PID amélioré (PIDE)

Ces informations s’appliquent aux automates

CompactLogix

 5370,

ControlLogix

 5570,

CompactLogix

 5380 et

ControlLogix

 5580.

L'instruction PID amélioré (Enhanced PID, PIDE) propose des fonctions plus perfectionnées que l’instruction PID standard. Elle utilise la forme de vitesse de l’algorithme de PID. Les conditions de gain sont appliqués à la modification de la valeur d’erreur de PV, pas à la valeur d’erreur de PV.

Langues disponibles

Diagramme à relais

Cette instruction n’est pas disponible dans un diagramme à relais.

Bloc fonctionnel

Texte structuré

PIDE(PIDE_tag);

Opérandes

Bloc fonctionnel

Texte structuré

Reportez-vous à

Syntaxe du texte structuré

pour plus d'informations concernant la syntaxe des expressions dans le texte structuré.

Structure PIDE

Description

L’algorithme PID régule la sortie CV afin de maintenir la PV au SP lorsque l’instruction s’exécute en mode Cascade/Rapport ou Auto.

Lorsque ControlAction est défini, la valeur calculée de EPercent et de PVPIDPercent est passée en négatif avant d’être utilisée par l’algorithme de contrôle.

Le tableau suivant décrit comment l’instruction calcule les termes PID.

Calcul de CV

L'algorithme de contrôle PID calcule la valeur de CV en faisant la somme de Delta PTerm, Delta ITerm, Delta

DTerm et CV de l'exécution précédente de l'instruction, par exemple CV

n-1

. Lorsque CVsetPrevious est défini,

CVn-1 est égal à CVPrevious. Cela vous permet de prédéfinir CV

n-1

sur une valeur spécifiée avant de calculer la valeur de CV.

CalculatedCV = CV

n-1

+ DPTerm + DITerm + DDTerm

Algorithmes PIDE

L’instruction PIDE utilise une forme de vitesse pour l’algorithme PID semblable à celle qui est utilisée dans la plupart des systèmes DCS. L’algorithme de forme de vitesse présente certains avantages, notamment :

Forme Gains indépendants

Dans cette forme de l’algorithme, chaque terme de l’algorithme (proportionnel, intégral et dérivé) possède un gain séparé. La modification d’un gain n’affecte que ce terme et aucun autre, avec :

Forme Gains dépendants

Cette forme d’algorithme modifie le gain proportionnel dans un gain de l’automate. En modifiant de nouveau le gain de l’automate, vous pouvez modifier l’action des trois termes (proportionnel, intégral et dérivé) en même temps, avec :

Détermination de l’algorithme à utiliser

Les équations PIDE ci-dessus sont représentatives des algorithmes utilisés par l’instruction PIDE. Vous pouvez substituer la modification apportée aux valeurs d’erreur à la modification de PV (en pourcentage de la plage) pour les termes proportionnel et dérivé en agissant sur les paramètres PVEProportional et PVEDerivative. Par défaut, l’instruction PIDE utilise la modification de l’erreur pour le terme proportionnel et la modification de PV pour le terme dérivé. Cela élimine les grandes impulsions dérivées lors de modifications du point de consigne.

Vous pouvez convertir les gains utilisés entre les différentes formes d’algorithme PIDE en utilisant les équations suivantes :

Chaque algorithme fournit un contrôle identique avec les gains appropriés. Certaines personnes préfèrent le style de gains indépendants, car elles peuvent agir sur les gains individuels sans affecter les autres termes. D’autres préfèrent le style de gains dépendants, car elles peuvent, au moins dans une certaine mesure, modifier seulement le gain de l’automate et provoquer une modification globale de la dynamique de la boucle PID sans modifier chaque gain séparément.

Surveillance de l’instruction PIDE

Une face avant opérateur est disponible pour l'instruction PIDE.

Réglage automatique de l’instruction PIDE

L’outil de réglage automatique PIDE de l’application

Logix Designer

Logix Designer

fournit un outil de réglage automatique à boucle ouverte intégré à l’instruction PIDE. Vous pouvez effectuer le réglage automatique à partir du terminal

PanelView

ou tout autre périphérique d'interface opérateur, ainsi que depuis l'application

Logix Designer

. Le bloc PIDE comporte une Étiquette de réglage automatique (type PIDE_AUTOTUNE) que vous spécifiez pour les blocs PIDE que vous souhaitez régler automatiquement.

L’outil de réglage automatique PIDE est installé avec l’application, mais vous avez besoin d’une clé d’activation pour l’activer. L’outil de réglage automatique est pris en charge uniquement avec la programmation par bloc fonctionnel ; il n’est pas disponible en programmation par diagramme à relais ou texte structuré.

Utilisez l’onglet Réglage automatique pour spécifier et configurer l’étiquette de réglage automatique d’un bloc PIDE.

Affecte les indicateurs d'état mathématique

Non

Défauts majeurs/mineurs

Aucun spécifique à cette instruction. Reportez-vous à la section Attributs communs pour plus d’informations sur les défauts liés aux opérandes.

Exécution

Bloc fonctionnel

Texte structuré

Lorsque CVInitReq est défini, ou pendant la première scrutation de l’instruction, ou sur une configuration vers une transition mise à zéro de CVFault (mauvais vers bon), l’instruction initialise les sorties CVEU et CV sur la valeur de CVInitValue. Si le mode de temporisation n’est pas sur-échantillonnage et que EnableIn passe de mis à zéro à défini, l’instruction initialise les valeurs CVEU et CV. CVInitialization est mis à zéro après l’initialisation et lorsque CVInitReq est mis à zéro.

CVInitValue provient normalement de la valeur de retour de la sortie analogique. La valeur CVInitReq provient normalement du bit d’état « In Hold » de la sortie analogique contrôlée par CVEU. La procédure d’initialisation est effectuée afin d’éviter un à-coup au démarrage dans le signal de sortie envoyé au dispositif de terrain.

Lorsque vous utilisez des boucles PID en cascade, la boucle PID primaire peut être initialisée lors de l’initialisation de la boucle secondaire ou lorsque la boucle secondaire quitte le mode Cascade/Rapport. Dans ce cas, déplacez l’état des sorties InitPrimary et SP de la boucle secondaire vers les entrées CVInitReq et CVInitValue sur la boucle primaire.

L’instruction ne s’initialise pas et les valeurs CVEU et CV ne sont pas mises à jour si CVFault ou CVEUSpanInv est défini.

Exemples

Exemple 1

La manière la plus simple de mettre en œuvre une instruction PIDE consiste à créer une routine de bloc fonctionnel dans un programme dans une tâche périodique. Par défaut, le mode de temporisation de l’instruction PIDE est Périodique. Lorsque l’instruction PIDE est utilisée dans une tâche périodique et en mode de temporisation Périodique, elle utilise automatiquement la vitesse de mise à jour de la tâche périodique comme fréquence de mise à jour pour son delta t. Il vous suffit de câbler l’entrée analogique de la variable de procédé sur le paramètre PV de l’instruction PIDE et de câbler la sortie CVEU de l’instruction PIDE sur la sortie analogique de la variable analogique contrôlée.

Vous pouvez éventuellement câbler l’indicateur de défaut de l’entrée analogique (si disponible) sur le paramètre PVFault sur l’instruction PIDE. Cela force PIDE en mode Manuel lorsque l’entrée analogique est en défaut et arrête l’augmentation ou la réduction de la sortie CVEU PIDE lorsque le signal PV n’est pas disponible.

Bloc fonctionnel

Texte structuré

PIDE_01.PV := Local:1:I.Ch0Data;

PIDE_01.PVFault := Local:1:I.Ch0Fault;

PIDE(PIDE_01);

Local:2:)O.Ch0Data :=PIDE_01.CVEU;

Exemple 2

Le contrôle en cascade est utile lorsque des perturbations provoquées par l’environnement externe se produisent trop souvent sur la variable contrôlée, ce qui provoque ensuite des perturbations sur la variable de procédé que vous essayez de contrôler. Par exemple, essayez de contrôler la température du liquide dans un réservoir en faisant varier la quantité de vapeur injectée dans une enveloppe chauffante autour du réservoir. Si le débit de vapeur chute soudainement à cause d’un processus en amont, la température du liquide dans le réservoir peut chuter et l’instruction PIDE ouvre alors la vanne de vapeur pour compenser la chute de température.

Dans cet exemple, une boucle en cascade fournit un meilleur contrôle en ouvrant la vanne de vapeur lorsque le débit de vapeur chute avant la baisse de la température du liquide dans le réservoir. Pour mettre en œuvre une boucle en cascade, utilisez une instruction PIDE pour contrôler l’ouverture de la vanne de vapeur en fonction d’un signal de variable de procédé provenant d’un transmetteur de débit de vapeur. Cela correspond à la boucle secondaire de la paire en cascade. Une deuxième instruction PIDE (appelée boucle primaire) utilise la température du liquide comme variable de procédé et envoie sa sortie CV au point de consigne de la boucle secondaire. De cette manière, la boucle de température primaire demande une certaine quantité de débit de vapeur de la boucle de débit de vapeur secondaire. Le rôle de la boucle de débit de vapeur consiste alors à fournir la quantité de vapeur demandée par la boucle de température afin de maintenir une température de liquide constante.

Bloc fonctionnel

Texte structuré

PrimaryLoop.PV := Local:1:I.CH0Data;

PIDE(PrimaryLoop);

SecondaryLoop.PV := Local:1:I.Ch1Data;

PIDE(SecondaryLoop);

Local:2:O.Ch0Data:= SecondaryLoop.CVEU;

Pour que deux boucles en cascade fonctionnent correctement, le temps de réponse du processus de la boucle secondaire doit être plus court que celui de la boucle primaire. La raison à cela est que le processus de la boucle secondaire doit pouvoir compenser toute perturbation éventuelle avant que ces perturbations n’affectent le processus de la boucle primaire. Dans cet exemple, si le débit de vapeur chute, il doit pouvoir à nouveau augmenter par l’effet de l’automate secondaire avant que la température du liquide ne s’en trouve affectée.

Pour configurer les instructions d’une paire de PIDE en cascade, définissez le paramètre d’entrée

AllowCasRat

dans la boucle secondaire. Cela permet de passer celle-ci en mode Cascade/Rapport. Ensuite, câbler le

CVEU

de la boucle primaire au paramètre

SPCascade

de la boucle secondaire. La valeur

SPCascade

est utilisée comme SP de la boucle secondaire lorsque celle-ci est en mode Cascade/Rapport. La plage de l’unité de procédé du CVEU sur la boucle primaire doit correspondre à celle de l’unité de procédé de PV de la boucle secondaire. Cela permet à la boucle primaire de mettre à l’échelle sa valeur de 0-100 % de CV dans les unités de procédé correspondantes utilisées pour le point de consigne de la boucle secondaire.

L’instruction PIDE prend en charge d’autres fonctionnalités pour prendre en charge plus efficacement le contrôle en cascade. Raccordez la sortie

InitPrimary

de la boucle secondaire à l’entrée

CVInitReq

de la boucle primaire, et raccordez la sortie SP de la boucle secondaire à l’entrée

CVInitValue

de la boucle primaire. La valeur du CVEU de la boucle primaire est ainsi égale à SP de la boucle secondaire lorsque cette dernière quitte le mode Cascade/Rapport. Cela permet un transfert sans à-coup lorsque vous placez à nouveau la boucle secondaire en mode Cascade/Rapport. Raccordez également les sorties

WindupHOut

et WindupLOut de la boucle secondaire sur les entrées

WindupHIn

et

WindupLIn

de la boucle primaire. Cela permet d’arrêter l’augmentation ou la diminution, tel qu’approprié, par la boucle primaire de sa valeur du CVEU si la boucle secondaire atteint une limite de SP ou de CV, et élimine toute saturation d’intégrale de la boucle primaire dans ces conditions.

Exemple 3

Le contrôle du rapport est généralement utilisé pour ajouter un fluide à un autre dans une proportion fixe. Par exemple, si vous voulez ajouter deux réactifs (A et B) à un réservoir selon un rapport constant, et que le débit du réactif A risque de changer avec le temps en raison de perturbations des procédés en amont, vous pouvez utiliser un automate de rapport pour ajuster automatiquement le débit d’ajout du réactif B. Dans cet exemple, le réactif A est souvent appelé débit « non contrôlé », car il n’est pas contrôlé par l’instruction PIDE. Le réactif B est, quant à lui, appelé débit « contrôlé ».

Pour contrôler le rapport avec une instruction PIDE, définissez les paramètres d’entrée

AllowCasRat

et

UseRatio

. Raccordez le débit non contrôlé au paramètre d’entrée

SPCascade

. En mode Cascade/Rapport, le débit non contrôlé est multiplié soit par

RatioOper

(dans le cas contrôle Opérateur), soit par RatioProg (dans le cas contrôle Programme), et la valeur résultante est utilisée par l’instruction PIDE comme point de consigne.

Bloc fonctionnel

Texte structuré

PIDE_01.PV := ControlledFlow;

PIDE(PIDE_01);

Local:2:O.Ch0Data := PIDE_01.CVEU;

Basculement entre contrôle Programme et contrôle Opérateur

L’instruction PIDE peut être contrôlée soit par un programme de l’utilisateur, soit par une interface opérateur. Vous pouvez changer le mode de contrôle à tout moment. Le contrôle Programme et Opérateur utilisent la même sortie ProgOper. Lorsque ProgOper est défini, le contrôle est en mode Programme. Sinon, le contrôle est en mode Opérateur.

Le diagramme suivant montre comment l’instruction PIDE change entre le contrôle Programme et le contrôle Opérateur.

(1) L’instruction reste en mode contrôle Opérateur lorsque ProgOperReq est défini.

Modes de fonctionnement

L’instruction PIDE prend en charge les modes PID suivants.

Les modes Cascade/Rapport, Auto et Manuel peuvent être contrôlés par un programme de l’utilisateur en contrôle Programme ou par une interface opérateur en contrôle Opérateur. Les modes Outrepassement et Portable possèdent une entrée de demande de mode qui ne peut être contrôlé par un programme de l’utilisateur. Cette entrée fonctionne aussi bien avec le contrôle Programme et Opérateur.

Sélection du point de consigne

Après que l’instruction a déterminé le mode de contrôle (programme ou opérateur) et le mode PID, l’instruction peut obtenir la valeur adéquate de SP. Vous pouvez sélectionner SP de Cascade/Rapport ou SP actuel.

SP Cascade/Rapport

SP Cascade/Rapport dépend des valeurs UseRatio et ProgOper.

SP actuel

SP actuel dépend du mode Cascade/Rapport, de la valeur de PVTracking, du mode Auto et de la valeur de ProgOper.

Limite haute/basse de SP

L’algorithme d’alarme de transition haute à basse compare SP aux limites d’alarme SPHLimit et SPLLimit. SPHLimit ne peut pas être supérieure à PVEUMax, et SPLLimit ne peut pas être inférieure à PVEUMin.

Mise à jour des valeurs de SPOper et de SPProg

L’instruction PIDE règle SPOper ou SPProg sur SP, pour obtenir un changement de contrôle sans à-coup entre les modes de contrôle Programme et Opérateur, ou lors de la transition depuis le mode Cascade/Rapport.

Alarme Haute/Basse de PV

L’algorithme d’alarme haute-haute à basse-basse compare PV aux limites d’alarme de celle-ci, et aux limites d’alarme PV plus ou moins la zone morte de l’alarme PV.

(1) Pendant la première scrutation de l’instruction, l’instruction met à zéro toutes les sorties d’alarme PV. L’instruction met également à zéro les sorties d’alarme de PV et désactive l’algorithme d’alarme lorsque PVFaulted est défini.

Alarme de la fréquence de changement de PV

L’alarme de la fréquence de changement (ROC) de PV compare la modification de la valeur de PV sur la période PVROCPeriod aux limites positives et négatives de la fréquence de changement de PV. PVROCPeriod fournit un type de zone morte pour l’alarme de fréquence de changement. Par exemple, si vous utilisez une limite d’alarme ROC de 2 °F/seconde avec une période d’exécution de 100 ms, et un module d’entrée analogique avec une résolution de 1 °F, une alarme ROC est déclenchée à chaque fois que la valeur d’entrée change, car l’instruction voit une fréquence de 10 °F/seconde. Toutefois, en entrant une valeur d’au moins 1 s pour PVROCPeriod, l’alarme ROC est déclenchée uniquement si la fréquence dépasse réellement la limite de 2 °F/seconde.

ROC est calculée uniquement lorsque PVROCPeriod a expiré. La fréquence de changement est calculée selon la formule suivante :

ElapsedROCPeriod = ElapsedROCPeriod + ElapsedTimeSinceLastExecution

Si ElapsedROCPeriod

³

PVROCPeriod, alors :

Une fois PVROC calculé, les alarmes ROC de PV sont déterminées ainsi :

(1) Pendant la première scrutation de l’instruction, l’instruction met à zéro les sorties d’alarme ROC de PV. L’instruction met également à zéro les sorties d’alarme ROC de PVROC, et désactive l’algorithme d’alarme ROC de PV lorsque PVFaulted est défini.

Conversion des valeurs PV et SP en pourcentages

L’instruction convertit PV et SP en pourcentages, et calcule l’erreur avant d’exécuter l’algorithme de contrôle PID. L’erreur est égale à la différence entre les valeurs PV et SP. Après la programmation de ControlAction, les valeurs de EPercent, E et PVPIDPercent sont annulées avant leur utilisation par l'algorithme PID.

(1) PVPIDPercent et Deviation sont des paramètres internes utilisés par l’algorithme de contrôle PID.

Alarme Haute/Basse de déviation

La déviation est la différence de valeur entre PV et SP. L’alarme de déviation prévient l’opérateur de l’écart entre la variable de traitement et la valeur de point de consigne.

L’algorithme d’alarme haute-haute à basse-basse compare la déviation aux limites d’alarme de celle-ci, et aux limites d’alarme de déviation plus ou moins la zone morte.

(1) Pendant la première scrutation de l’instruction, l’instruction met à zéro les sorties d’alarme de la déviation. L’instruction met également à zéro les sorties d’alarme de la déviation et désactive l’algorithme d’alarme lorsque PVFaulted ou PVSpanInv est défini.

Contrôle de la zone morte passant par zéro

Vous pouvez limiter CV de manière à ce que sa valeur ne change pas lorsque l’erreur reste dans une plage spécifiée par ZCDeadband (| E |

£

ZCDeadband).

(1)

Quand ZCOff est effacé, ZCDeadband > 0, une erreur a franchi zéro pour la première fois, (p. ex. En >= 0 et En-1 < 0 ou quand En <= 0 et En-1 > 0), et | En | <= ZCDeadband, l’instruction définit ZCDeadbandOn.

(2)

Lors de la transition vers le mode Auto ou Cascade/Ratio, l'instruction définit En-1 = En.

L’instruction désactive l’algorithme de passage par zéro et met à zéro ZCDeadband dans les cas suivants :

Contrôle d’anticipation

Calculer CV en additionnant CV depuis l’algorithme de passage par zéro avec ∆FF. La valeur de ∆FF = FF – FFn-1. Lorsque FFSetPrevious est défini, FFn-1=FFPrevious. Ceci permet de prérégler FFn-1 à une valeur spécifiée avant que l’instruction calcule la valeur de ∆FF.

Sélection de la variable de contrôle

Une fois l’algorithme PID exécuté, sélectionnez CV en fonction du mode de contrôle (programme ou opérateur) et du mode PID actuel.

Limite de saturation d’intégrale de CV

Limitez CV de manière à ce que sa valeur ne puisse pas augmenter lorsque WindupHIn est défini ou qu’elle ne puisse pas diminuer lorsque WindupLIn est défini. Ces entrées correspondent généralement aux sorties WindupHOut ou WindupLOut d’une boucle secondaire. Les entrées WindupHIn et WindupLIn sont ignorées si CVInitializing, CVFault ou CVEUSpanInv est défini.

Limite du pourcentage de CV

Le diagramme suivant illustre comment l’instruction détermine la limitation du pourcentage de CV.

(1) Pendant la première scrutation de l’instruction, l’instruction met à zéro les sorties d’alarme.

Limite haute/basse de CV

L’instruction exécute toujours une alarme en fonction de CVHLimit et de CVLLimit. Limitez CV avec CVHLimit et CVLLimit en mode Auto ou Cascade/Rapport. En mode Manuel, limitez CV avec CVHLimit et CVLLimit lorsque CVManLimiting est défini. Sinon, limitez CV par 0 et 100 %.

(1) Pendant la première scrutation de l’instruction, l’instruction met à zéro les sorties d’alarme.

Limite de la fréquence de changement de CV

L’instruction PIDE limite la fréquence de changement de CV en mode Auto ou Cascade/Rapport, ou en mode Manuel si CVManLimiting est défini. Une valeur égale à zéro désactive la limitation de la fréquence de changement de CV.

La fréquence de changement de CV est calculée selon la formule suivante :

où DeltaT est en secondes.

Une fois la fréquence de changement de CV calculée, les alarmes de la fréquence de changement de CV sont déterminées ainsi :

(1) Pendant la première scrutation de l’instruction, l’instruction met à zéro la sortie d’alarme. L’instruction met également à zéro la sortie d’alarme et désactive l’algorithme de fréquence de changement de CV lorsque CVInitializing est défini.

(2) En mode Auto ou Cascade/Rapport, ou en mode Manuel si CVManLimiting est défini, l’instruction limite la modification de CV.

Mise à jour des valeurs CVOper et CVProg

L’instruction PIDE définit CVOper = CV, sauf en mode de Manuel opérateur. Cela permet d’obtenir un changement de mode sans à-coup à partir de n’importe quelle contrôle pour le mode de Manuel opérateur.

Contrôle de la boucle primaire

Le contrôle de la boucle primaire est généralement utilisé par une boucle PID primaire pour obtenir un changement sans à-coup et une saturation d’intégrale sans remise à zéro en mode Cascade/Rapport. Le contrôle de la boucle primaire inclut la sortie de la boucle primaire d’initialisation et les sorties de la saturation d’intégrale sans remise à zéro. La sortie InitPrimary est habituellement utilisée par l’entrée CVInitReq d’une boucle PID primaire. Les sorties de saturation d’intégrale sont couramment utilisées par les entrées de saturation d’intégrale d’une boucle primaire pour limiter la saturation d’intégrale de sa sortie CV.

(1) Pendant la première scrutation de l’instruction, l’instruction définit InitPrimary.

(2) Si CVInitializing est défini ou si le mode n’est pas le mode Cascade/Rapport, l’instruction définit InitPrimary.

(3) Si CVInitializing est mis à zéro et si le mode est le mode Cascade/Rapport, l’instruction met à zéro InitPrimary.

(4) Pendant la première scrutation de l’instruction, l’instruction met à zéro les sorties de saturation d’intégrale de l’instruction. L’instruction met également à zéro les sorties de saturation d’intégrale et désactive l’algorithme de saturation d’intégrale de CV si CVInitializing est défini et si CVFaulted ou CVEUSpanInv est défini.

(5) L’instruction définit WindupHOut si SPHAlarm est défini, ou si ControlAction est mis à zéro et CVHAlarm est défini, ou si ControlAction et CVLAlarm sont définis.

Les limites de SP et de CV fonctionnent indépendamment les unes des autres. Une limite haute pour SP n’empêche pas la valeur de CV d’augmenter. De même, une limite haute ou basse pour CV n’empêche pas la valeur de SP d’augmenter.

(6) L’instruction efface WindupHOut lorsque SPHAlarm a été effacée et non pas lorsque ControlAction a été effacée et lorsque CVHAlarm a été définie ou lorsque ControlAction et CVLAlarm ont été programmées.

(7) L’instruction définit WindupLOut si SPLAlarm est défini, ou si ControlAction est mis à zéro et CVLAlarm est défini, ou si ControlAction et CVHAlarm sont définis.

Les limites de SP et de CV fonctionnent indépendamment les unes des autres. Une limite SP basse n’empêche pas la valeur de CV d’augmenter et, de même, une limite CV basse ou haute n’empêche pas la valeur de SP d’augmenter.

(8) L’instruction efface WindupLOut lorsque SPLAlarm a été effacée et non pas lorsque ControlAction a été effacée et lorsque CVLAlarm a été définie ou lorsque ControlAction et CVHAlarm ont été programmées.

Défauts de traitement

La tableau suivant décrit la manière dont l’instruction gère les défauts d’exécution :