Micro800 PLCでPIDループを実装して精密なプロセス制御を実現する方法

PIDループは、プロセス産業で温度、圧力、レベルなどの設定値を許容範囲内に維持するために使用されます。

動画で詳細を確認するか、記事の続きをお読みください。

PIDループの概念に慣れていない場合は、ブログ記事「PIDコントローラの解説」で詳細を学べます。

この記事では、Connected Components Workbenchを使用してMicro800 PLCでPIDループを実装し、そのPIDループがタンクのレベルをどのように制御するかをデモンストレーションします。

PIDループのプログラミング

Connected Components Workbenchに切り替えて、PIDループをセットアップしましょう。

Connected Components Workbenchで、[ファイル] > [新規] をクリックして新しいプロジェクトを作成します。

[新規プロジェクト]ダイアログでプロジェクト名と保存場所を指定し、[作成]をクリックしてプロジェクトを作成します。

[デバイスの追加]ダイアログで、2080-LC50-48QWB-SIM PLCを選択し、[選択]をクリックして選択項目に追加します。次に[プロジェクトに追加]をクリックして選択項目をプロジェクトに追加します。

プロジェクト オーガナイザで[グローバル変数]をダブルクリックして[グローバル変数]テーブルを開き、このデモで使用する変数を宣言します。

変数を宣言したら、[グローバル変数]テーブルを閉じます。

次に[プログラム]を右クリックし、[追加] > [新規FBD: ファンクション ブロック ダイアグラム]を選択してプログラムをプロジェクトに追加します。

新しいプログラムをダブルクリックして開き、右側のツールボックスから[命令ブロック]をキャンバスにドラッグ＆ドロップします。

命令ブロックをダブルクリックして[命令ブロック選択]ダイアログを開き、「PID」で検索します。検索結果からPID命令ブロックを選択し、[OK]をクリックしてプロジェクトに追加します。

ここに示すように命令のインターフェースをパラメータ化し、[ゲイン]変数の各ゲインを1に設定します。

命令を構成したら、プロジェクト オーガナイザでコントローラをダブルクリックし、[割り込み]タブを開きます。このタブで[追加]をクリックして割り込みを追加します。

割り込みタイプを[STI]、プログラムを[Prog1]に設定し、[自動開始]チェックボックスをオンにして、割り込みを100ミリ秒ごとに実行するように構成します。

最後に[OK]をクリックして構成を保存します。

これでプロジェクトが構成されたので、PIDループのパフォーマンスを確認するためのトレンドを設定できます。

トレンドの構成

Connected Components Workbenchでは、トレンドを使用して変数の値を時間経過とともに監視できます。Connected Components Workbenchバージョン22を使用している場合、トレンドツールをインストールするまでトレンドを使用できません。

トレンドを構成するには、プロジェクト オーガナイザの[トレンド]タブをアクティブにし、[トレンドの追加]をクリックします。

次に[+]ボタンをクリックして[トレース]（監視する変数）を追加します。

開くダイアログで、FLOAT_OUT_0、FLOAT_IN_0、Setpointをトレースする変数として選択し、[追加]をクリックしてトレンドに追加します。

[OK]をクリックして構成を保存します。

トレンドページで、右下の設定アイコンをクリックし、Y軸の構成を[積み上げ]から[重ね合わせ]に変更します。

これで、プロジェクトをテストして、このPIDループが実際のプロセスをどのように制御するかを確認する準備が整いました。

PIDループのテスト

このPIDループをテストするには、プロジェクトをMicro800シミュレータにダウンロードし、シミュレータをRunモードにします。

次に、Factory IOで[レベル制御シーン]を開きます。

シーンが開いたら、[ファイル] > [ドライバ]をクリックしてドライバ構成を開きます。ドロップダウン メニューで[Allen-Bradley Micro800ドライバ]を選択し、[構成]をクリックして[ドライバ構成]ウィンドウを開きます。

このウィンドウで、[ホストIPアドレス]をMicro800シミュレータのIPアドレスに一致するように設定します。

構成が完了したら、戻る矢印をクリックして[ドライバ構成]に戻り、[接続]をクリックします。緑のチェックマークは、シーンがMicro800シミュレータに接続されていることを示します。

[ドライバ構成]ウィンドウを閉じ、再生アイコンを押してシーンを実行します。

タンクが充填を開始するので、排出バルブを少し開いて水がタンクから流出するようにします。

Connected Components Workbenchでトレンドを開き、再生アイコンをクリックしてトレンドを開始します。このトレンドで、PIDループが目標設定値を維持するために充填バルブを調整している様子がわかります。

まとめ

この記事では、Micro800 PLCでPIDループを構成する方法、トレンドを使用してPIDループを監視する方法、Factory IOを使用してPIDループが実際のプロセスをどのように制御するかを学びました。

このデモでは任意のゲインを使用しました。実際のプロセスでは、PIDが適切に動作するようにチューニングに時間をかけます。残念ながら、チューニングは複雑なトピックであるため、この記事の範囲外です。PID with Micro800 PLCsコースで、オートチューンを使用したPIDループのチューニング方法を扱います。