PidEngineUnit — двигатель со своим ПИД-регулятором

PidEngineUnit запускает двигатель и меняет его скорость, чтобы поддерживать давление, температуру или другую величину. У каждого узла свой регулятор; датчик для него вы указываете в параметрах. Например, один насос поддерживает давление, изменяя частоту ПЧ.

Выбирайте его, когда двигателю нужны дискретная команда пуска и аналоговое задание. Для нескольких механизмов с одним общим регулятором используйте пару VfdGroupPidCascade и VfdGroupEngineUnit.

Как устроен узел

PidEngineUnit: Все части внутри рамки уже входят в узел. Общие сигналы подключите через Parent. Сброс аварий и наработки выполняйте только через встроенный CascadeUnit. Sensor добавляется отдельно; укажите его ID в SensId. — В рамке — состав компонента, снаружи — подключения проекта. Нажмите на схему, чтобы открыть её крупнее.

Все части внутри рамки уже входят в узел. Общие сигналы подключите через Parent. Сброс аварий и наработки выполняйте только через встроенный CascadeUnit. Sensor добавляется отдельно; укажите его ID в SensId.

Первое подключение

Заполняйте пример в таблице «Параметры» (Params) добавленного компонента. Как добавить компонент и где искать настройки.

Перед генерацией выберите вариант работы с MetaLab: добавить готовые сценарии или пока отключить их создание.

Насос K31 поддерживает давление 4,5 бар по PT101. Его ПЧ получает пуск через qK31Start и частоту через qK31Frequency. bK31Running — подтверждение работы, bPressureDemand — команда работы. Эти переменные замените именами своего проекта. Sensor PT101 должен выдавать давление в барах.

1. Подключите насос и измерение

Параметр	Значение для примера
`Id`	`K31`
`Comment`	`Насос поддержания давления`
`Parent`	`CabinetController_Inst`
`StartCmd`	`bPressureDemand`
`EngState`	`bK31Running`
`EngStartOut`	`qK31Start`
`SensId`	`PT101`
`OutRaw`	`qK31Frequency`
`OutRawMin`	`0.0`
`OutRawMax`	`27648.0`

В примере ПЧ настроен так, что шкале выхода 0–27648 соответствует 0–50 Гц. Сверьте обе шкалы с оборудованием. Для дистанционного управления оставьте EngLocal = false, EngRemote = true.

Канал 8 получает ошибку PT101 автоматически. У ненужных обычных каналов аварий и предупреждений очистите ID. Авария самого ПЧ может быть отдельным аварийным каналом.

2. Настройте запуск и регулирование

Настройка	Значение для примера
`Conf.K31_Engine_bStateControlBypass`	`false`
`Conf.K31_Engine_diStateControlTime`	`5`
`Conf.K31_PID_fSP`	`4.5`
`Conf.K31_PID_fDB`	`0.2`
`Conf.K31_PID_fYMin` / `Conf.K31_PID_fYMax`	`0.0` / `50.0` Гц
`Conf.K31_PID_fYLoLimit` / `Conf.K31_PID_fYHiLimit`	`20.0` / `50.0` Гц
`Conf.K31_PID_fOffValue`	`0.0` Гц

Общий диапазон 0–50 Гц нужен для пересчёта аналогового выхода; рабочий диапазон автоматического регулирования ограничен 20–50 Гц. Kp, Ti, Td и период расчёта подберите по процессу; PID объясняет эти настройки подробнее.

3. Как это будет работать

При запросе давления узел выдаёт пуск. После подтверждения работы регулятор начинает менять частоту по отклонению давления от 4,5 бар. При положительном Kp падение давления увеличивает задание. До подтверждения работы автоматический PID выдаёт fOffValue.

Узел ждёт подтверждение перед началом автоматического регулирования. При настройке ПЧ учитывайте эту последовательность: подтверждение должно появиться до первого изменения частоты регулятором. Если ПЧ сообщает «работает» только после появления ненулевой частоты, начальные условия запуска нужно настроить в самом приводе.

Ручной режим и останов

В ручном режиме оператор отдельно запускает двигатель и задаёт частоту через View.K31_PID_Inst_inout_fYManual. Режим PID автоматически следует за режимом двигателя. Ручное задание ограничено полным диапазоном 0–50 Гц, а не автоматическим минимумом 20 Гц.

Событие	Пуск двигателя	Аналоговое задание
Снят StartCmd в автоматическом режиме	Останов с заданной задержкой	При снятии команды пуска — fOffValue
Оператор остановил двигатель в ручном режиме	Команда пуска снята	fOffValue
Авария или экстренный останов в любом дистанционном режиме	Команда пуска снята	fOffValue

При снятой команде пуска аналоговый выход получает значение fOffValue, пересчитанное в шкалу выходного модуля. Это правило действует и при ручном задании. Само введённое оператором значение сохраняется для следующего пуска.

Во время задержки штатного останова двигатель ещё получает команду пуска, и аналоговое задание сохраняется. При ручном пуске частота передаётся сразу с командой запуска, без ожидания подтверждения работы. В автоматическом режиме PID начинает регулировать после подтверждения работы двигателя.

Ошибка датчика и аварии двигателя фиксируются до сброса. Для сброса фильтров и двигателя используйте общую команду узла через CascadeUnit.

Состав узла

Эти части уже соединены внутри компонента; добавлять их повторно не нужно.

Экземпляр для примера	Описание части	Для чего нужен
`K31_Flts_SgnlsFltr_Inst`	SignalsFilter	Обрабатывает аварийные причины.
`K31_Wrns_SgnlsFltr_Inst`	SignalsFilter	Обрабатывает предупреждения.
`K31_CascadeUnit_Inst`	CascadeUnit	Связывает механизм с группой и передаёт сбросы.
`K31_Engine_Inst`	Engine	Управляет двигателем и проверяет запуск.
`K31_PID_Inst`	PID	Рассчитывает числовое задание по измерению.

Аварии и предупреждения

Узел может обработать до восьми аварий и до восьми предупреждений. Для каждой причины есть свой канал. Аварии передаются в управление механизмом; предупреждения только сообщают о состоянии и сами его не останавливают.

Для каждого нужного канала укажите обозначение, понятное название и сигнал неисправности. Выберите, когда проверять сигнал и нужен ли сброс оператором. TRUE на входе означает неисправность; если контакт работает наоборот, используйте NOT. У ненужных каналов оставьте ID пустым. Если первый канал тоже не нужен, удалите его заготовки _ID_ и _DI_.

Поля канала	Что указать
`FltIdN`, `WrnIdN`	ID причины: например, `VFD_FAULT` или `SERVICE`
`FltCommentN`, `WrnCommentN`	Понятное название причины
`FltInN`, `WrnInN`	Сигнал причины: TRUE — авария или предупреждение присутствует
`FltEnableN`, `WrnEnableN`	Когда проверять канал; для постоянного контроля — `true`
`FltAutoResetN`, `WrnAutoResetN`	`false` — сохранить до сброса; `true` — снять после исчезновения причины

N — номер от 1 до 8. У обычного первого аварийного канала начальные значения: _ID_, авария, _DI_, true, false. У первого предупредительного: _ID_, предупреждение, _DI_, true, true. Остальные обычные каналы пустые; при добавлении заполните все пять полей.

Канал 8 — ошибка датчика регулирования

Восьмой аварийный канал уже выделен для ошибки Sensor, указанного в SensId. Оставьте его для этой задачи: от него также зависит работа регулятора. Для остальных аварий используйте места 1–7.

Параметр	По умолчанию	Назначение
`FltId8`	`REG_SENSOR_ERROR`	ID ошибки датчика. Пустой ID отключает этот канал.
`FltComment8`	`Ошибка датчика регулирования`	Название ошибки.
`FltIn8`	Пусто	Пусто — автоматически взять SensId_Sensor_Inst.out_bError. Можно указать другой сигнал ошибки.
`FltEnable8`	Пусто	Пусто — проверять в автоматическом режиме механизма. Можно задать другое условие.
`FltAutoReset8`	`false`	По умолчанию ошибка сохраняется до сброса.

Переход в ручной режим запрещает новое срабатывание этого канала при стандартном разрешении. Уже записанную аварию он не снимает: нужен сброс.

Задержка, шунт и сброс

Задержка отсекает кратковременный сигнал. Шунт исключает отдельный канал из проверки и сразу снимает его срабатывание. Сам механизм при этом может сохранять свою аварию до сброса.

При AutoReset = false сообщение остаётся после исчезновения неисправности. Оператор должен выполнить сброс. Он сработает, когда неисправность устранена или проверка канала запрещена. Одного снятия разрешения проверки для очистки такого сообщения недостаточно.

Сброс аварий выполняйте только через встроенный CascadeUnit: команда передаётся и фильтрам, и механизму. Через него же выполняется сброс наработки всего узла.

Например, для Id = K31, FltId1 = VFD_FAULT и WrnId1 = SERVICE создаются:

Настройка	Тип	Начальное значение	Назначение
`Conf.K31_Flts_SgnlsFltr_VFD_FAULT_diDelay`	`DINT`	`0`	Задержка срабатывания, с
`Conf.K31_Flts_SgnlsFltr_VFD_FAULT_bBypass`	`BOOL`	`false`	TRUE — шунт канала
`Conf.K31_Wrns_SgnlsFltr_SERVICE_diDelay`	`DINT`	`0`	Задержка срабатывания, с
`Conf.K31_Wrns_SgnlsFltr_SERVICE_bBypass`	`BOOL`	`false`	TRUE — шунт канала

У всех объявленных каналов создаётся такая пара настроек. В имени Conf используется ID причины, а в имени результата — номер места: например, K31_Flts_SgnlsFltr_Inst.out_Signal1_bQ. Один выход фильтра можно использовать в нескольких компонентах. Подробности — в SignalsFilter.

Индивидуальные и общие настройки

Чтобы у механизма были свои настройки, оставьте поля выбора общего набора пустыми. Если нескольким механизмам нужны одинаковые настройки, укажите в этих полях одно имя, например Common. Изменение общей настройки будет действовать на каждый из них. В таблице показано, какие настройки можно объединить.

Поле Params	Раздел	Пример при пустом поле	Пример при значении Common
`EngConf`	Engine	`Conf.K31_Engine_diStateControlTime`	`Conf.Common_Engine_diStateControlTime`
`PIDConf`	PID	`Conf.K31_PID_fSP`	`Conf.Common_PID_fSP`
`OutConf`	OUT	`Conf.K31_OUT_fRawMin`	`Conf.Common_OUT_fRawMin`

Шунт подтверждения двигателя всегда индивидуальный: Conf.K31_Engine_bStateControlBypass. Его имя и комментарий относятся к конкретному двигателю, даже при общем EngConf.

Настройки каналов аварий и предупреждений, ручные команды и состояния также остаются у каждого узла свои.

Параметры компонента — Params

Поля аварийных и предупредительных каналов приведены в разделе «Аварии и предупреждения».

Параметр	По умолчанию	Назначение
`Id`	`_ID_`	ID узла. По нему создаются имена его состояний, команд и индивидуальных настроек.
`Comment`	`Комментарий`	Название конкретного насоса, клапана или группы.
`Parent`	`CabinetController_Inst`	Компонент общего управления шкафом. Передаёт питание, экстренный останов и сбросы.
`StartCmd`	`false`	Команда автоматической работы узла: TRUE — работать, FALSE — остановить. Смысл для данного узла показан в примере выше.
`EStopExtra`	`false`	Дополнительный экстренный останов этого двигателя; TRUE запрещает работу.
`$CasUnit`	`Элемент каскада`	Название раздела параметров; также используется в комментариях.
`Power`	`0.0`	Мощность или частота для каскада. Если контроль нагрузки не нужен, оставьте 0.0.
`$Eng`	`Двигатель`	Название раздела параметров; также используется в комментариях.
`EngConf`	Пусто	ID набора настроек этого раздела. Пусто — использовать Id узла; одинаковый ID — общие настройки.
`EngConfComment`	Пусто	Название набора настроек. При пустом поле используется название узла и, где предусмотрено, раздела.
`EngLocal`	`false`	Признак местного управления двигателем. Имеет приоритет над дистанционным.
`EngLocalControlByPLC`	`false`	FALSE — в местном режиме Engine следует за фактической работой. TRUE — использует команды пуска и останова; отдельные местные кнопки в Units не подключены.
`EngRemote`	`true`	Разрешение дистанционного управления. При TRUE доступны автоматический и ручной режимы.
`EngState`	`false`	Подтверждение работы двигателя от контактора или ПЧ.
`EngStartOut`	`_DO_`	Выход команды пуска двигателя.
`$PID`	`Регулятор`	Название раздела параметров; также используется в комментариях.
`PIDConf`	Пусто	ID набора настроек этого раздела. Пусто — использовать Id узла; одинаковый ID — общие настройки.
`PIDConfComment`	Пусто	Название набора настроек. При пустом поле используется название узла и, где предусмотрено, раздела.
`SensId`	`_ID_`	ID компонента Sensor. Его измерение используется регулятором, а ошибка — аварийным каналом 8.
`$Out`	`Аналоговый выход`	Название раздела параметров; также используется в комментариях.
`OutConf`	Пусто	ID набора настроек этого раздела. Пусто — использовать Id узла; одинаковый ID — общие настройки.
`OutConfComment`	Пусто	Название набора настроек. При пустом поле используется название узла и, где предусмотрено, раздела.
`OutRaw`	`_AO_`	Переменная аналогового выхода, куда записывается задание после пересчёта шкалы.
`OutRawMin`	`ADC_4_IN_0_20`	Начальное значение нижней границы шкалы аналогового выхода. Задайте по настройке модуля.
`OutRawMax`	`ADC_MAX_VALUE`	Начальное значение верхней границы шкалы аналогового выхода. Задайте по настройке модуля.
`$Flts`	`Аварии`	Название раздела параметров; также используется в комментариях.
`FltComment`	`аварии`	Общее название группы аварий в комментариях каналов.
`$Wrns`	`Предупреждения`	Название раздела параметров; также используется в комментариях.
`WrnComment`	`предупреждения`	Общее название группы предупреждений в комментариях каналов.

Настройки во время работы — Conf

Полные имена приведены для Id = K31 и пустых полей выбора общих настроек. В таблице указаны начальные значения. Для примера выше задайте значения из шагов подключения.

Настройка	Тип	Начальное значение	Единицы	Назначение
`Conf.K31_Engine_diStateControlTime`	`DINT`	`1`	с	Допустимое отсутствие сигнала работы при запуске, во время работы и задержки останова.
`Conf.K31_Engine_diStateConfirmTime`	`DINT`	`3`	с	Сколько должен непрерывно присутствовать сигнал работы для подтверждения запуска. 0 отключает это ожидание.
`Conf.K31_Engine_diStartDelayTime`	`DINT`	`1`	с	Пауза перед пуском в автоматическом режиме.
`Conf.K31_Engine_diStopDelayTime`	`DINT`	`1`	с	Пауза перед штатным остановом в автоматическом режиме.
`Conf.K31_Engine_bStateControlBypass`	`BOOL`	`true`	—	TRUE — не проверять подтверждение работы. Настройка индивидуальная.
`Conf.K31_PID_fSP`	`REAL`	`0.0`	ед. измерения	Значение, которое нужно поддерживать.
`Conf.K31_PID_fDB`	`REAL`	`0.0`	ед. измерения	Полная ширина зоны около уставки, внутри которой регулятор не меняет задание.
`Conf.K31_PID_fSR`	`REAL`	`3.0`	с	Период расчёта, с; должен быть больше нуля.
`Conf.K31_PID_fKp`	`REAL`	`1.0`	—	Сила реакции регулятора на отклонение. Знак определяет направление регулирования.
`Conf.K31_PID_fTi`	`REAL`	`0.0`	с	Параметр усиления реакции на сохраняющееся отклонение. 0 отключает эту составляющую.
`Conf.K31_PID_fTd`	`REAL`	`0.0`	с	Реакция на изменение отклонения. 0 отключает эту составляющую.
`Conf.K31_PID_fYMin`	`REAL`	`0.0`	ед. задания	Нижняя граница задания; соответствует нижней границе аналогового выхода.
`Conf.K31_PID_fYMax`	`REAL`	`100.0`	ед. задания	Верхняя граница задания; соответствует верхней границе аналогового выхода.
`Conf.K31_PID_fYLoLimit`	`REAL`	`0.0`	ед. задания	Нижний предел задания при автоматическом регулировании.
`Conf.K31_PID_fYHiLimit`	`REAL`	`100.0`	ед. задания	Верхний предел задания при автоматическом регулировании.
`Conf.K31_PID_fOffValue`	`REAL`	`0.0`	ед. задания	Задание при отключённом автоматическом регулировании и при снятой команде пуска двигателя в любом режиме.
`Conf.K31_OUT_fRawMin`	`REAL`	`ADC_4_IN_0_20`	raw	Значение выходного модуля для минимального задания.
`Conf.K31_OUT_fRawMax`	`REAL`	`ADC_MAX_VALUE`	raw	Значение выходного модуля для максимального задания.

Команды оператора — View

Тег	Тип	Действие
`View.K31_CascadeUnit_Inst_inout_bFaultReset`	`BOOL`	Сброс аварий всего узла, включая фильтры: установить TRUE.
`View.K31_CascadeUnit_Inst_inout_bWorktimeReset`	`BOOL`	Сброс наработки: установить TRUE; команда сбрасывается после обработки.
`View.K31_Engine_Inst_inout_iRemoteMode`	`INT`	Выбор режима: 2 — ручной, 3 — автоматический.
`View.K31_Engine_Inst_inout_bStart`	`BOOL`	Ручной пуск: установить TRUE.
`View.K31_Engine_Inst_inout_bStop`	`BOOL`	Ручной останов: установить TRUE.
`View.K31_PID_Inst_inout_bYManual`	`BOOL`	Заполняется узлом по режиму механизма; отдельно не переключать.
`View.K31_PID_Inst_inout_fYManual`	`REAL`	Задание оператора в единицах выхода: например, % или Гц.

Состояния и результаты для программы

Поле экземпляра	Тип	Назначение
`K31_Engine_Inst.out_iMode`	`INT`	Режим: 0 — отключён, 1 — местный, 2 — ручной, 3 — автоматический.
`K31_Engine_Inst.out_bEnableAutoControl`	`BOOL`	Механизм доступен для автоматического управления.
`K31_Engine_Inst.out_bBlocked`	`BOOL`	Обычное управление заблокировано.
`K31_Engine_Inst.out_bFault`	`BOOL`	Зафиксированная авария механизма.
`K31_Engine_Inst.out_diWorktime`	`DINT`	Наработка, ч.
`K31_Engine_Inst.out_bStart`	`BOOL`	Команда пуска двигателя; при FALSE аналоговый выход получает масштабированное fOffValue.
`K31_Engine_Inst.out_bState`	`BOOL`	Работа двигателя; при включённом шунте определяется без обратной связи.
`K31_CascadeUnit_Inst.out_bEnable`	`BOOL`	Узел доступен группе.
`K31_CascadeUnit_Inst.out_bState`	`BOOL`	Состояние работы, передаваемое группе; смысл описан выше.
`K31_Flts_SgnlsFltr_Inst.out_bQ`	`BOOL`	Есть хотя бы одна сработавшая аварийная причина.
`K31_Wrns_SgnlsFltr_Inst.out_bQ`	`BOOL`	Есть хотя бы одно предупреждение.
`K31_Flts_SgnlsFltr_Inst.out_Signal1_bQ`	`BOOL`	Результат аварийного канала 1; для других каналов Signal2 … Signal8.
`K31_Wrns_SgnlsFltr_Inst.out_Signal1_bQ`	`BOOL`	Результат предупредительного канала 1; для других каналов Signal2 … Signal8.
`K31_PID_Inst.out_fYS`	`REAL`	Задание PID до выбора значения останова перед аналоговым выходом.
`K31_PID_Inst.out_fY`	`REAL`	Отдельный результат расчёта коррекции; для задания оборудованию используется out_fYS.

Перед генерацией

Если сейчас нужна только программа, откройте у этого компонента область «Экспорт MetaLab» и удалите заполненные строки в своём проекте. После этого можно генерировать без сценариев.

Если будете выполнять виртуальную наладку, оставьте экспорт и импортируйте в раздел MetaLab следующие компоненты из полного архива MetaKit:

Компонент MetaLab	Файл в архиве MetaKit
`PidEngineUnit`	`MetaLab/Units Scenarios/PidEngineUnit.yaml`

Один шаблон достаточно добавить один раз, даже если он нужен нескольким механизмам. Сохраните указанные имена: по ним MetaPlatform находит нужный сценарий. Сами значения для механизмов будут подставлены при генерации.

При заполненном экспорте отсутствие шаблона остановит генерацию. Этот шаг нужен для MetaCore, CODESYS 3.5 и Siemens TIA Portal; для CODESYS 2.3 сценарии MetaLab не создаются.