Yüksek mertebeden teorik bir sistemin S7-300/400 tipi PLC için sayısal benzetim ile dijital PID kontrolör tasarımı

Abstract

Günümüz endüstriyel kontrol uygulamaları içerisinde denetleyici olarak PLC ve kontrol yöntemi olarak da dijital PID kontrol yaygın olarak kullanılmaktadır. Gelişen teknoloji ile birlikte kontrolün en kısa zamanda en az hatayla tasarlanması önem kazanmış, klasik kontrol yöntemlerinin hassasiyetinin düşük kalması, tasarlanma zorluğu gibi olumsuzluklar tasarımcıyı daha kolay ve güvenilir yeni yöntemler bulmaya yöneltmiştir. Tasarımcı bunu gerçekleştirirken tasarım aşamasında bütün deneme yanılmaları bilgisayar ortamında yapmayı tercih etmektedir. Günümüzde benzetim yöntemleri bu konuda kolaylık sağlamaktadır. Dijital PID kontrolörler birinci ve ikinci mertebeden sistemler ile kolaylıkla tasarlanabilirken, daha yüksek mertebeden sistemlerin dijital olarak tasarlanma güçlüğü bulunmaktadır. Yapılan tez çalışmasının amacı, yüksek mertebeden sistemlerin S7-300/400 tipi PLC'ler için sayısal benzetim ile dijital PID kontrolör tasarımını yapmaktır. Bu amaçla öncelikle Ziegler Nichols, Cohen gibi klasik PID kontrolör yöntemleri üçüncü mertebeden örnek bir sistem kullanılarak MATLAB'ta incelenmiştir. Verilen biçimsel yaklaşım yöntemi ile üçüncü mertebeden örnek sistem, dijital olarak tasarlanabilen ikinci mertebeden sistem cinsinden yaklaşık ifade edilmiştir. Yeni sistemin fark denklemi SIMATIC MANAGER'da programlanarak sayısal benzetim fonksiyonu oluşturulmuştur. MATLAB ve SIMATIC MANAGER yazılımlarında yapılan simülasyonlarda elde edilen sonuçlar birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Çalışmanın sonucunda benzetim fonksiyonu sistemin kendisi kabul edilerek SIMATIC MANAGER'da S7-300/400 tipi PLC'lerde kullanılabilecek, sistem karakteristiğine ait parametrelerin girilmesiyle PID katsayılarını kendisi hesaplayabilen bir dijital PID kontrolör programlanmış ve farklı örnekleme zamanlarına göre simulasyonlar yapılmıştır.Anahtar Kelimeler: Biçimsel Yaklaşım Yöntemi, PID, PLC, Sayısal Benzetim, Yüksek Mertebeden Sistem

Among the industrial control implementations, PLC as monitor and PID as a means of control is widely used today. With the developing technology, the completion of control in shortest time and with least mistake has gained importance; and that the sensitivity of the classic control means has become rather lower and difficulties in projecting have forced the designer to find easier and more reliable methods. Designer prefers to do all the trial and error on electronic environment while performing this process. Today, simulation methods facilitate about this subject.While digital PID controllers can easily be designed with first and second order systems, higher order systems have difficulties for being digitally designed. The purpose of this thesis is to make PID controller design for S7-300/400 type PLCs with digital simulations. To do this, such classic PID controllers as Ziegler, Nichols, Cohen were analyzed by using a third order sample system in MATLAB. With given formal approaches method, third order sample system is expressed roughly in the sort of second order system which can digitally be designed. The difference equation of the new system has been formed through digital simulation function by programming in SIMATIC MANAGER. The results obtained from simulations made in MATLAB and SIMATIC MANAGER have been compared. At the end of the study, by accepting digital simulation system itself, a digital PID controller which can calculate PID ratios after entering parameters belonging to system characteristics and which can be used S7-300/400 type PLCs in SIMATIC MANAGER is programmed and simulations has been made according to different sample surveys.Keywords: Formal Approach Method, PID, PLC, Digital Simulation, High Order System,