Тестовая программа. ПИД-регулятор
=================================
Итак, мы научились подключать модули, добавлять их в Beremiz и настраивать адреса. Для закрепления пройденного, а также для ознакомления с некоторыми блоками в данном уроке мы рассмотрим ПИД-регулятор.

**Пропорционально-интегрально-дифференцирующий (ПИД) регулятор** — устройство в управляющем контуре с обратной связью. Используется в системах автоматического управления для формирования управляющего сигнала с целью получения необходимых точности и качества переходного процесса. ПИД-регулятор формирует управляющий сигнал, являющийся суммой трёх слагаемых, первое из которых пропорционально разности входного сигнала и сигнала обратной связи (сигнал рассогласования), второе — интегралу сигнала рассогласования, третье — производной сигнала рассогласования.

Подключим к ПЛК модули расширения BRIC-AO-4 и BRIC-AI-16. Добавляем их в Beremiz. Язык программирования выберем FBD для наглядности. Функциональный блок PID выбирается из "Additional function blocks".

.. figure:: img/37.png
    :width: 600
    :align: center

    *Функциональный блок PID*

.. csv-table::
    :header: "Вход", "Тип", "Описание"
    :widths: 1, 1, 10

    "AUTO", "BOOL", "Включение режима ПИД-регулятора (0 - ручное регулирование, 1 - автоматическое)"
    "DIR", "BOOL", "Направление регулирования ( 0 - обратное регулирование, 1 - прямое. По умолчанию стоит прямое регулирование)"
    "PV", "REAL", "Входной сигнал (автоматический режим)"
    "SP", "REAL", "Заданное значение (уставка в автоматическом режиме)"
    "X0", "REAL", "Заданное значение (уставка в ручном режиме)"
    "KP", "REAL", "Пропорциональный коэффициент"
    "TR", "REAL", "Интегральный коэффициент"
    "TD", "REAL", "Дифференциальный коэффициент"
    "CYCLE", "TIME", "Время цикла"
    "**Выход**", "**Тип**", "**Описание**"
    "XOUT", "REAL", "Выход ПИД-регулятора"

Добавим переменные *AO_1_ao_val_0* и *AI_1_ai_physical_0* в программу. В нашем случае задание PV будем получать от AI_1_ai_physical а выход ПИД-регулятора XOUT будет подключен к AO_1_ao_val. Добавим также остальные входные переменные. Также для нашей программы нужны будут SDO-регистры модуля AO, а именно калибровочные коэффициенты нулевого канала AO_1_ao_calib_a_0 и AO_1_ao_calib_b_0. Копируем регистры в программу, в "Polling" пишем "read".

.. figure:: img/38.png
    :width: 600
    :align: center

    *SDO-регистры модуля AO*

.. note::

    Расчет необходимого значения AO_val_x осуществляется по формуле:

    AO_val_x = (AO_OUT - AO_calib_b_x) * AO_calib_a_x

    где AO_OUT - необходимое выходное значение в "мА" или "В", AO_calib_a_x, AO_calib_b_x - индивидуальные калибровочные коэффициенты каждого канала.

    .. csv-table::
        :header: "Параметр","Значение по умолчанию","Диапазон","Описание"
        :widths: 20, 10,20, 40

        "AO_val_x",`-`,"0 – 4095","Выходное значение аналогового канала в единицах АЦП"
        "AO_calib_a_x","163.8 - для токовых каналов / 287.368 - для каналов напряжения",`-`,"Калибровочный коэффициент А"
        "AO_calib_b_x","0.0 - для токовых каналов / 0.0 - для каналов напряжения",`-`,"Калибровочный коэффициент В"

Для того чтобы ручное значение записывалось в mA необходимо вычислить его с помощью формулы:

    X0 = (manual_set - AO_calib_b_x) * AO_calib_a_x


Реализация на языке FBD представлена на рисунке ниже

.. figure:: img/39.png
    :width: 600
    :align: center

    *Подключение manual_set*

Добавим Пропорциональный, Интегральный и Дифференциальные коэффициенты. Класс выбираем так же как и у других "External", для взаимодействия через WEB-страницу. 

.. figure:: img/40.png
    :width: 600
    :align: center

    *Подключение коэффициентов*

Для ПИД-регулятора выберем время цикла равную в 1 секунду. Прописываем "T#1s" в колонке "Initial Value".

.. attention::

    Тип данных "Time" не является внешним, поэтому класс необходимо выбрать "Local"

.. figure:: img/41.png
    :width: 600
    :align: center

    *Добавление времени цикла*

Осталось подключить выход ПИД-регулятора. XOUT преобразуется в тип данных "UINT" и записывается в AO_1_ao_val_0. Чтобы выход выдавался в mA, добавим коэффициенты. В данном случае используется обратная формула:

    xout_ma = (XOUT / AO_calib_a_x) + AO_calib_b_x;

.. figure:: img/42.png
    :width: 600
    :align: center

    *Подключение выхода XOUT*

Добавим переменные в главный проект. Опишем переменные в разделе "Documentation". Программа готова.

.. figure:: img/43.png
    :width: 600
    :align: center

    *Программа ПИД-регулятора*

Подключим нулевой канал модулей расширения между собой. Финальный результат на рисунке ниже.

.. figure:: img/gif10.gif
    :width: 600
    :align: center

    *Подключение модулей расширения*

Загружаем прошивку и заходим в WEB-страницу. Задаем *manual_set* значение в 5 mA. В данном случае ПИД-регулятор находится в ручном режиме и выход равен заданию.

.. figure:: img/44.png
    :width: 600
    :align: center

    *WEB-страница контроллера*

.. figure:: img/gif11.gif
    :width: 600
    :align: center

    *ПИД-регулятор в ручном режиме*

Задаем параметры автоматического режима. После задания уставок и коэффициентов, задаем "auto_man" значение "1" тем самым запускаем ПИД-регулятор в автоматическом режиме. Выход регулятора XOUT стремится к уставке.

.. figure:: img/gif12.gif
    :width: 600
    :align: center

    *ПИД-регулятор в автоматическом режиме*

После достижения заданной уставки, ПИД-регулятор удерживает выходное значение в пределах данного задания.

.. figure:: img/gif14.gif
    :width: 600
    :align: center

    *ПИД-регулятор в автоматическом режиме после достижения уставки*

.. figure:: img/gif13.gif
    :width: 600
    :align: center

    *Результат программы*