RTP 3000/02 SER 3000 CPU
RTP 3000/02 SER 3000 CPU
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系統PID參數分析與整定
3.1 PID參數：鑒于貨架冷彎型鋼冷彎生產線的具體生產過程的間斷性特點，有利于采用現場經驗整定法獲取有效PID參數并能達到一個較好的控制效果，初期PID比例參數按經驗數據設定，并依先比例，后積分，最后微分的順序進行PID參數調整，在觀察現場控制過程、過程值及運動控制精度的測量比較的同時，慢慢的改變PID參數值并反復湊試，直到運動控制精度及其穩定性符合要求為止。PID最佳整定參數確定后，并不能說明它永遠都是最佳的，仍然會受外界擾動而發生根本性的改變并要求重新根據需要進行最佳參數的整定，實際過程中可以發現輸出與誤差的關系式如下所示： 上式中，U(n)為第n個采樣周期的控制輸出；e(n)為第n個采樣周期的位置誤差；n為正常采樣周期； 為微分采樣周期；kp為比例增益；ki為積分比例增益；kd為微分比例增益。PID控制系統調節輸出就是為了保證偏差值e為零，使系統達到一個預期穩定狀態。
3.2控制系統參數的整定：主控PLC程序中的PID參數整定及系統運動分析，看給定的參數是否符合控制系統的要求，該過程需用參數整定實現。參數整定的主要任務是確定kp、ki、kd、采樣周期n及微分采樣周期 ；比例增益kp提供了一個與位置誤差成正比的輸出，比例系數kp增大，使伺服驅動系統的動作靈敏、響應加快，而過大會引起振蕩，調節時間加長；積分比例增益ki提供了隨時間增長的輸出，因此保證了靜態位置誤差為0，積分系數Ki增大，能消除系統穩態誤差，但穩定性下降；微分比例增益kd提供了與位置變化率成正比的輸出，起到了超前控制的作用，減小了系統的超調，保證了系統的動態特性良好，微分控制kd可以改善動態特性，使超調量減少，調整時間縮短。采樣周期的選取應遠小于對象的擾動周期、應比對象的時間常數小得多、應考慮執行機構的響應速度、對象所要求的調節品質等，實際上盡量選取小量值；具體整定過程需要根據PID參數來制定現場的適應參數和現場的實際調整設定，由于系統主控PLC程序中的PID參數不能實現實時在線調整，需要根據不同的產品或負載情況分別整定，并在生產工具過程中通過觸摸屏分別輸入整定值來實現有效控制，否則易形成位置控制過程的超調或振蕩等現象。
4 調試要點及注意事項
4.1交流位置伺服系統的動態性能是冷彎設備在線調試過程中的重要階段，直接決定了冷彎設備的工作性能和產品的孔位精度分布規律和控制精度。如貨架冷彎機組中的伺服系統的控制要求很高, 不應有任何振蕩和超調, 否則會造成貨架組件的側立面孔位誤差大，孔位分布不均勻，嚴重影響貨架的裝配精度和使用性能，降低成品率，增加生產經營成本。貨架冷彎機組中的伺服定長送料為斷續送料模式，其送料的長度與配套設備的加工時間決定于交流位置伺服系統的運動節拍，控制定位精度及交流位置伺服系統的動態性能等，其動態性能一般可由系統在單位階躍輸入信號作用下的時間響應曲線來描述。如圖2所示可通過多種調整變化的形式逐漸到達定位點，我們希望獲得圖中標示為1的單調變化模式，不希望出現標示為2或3的振蕩波形，標示為4的調整模式會形成不到位故障或伺服系統隨動誤差大、調節時間延長等現象，影響整機的速度匹配和控制精度等。圖示出的常用的動態性能指標有： 上升時間tr、調節時間ts和超調量σ%。其中上升時間tr反映了系統的動態靈敏度和系統過渡過程的快速性； 調節時間ts又稱過渡過程時間，是衡量系統快速性的主要指標； 超調量σ%是反映在系統過度過程進行得是否平穩的指標。
圖2 交流位置伺服系統的動態性能圖示
4.2在系統調試時, 完全可通過對系統動態性能的這些指標進行在線軟件測試、相關數據分析得到系統參數應調試的值, 如：SIMATIC STEP 7軟件針對SIMATIC S7-300 FM 354 SERVO模塊的DB1200中的參數和數據進行調節，實現控制精度、運行速度等的優化配置以及在線伺服系統的監測，系統分析關鍵參數的走勢，如運動超調量的變化、速度及電流值的變化，從而調節使伺服系統達到理想狀態。如確認伺服系統運動執行元件對上位機的指令執行偏差情況，可采用指令偏差的自動或手動模式進行調整，適當優化伺服控制器和伺服電機的設定參數，對SIMATIC S7-300上位機及SIMATIC S7-300 FM 354 SERVO模塊伺服控制參數的設定和調整等，也可選用特定的調試軟件來輔助設定和調整控制參數。如：速度指令調整增益、速度環路增益等增益參數的調整，來獲得優化參數和控制效果，由于伺服系統帶負載運行時存在系統與負載動態匹配的問題、存在參數時變、負載擾動以及伺服電機自身和被控對象的嚴重非線性、強耦合性等不確定因素，必須在線修訂模糊控制的數學模型和控制敏感參數，相應的PID控制參數，以實現系統無超調和振蕩現象。如：貨架冷彎機組在設計時會考慮使用多板厚同規格的系列產品、或通過不同的冷彎工藝在一條生產線上生產不同規格尺寸的貨架產品，故交流位置伺服系統的負載的大小和性質會發生多種變化，甚至相同規格卷料在更換后也會造成負載的不穩定與變化, 這種變化將使系統的性能特別是動態性能變得復雜，使運動定位出現振蕩、超調甚至于不能穩定運行，必須在調試現場測定系統所帶負載的動態性能指標和伺服系統在線帶負載時的動態性能指標, 在調試過程中對系統進行動態性能分析與測定, 并憑經驗由人工進行現場在線修正與調試，調試現場也需要配合相當的人力進行相關數據的收集整理、數據分析處理等。
4.3主要完成以下工作：
1）、實時采集數據, 即測試帶載系統的動態性能參數, 如實際速度、實際位置參數等，主要是通過一些專用的參數單元、計算及監控軟件，通過使用這些工具和手段進行有關參數的設定、監控、波形顯示、I/O檢查監控、在線調整、運動參數的獲取與處理等。
2）、輔助作圖, 把這些參數用曲線形式表示出來, 如畫成速度響應曲線、位置響應曲線等；
3）、求出系統的動態性能指標, 如: 上升時間tr、調節時間ts和超調量σ%等。
4）、根據系統動態性能指標的走勢，重新制訂交流位置伺服系統的動態性能在線調試方案，
5）、事實上可以實現伺服定位控制穩定在編碼器一個角脈沖波動范圍上，并穩定實現運動控制。如：我公司選用的編碼器為2000p/r，測量輥周長為300mm，貨架組件的孔位控制精度理論上可實現±0.075mm，考慮到冷彎卷料的表面平整度等其它因素的影響，其實際孔位控制精度要低些；根據從生產現場采集到的數據分析，實際孔位控制精度σ達到±0.10mm以內，且誤差基本符合正態分布規律，從根本上也保證了總長度上的累積誤差最小，基本穩定在6σ以內。交流伺服系統最高運行速度可達60M/min以上，整機匹配運行速度可達到20M/min以上等，極大地提高了冷彎型鋼產品的生產制造品質、生產效率和應用范圍。
Allen-Bradley 1771-OMIFM OID200
Facts F4-CP128-1
Omron C20-MC224
Elin A1511 GM228 4616520/A
Tecnologic TCHP100
Mitsubishi A1SJ71AR21
Artis MU2
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Siemens 6ES7132-4HB01-0AB0
Valmet 850321 AK4A
Valmet M850017 MK20B
Mauell PGK001
Valmet VMX-06
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Mitsubishi A1SJ71UC24-R4
Pro-Face GP070-MPI-41
Siemens 6DS1326-8AA
Hell Engraving 4.758.2049910.03
Hell Engraving 9294.00.22701.4
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GE Fanuc IC600CB524M
Siemens M74003-A8152
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Allen-Bradley 1771-OAD/B
Modicon AS-B827-032
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Telemecanique ATV31H018M2
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Siemens 6DS1110-8AA
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Elletre EL064
Valmet M850596
Philips OAM030 9480 203 32001
Donaldson P170068-016-140
Pepperl+Fuchs KFD2-DWB-Ex1D
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BBC ZT319b-E 7036
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Allen-Bradley 1756-IB32
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Ifm SF3210
Tecnologic TDR26
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Siemens 6ES5255-3AA11
Valmet M850345
Banner S18SN6FF50Q
Siemens 6ES5242-1AA41
BBC EV93 HESG 440091R1
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Sharp JW-32S
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AEG DAP 112 6051-042.233442
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Mitsubishi AJ65BTB1-16T
Honeywell BZE7-2RQ8-PG
HIMA H7506
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IFM PN9024
Auma IWG1003
Siemens E35151-A99-L1-A1
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Murr 56414
Elesta OLS322B991
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Telemecanique TSX TE01
Siemens ARB11-P2D2533-1A
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Marposs 3447700450
Balluff BES-516-369-EO-X
Stromberg 5761040-9E
IFM O5H201
Keyence LZ-A150
Telco LT/LR -G-5
Siemens M74003-A174
Yaskawa TRD-Y2048
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IMC-111FB-MM-ST
Danfoss 175H4712
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Allen-Bradley 1771-IBD
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Schmersal BNS303-11Z
Telemecanique LC1 D2510P7
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Siemens 3RT1046-1BB40
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Turck MS25-10
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ABB RTAC-01
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Beckhoff KL4424
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Danfoss EV250B
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Omron C500-OD412
注：聯系我時，請說是在“傲立機床網”上看到的，謝謝！
