Regeln mit PID_Compact V2.2

Anwendungsbeispiel 03/2016 Regeln mit PID_Compact V2.2 SIMATIC S7-1500 https://support.industry.siemens.com/cs/ww/de/view/79047707

Siemens AG 2016 All rights reserved Gewährleistung und Haftung Gewährleistung und Haftung Hinweis Die Anwendungsbeispiele sind unverbindlich und erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit hinsichtlich Konfiguration und Ausstattung sowie jeglicher Eventualitäten. Die Anwendungsbeispiele stellen keine kundenspezifischen Lösungen dar, sondern sollen lediglich Hilfestellung bieten bei typischen Aufgabenstellungen. Sie sind für den sachgemäßen Betrieb der beschriebenen Produkte selbst verantwortlich. Diese Anwendungsbeispiele entheben Sie nicht der Verpflichtung zu sicherem Umgang bei Anwendung, Installation, Betrieb und Wartung. Durch Nutzung dieser Anwendungsbeispiele erkennen Sie an, dass wir über die beschriebene Haftungsregelung hinaus nicht für etwaige Schäden haftbar gemacht werden können. Wir behalten uns das Recht vor, Änderungen an diesen Anwendungsbeispiele jederzeit ohne Ankündigung durchzuführen. Bei Abweichungen zwischen den Vorschlägen in diesem Anwendungsbeispiel und anderen Siemens Publikationen, wie z. B. Katalogen, hat der Inhalt der anderen Dokumentation Vorrang. Für die in diesem Dokument enthaltenen Informationen übernehmen wir keine Gewähr. Unsere Haftung, gleich aus welchem Rechtsgrund, für durch die Verwendung der in diesem Applikationsbeispiel beschriebenen Beispiele, Hinweise, Programme, Projektierungs- und Leistungsdaten usw. verursachte Schäden ist ausgeschlossen, soweit nicht z. B. nach dem Produkthaftungsgesetz in Fällen des Vorsatzes, der groben Fahrlässigkeit, wegen der Verletzung des Lebens, des Körpers oder der Gesundheit, wegen einer Übernahme der Garantie für die Beschaffenheit einer Sache, wegen des arglistigen Verschweigens eines Mangels oder wegen Verletzung wesentlicher Vertragspflichten zwingend gehaftet wird. Der Schadensersatz wegen Verletzung wesentlicher Vertragspflichten ist jedoch auf den vertragstypischen, vorhersehbaren Schaden begrenzt, soweit nicht Vorsatz oder grobe Fahrlässigkeit vorliegt oder wegen der Verletzung des Lebens, des Körpers oder der Gesundheit zwingend gehaftet wird. Eine Änderung der Beweislast zu Ihrem Nachteil ist hiermit nicht verbunden. Weitergabe oder Vervielfältigung dieser Anwendungsbeispiele oder Auszüge daraus sind nicht gestattet, soweit nicht ausdrücklich von der Siemens AG zugestanden. Securityhinweise Siemens bietet Produkte und Lösungen mit Industrial Security-Funktionen an, die den sicheren Betrieb von Anlagen, Systemen, Maschinen und Netzwerken unterstützen. Um Anlagen, Systeme, Maschinen und Netzwerke gegen Cyber-Bedrohungen zu sichern, ist es erforderlich, ein ganzheitliches Industrial Security-Konzept zu implementieren (und kontinuierlich aufrechtzuerhalten), das dem aktuellen Stand der Technik entspricht. Die Produkte und Lösungen von Siemens formen nur einen Bestandteil eines solchen Konzepts. Der Kunde ist dafür verantwortlich, unbefugten Zugriff auf seine Anlagen, Systeme, Maschinen und Netzwerke zu verhindern. Systeme, Maschinen und Komponenten sollten nur mit dem Unternehmensnetzwerk oder dem Internet verbunden werden, wenn und soweit dies notwendig ist und entsprechende Schutzmaßnahmen (z.b. Nutzung von Firewalls und Netzwerksegmentierung) ergriffen wurden. Zusätzlich sollten die Empfehlungen von Siemens zu entsprechenden Schutzmaßnahmen beachtet werden. Weiterführende Informationen über Industrial Security finden Sie unter http://www.siemens.com/industrialsecurity. Die Produkte und Lösungen von Siemens werden ständig weiterentwickelt, um sie noch sicherer zu machen. Siemens empfiehlt ausdrücklich, Aktualisierungen durchzuführen, sobald die entsprechenden Updates zur Verfügung stehen und immer nur die aktuellen Produktversionen zu verwenden. Die Verwendung veralteter oder nicht mehr unterstützter Versionen kann das Risiko von Cyber-Bedrohungen erhöhen. Um stets über Produkt-Updates informiert zu sein, abonnieren Sie den Siemens Industrial Security RSS Feed unter http://www.siemens.com/industrialsecurity. Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 2

Siemens AG 2016 All rights reserved Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Gewährleistung und Haftung... 2 1 Aufgabe... 4 2 Lösung... 5 2.1 Übersicht... 5 2.2 Szenarien der Applikation... 6 2.3 Visualisierungsoberfläche... 7 2.4 Hard- und Software-Komponenten... 8 2.4.1 Gültigkeit... 8 2.4.2 Verwendete Komponenten... 8 3 Grundlagen zur Regelungstechnik... 9 4 Funktionsweise... 11 4.1 Aufbau des Beispielprojekts... 11 4.2 Szenario 1: PID_Compact aufrufen und in Betrieb nehmen... 13 4.2.1 Aufgabenstellung: Simulierte PT3-Strecke regeln... 13 4.2.2 Vorgehensweise... 14 4.2.3 Geregelte Strecke: Szenario1... 14 4.3 Szenario 2: Simulation und Regelung einer komplexeren Regelstrecke... 16 4.3.1 Aufgabenstellung: Simulierte komplexere Regelstrecke regeln... 16 4.3.2 Vorgehensweise... 17 5 Konfiguration und Projektierung... 19 5.1 Einfügen des FB PID_Compact (FB1130)... 20 5.2 Parametrieren des FB PID_Compact (FB1130)... 22 5.3 Inbetriebnahme des FB PID_Compact (FB1130)... 24 5.3.1 Inbetriebnahme mit Erst- und Nachoptimierung... 24 5.3.2 Inbetriebnahme mit vorgegebenen PID-Parametern... 26 5.4 Einfügen eines Funktionsbausteins der Simulationsbibliothek... 28 5.5 Simulation einer Regelstrecke mit mehreren Gliedern... 29 6 Installation und Inbetriebnahme... 32 6.1 Inbetriebnahme mit gesamter Hardware... 32 6.1.1 Installation der Hardware... 32 6.1.2 Installation der Software... 33 6.1.3 Konfiguration der Hardware... 34 6.1.4 Öffnen und Laden des TIA Portal-Projekts... 35 6.2 Inbetriebnahme mit PLCSIM V13... 36 6.2.1 Installation der Software... 36 6.2.2 Konfiguration der Engineering Station... 36 6.2.3 Öffnen und Laden des TIA-Portal Projekts... 38 7 Bedienung der Applikation... 39 7.1 Übersicht... 39 7.2 Bedienung über WinCC Runtime... 39 7.2.1 Bedienelemente... 39 7.2.2 Szenario 2 mit WinCC betrachten... 41 7.3 Beobachtung und Bedienung über den Online-Zugang... 42 8 Literaturhinweise... 43 9 Historie... 43 Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 3

Siemens AG 2016 All rights reserved 1 Aufgabe 1.1 Einführung/Einleitung 1 Aufgabe 1.1 Einführung/Einleitung Um technische Größen in Systemen zu beeinflussen, bedarf es der Regelung dieser Größen. Auch in der Automatisierungstechnik werden Regler vielseitig eingesetzt, wie zum Beispiel zur Regelung von Temperaturen in Prozessen. In der SIMATIC-Welt wird für die S7-1500 CPUs der Baustein PID_Compact in der Version 2.2 für das Regeln von Prozessen zur Verfügung gestellt. 1.2 Überblick über die Automatisierungsaufgabe Die Automatisierungsaufgabe besteht darin, einen Regelkreis zur Beeinflussung von physikalischen Größen in einem technischen Prozess aufzubauen. Der Regelkreis soll dabei aus folgenden Elementen bestehen: PID_Compact als Regler. simulierte technische Prozesse als Regelstrecke. Abbildung 1-1 PID_Compact Regler Simulationsbibliothek LSim Regelstrecke Step response Die folgenden Anforderungen werden an die Applikation gestellt: Projektierung und Parametrierung des Software-Reglers (Baustein PID_Compact ) soll erklärt werden. Optimierungsmöglichkeiten des PID_Compact sollen gezeigt werden. Die Verwendung der Simulationsbibliothek LSim und das Simulieren von technischen Prozessen soll gezeigt werden. Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 4

Siemens AG 2016 All rights reserved 2 Lösung 2.1 Übersicht 2 Lösung 2.1 Übersicht Schema Die folgende Abbildung zeigt schematisch die wichtigsten Komponenten der Lösung: Abbildung 2-1 Field PG TIA Portal Field PG: Projektierung und Inbetriebnahme PC-Station PC-Station: HMI-Visualisierung der Szenarien (WinCC Runtime) Industrial Ethernet PC-Station: HMI-Visualisierung der Szenarien CPU 1516-3 PN/DP S7-1500 CPU: Programm mit PID_Compact und Streckensimulation PC-Station: HMI-Visualisierung der Szenarien Simulationsbibliothek LSim Zur Demonstration der Applikationsaufgabe wird eine Regelung durch die S7-1500 mit Hilfe des Bausteins PID_Compact und der Simulationsbibliothek LSim realisiert. Die PC-Station dient der Visualisierung der Regelkreise. Das Field PG wird für die Inbetriebnahme der Applikation verwendet. Hinweis Field PG und PC-Station können von einem PC realisiert werden (siehe Kapitel 6). Alternativ kann das Beispiel auch vollständig mit PLCSIM realisiert werden. Vorteile Diese Applikation bietet Ihnen die folgenden Vorteile: Schritt für Schritt Beschreibung für die Erst-Inbetriebnahme eines PID_Compact -Reglers. Schneller Einstieg in die Handhabung der Funktionen des PID_Compact. Zeit- und Kostenersparnis durch Simulation von Regelstrecken mit Hilfe der Regelstrecken-Bibliothek LSim. Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 5

Siemens AG 2016 All rights reserved 2 Lösung 2.2 Szenarien der Applikation Abgrenzung Diese Applikation enthält keine Beschreibung von STEP 7 V13. von WinCC Runtime Professional V13 der Programmiersprache SCL. Grundlegende Kenntnisse über diese Themen werden vorausgesetzt. 2.2 Szenarien der Applikation Aufbau der Applikation Szenarien Das STEP 7-Projekt gliedert sich in zwei Szenarien, anhand derer verschiedene Aspekte im Umgang mit der Funktion PID_Compact und der Simulationsbibliothek LSim für Regelstrecken erläutert werden. Die folgenden Szenarien werden zur Veranschaulichung realisiert: Tabelle 2-1 Nr. Szenario Inhalt des Szenarios 1 Regeln einer PT3-Streckensimulation mit Hilfe des PID_Compact. 2 Regelung einer komplexeren Regelstrecke, bestehend aus PT1-, PDT1-, Totzeit-, und PT2-Glied. Parametrieren der PT3- Streckensimulation. Parametrieren und Konfigurieren des PID_Compact. Inbetriebnahme des PID_Compact mit Erstoptimierung und Nachoptimierung Verschaltung der einzelnen Streckensimulationen. Inbetriebnahme des PID_Compact mit Erstoptimierung und Nachoptimierung. Hinweis In einer älteren Ausgabe dieses Anwendungsbeispiels wurde der PID_Compact zusätzlich in einen Split-Range Regler zur Steuerung einer Temperaturstrecke mit 2 Stellgliedern für Heizen und Kühlen integriert. STEP 7 V13 SP1 bietet speziell für das Regeln von Temperaturstrecken (wie dieser) das Technologieobjekt PID_Temp an (\10\). Thematischer Inhalt der Szenarien Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die in den Szenarien vorhandenen Aufgaben. In der rechten Spalte finden Sie den Verweis auf die Schritt-für-Schritt Anweisung der Aufgabe in der Dokumentation. Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 6

Siemens AG 2016 All rights reserved 2 Lösung 2.3 Visualisierungsoberfläche Tabelle 2-2 Aufgabe Szenario Beschreibung 1 2 in Kapitel (Link) Parametrierung PID_Compact X X Kapitel 5.1 und Kapitel 5.2. Inbetriebnahme (Erst- und Nachoptimierung) Einfügen eines einzelnen Simulationsglieds. X X Kapitel 5.3.1. X Kapitel 5.4. Verschalten mehrerer Regelstrecken. X Kapitel 5.5. 2.3 Visualisierungsoberfläche WinCC Runtime In der PC-Station des TIA-Projekts wird eine Visualisierungsoberfläche (WinCC Runtime) zur Verfügung gestellt, mit der die Beispiele bedient werden können. Mit Hilfe der WinCC Runtime ist es möglich: Den Zustand der Szenarien des Projekts zu beobachten Einzelne Variablen der Szenarien zu modifizieren. Übersichtsbild Das folgende Bild zeigt die Visualisierungsoberfläche der WinCC Runtime. Eine detaillierte Beschreibung der WinCC Runtime befindet sich in Kapitel 7.2. Abbildung 2-2 Übersichtsbild WinCC Runtime Szenario1 Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 7

Siemens AG 2016 All rights reserved 2 Lösung 2.4 Hard- und Software-Komponenten 2.4 Hard- und Software-Komponenten 2.4.1 Gültigkeit Diese Applikation ist gültig für ab STEP 7 ab V13 SP1 Update 6 S7-1500 ab FW 1.8 2.4.2 Verwendete Komponenten Die Applikation wurde mit den nachfolgenden Komponenten erstellt: Hardware-Komponenten Tabelle 2-3 Komponente Anz. Bestellnummer Hinweis PS 25W 24VDC 1 6ES7 505-0KA00-0AB0 Alternativ können auch andere Spannungsversorgungen (24V DC) verwendet werden. CPU 1516-3 PN/DP 1 6ES7 516-3AN00-0AB0 Alternativ können auch andere CPUs aus dem S7-1500 Spektrum verwendet werden. PC-Station 1 z.b. 6ES7647-6C...-... Hier kann eine beliebige PC- Station mit entsprechender Software verwendet werden. Software-Komponenten Tabelle 2-4 Komponente Anz. Bestellnummer Hinweis STEP 7 V13 SP1 (TIA Portal V13) WinCC V13 SP1 Professional (TIA Portal V13) 1 6ES7822-1AE03-0YA5 Komponente zur Programmierung der S7-1500. 1 6AV2103-0DA03-0AA5 Komponente zur Projektierung der Visualisierung. Beispieldateien und Projekte Die folgende Liste enthält alle Dateien und Projekte, die in diesem Beispiel verwendet werden. Tabelle 2-5 Komponente Hinweis 79047707_PidCompactV22_PROJ_v20.zip 79047707_LSim_LIB_v20.zip 79047707_PidCompactV22_DOC_v20_de.pdf 79047707_LSim_DOC_v20_de.pdf Diese gepackte Datei enthält das STEP 7-Projekt Die Regelstrecken- Simulations-Bibliothek LSim Dieses Dokument. Beschreibung der Regelstrecken-Simulations- Bibliothek LSim. Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 8

Siemens AG 2016 All rights reserved 3 Grundlagen zur Regelungstechnik 2.4 Hard- und Software-Komponenten 3 Grundlagen zur Regelungstechnik Überblick Die Regelungstechnik ist eine Ingenieurwissenschaft, die sich damit befasst gegebene Größen in technischen Systemen gezielt zu beeinflussen. Ziel ist es, den gewünschten Wert dieser Größe unter bestimmten Bedingungen zu erreichen und zu halten. Dieses Kapitel enthält einen sehr kurzen Abriss zum Thema Regelungstechnik. Im Funktionshandbuch PID-Regelung mit S7-1200/S7-1500 werden die Grundlagen zur Regelungstechnik behandelt (\4\). Regelstrecke Eine Regelstrecke enthält die zu regelnde Größe, wie etwa die Temperatur eines Raumes. Um den Typ einer Strecke zu identifizieren und dann dynamisch optimal zu regeln, bedarf es der genauen Analyse des zu regelnden Systems. Eine Möglichkeit der Identifizierung ist es, die Sprungantwort einer Regelstrecke zu betrachten. Beispielhaft ist im folgenden Bild die Sprungantwort eines PTn- Systems (zum Beispiel Temperatur in einem Raum) abgebildet. Das Zeitverhalten lässt sich näherungsweise durch die Größen Verzugszeit T u Ausgleichszeit T g Maximalwert X max festlegen. Abbildung 3-1 Sprungantwort PTn-System T u T g y x Verzugszeit Ausgleichszeit Ausgangswert Istwert Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 9

Siemens AG 2016 All rights reserved 3 Grundlagen zur Regelungstechnik 2.4 Hard- und Software-Komponenten Regler Hinweis Der Regler steuert ein Stellglied, um die Regelstrecke in einen gewünschten Zustand zu bringen. Die einfachsten Regler sind Zweipunktregler, die nur die Zustände AN und AUS kennen und dadurch über das Stellglied die Regelstrecke steuern. Der häufig eingesetzte PID-Regler besteht aus drei Teilen. Der P-Anteil erzeugt ein Ausgangssignal, welches proportional zur Regelabweichung ist. Der I-Anteil integriert die Regelabweichung über die Zeit und wirkt aufgrund dieser Integration auf die Regelstrecke. Der D-Anteil hingegen reagiert auf die Änderung der Regelabweichung (zeitliche Ableitung der Regelabweichung). Diese drei Anteile des idealen PID-Reglers werden durch die Koeffizienten Proportionalverstärkung, Nachstellzeit und Vorhaltzeit gewichtet. Die SIMATIC S7-1500 bietet mit den Bausteinen PID_Compact, PID_3Step und PID_Temp bereits eine in die Firmware integrierte Möglichkeit der Softwareregelung an. In dieser Applikation wird der PID_Compact verwendet. Nähere Informationen zum PID_3Step und PID_Temp finden Sie im Handbuch \4\, in der Hilfe des TIA Portals und in den Anwendungsbeispielen \9\ und \10\. Regelkreis In einem Regelkreis wird vom Regler die Regelabweichung zwischen Soll- und Istwert ermittelt und daraus eine Stellgröße abgeleitet. Die Stellgröße wirkt über ein Stellglied auf die Regelstrecke (siehe Abbildung 3-2). Abbildung 3-2 Regelkreis, einfach Sollwert - Regelabweichung Regler Stellgröße Regelstrecke Istwert Ein einfaches Beispiel für einen Regelkreis ist die Regelung der Raumtemperatur durch eine Heizung. Die Raumtemperatur wird mit einem Sensor gemessen und einem Regler zugeführt. Dieser vergleicht die aktuelle Raumtemperatur mit einem Sollwert und berechnet einen Ausgangswert (Stellwert) für die Ansteuerung der Heizung. Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 10

Siemens AG 2016 All rights reserved 4 Funktionsweise 4.1 Aufbau des Beispielprojekts 4 Funktionsweise Gliederung Projektierung Dieses Kapitel stellt die einzelnen Szenarien des STEP 7-Programms vor und beschreibt einzelne Bausteine genauer. Es wird das genaue Verhalten der beiden Szenarien beschrieben und jeweils eine Abbildung des gesamten Regelkreises bereitgestellt. In diesem Kapitel wird nicht die Projektierung, Inbetriebnahme und Optimierung des PID_Compact beschrieben. Schritt-für-Schritt-Anleitungen dazu finden Sie im Kapitel 5. 4.1 Aufbau des Beispielprojekts Szenarien Das Beispielprojekt besteht aus den in Kapitel 2.2 aufgezählten, voneinander unabhängigen Szenarien. Programmübersicht Das S7-Programm der CPU 1516-3 PN/DP ist folgendermaßen aufgebaut: Abbildung 4-1 OB30 Scenario1 FB PID_Compact FB LSim_PT3 Szenario 1 FB PID_Compact FB LSim_PDT1 OB31 Scenario2 FB LSim_PT1 FB LSim_Lagging FB LSim_PT2osc Szenario 2 Zuordnung Mit Ausnahme des in allen Szenarien verwendeten FB PID_Compact (FB1130) können die einzelnen Bausteine eindeutig den vorhandenen Szenarien zugeordnet werden. Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 11

Siemens AG 2016 All rights reserved Szenario2 Szenario1 4 Funktionsweise 4.1 Aufbau des Beispielprojekts Anwender-Bausteine Tabelle 4-1 Bausteine und Anweisungen der Simulations-Bibliothek Element symbolischer Name Beschreibung OB30 Scenario1 Weckalarm-OB: Realisiert das in Kapitel 4.2 beschriebene Szenario: Regelung einer PT3-Strecke mit Hilfe des Reglers PID_Compact DB2 PidCompact1 Instanz-DB für den PID_Compact Baustein DB100 Scenario1Tags Baustein mit Parametern zur Versorgung der Bausteinaufrufe im Szenario 1 FB54 LSim_PT3 Simulation eines PT3-Glieds DB101 InstLSim_PT3 Instanz-DB des FB LSim_PT3 (FB54). OB31 Scenario2 Weckalarm-OB: Realisiert das in Kapitel 4.3 beschriebene Szenario: Regelung einer simulierten Regelstrecke bestehend aus PT1-, PDT1-, Totzeit- und PT2- Glied mit Hilfe des Reglers PID_Compact DB6 PidCompact2 Instanz-DB für den PID_Compact -Baustein DB200 Scenario2Tags Baustein mit Parametern zur Versorgung der Bausteinaufrufe im Szenario 2 FB50 LSim_PT1 Simulation eines PT1-Glieds. DB201 InstLSim_PT1 Instanz DB des FBs LSim_PT1 (FB50). FB52 LSim_PT2osc Simulation eines periodischen PT2-Glieds. DB202 InstLSim_PT2osc Instanz-DB des FBs LSim_PT2osc (FB52). FB55 LSim_PDT1 Simulation eines PDT1-Glieds. DB203 InstLSim_PDT1 Instanz-DB des FBs LSim_PDT1 (FB55). FB59 LSim_Lagging Simulation eines Totzeitglieds. DB204 InstLSim_Lagging Instanz-DB des FBs LSim_Lagging (FB59) FB1130 PID_Compact Systembaustein: Digitaler PI/PID-Regler; wird in jedem Szenario aufgerufen. Wird in dieser Applikation immer als PID-und nicht als PI-Regler verwendet. Bausteine der Simulationsbibliothek LSim Im Projekt werden auch Bausteine aus der Simulationsbibliothek LSim verwendet, die auf derselben HTML-Seite zur Verfügung gestellt wird wie dieses Dokument. Folgende Bausteine sind der Bibliothek entnommen: LSim_PT3 LSim_PT1 LSim_PDT1 LSim_Lagging LSim_PT2osc Die Simulationsbibliothek LSim bietet Ihnen zur Simulation von Regelstrecken noch weitere Simulationsbausteine. Eine genaue Beschreibung der einzelnen Simulationsbausteine entnehmen Sie bitte dem Dokument der Bibliotheksbeschreibung (Tabelle 2-5). Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 12

Siemens AG 2016 All rights reserved 4 Funktionsweise 4.2 Szenario 1: PID_Compact aufrufen und in Betrieb nehmen Der Softwareregler FB PID_Compact (FB1130) Der Systembaustein PID_Compact (FB1130) realisiert einen PID-Softwareregler mit folgender Schnittstelle: Abbildung 4-2 Eine ausführliche Beschreibung des FBs PID_Compact (FB1130) und dessen Parameter finden Sie in der Hilfe des TIA Portals. 4.2 Szenario 1: PID_Compact aufrufen und in Betrieb nehmen 4.2.1 Aufgabenstellung: Simulierte PT3-Strecke regeln Aufgabe Es soll gezeigt werden, wie eine PT3-Regelstrecke mit der Simulationsbibliothek simuliert werden kann. Die PT3-Regelstrecke soll mit dem Baustein PID_Compact geregelt werden. Prinzipschema Abbildung 4-3 Führungsgröße PID Regler Stellgröße PT3 Regelstrecke Rückführung Sprungantwort Die Sprungantwort der PT3-Regelstrecke sieht bei einem Sprung des Eingangs von 050 folgendermaßen aus: Abbildung 4-4 Anregung Istwert (Sprungantwort) Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 13

Siemens AG 2016 All rights reserved 4 Funktionsweise 4.2 Szenario 1: PID_Compact aufrufen und in Betrieb nehmen 4.2.2 Vorgehensweise Überblick Die folgenden Aufgaben müssen zur Realisierung des Anwenderprogramms realisiert werden: PT3-Streckensimulation in das Anwenderprogramm einfügen und parametrieren. Den Baustein PID_Compact im Anwenderprogramm hinzufügen. Den Baustein PID_Compact konfigurieren. Den Software-Regler mit Erst- und Nachoptimierung in Betrieb nehmen. Schritt-für-Schritt Beschreibung Die dazugehörige Schritt-für-Schritt Beschreibung für die einzelnen Vorgänge entnehmen Sie bitte dem Kapitel 5. Hinweis Wenn Sie die Vorgänge mit Hilfe von Kapitel 5 nicht einzeln nachprogrammieren wollen, dann können Sie auch direkt auf das Beispielprojekt zurückgreifen. Im Beispielprojekt ist das bereits in Betrieb genommene Szenario1 vorhanden. 4.2.3 Geregelte Strecke: Szenario1 Überblick Nach der Inbetriebnahme des Beispielprojekts, wie in Kapitel 6 beschrieben, können Sie bereits das Verhalten der Regelstrecke beobachten. Parameter und Formel PID_Compact Folgende Parameter sind im Softwareregler PID_Compact nach der Nachoptimierung aktiv: Tabelle 4-2 Symbole und Parameter Symbol Beschreibung Wert K p Proportionalverstärkung 10,770338 T I Integrationszeit 21,10933 T D Differenzierzeit 5,337515 a Koeffizient Differenzierverzug 0,1 b Gewichtung des P-Anteils 0,2586402 c Gewichtung des D-Anteils 0,0 y Ausgangswert des PID-Algorithmus - s Laplace-Operator - w Sollwert - x Istwert - Der PID-Algorithmus des FB PID_Compact (FB1130) arbeitet nach der folgenden Formel: Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 14

Siemens AG 2016 All rights reserved 4 Funktionsweise 4.2 Szenario 1: PID_Compact aufrufen und in Betrieb nehmen y = K p [(b w x) + 1 T (w x) + T I s D s (c w x)] a T D s + 1 Beobachtung der Regelstrecke Kapitel 7 beschreibt, wie Sie mit Hilfe der zur Verfügung gestellten Visualisierung per WinCC Runtime Advanced die Regelstrecke beobachten und steuern können. Regelverhalten der Strecke Nach der Inbetriebnahme des Szenario1 ergibt sich für einen Sollwertsprung von 050% das folgende Verhalten: Abbildung 4-5 Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 15

Siemens AG 2016 All rights reserved 4 Funktionsweise 4.3 Szenario 2: Simulation und Regelung einer komplexeren Regelstrecke 4.3 Szenario 2: Simulation und Regelung einer komplexeren Regelstrecke 4.3.1 Aufgabenstellung: Simulierte komplexere Regelstrecke regeln Aufgabe Mit Hilfe der Regelstrecken-Simulationsbibliothek LSim soll eine komplexere Regelstrecke simuliert werden und durch den Baustein PID_Compact geregelt werden. Die Inbetriebnahme soll über die Funktionen Erstoptimierung und Nachoptimierung erfolgen. Die Regelstrecke soll aus den folgenden Gliedern bestehen: Tabelle 4-3 Art schematische Sprungantwort Beispiel: realer Prozess PT1-Glied Drehzahl Regelstrecke, Umrichter PDT1-Glied Einsatz bei sprungfähigen Systemen Totzeitglied (Lagging) Fördersystem, Getriebe PT2-Glied (periodisch) Schwingfähiges mechanisches System, Hub-/Drehbewegungen Hinweis Durch das Simulieren einer realen Regelstrecke können bei der Inbetriebnahme eines Reglers Zeit und Kosten gespart werden! Prinzipschema Die komplexere Regelstrecke besteht aus den folgenden Gliedern: Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 16

Siemens AG 2016 All rights reserved 4 Funktionsweise 4.3 Szenario 2: Simulation und Regelung einer komplexeren Regelstrecke Abbildung 4-6 Regelstrecke Führungsgröße PID Regler Stellgröße PT1 Lagging PDT1 PT2osc Rückführung Sprungantwort Die Sprungantwort der zusammengesetzten Regelstrecke sieht folgendermaßen aus: Abbildung 4-7 Anregung Sprungantwort Die folgenden Parameter werden für die einzelnen Glieder verwendet: Tabelle 4-4 tmlag1 tmlag2 gain delaycycles PT1 12.0-1.0 - PDT1 3.0 5.0 1.0 - Totzeit - - - 5 (= 1,5 s) periodisches PT2 0.4 (omega) 0.65 (damp) 1.0-4.3.2 Vorgehensweise Überblick Hinweis Das Vorgehen für dieses Szenario entspricht dem in Szenario 1: Die einzelnen Glieder der Regelstrecke in das Programm einfügen und parametrieren. Den Softwareregler PID_Compact hinzufügen, parametrieren und in Betrieb nehmen. Wenn Sie die Vorgänge mit Hilfe von Kapitel 5 nicht einzeln nachprogrammieren wollen, dann können Sie auch direkt auf das Beispielprojekt zurückgreifen. Im Beispielprojekt ist der bereits in Betrieb genommene PID_Compact vorhanden. Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 17

Siemens AG 2016 All rights reserved 4 Funktionsweise 4.3 Szenario 2: Simulation und Regelung einer komplexeren Regelstrecke Schritt-für-Schritt Beschreibung Die Schritt-für-Schritt Beschreibung entnehmen Sie bitte dem Kapitel 5. Beobachtung der Regelstrecke Kapitel 7 beschreibt, wie Sie mit Hilfe der zur Verfügung gestellten Visualisierung per WinCC Runtime Advanced die Regelstrecke beobachten und steuern können. Parameter PID_Compact Die folgenden nachoptimierten Parameter ergeben sich für den PID_Compact - Baustein: Tabelle 4-5 Parametersatz komplexe Regelstrecke K p 0,9506688 T I [s] 8,276175 T D [s] 2,224364 a 0,1 b 0,532196 c 0,0 PID_Compact Regelverhalten der Strecke Für einen Sprung des Sollwerts von 0 auf 50 im eingeschwungenen Zustand des Regelkreises ergibt sich folgendes Verhalten an den Ein- und Ausgängen des PID_Compact -Reglers. Abbildung 4-8 Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 18

Siemens AG 2016 All rights reserved 5 Konfiguration und Projektierung 4.3 Szenario 2: Simulation und Regelung einer komplexeren Regelstrecke 5 Konfiguration und Projektierung Inhalt Gliederung Dieses Kapitel befasst sich mit der Konfiguration und Projektierung, die auf Seiten der S7-1500 CPU im Beispielprojekt (Tabelle 2-5) realisiert ist. In Schritt-für-Schritt Anweisungen wird Ihnen gezeigt, wie Sie einen simulierten Regelkreis einrichten und optimieren. Für den Umgang mit dem FB PID_Compact (FB1130) stehen folgende Kapitel zur Verfügung: Einfügen des FB PID_Compact (FB1130). Parametrieren des FB PID_Compact (FB1130). Inbetriebnahme des FB PID_Compact (FB1130). Den Umgang mit der Simulationsbibliothek LSim beschreiben die folgenden Kapitel: Einfügen eines Funktionsbausteins der Simulationsbibliothek. Simulation einer Regelstrecke mit mehreren Gliedern. Die Kapitel, die für die verschiedenen Szenarien maßgeblich sind, zeigt die folgende Tabelle: Tabelle 5-1 Nötige Konfigurationsschritte in den Szenarien Aufgabe Szenario Beschreibung 1 2 in Kapitel (Link) Parametrierung PID_Compact X X Kapitel 5.1 und Kapitel 5.2. Inbetriebnahme (Erst- und Nachoptimierung) Einfügen eines einzelnen Simulationsglieds. X X Kapitel 5.3.1. X Kapitel 5.4. Verschalten mehrerer Regelstrecken. X Kapitel 5.5. Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 19

Siemens AG 2016 All rights reserved 5 Konfiguration und Projektierung 5.1 Einfügen des FB PID_Compact (FB1130) 5.1 Einfügen des FB PID_Compact (FB1130) Varianten Vorgehen Tabelle 5-2 Nr. Es gibt mehrere Möglichkeiten den FB PID_Compact als Technologieobjekt in ein Projekt einzufügen. Beachten Sie, dass der Aufruf des PID_Compact als Multiinstanz kein Technologieobjekt erzeugt. Sie können den FB dann weiterhin verwenden, allerdings ohne die graphische Unterstützung des Technologieobjekts. Die folgende Tabelle zeigt Ihnen eine Möglichkeit das Technologieobjekt PID_Compact einem Projekt hinzuzufügen. Aktion 1. Fügen Sie einen Weckalarm-OB ( ), z.b. mit einer Zykluszeit von 300 ms ( ), ein. Die verwendete Zykluszeit ist die Abtastzeit Ihres Reglers. Um eine konstante Abtastzeit des Reglers sicherzustellen, muss der Aufruf eines PID-Reglers immer in einem Weckalarm-OB ausgeführt werden. 1 2. 2. Fügen Sie durch einen Doppelklick in den Anweisungen eine Instanz des PID_Compact in ein beliebiges Netzwerk des unter 1. erstellten Weckalarm-OBs hinzu. Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 20

Siemens AG 2016 All rights reserved 5 Konfiguration und Projektierung 5.1 Einfügen des FB PID_Compact (FB1130) Nr. Aktion 3. Wählen Sie einen Namen für den Instanz-Datenbaustein, respektive das Technologieobjekt aus. Hinweis! Wenn Sie die Funktion PID_Compact als Multiinstanz aufrufen, so wird kein Technologieobjekt erzeugt. Erläuterung: Ein Technologieobjekt ist die komfortable, grafikunterstützte Darstellung eines Datenbausteins. Die klassische Anzeige des Datenbausteins ist durch einen Klick auf DB-Editor öffnen im Kontextmenü des Technologieobjekts möglich. 4. Der FB ist nun im Anwenderprogramm eingebunden. Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 21

Siemens AG 2016 All rights reserved 5 Konfiguration und Projektierung 5.2 Parametrieren des FB PID_Compact (FB1130) 5.2 Parametrieren des FB PID_Compact (FB1130) Parameter Vorgehen Tabelle 5-3 Nr. Der FB PID_Compact enthält bereits im Technologieobjekt viele einstellbare Parameter. Eine detaillierte Beschreibung aller Parameter finden Sie in der Hilfe des TIA Portals V13 SP1. Aktion 1. Öffnen Sie in der Projektnavigation das Objekts "Technologieobjekte > [Ihre_PID_Instanz] > Konfiguration ( Technology objects > [Your_PID_instance] > Configuration ). 2. Im Fenster Grundeinstellungen ( Basic Settings ) wählen Sie die Maßeinheit von Soll- und Istwert für die Anzeige in der Parametersicht aus (z. B. Temperatur in C). Außerdem kann man an dieser Stelle den Regelsinn invertieren. Dies wird z. B. bei Kühlungen benötigt, da hier ein höheres Stellsignal (Kühlleistung) den Istwert (Temperatur) senkt. Des Weiteren legen Sie an dieser Stelle das Startverhalten des Reglers bei einem CPU-Neustart fest. Sie können wählen zwischen Inaktiv, Erstoptimierung, Nachoptimierung, Handbetrieb oder Automatikbetrieb. In der Klappliste Input legen Sie fest, ob Sie eine Gleitpunktzahl oder den Integer-Wert eines Analogeingangs als Istwert nutzen möchten. Die Klappliste Output bietet darüber hinaus noch die Möglichkeit, einen PWM-Ausgang als Stellgröße zu nutzen. 3. Die Eingangsparameter werden direkt am Baustein im Anwenderprogramm verschaltet und können nicht in der Konfigurationsansicht des Technologieobjekts verschaltet werden. 4. Unter Istwerteinstellungen werden Grenzen und Skalierung des Istwertes eingestellt. Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 22

Siemens AG 2016 All rights reserved 5 Konfiguration und Projektierung 5.2 Parametrieren des FB PID_Compact (FB1130) Nr. Aktion 5. Unter Erweiterte Einstellungen ( Advanced Settings ) kann man u. a. die aktuellen PID- Parameter auslesen und ggf. verändern. Sie müssen diese Parameter jedoch nicht manuell eintragen, da sie während der Optimierung angepasst werden. Unter dem Punkt Ausgangswertgrenzen finden Sie die Einstellungen für die Fehlerreaktion. Sie können wählen, ob der Regler inaktiv werden soll oder ob er einen Ersatzwert bzw. den letzten gültigen Wert für die Fehlerdauer ausgeben soll (beispielsweise wenn die Istwertgrenzen verletzt werden). 6. Speichern Sie Ihre Änderungen und laden Sie über Online > PLC-Programm in Gerät laden und zurücksetzen ( Online > Download and Reset PLC program ) das Anwenderprogramm in die CPU. Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 23

Siemens AG 2016 All rights reserved 5 Konfiguration und Projektierung 5.3 Inbetriebnahme des FB PID_Compact (FB1130) Eine detaillierte Auflistung der einzelnen Parameter inklusive einer Beschreibung sind dem Funktionshandbuch S7-1200, S7-1500 PID-Regelung in Kapitel 4.2 (\4\) zu entnehmen. Weitere Hilfe erhalten sie außerdem durch Drücken der Taste F1, wenn der Baustein PID_Compact im Fokus ist. 5.3 Inbetriebnahme des FB PID_Compact (FB1130) Nachdem Sie die von Ihnen gewünschten Konfigurationseinstellungen am Regler vorgenommen haben, können Sie den Regler in Betrieb nehmen. Dazu können Sie Das vorhandene Inbetriebnahme-Tool nutzen und STEP 7 die Reglerparameter über eine Erst- und Nachoptimierung ausrechnen lassen (Kapitel 5.3.1). Eigene berechnete Reglerparameter dem Regler übergeben (Kapitel 5.3.2). 5.3.1 Inbetriebnahme mit Erst- und Nachoptimierung Tabelle 5-4 Erstoptimierung und Nachoptimierung Nr. Aktion Anmerkung 1. Überprüfen Sie, ob die richtige Reglerstruktur (PI- oder PID-Parameter) eingestellt ist. In den einzelnen Szenarien wird ausschließlich die PID-Reglerstruktur verwendet. 2. Verschalten Sie z.b. über einen MOVE Befehl Den Ausgang des PID-Reglers mit dem Eingang der Regelstrecke. Den Ausgang der Regelstrecke mit dem Eingang des PID Reglers. 3. Laden Sie über Online > PLC-Programm in Gerät laden und zurücksetzen ( Online > Download and Reset PLC program ) das PLC- Programm in Ihre CPU. Navigieren Sie dazu in Projektnavigation > [Ihre_CPU] > Technologieobjekte > [Ihr_PID_Compact] > Konfiguration > PID- Parameter > Reglerstruktur ( [Your_CPU] > Technology objects > [Your_PID_Compact]> Configuration > PID Parameters > Controller structure ). Welcher Regler für welche Regelstrecken geeignet ist entnehmen Sie bitte der Fachliteratur, etwa \4\, Seite Kapitel 2.7. 4. Doppelklicken Sie unter Technologieobjekt PidCompact1 auf Inbetriebnahme. Gehen Sie unter Messung ( Measurement ) mit Klick auf Start online. Sie sehen nun in graphischer Darstellung die Werte für Setpoint, Input und Output. Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 24

Siemens AG 2016 All rights reserved 5 Konfiguration und Projektierung 5.3 Inbetriebnahme des FB PID_Compact (FB1130) Nr. Aktion Anmerkung 5. Mit einem Klick auf Start bei Erstoptimierung startet die Erstoptimierung unter den folgenden Voraussetzungen: PID_Compact wird in einem Weckalarm- OB aufgerufen. ManualEnable = FALSE. Reset = FALSE. PID_Compact befindet sich in der Betriebsart Handbetrieb, Inaktiv oder Automatik Der Soll- und der Istwert befinden sich innerhalb der konfigurierten Grenzen. Die Differenz zwischen Sollwert und Istwert ist größer als 30% der Differenz zwischen Obergrenze Istwert und Untergrenze Istwert. Der Abstand zwischen Soll- und Istwert ist >50% des Sollwerts Hinweis Den Sollwert können Sie zum Beispiel über die Beobachtungstabelle steuern. 6. Sollte die Erstoptimierung nicht starten so wird Ihnen über den Tooltip ein Fehler-Code oder eine Fehlermeldung ausgegeben. Hilfe zur Interpretation der Meldungen erhalten Sie in der Online-Hilfe des TIA Portals. Möglicher Verlauf der Erstoptimierung: 7. Nach erfolgreicher Erstoptimierung kann noch eine Nachoptimierung durchgeführt werden. Eine Nachoptimierung kann auch ohne eine vorherige Erstoptimierung gestartet werden. Möglicher Verlauf der Nachoptimierung: Die Parameter der Nachoptimierung zeigen meist ein besseres Führ- und Störverhalten als die Parameter der Erstoptimierung. Voraussetzung für eine Nachoptimierung: PID_Compact wird in einem Weckalarm- OB aufgerufen. ManualEnable = FALSE. Reset = FALSE. Der Soll- und der Istwert befinden sich innerhalb der konfigurierten Grenzen. Der Regelkreis ist im Arbeitspunkt eingeschwungen. Es werden keine Störungen erwartet. PID_Compact befindet sich in der Betriebsart Inaktiv ; Automatikbetrieb oder Handbetrieb. Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 25

Siemens AG 2016 All rights reserved 5 Konfiguration und Projektierung 5.3 Inbetriebnahme des FB PID_Compact (FB1130) 5.3.2 Inbetriebnahme mit vorgegebenen PID-Parametern Tabelle 5-5 Nr. Wenn Sie nicht die Optimierungsfunktionen sondern eigene Parameter für den PID-Regler verwenden möchten, dann folgen Sie den Anweisungen der folgenden Tabelle. Aktion 1. Öffnen Sie in der Projektsicht in den Technologieobjekten das Konfigurationsfenster des Reglers, den Sie einstellen wollen. 2. Navigieren sie zu PID Parameter ( PID Parameters ) und bestätigen Sie die Checkbox Manuelle Eingabe aktivieren ( Enable manual entry ). Jetzt können Sie Ihre Parameter für den PID-Regler eintragen. 3. Wechseln Sie dann zu den Grundeinstellungen ( Basic settings ), betätigen Sie die Checkbox Nach CPU Neustart Mode aktivieren ( Activate Mode after CPU restart ) und wählen Sie in der Dropdown-Liste den Eintrag Automatikbetrieb. Hinweis! Wenn Sie die Eingänge Mode und ModeActivate verschaltet haben, dann achten Sie darauf, dass Mode = 3 (entspricht dem Automatikbetrieb) ist. Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 26

Siemens AG 2016 All rights reserved 5 Konfiguration und Projektierung 5.3 Inbetriebnahme des FB PID_Compact (FB1130) Nr. Aktion 4. Laden Sie nun über Online > PLC-Programm in Gerät laden und zurücksetzen ( Online > Download and reset PLC program ) das Anwenderprogramm in die CPU. Ihre manuell eingegebenen Parameter sind nun übernommen und der PID_Compact regelt die Strecke mit diesen Parametern. Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 27

Siemens AG 2016 All rights reserved 5 Konfiguration und Projektierung 5.4 Einfügen eines Funktionsbausteins der Simulationsbibliothek 5.4 Einfügen eines Funktionsbausteins der Simulationsbibliothek Dokumentation Auf der Downloadseite dieses Beitrages (\1\) finden sich zusätzlich eine Beschreibung der mit dem Projekt zur Verfügung gestellten STEP 7 V13 SP1 Bibliothek (Tabelle 2-5). Vorgehen Die folgende Tabelle zeigt, wie der Simulationsbaustein FB LSim_PT3 (FB54) in ein Anwenderprogramm eingefügt und parametriert wird. Die Integration der anderen Simulationsglieder erfolgt analog. Tabelle 5-6 Streckensimulation einfügen Nr. Aktion Anmerkung 1. Laden Sie die Bibliotheksdatei (Tabelle 2-5) herunter und dearchivieren Sie die Datei auf Ihrer Engineering-Station. 2. Öffnen Sie in den rechten Laschen den Reiter Bibliotheken und klicken Sie auf den Button Globale Bibliothek öffnen. 1 Navigieren Sie zum Ablageort des dearchivierten Ordners und öffnen Sie mit einem Doppelklick die Datei LSim. 2 3. Legen Sie einen Weckalarm-OB mit einer Zykluszeit von z. B. 300 ms an. 4. Ziehen Sie aus den Kopiervorlagen der Bibliothek den Baustein LSim_PT3 in den zyklischen OB. Erstellen Sie dabei einen Instanz-Datenbaustein für den Funktionsbaustein. Es ist notwendig, dass die Simulationsbausteine in einem Weckalarm-OB aufgerufen werden. Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 28

Siemens AG 2016 All rights reserved 5 Konfiguration und Projektierung 5.5 Simulation einer Regelstrecke mit mehreren Gliedern Nr. Aktion Anmerkung 5. Rufen Sie den Baustein im bereits erstellten zyklischen OB auf und verschalten Sie die Parameter zum Beispiel folgendermaßen: gain = 1.0 tmlag1 = 29.0 tmlag2 = 17.5 tmlag3 = 3.1 cycle = 0.3 Verschalten Sie auch den Eingang Reset mit einer steuerbaren booleschen Variablen. Hinweis Der Parameter cycle muss der Zykluszeit des aufrufenden Weckalarm-OBs entsprechen. 5.5 Simulation einer Regelstrecke mit mehreren Gliedern Verschaltung von Regelstrecken Durch die serielle oder parallele Verschaltung von Regelstrecken ist es möglich mit Hilfe der Regelstrecken-Simulationsbibliothek auch komplexere reale Prozesse abzubilden. Das Vorgehen zum Einfügen eines Regelgliedes ist analog dem Vorgehen zum Einfügen einer PT3-Strecke, welche in Tabelle 5-6 beschrieben ist. Serielle Verschaltung Beispielhaft wird hier die Realisierung einer Regelstrecke aus vier seriellen Simulationsgliedern beschrieben. Abbildung 5-1 Regelstrecke Führungsgröße PID Regler Stellgröße PT1 Lagging PDT1 PT2osc Rückführung Nachfolgend sind die Aktionen zum Einfügen einer Regelstrecke aus mehreren seriellen Gliedern beschrieben. Konkret handelt es sich hierbei um das Beispiel aus Szenario2. Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 29

Siemens AG 2016 All rights reserved 5 Konfiguration und Projektierung 5.5 Simulation einer Regelstrecke mit mehreren Gliedern Tabelle 5-7 Nr. Aktion Anmerkung 1. Fügen Sie, wie in Tabelle 5-6 beschrieben, die Regelglieder hinzu, die Sie verwenden möchten. Das sind in Szenario2 die Regelglieder PT1 (FB LSim_PT1 ) PDT1 (FB LSim_PDT1 ) Totzeitglied (FB LSim_Lagging ) PT2 im periodischen Fall. (FB LSim_PT2osc ) 2. Verschalten Sie mit MOVE-Befehlen die Ausgänge der Regelglieder mit dem Eingang des jeweils folgenden Regelgliedes. 3. Fügen Sie wie in Tabelle 5-2 beschrieben den PID_Compact in Ihr Projekt ein und verschalten Sie (ebenfalls per MOVE Befehl) den Ausgang des Reglers mit dem Eingang des ersten Regelgliedes. Verschalten Sie den Eingang des Reglers mit dem Ausgang des letzten Regelgliedes. 4. Jetzt haben Sie einen vollständigen Regelkreis aufgebaut. Um die Regelstrecken in die CPU zu laden übersetzen Sie ihr Programm und laden Sie es in die CPU. 1 Hinweis Möchten Sie die Sprungantwort der Regelstrecke ohne eine Regelung betrachten, (5) dann klicken Sie im Inbetriebnahmefenster [Ihre_CPU] > Technologieobjekte > [Ihr_PID]> Inbetriebnahme ( [Your_CPU] > Technology objects > [Your_PID] > Commissioning ) auf Start (1). Setzen Sie danach den PID-Regler auf Handbetrieb (2) und geben einen Sprung auf die Strecke (Setzen des Ausgangs auf einen festen Wert (3+4)). 5 2 3 4 Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 30

Siemens AG 2016 All rights reserved 5 Konfiguration und Projektierung 5.5 Simulation einer Regelstrecke mit mehreren Gliedern Parallele Verschaltung Beispielhaft wird hier die Realisierung einer Regelstrecke aus zwei parallelen Simulationsgliedern beschrieben. Abbildung 5-2 Führungsgröße PID Regler PT1 PDT1 + Rückführung Die Regelglieder erhalten beide dasselbe Eingangssignal vom PID-Regler. Ihre Ausgangssignale werden addiert an den Regler zurückgegeben. Tabelle 5-8 Nr. Aktion 1. Fügen Sie, wie in Tabelle 5-6 beschrieben, die Regelglieder hinzu, die Sie verwenden möchten. Das sind in diesem Beispiel folgende: PT1 (FB LSim_PT1 ) PDT1 (FB LSim_PDT1 ) 2. Verschalten Sie durch zwei Move-Befehle den Ausgang des PID-Reglers mit dem Eingang des PT1-Glieds. des PDT1-Glieds. 3. Addieren Sie die Ausgangswerte der beiden Regelstrecken. 4. Führen Sie das addierte und evtl. skalierte Ausgangssignal als Input auf den PID-Regler. Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 31

Siemens AG 2016 All rights reserved 6 Installation und Inbetriebnahme 6.1 Inbetriebnahme mit gesamter Hardware 6 Installation und Inbetriebnahme In diesem Kapitel wird beschrieben, wie Sie das beiliegende TIA-Portal Projekt in Betrieb nehmen können. Dabei können Sie entweder die unter Kapitel 2.4.2. beschriebene Hardware verwenden (Inbetriebnahme siehe Kapitel 6.1) oder das Projekt mit PLCSIM vollständig simulieren (Inbetriebnahme siehe Kapitel 6.2). 6.1 Inbetriebnahme mit gesamter Hardware 6.1.1 Installation der Hardware Nachfolgendes Bild zeigt einen möglichen Hardwareaufbau der Anwendung. Ein Aufbau ohne den zwischengeschalteten Switch ist ebenfalls möglich. Abbildung 6-1 Field PG CPU 1516-3 PN/DP 230V Industrial Ethernet Switch PC-Station 230V Hinweis Die Aufbaurichtlinien für SIMATIC S7-Systeme sind generell einzuhalten (siehe auch \6\ und \7\). Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 32

Siemens AG 2016 All rights reserved 6 Installation und Inbetriebnahme 6.1 Inbetriebnahme mit gesamter Hardware Tabelle 6-1 Nr. Aktion Anmerkung 1. Befestigen Sie den Switch, die S7-1500 CPU und die Spannungsversorgung an einer Profilschiene. 2. Verbinden Sie die S7-1500 CPU und den Switch mit der Spannungsversorgung. 3. Verbinden Sie Ihren Engineering-PC und die S7-1500 CPU über die X1-Schnittstelle per Ethernet-Kabel mit dem Switch. 4. Versorgen Sie die Spannungsversorgung mit 230V Wechselstrom. 5. Stellen Sie die IP-Adresse des X1-Ports der S7-1500 über das Display auf die im Beispiel verwendete IP-Adresse ein (192.168.0.1). Die IP Adresse können Sie unter Einstellungen> Adressen> X1 (IE/PN) ( Settings > Addresses >X1 (IE/PN) ) im Display einstellen. Hinweis Zum Laden in die CPU sollte sich die Engineering Station im selben Subnetz befinden. Hinweis Hier wird der Einsatz eines Field PGs als Engineering Station und gleichzeitig PC-Station beschrieben. Alternativ ist der Einsatz zum Beispiel eines Rack-PCs zur Visualisierung möglich. 6.1.2 Installation der Software Dieses Kapitel beschreibt die Schritte zur Installation der verwendeten Programme. Tabelle 6-2 Installation der Software-Komponenten Nr. Aktion Anmerkung 1. Installieren Sie STEP 7 Professional V13.0 SP1 2. Installieren Sie WinCC Professional V13.0 SP1 3. Laden Sie das Beispielprojekt (Tabelle 2-5) von der Siemens Online Support Seite (\1\). Beachten Sie dabei die Hinweise des Systemhandbuchs: \3\ Beachten Sie dabei die Hinweise des Systemhandbuchs: \8\ Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 33

Siemens AG 2016 All rights reserved 6 Installation und Inbetriebnahme 6.1 Inbetriebnahme mit gesamter Hardware 6.1.3 Konfiguration der Hardware Umbenennen der Engineering Station Die folgende Tabelle zeigt das Vorgehen zum Ändern des PC-Namens unter Windows 7: Tabelle 6-3 Umbennen der Engineering Station Nr. Aktion Anmerkung 1. Um die WinCC Runtime in Ihre Engineering Station zu laden, muss die Engineering Station den PC-Namen besitzen, der im Projekt verwendet wird ( VisuPC ). 2. Klicken Sie auf Start. Gehen Sie in das Kontextmenü von Computer und klicken Sie auf Eigenschaften ( Properties ). Im folgenden Fenster klicken Sie unterhalb von Einstellungen für Computernamen, Domäne und Arbeitsgruppe ( Computer name, domain and workgroup settings ) auf Einstellungen ändern ( Change settings ). 3. Im Fenster Systemeigenschaften wählen Sie Ändern ( Change ) und geben dann den neuen Computernamen VisuPC in das dafür vorgesehen Feld ein. Alternativ können Sie auch im Projekt den Namen an Ihre Engineering Station anpassen. 4. Bestätigen Sie und starten Sie Ihre Engineering Station neu, um den Computernamen zu übernehmen. IP-Adresse der Engineering Station einstellen Wenn Sie die Engineering Station gleichzeitig als PC-Station für die Visualisierung verwenden, dann müssen Sie der Engineering Station die im Projekt vorgegebene IP-Adresse zuweisen: Tabelle 6-4 IP-Adresse zuweisen Nr. Aktion Anmerkung 1. Öffnen Sie Start > Systemsteuerung > Netzwerk- und Freigabecenter ( Start > Control Panel > Network and Sharing Center ) 2. Klicken Sie auf Adaptereinstellungen ändern ( Change Adapter Settings ) und wählen Sie dann im Kontextmenü Ihres Ethernet-Adapters die Eigenschaften ( Properties ) 3. Wählen Sie Internetprotokoll Version 4 ( Internet Protocol Version 4 ) und ändern Sie die IP-Adresse folgendermaßen ab: IP-Adresse: 192.168.0.251 Subnetzmaske: 255.255.255.0 4. Bestätigen Sie die Änderung mit Klick auf OK. Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 34

Siemens AG 2016 All rights reserved 6 Installation und Inbetriebnahme 6.1 Inbetriebnahme mit gesamter Hardware Nr. Aktion Anmerkung Jetzt besitzt Ihre Engineering Station dieselbe IP-Adresse, die auch im Projekt (Tabelle 2-5) vergeben ist. 5. Stellen Sie außerdem Ihre PG/PC-Schnittstelle ( Start > Systemsteuerung > PG/PC- Schnittstelle einstellen ) auf TCP/IP und den von Ihnen verwendeten Netzwerk-Adapter. 6.1.4 Öffnen und Laden des TIA Portal-Projekts Tabelle 6-5 Nr. Aktion Anmerkung 1. Laden Sie das gepackte Projekt (Tabelle 2-5) auf Ihre Engineering Station herunter und entpacken Sie den Ordner. 2. Doppelklicken Sie im Programmordner auf das Icon mit der Endung *.ap13. Jetzt öffnet sich das Projekt im TIA Portal V13. 3. Wechseln Sie in die Projektsicht. Klicken Sie auf die CPU PID_Compact_CPU1516 und laden Sie über Online > PLC-Programm in Gerät laden und zurücksetzen ( Online > Download and reset PLC program ) das Anwenderprogramm in die CPU. 4. Wenn Sie das Programm das erste Mal laden, müssen Sie für das Laden Ihre Schnittstelle, und das Subnetz vorgeben. Wählen Sie dann die zu ladende CPU aus. 5. Übersetzen Sie die Visualisierung per Klick auf das Kontextmenü der WinCC RT Advanced > Übersetzen > Software ( Compile > Software (Rebuild all) ) 6. Klicken Sie auf die PC Station VisuPC und starten Sie für eine graphische Darstellung der Szenarien die WinCC-Runtime über das entsprechende Icon. 7. Nun können Sie einzelne Variablen und den Verlauf von Soll-/ Ist-/ und Ausgabewert der PID-Regler beobachten. Eine Beschreibung der WinCC-Oberfläche finden Sie in Kapitel 7. Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 35

Siemens AG 2016 All rights reserved 6 Installation und Inbetriebnahme 6.2 Inbetriebnahme mit PLCSIM V13 6.2 Inbetriebnahme mit PLCSIM V13 6.2.1 Installation der Software Dieses Kapitel beschreibt die Schritte zur Installation der verwendeten Programme. Tabelle 6-6 Installation der Software-Komponenten Nr. Aktion Anmerkung 1. Installieren Sie STEP 7 Professional V13 SP1 Beachten Sie dabei die Hinweise des Systemhandbuchs: \3\ 2. Installieren Sie PLCSIM V13 SP1 Beachten Sie dabei die Hinweise des Systemhandbuchs: \3\ 3. Installieren Sie WinCC Professional V13 SP1 4. Laden Sie das Beispielprojekt (Tabelle 2-5) von der Siemens Online Support Seite (\1\). Beachten Sie dabei die Hinweise des Systemhandbuchs: \8\ 6.2.2 Konfiguration der Engineering Station Ändern der PG/PC-Schnittstelle Tabelle 6-7 Nr. Aktion Anmerkung 1. Gehen Sie über Start > Systemsteuerung (Start > Control Panel ) in Ihre Systemsteuerung und wählen Sie das Icon PG/PC- Schnittstelle einstellen ( Set PG/PC Interface ). 2. Stellen Sie Ihre PG/PC- Schnittstelle auf S7ONLINE (STEP 7) PLCSIM S7-1200/S7-1500(TCP/IP). 3. Bestätigen Sie die Schnittstelle mit Klick auf OK. Bestätigen Sie auch die erscheinende Warnmeldung. Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 36

Siemens AG 2016 All rights reserved 6 Installation und Inbetriebnahme 6.2 Inbetriebnahme mit PLCSIM V13 Starten von PLCSIM V13 Tabelle 6-8 Nr. Aktion Anmerkung 1. Starten Sie mit Doppelklick auf das Icon S7- PLCSIM V13. 2. Erstellen Sie ein neues Projekt und legen Sie es auf Ihrem lokalen Laufwerk ab. Nachdem Sie einen Namen gewählt haben, wird das neue Projekt mit Klick auf Erzeugen ( Create ) erstellt. 3. Damit ist die simulierte CPU einsatzbereit. Durch einen Klick auf den Button für die Kompaktansicht erhalten Sie einen guten Überblick über den momentanen Betriebszustand der simulierten CPU. Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 37

Siemens AG 2016 All rights reserved 6 Installation und Inbetriebnahme 6.2 Inbetriebnahme mit PLCSIM V13 6.2.3 Öffnen und Laden des TIA-Portal Projekts Tabelle 6-9 Nr. Aktion Anmerkung 1. Laden Sie das gepackte Projekt (Tabelle 2-5) auf Ihre Engineering Station herunter und entpacken Sie den Ordner. 2. Doppelklicken Sie im Programmordner auf das Icon mit der Endung *.ap13. Jetzt öffnet sich das Projekt im TIA Portal V13. 3. Klicken Sie auf die CPU PidCompactCPU1516 und laden Sie über Online > Erweitertes Laden in Gerät ( Online > Extented download to device ) das Anwenderprogramm in die CPU. Wählen Sie die folgende Schnittstelle zum Download: Type of PG/PC interface: PN/IE PG/PC interface: PLCSIM S7-1200/S7-1500 Connection to subnet: PN/IE_1 4. Klicken Sie auf die PC Station VisuPC und starten Sie für eine graphische Darstellung der Szenarien die WinCC-Runtime über das entsprechende Icon. 5. Nun können Sie einzelne Variablen und den Verlauf von Soll-/ Ist-/ und Ausgabewert der PID-Regler beobachten. Eine Beschreibung der WinCC-Oberfläche finden Sie in Kapitel 7. Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 38

Siemens AG 2016 All rights reserved 7 Bedienung der Applikation 7.1 Übersicht 7 Bedienung der Applikation 7.1 Übersicht Zur besseren Übersicht über das Verhalten der implementierten Szenarien stehen dem Anwender mehrere Möglichkeiten zur Verfügung: Einblick in das Verhalten der Regelkreise über das HMI-System WinCC Runtime Advanced. Detaillierteren Einblick in den momentanen Status des Regelkreises durch die in der CPU bereits vorbereiteten Beobachtungstabellen. 7.2 Bedienung über WinCC Runtime 7.2.1 Bedienelemente In der PC-Station VisuPC läuft ein WinCC-Runtime System von dessen Startbildschirm die verschiedenen Szenarien angewählt werden können. Die Bilder der WinCC-Runtime enthalten die folgenden Elemente: Tabelle 7-1 Nr. Element 1. Kurvenanzeige von Sollwert, Istwert und Regler-Ausgang. 2. Ausgabe des Sollwerts; manuelle Eingabe ist möglich. 3. Ausgabe der aktuell verwendeten PID-Parameter. Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 39

Siemens AG 2016 All rights reserved 7 Bedienung der Applikation 7.2 Bedienung über WinCC Runtime Nr. Element 4. Ausgang des PID-Reglers. 5. Übersichtsbild des Regelkreises mit aktuellen Werten. 6. Betriebsart-Anzeige und Schaltflächen zur Betriebsartwahl: Hand- oder Automatikbetrieb des PID-Reglers. Bei bestehender Betriebsart wird die jeweilige Schaltfläche ausgeblendet. Mit Manual output wird der Ausgangswert im Handbetrieb vorgegeben. Im Automatikbetrieb steuert der PID-Regler den Ausgangswert. 7. Navigationsschalter zum Übersichtsbild und zum Anhalten der WinCC-Runtime. Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 40

Siemens AG 2016 All rights reserved 7 Bedienung der Applikation 7.2 Bedienung über WinCC Runtime 7.2.2 Szenario 2 mit WinCC betrachten Tabelle 7-2 Nr. Nach der Inbetriebnahme des Projekts können die beiden Szenarien per WinCC beobachtet werden. Tabelle 7-2 beschreibt ein mögliches Beobachtungsszenario für Szenario2. Aktion 1. Starten Sie die Visualisierung und wählen Sie im Startbild das Scenario2. 2. Um zuerst einmal eine Sprungantwort der Regelstrecke zu beobachten wählen Sie den Handbetrieb( ). Setzen Sie den Manual output auf einen beliebigen Wert ( ). 1 2 Nun können Sie die Sprungantwort der Strecke auf die Anregung beobachten: Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 41

Siemens AG 2016 All rights reserved 7 Bedienung der Applikation 7.3 Beobachtung und Bedienung über den Online-Zugang Nr. 3. Aktion Zur Beobachtung des Regelverhaltens wählen Sie den Automatik-Betrieb ( einen Sollwert ( ). ) und definieren Sie 1 2 Sie können jetzt das Verhalten des Regelkreises beobachten: 7.3 Beobachtung und Bedienung über den Online-Zugang Überblick Sie können das S7-Programm der CPU durch den Online-Zugang auf der CPU und das Beobachten von Bausteinen analysieren. Beobachtungstabellen Als Unterstützung sind bereits zwei Beobachtungstabellen in das Projekt eingefügt, die jeweils wichtige Parameter der einzelnen Bausteine zu den einzelnen Szenarien enthalten. Sie finden die Beobachtungstabellen in der Projektnavigation des Ordners PidCompactCPU1516 unter Beobachtungs- und Forcetabellen ( Watch and force tables ): WatchTableScenario1 WatchTableScenario2 Beitrags-ID: 79047707, V2.0, 03/2016 42