Función e influencia de los parámetros del PID

Modelo del controlador PID

El controlador PID de EcoStruxure Machine Expert – Basic implementa una corrección PID (serie/paralelo) de tipo mixto. Las acciones integral y diferencial actúan de forma independiente y en paralelo. La acción proporcional actúa en la salida combinada de las acciones integral y diferencial.

Algoritmos computacionales

Se usan dos algoritmos computacionales distintos en función del valor de la constante de tiempo integral (Ti):

• Si Ti ≠ 0, se usa un algoritmo incremental.
• Si Ti = 0, se usa un algoritmo posicional, junto con un offset de +5.000 que se aplica a la salida del PID.

Influencia de las acciones

La acción proporcional se utiliza para influir en la velocidad de respuesta del proceso. Un incremento de la acción proporcional supone:

• Una respuesta más rápida
• Un menor índice de errores estáticos
• Disminución de la estabilidad

La acción integral se utiliza para cancelar el error estático. Un aumento de la acción de integración (es decir, una disminución del tiempo integral Ti) produce:

• Una respuesta más rápida
• Disminución de la estabilidad

La acción diferencial es anticipatoria. En la práctica, agrega un término que toma en consideración la velocidad de variación de la desviación (lo que hace posible anticipar los cambios acelerando los tiempos de respuesta del proceso cuando aumenta la desviación, y reduciéndolos cuando la desviación disminuye). Un aumento de la acción diferencial (es decir, un aumento del tiempo diferencial) supone:

• Una respuesta más lenta
• Un rebasamiento reducido

NOTA: Teniendo en cuenta el tiempo diferencial, Td es el tiempo usado para anticipar la variación de la desviación. Los valores de Td demasiado bajos o demasiado altos pueden dar lugar a oscilaciones no deseadas.

Para toda acción, es necesario encontrar un ajuste adecuado entre velocidad y estabilidad.

Límites del bucle de control del PID

El proceso se asimila a un primer orden de retardo puro con una función de transferencia:

donde: T: Constante de tiempo de modelo,  θ: retardo del modelo

El rendimiento del control de proceso depende del coeficiente .

El control de proceso del PID se alcanza en el dominio siguiente: 2< <20.

El control de proceso del PID es más conveniente para la regulación de procesos que satisfagan la condición siguiente:

• Para <2, es decir, para bucles de control rápidos ( bajo) o para procesos con un gran retardo (t alto), el control de proceso del PID ya no es adecuado. En estos casos, deben utilizarse algoritmos más complejos.
• Para >20, basta con un control de proceso que utilice un umbral más histéresis

AJUSTE AUTOMÁTICO AT (AUTOTUNNIG)

Introducción

La modalidad de ajuste automático permite ajustar automáticamente Kp, Ti, Td y los parámetros de acción para conseguir una convergencia refinada de la función del PIDEcoStruxure Machine Expert – Basic. La función de sintonización automática proporcionada por está especialmente diseñada para la sintonización automática de los procesos térmicos.

Esta sección contiene los siguientes temas:

• Requisitos del ajuste automático
• Descripción del proceso de ajuste automático
• Almacenamiento de coeficientes calculados
• Ajuste de parámetros del PID
• Inicio de ajuste automático
• Limitaciones del ajuste automático y el control del PID

Requisitos del ajuste automático

Al utilizar la función de ajuste automático, asegúrese de que el proceso de control y el controlador lógico cumplen con los requisitos siguientes:

• Requisitos del proceso:
  • El proceso debe ser un sistema de bucle abierto estable.
  • El proceso debe ser principalmente lineal en todo el rango de funcionamiento.
  • La respuesta del proceso a un cambio de nivel de la salida analógica sigue un patrón asintótico transitorio.
  • El proceso está en estado estable con una entrada nula al inicio de la secuencia de ajuste automático.
  • El proceso debe estar libre de perturbaciones en su totalidad. De lo contrario, los parámetros calculados podrían ser incorrectos o el proceso de ajuste automático podría no funcionar correctamente.
• Requisitos de configuración:
  • Configure el controlador lógico en modalidad de exploración periódica para asegurar una correcta ejecución de la función de ajuste automático.
  • Utilice la función de ajuste automático únicamente cuando no haya ningún controlador PID en ejecución.
  • Configure los coeficientes Kp, Ti y Td como direcciones de palabras de memoria (%MWxx).
  • Establezca el tipo de acción en la ficha Salida en una dirección de bit de memoria (%Mxx).

Descripción del proceso de ajuste automático

En la ilustración siguiente se describe el ajuste automático en el controlador y en la aplicación:

Descripción del proceso de calibración de ajuste automático

El proceso de calibración de ajuste automático se divide en cuatro fases consecutivas. Se deben completar todas las fases del proceso para que el ajuste automático se realice de forma satisfactoria. Las curvas de respuesta del proceso y la tabla siguientes describen las cuatro fases de la función de ajuste automático del PID de EcoStruxure Machine Expert – Basic:

PV Valor del proceso

___    Salida de PID

h = 1 % (valor Máx. – valor Mín.) del campo Rango de medición en la ficha AT

—- PID activo

1-4 Fases de ajuste automático (consulte la tabla a continuación)

En la tabla siguiente se describen las fases de ajuste automático:

Fase de ajuste automático:

1. Para la salida de PID se fuerza el valor Máx. del campo Límites en la ficha Salida hasta que el valor de proceso alcance la consigna + h
2. En la fase 2 de ajuste automático hay dos pasos:
   1. Para la salida de PID se fuerza el valor Mín. del campo Límites en la ficha Salida hasta que el valor de proceso alcance la consigna – h.
   2. Para la salida de PID se fuerza el valor Máx. del campo Límites en la ficha Salida hasta que el valor de proceso alcance la consigna + h
3. Para la salida de PID se fuerza el valor Mín. del campo Límites en la ficha Salida hasta que el valor de proceso alcance la consigna – h.
4. En la fase 4 de ajuste automático hay dos pasos:
   1. Para la salida de PID se fuerza el valor Máx. del campo Límites en la ficha Salida hasta que el valor de proceso alcance la consigna + h.
   2. Para la salida de PID se fuerza el valor Mín. del campo Límites en la ficha Salida, los parámetros de PID se calculan y el PID se activa.

(1) La última salida aplicada al proceso antes de iniciar el ajuste automático se utiliza como punto de inicio y punto de relajación del proceso de ajuste automático.

NOTA: Los parámetros Kp, Ti y Td no se pueden calcular si se activa el control de salida manual durante el proceso de calibración de ajuste automático. Inicie de nuevo el proceso de calibración de ajuste automático una vez que finalice el control manual de salidas.

Almacenamiento de coeficientes calculados

Una vez completada la secuencia de ajuste automático, las palabras de memoria asignadas a los coeficientes Kp, Ti y Td y el tipo de acción se establecen a partir de los valores calculados. Estos valores se escriben en la memoria RAM y se guardan en el controlador lógico mientras la aplicación sea válida y no se realice un arranque en frío (%S0).

Si el sistema no se ve afectado por perturbaciones externas, los valores calculados pueden escribirse en la configuración del controlador PID (consulte la ficha PID del Asistente de PID). De este modo, la modalidad de funcionamiento del controlador PID se puede establecer en la modalidad PID.

Ajuste de los parámetros del PID

El método de ajuste automático produce un comando extremadamente dinámico que puede provocar rebasamientos no deseados durante el cambio de paso de consignas. Para restringir la regulación del proceso que proporcionan los parámetros del PID (Kp, Ti, Td) obtenidos durante el ajuste automático, también puede ajustar manualmente dichos valores de los parámetros, directamente desde la ficha PID de la pantalla Asistente de PID o mediante las palabras de memoria correspondientes (%MW).

Inicio de ajuste automático

En la ficha AT, la Consigna de salida permite la repetición de la secuencia de ajuste automático. El proceso de ajuste automático se ejecuta en cada flanco ascendente de la señal vinculado a la Consigna de salida.

Limitaciones de la utilización del ajuste automático

Los procesos térmicos pueden a menudo asimilarse al primer orden del modelo de retardo puro. Hay dos parámetros clave que describen este tipo de modelo:

• la constante de tiempo, τ
• el tiempo de retardo, θ

El ajuste automático es más conveniente para procesos en los que la constante de tiempo (τ) y el tiempo de retardo (θ) cumplen los requisitos siguientes:

• 10 s < (τ + θ) < 2.700 s (es decir: 45 min)
• 2 < τ / θ < 20