

a) 

b) 

c) 

background image

Konfiguracja i parametryzacja regulatora PID na przykładzie SIPART DR22 

 

Kod: ES1A500 039 

 P

ODSTAWY AUTOMATYKI 

2

 

Ćwiczenie 4 

5

 

w  ramach  systemu  oprogramowania  GENIE,  programując  regulator  posługujemy  się 
równaniem 

 

))

3

(

))

2

(

)

1

(

(

3

)

(

(

)

6

/(

)

((

)

(

)

(

)

(

+

+

+

=

n

e

n

e

n

e

n

e

T

D

P

k

Se

T

I

P

n

Pe

n

U

s

s

 

 

w którym: 

)

(n

U

stanowi wyjście PID w n-tym takcie próbkowania, P jest współczynnikiem 

wzmocnienia części proporcjonalnej regulatora, 

i

T

I

/

60

=

 stanowi wskaźnik wzmocnienia w 

części całkującej regulatora, natomiast 

60

/

d

T

D =

  to równoważnik czasu wyprzedzenia, 

s

T  

jest przyjętym czasem  
 
 

 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 

Rys. 4.   Model blokowy regulatora PID w środowisku GENIE a) ikona regulatora, b) okno 

dialogowe do wpisywania parametrów (nastaw) 

 
 

 

przy  programowaniu  regulatora 

SIPART  DR22

  stosowane  są  natomiast  następujące  rów-

nania i oznaczenia: 

 

w strukturze  P:   

xo

xd

Kp

ya

+

±

=

         

w strukturze  PI:   

yo

dt

xd

tn

xd

Kp

ya

t

+



+

±

=

0

1

        

przy opisie składnika różniczkującego  D, wygodniejsza jest forma transmitancji widmo-
wej   
 

vv

tv

j

tv

j

Kp

xd

xa

ω

ω

+

1

±

=

 

 

a) 

b) 

background image

Konfiguracja i parametryzacja regulatora PID na przykładzie SIPART DR22 

 

Kod: ES1A500 039 

 P

ODSTAWY AUTOMATYKI 

2

 

Ćwiczenie 4 

6

Oznaczenia i zakresy nastaw aparatu są następujące: 

 

cP  –  wzmocnienie proporcjonalne:  

 

0,100...100,0; 

tn  –  czas całkowania (zdwojenia) :   

 

1,00  ...  9984 s; 

tv  –  stała czasowa różniczkowania:  

OFF,     1,00...2,992 s; 

vv  –  współczynnik członu różniczkującego: 

1,00...10; 

xd  –  uchyb regulacji; 

          

ya –   wyjście regulatora, którego wartość początkowa  yo jest uwzględniana 

                              w równaniach  regulatorów P, PI. 

 

Dodatek  B 

 
Programowanie regulatora SIPART DR22 
 
  Cechą charakterystyczną regulatorów cyfrowych z serii SIPART DR20 - DR22 jest ankie-
towy sposób programowania. Technika tego typu polega na tym, że użytkownik ustala struk-
turę  regulatora,  zasady  wstępnego,  cyfrowego  przetwarzania  mierzonych  sygnałów,  zasady 
komunikacji itp., odpowiadając (za pośrednictwem wyboru numeru odpowiedniej wersji od-
powiedzi) na pytania przedstawione w instrukcji obsługi regulatora. Istotnym problemem dla 
użytkownika  może  być  znaczna  liczba  pytań  ankietowych  o  charakterze  instalacyjnym,  tzn. 
takich, na które należy sformułować odpowiedź jednorazowo, przed montażem regulatora w 
systemie  automatyki  związanym  np.  ze  sterowaną  linią  technologiczną.  Konieczność  jedno-
znaczności programu regulatora w każdej sytuacji powoduje, iż jedna, według oceny produ-
centa  najbardziej  prawdopodobna  z  wersji  każdej  odpowiedzi,  jest  z  góry  opcjonalnie 
ustalona. W praktyce, w typowych sytuacjach, jedynie nieznaczna część pytań, bezwzględnie 
wymaga zmiany ustawień tego rodzaju przed instalacją regulatora. 
 
Poniżej został przedstawiony ciąg działań przy programowaniu regulatora SIPART DR22 do 
pracy w układzie stabilizacji wielkości regulowanej:  
 
Etap 1.

  Naciskając  przez  5  sekund  przycisk  (12)  na  panelu  sterowania  przechodzimy  z 

poziomu obsługi na poziom wyboru (rys.4, rys.5). 

Etap 2.

  Za pomocą przycisków (6.1, 6.2) wybieramy tryb ustalania struktury regulatora – 

na górnym wskaźniku cyfrowym pojawi się napis  „StrS”. 

Etap 3.

  Naciskając przez 3 s. przycisk (9) na panelu sterowania przechodzimy z poziomu 

wyboru do poziomu konfiguracji (ustawiania przełączników struktur regulatora). 

Etap 4.

  Nastawiamy  wymagane  przełączniki  struktur.  Na  wskaźnikach  cyfrowych  wi-

doczne są dane ostatnio wybranego przełącznika struktury: jego numer na wyświe-
tlaczu  (14)  a  stan  na  (19).  Za  pomocą  przycisków  (6.1,  6.2)  możemy  zmienić 
położenie przełącznika struktur. Do przeglądania przełączników konfiguracyjnych 
służą przyciski (13.1, 13.2). 

Etap 5.

  Podczas  nastawiania  przełączników  konfiguracyjnych  regulator  może  być 

w  dowolnej  chwili  przestawiony  na  poziom  obsługi  przez  dwukrotne  naciśnięcie 
przycisku (2) lub poziom wyboru przez jednokrotne naciśnięcie przycisku (2). 

Etap 6.

  Na poziomie wyboru za pomocą przycisków (6.1, 6.2) wybieramy tryb ustalania 

parametrów off line regulatora – na górnym wskaźniku cyfrowym pojawi się napis  
„oFPA”. 

background image

Konfiguracja i parametryzacja regulatora PID

Kod: ES1A500 039 

Etap 7.

  Naciskając  przez  3s  przycisk  (9)  na  panelu  sterowania  przechodzimy  z  poziomu 

wyboru do poziomu konfiguracji (ustawiania parametrów 

Etap 8.

  Nastawiamy wymagane parametry 

są dane ostatnio wybranego parametru 
a stan na (19). Za pomocą p
tru. Do przeglądania listy parametrów służą przyciski (13.1, 13.2).

Etap 9.

  Podczas  nastawiania  parametrów 

przestawiony  na  poziom  obsługi  przez  dwukrotne  naciśnięcie  pr
poziom wyboru przez jednokrotne naciśnięcie przycisku (2).

Etap 10.

  Na poziomie wyboru za pomocą przycisków (6.1, 6.2) wybieramy tryb ustalania 

parametrów on line
„onPA”. 

Etap 11.

  Naciskając przycis

poziomu konfiguracji (ustawiania parametrów 

Etap 12.

  Nastawiamy wymagane parametry 

są  dane  ostatnio  wybranego  parametru 
a stan na (19). Za pomocą przycisków (6.1, 6.2) możemy zmienić wartość param
tru. Do przeglądania listy parametrów służą przyciski (13.1, 13.2).

Etap 13.

  Podczas  nastawiania  parametrów

przestawiony  na  poziom  obsługi  przez  dwukrotne  naciśnięcie  przycisku  (2)  lub 
poziom wyboru przez jednokrotne naciśnięcie przycisku (2).

 

 

Rys. 5.  Płyta czołowa regulatora SIPART DR22

 

 

parametryzacja regulatora PID na przykładzie SIPART DR22

 

 

 P

ODSTAWY AUTOMATYKI 

2

 

Naciskając  przez  3s  przycisk  (9)  na  panelu  sterowania  przechodzimy  z  poziomu 
wyboru do poziomu konfiguracji (ustawiania parametrów off line
Nastawiamy wymagane parametry  off line. Na wskaźnikach cyfrowych widoczne 
są dane ostatnio wybranego parametru  off line: jego nazwa na wyświetlaczu (14)
a stan na (19). Za pomocą przycisków (6.1, 6.2) możemy zmienić wartość param
tru. Do przeglądania listy parametrów służą przyciski (13.1, 13.2).
Podczas  nastawiania  parametrów  off  line  regulator  może  być  w  dowolnej  chwili 
przestawiony  na  poziom  obsługi  przez  dwukrotne  naciśnięcie  pr
poziom wyboru przez jednokrotne naciśnięcie przycisku (2). 
Na  poziomie  wyboru  za  pomocą  przycisków  (6.1,  6.2)  wybieramy  tryb  ustalania 

on line regulatora – na górnym wskaźniku cyfrowym pojawi się napis  

Naciskając przycisk (9) na panelu sterowania przechodzimy z poziomu wyboru do 
poziomu konfiguracji (ustawiania parametrów on line regulatora).
Nastawiamy wymagane  parametry  on line. Na  wskaźnikach cyfrowych widoczne 
są  dane  ostatnio  wybranego  parametru  on  line:  jego  nazwa  na  wyświetlaczu  (14)
a stan na (19). Za pomocą przycisków (6.1, 6.2) możemy zmienić wartość param
tru. Do przeglądania listy parametrów służą przyciski (13.1, 13.2).
Podczas  nastawiania  parametrów  on  line  regulator  może  być  w  dowolnej  chwili 

poziom  obsługi  przez  dwukrotne  naciśnięcie  przycisku  (2)  lub 

poziom wyboru przez jednokrotne naciśnięcie przycisku (2). 

5.  Płyta czołowa regulatora SIPART DR22 

na przykładzie SIPART DR22 

 

Ćwiczenie 4 

7

Naciskając  przez  3s  przycisk  (9)  na  panelu  sterowania  przechodzimy  z  poziomu 

off line regulatora). 

. Na wskaźnikach cyfrowych widoczne 

: jego nazwa na wyświetlaczu (14) 

rzycisków (6.1, 6.2) możemy zmienić wartość parame-

tru. Do przeglądania listy parametrów służą przyciski (13.1, 13.2). 

regulator  może  być  w  dowolnej  chwili 

przestawiony  na  poziom  obsługi  przez  dwukrotne  naciśnięcie  przycisku  (2)  lub 

Na  poziomie  wyboru  za  pomocą  przycisków  (6.1,  6.2)  wybieramy  tryb  ustalania 

na górnym wskaźniku cyfrowym pojawi się napis  

k (9) na panelu sterowania przechodzimy z poziomu wyboru do 

regulatora). 

. Na  wskaźnikach cyfrowych widoczne 

a  wyświetlaczu  (14) 

a stan na (19). Za pomocą przycisków (6.1, 6.2) możemy zmienić wartość parame-
tru. Do przeglądania listy parametrów służą przyciski (13.1, 13.2). 

regulator  może  być  w  dowolnej  chwili 

poziom  obsługi  przez  dwukrotne  naciśnięcie  przycisku  (2)  lub 

background image

Konfiguracja i parametryzacja regulatora PID

Kod: ES1A500 039 

 

 

 

Rys. 6.  Konfiguracja i parametryzacja regulatora 

 

parametryzacja regulatora PID na przykładzie SIPART DR22

 

 

 P

ODSTAWY AUTOMATYKI 

2

 

Rys. 6.  Konfiguracja i parametryzacja regulatora 

SIPART DR22

na przykładzie SIPART DR22 

 

Ćwiczenie 4 

8

SIPART DR22 

background image

 

Opracowanie: dr inż. Rafał Kociszewski

 

 
DODATEK  C.    Nastawy  regulatorów  i  wskaźniki  jakości  regulacji  dla  obiektów 
o transmitancji:

 G

o

(s)= K

ob

 exp (-s T

o

) / (sT +1).

 

 

 
Typ 
Regulatora 

 

Przeregulowanie 

0% 

Minimum czasu regulacji t

 

 

Przeregulowanie 

20% 

Minimum czasu regulacji t

r

 

 

 

t

T

r

o

 

 

ε

u

ob

z

K A

 

 

 

ε

1

K A

ob

z

 

 

Nastawy 

 

t

T

r

o

 

 

ε

u

ob

z

K A

 

 

ε

1

K A

ob

z

 

 

Nastawy 

 
 

 

 
 

4,5 

 

T

T

T

T

o

o

0 3

, +

 

 

 

T

T

T

T

o

o

0 3

, +

 

 

k

K

T

T

p

ob

o

=

0 3

,

 

 
 

6,5 

 

T

T

T

T

o

o

0 7

, +

 

 

1 2

0 7

,

,

T

T

T

T

o

o

+

 

 

k

K

T

T

p

ob

o

=

0 7

,

 

 
 
 

PI 

 
 
 

 
 
 

 
 
 

0 1

, +

T

T

o

 

 

k

K

T

T

p

ob

o

=

0 6

,

 

 

T

T

T

i

o

=

+

+

0 8

0 5

,

,

 

 

 
 
 

12 

 
 
 

 
 
 

0 05

0 95

,

,

+

T

T

o

 

 

k

K

T

T

p

ob

o

=

0 7

,

 

 

T

T

T

i

o

=

+ 0 3

,

 

 
 
 

PID 

 
 

 
 
 

5,5 

 
 
 

 
 
 

0 06

0 84

,

,

+

T

T

o

 

 

k

K

T

T

p

ob

o

=

0 95

,

 

 

T

T

T

T

i

o

d

o

=

=

2 4

0 4

,

,

 

 

 
 
 

 
 
 

 
 
 

0 05

0 78

,

,

+

T

T

o

 

 

k

K

T

T

p

ob

o

=

1 2

,

 

 

T

T

T

T

i

o

d

o

=

=

2 0

0 4

,

,