ACTIVIDAD 8. REGULACIÓN PID DE TEMPERATURA, CON AUTOMATA OMRON CJ1G-CPU42P y TARJETA CT101 (PRÁCTICA)

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1 ACTIVIDAD 8 REGULACIÓN PID DE TEMPERATURA, CON AUTOMATA OMRON CJ1G-CPU42P y TARJETA CT101 (PRÁCTICA)

2 UNITS TEMPERATURE RANGES Son tarjetas para regular temperatura exclusivamente. No hay tarjetas para regular procesos. Rango de temperatura en función del sensor. ZAMALBIDE AUZOA Z/G ERRENTERIA GIPUZKOA TEL: Página 2 de 34

3 BASIC SYSTEM CONFIGURATION Configuración básica, los sensores y actuadotes se conectan en la misma tarjeta (entradas/salidas). BASIC SYSTEM CONFIGURATION SP or SV PV MV Set Point or Setting Value Procces Value Manipulated Value Regulación PID con salida a pulsos modulados. ZAMALBIDE AUZOA Z/G ERRENTERIA GIPUZKOA TEL: Página 3 de 34

4 APPLICATION PROCEDURE APPLICATION PROCEDURE Pasos a dar para la configuración, cableado y programación. ZAMALBIDE AUZOA Z/G ERRENTERIA GIPUZKOA TEL: Página 4 de 34

5 EXAMPLE Explicaremos los pasos a dar para la configuración, cableado y programación con el ejemplo de la figura. Controlaremos la resistencia calefactora del horno didáctico Alecoop MT 542 mediante pulsos. La resistencia estará conectada al 100% o al 0% de la tensión de red y la cantidad de calor estará regulada mediante la duración de los pulsos (los pulsos controlan cuanto tiempo está conectada la resistencia a la tensión de red). ZAMALBIDE AUZOA Z/G ERRENTERIA GIPUZKOA TEL: Página 5 de 34

6 EXAMPLE Para controlar el circuito de potencia que alimenta a la resistencia, conmutaremos 10 V. de una fuente de alimentación mediante los contactos del relé R1 (100% o 0%). El sensor utilizado es la Pt-100 de la maqueta, que está conectada a la entrada 1 y la bobina del relé R1 a la salida 1, formando de este modo el lazo de regulación (Loop1). Recordar que las direcciones de las entradas y salidas, están ligadas al número de unidad. TIC 101 MT452 Pt-100 M R V A.C. 230 V A.C. DC Control + - R V L1 N ZAMALBIDE AUZOA Z/G ERRENTERIA GIPUZKOA TEL: Página 6 de 34

7 EXAMPLE L1 N PE PD 022 CJ1M CPU 11 G4 230V AC 24 V 5A DC + 24 V 0V 24V DC+ Toolbus RS232 24V DC- CT101 Unit#1 Pt-100 R1 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 Loop2 100 Ω Loop4 100 Ω A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 Loop1 Loop3 100 Ω Out 1 0 V B9 A8 +24 V A9 MT 452 L V AC N + R1 + A1 0 10V DC L1 0 10V DC V AC N ZAMALBIDE AUZOA Z/G ERRENTERIA GIPUZKOA TEL: Página 7 de 34

8 EXAMPLE Para visualizar el proceso se han diseñado 2 pantallas con CX-Supervisor: 1.- Gráfico de tendencia del proceso, visor de los pulsos y pulsadores y ventanas para regular algunos parámetros. 2.- Pantalla para gestionar las alarmas. ZAMALBIDE AUZOA Z/G ERRENTERIA GIPUZKOA TEL: Página 8 de 34

9 1 UNIT Number/ Special CIO, DM Area CT101 Unit # 1 1er PASO: FIJAR EL NÚMERO DE LA UNIDAD: Se ha asignado el número 1 a la unidad. Esto supone que tanto la CPU como la tarjeta CT101, van a utilizar unas áreas CIO y DM concretas como todas las tarjetas especiales. En el caso concreto de esta tarjeta, el área CIO reservada es el doble de otras tarjetas especiales. De este modo, se reservan: CIO (y no CIO2019, como en el caso de la tarjeta analógica MAD42). DM (como en el caso de la tarjeta analógica MAD42). ZAMALBIDE AUZOA Z/G ERRENTERIA GIPUZKOA TEL: Página 9 de 34

10 2 INPUT TYPE 2º PASO: ELEGIR EL TIPO DE SENSOR: La trajeta que estamos utilizando solo admite termoresistencias Pt-100 y da igual el tipo de elección que hagamos con el conmutador rotativo:. Si elegimos 0: el rango de temperatura de la Pt-100 es desde -200ºC hasta 650ºC. Si elegimos 1: el rango de temperatura de la Pt-100 es desde -200ºC hasta 650ºC. Si tenemos una tarjeta que admite termopares, hay que poner más atención en la elección. ZAMALBIDE AUZOA Z/G ERRENTERIA GIPUZKOA TEL: Página 10 de 34

11 3 DIP Switch Setting Functions 3er PASO: FIJAR LA POSICIÓN DE LOS INTERRUPTORES DIP: Los interruptores DIP que lleva la tarjeta en la parte frontal, hay que posicionarlos adecuadamente: 1er DIP: Si ponemos la CPU en STOP, el interruptor indica que debe de hacer la tarjeta. (Pin1 = ON la CT101 tiene que seguir regulando). ZAMALBIDE AUZOA Z/G ERRENTERIA GIPUZKOA TEL: Página 11 de 34

12 3 DIP Switch Setting Functions 2º DIP: Elegir entre ºC o ºF. (Pin2 = OFF ºC). 3er DIP: Formato de los datos (Pin3 = ON Hexadecimal). 4º DIP: Salidas de los lazos 1 y 2. Acción directa (enfriar) o acción inversa (calentar). (Pin4 = OFF acción inversa). 5º DIP: Salidas de los lazos 3 y 4. Acción directa (enfriar) o acción inversa (calentar). (Pin5 = OFF acción inversa). 6º DIP: Método de control, PID u ON/OFF. (Pin6 = OFF regulador PID). 7º DIP: OFF. 8º DIP: OFF. ZAMALBIDE AUZOA Z/G ERRENTERIA GIPUZKOA TEL: Página 12 de 34

13 4 Terminal WIRING 4ª PASO: REALIZAR LAS CONEXIONES: Las conexiones hay que realizarlas en función de la tarjeta elegida. Para el modelo CT101 4 entradas Pt-100 y 4 salidas NPN. Por tanto se pueden regular hasta 4 lazos Loop1 Loop4. Las entradas que no se utilicen hay que cablearlas mediante una resistencia para evitar el error de rotura de lazo. ZAMALBIDE AUZOA Z/G ERRENTERIA GIPUZKOA TEL: Página 13 de 34

14 6 Operation Data COMUNICACIÓN DEL ÁREA CIO A las unidades especiales se les asigna un nº de unidad, en el caso de la figura de arriba Unit#0. En función de este número de unidad se reservan un área de CIOs para leer y escribir datos. En el caso de la figura área CIO: CIO2000 CIO2019. De estas direcciones, la CPU del autómata: Reserva las direcciones CIO , para escribir datos en la CPU de la tarjeta CT101 (lazos 1º y 2º). Reserva las direcciones CIO , para leer datos de la CPU de la tarjeta CT101 (lazos 1º y 2º). Reserva las direcciones CIO , para escribir datos en la CPU de la tarjeta CT101 (lazos 3º y 4º). Reserva las direcciones CIO , para leer datos de la CPU de la tarjeta CT101 (lazos 3º y 4º). ZAMALBIDE AUZOA Z/G ERRENTERIA GIPUZKOA TEL: Página 14 de 34

15 6 Operation Data ZAMALBIDE AUZOA Z/G ERRENTERIA GIPUZKOA TEL: Página 15 de 34

16 6 Operation Data WORD n Loop 1: Set Point (SP) or Setting Value (SV) n+1 Loop 2 : Set Point (SP) or Setting Value (SV) Set the Set Point for the loop as 4-digit BCD or 16-bit binary. For negative BCD values, set the most significant digit to F. The values set here are transferred to RAM. CIO 2010 (Write CPU to TC101) En la dirección CIO2010, la CPU del autómata escribe el valor de la consigna o SP del 1er lazo en la CPU de la tarjeta CT101. El formato y rango de este dato está determinado por los interruptores DIP y el tipo de entrada elegido mediante el conmutador rotativo. La ventana denominada SP del SCADA, escribe directamente el valor de la consigna en esta dirección. La dirección CIO2011, se utiliza para escribir la consigna del 2º lazo. La dirección CIO2020, se utiliza para escribir la consigna del 3er lazo. La dirección CIO2021, se utiliza para escribir la consigna del 4º lazo. ZAMALBIDE AUZOA Z/G ERRENTERIA GIPUZKOA TEL: Página 16 de 34

17 6 Operation Data Save*:Operating Parameters are written from RAM to EEPROM in the Temperature Control Unit when a Save Bit is turned ON. Refer to 2-6 Data Ranges for a list of the specific parameters that are written. DO NOT turn OFF the power supply when data is being written from RAM to EEPROM. Confirm that the Save Completed Flag has turned ON before turning OFF the power supply. Change PID Constants**: When a Change PID Constants Bit is turned ON, the corresponding PID Constants Calculated Flag will turn OFF and the PID constants stored as Operating PID Constants will be retransferred to the Temperature Control Unit. Stop***: Turn OFF the Stop Bit to perform temperature control for loop 1 and turn it ON to stop temperature control for loop 1. The Stop Bit will not function if pin 1 on the DIP switch is OFF and the CPU Unit is in PROGRAM mode. Stop AT ****:Turn ON the Stop AT Bit to stop autotuning for loop 1. The status of the Stop AT Bit is ignored if autotuning is not being performed. Start AT *****: Turn ON the Start AT Bit to start autotuning for loop 1. The status of the Stop AT Bit is ignored if the Stop AT Bit for loop 1 is ON. CIO (Write CPU to TC101) CIO (Write CPU to TC101) CIO (Read CPU to TC101) CIO (Write CPU to TC101) CIO (Write CPU to TC101) CIO (Write CPU to TC101) CIO (Write CPU to TC101) En la dirección CIO2012, la CPU del autómata escribe una serie de órdenes para el 1er y 2º lazo en la CPU de la tarjeta CT101: ZAMALBIDE AUZOA Z/G ERRENTERIA GIPUZKOA TEL: Página 17 de 34

18 En la dirección CIO , se da la orden de marcha o paro del 1er lazo. En la dirección CIO , se da la orden de comienzo de autotuning del 1er lazo. En la dirección CIO , se da la orden de paro de autotuning del 1er lazo. La orden de AT se parará si previamente el AT se ha puesto en marcha. En la dirección *CIO , se da la orden de guardar los parámetros calculados una vez finalizado el autotuning del 1er lazo. Si no se activa este bit, los parámetros calculados se perderán. En la dirección *CIO , se da la orden para cambiar los parámetros PID de la CPU del autómata, cambiando de este modo los parámetros PID de la CPU de la CT101 del 1er lazo. Todos estos bits se pueden activar desde el SCADA, tal y como aparece en las imágenes, activando los botones correspondientes. Cuando estamos realizando el *AT Autotuning : No se pueden cambiar las parámetros PID. Tampoco se pueden cambiar las parámetros PID, cuando ha finalizado el AT. Los parámetros calculados, estan en la CPU de la tarjeta CT101 y no coinciden con los parámetros de la CPU del autómata. En este punto tenemos dos opciones: 1.- Activar Save (dirección CIO ), los parámetros PID calculados se guardan en la EPROM de la tarjeta CT101 (Save). Para que coincidan los datos de la CPU del autómata con la CPU de la tarjeta CT101 al realizar esta operación, hay que programar unas instrucciones MOV en CX-Programer activadas mediante el bit CIO o apagar y encender el autómata. 2.- Activar Change PID constants (dirección CIO ), los parámetros PID calculados se perderán porque se cambiarán por los que contiene la CPU del autómata y se sobrescribirán en la CPU de la tarjeta CT101. ZAMALBIDE AUZOA Z/G ERRENTERIA GIPUZKOA TEL: Página 18 de 34

19 6 Operation Data Loop 1: Process Value (PV)*:The current process value is stored in 4-digits BCD or 16-bits binary. For negative BCD values, the most significant digit will be F. A sensor error will occur if the specified range is exceeded, the Sensor Error Flag will turn ON, and the process value will be CCCC. Loop 1: Set Point (SP) or Setting Value (SV)**The current set point is stored in 4-digits BCD or 16-bits binary. For negative BCD values, the most significant digit will be F. CIO 2015 (Read CPU to TC101) CIO 2013 (Read CPU to TC101) En la dirección CIO2013, la CPU del autómata lee el valor del proceso o PV del 1er lazo de la CPU de la tarjeta CT101. En la dirección CIO2015, la CPU del autómata lee el valor de la consigna o SP del 1er lazo de la CPU de la tarjeta CT101. En las ventanas denominadas SP y PV del SCADA, se leen directamente el valor de la consigna (SP) y del valor de proceso (PV). ZAMALBIDE AUZOA Z/G ERRENTERIA GIPUZKOA TEL: Página 19 de 34

20 6 Operation Data Loop1 Decimal Point *: The use of a decimal places is specified for the process value and set point. 0: No decimal places 1: One decimal place Loop1 Setting error number **: The number of the setting in which a setting error exists is stored in hexadecimal. Refer to 5-1 Error and Alarm Processingfor details. En la dirección CIO2018, la CPU del autómata lee una serie de órdenes del 1er lazo de la CPU de la tarjeta CT101: CIO , la 2ª alarma está activada. CIO , la 1ª alarma está activada. CIO , está activado el AT autotuning. CIO , está activada la salida (pulso en ON). CIO , el 1er lazo está parado. CIO , la función AT autotuning ha terminado el cálculo de parámetros PID. CIO , el sensor no está bien conectado (el circuito está abierto). CIO , los parámetros PID se han guardado. ZAMALBIDE AUZOA Z/G ERRENTERIA GIPUZKOA TEL: Página 20 de 34

21 6 Operation Data COMUNICACIÓN DEL ÁREA DM Como en el caso de las CIOs, el nº de unidad asignado a las unidades especiales, en el caso de la figura de arriba Unit#0, se reservan un área de DMs para leer y escribir datos. En el caso de la figura área DM: D20000 CIO De estas direcciones, la CPU del autómata: La CPU del autómata, reserva las direcciones D , para configurar las alarmas de los cuatro lazos. Reserva las direcciones D , para escribir datos del 1er lazo en la CPU de la tarjeta CT101. Reserva las direcciones CIO , para leer datos del 1er lazo de la CPU de la tarjeta CT101. Reserva las direcciones D , para escribir datos del 2º lazo en la CPU de la tarjeta CT101. Reserva las direcciones CIO , para leer datos del 2º lazo de la CPU de la tarjeta CT101. Reserva las direcciones D , para escribir datos del 3er lazo en la CPU de la tarjeta CT101. Reserva las direcciones CIO , para leer datos del 3er lazo de la CPU de la tarjeta CT101. Reserva las direcciones D , para escribir datos del 4º lazo en la CPU de la tarjeta CT101. Reserva las direcciones CIO , para leer datos del 4º lazo de la CPU de la tarjeta CT101. ZAMALBIDE AUZOA Z/G ERRENTERIA GIPUZKOA TEL: Página 21 de 34

22 6 Operation Data. Alarms 1. Loops 3 and 4 are applicable to Temperature Control Units with four control loops only. If a Temperature Control Unit with two control loops is being used, the alarm mode and alarm hysteresis settings for loops 3 and 4 will not be used and will be ineffective even if they are set. 2. The alarm modes can be set to FF to disable the alarms for the corresponding loop. In this case, the loop s control operation will stop and the ERC Indicator will not light to indicate alarms. For example, write FFFF to D (m+1) to disable loops 3 and 4. La CPU del autómata (Unit#1), reserva las direcciones D , para configurar las alarmas de los cuatro lazos. Los bits D , se utilizan para configurar la primera alarma del 1er lazo. Los bits D , se utilizan para configurar la segunda alarma del 1er lazo. ZAMALBIDE AUZOA Z/G ERRENTERIA GIPUZKOA TEL: Página 22 de 34

23 6 Operation Data. Alarms D20100 (Write CPU to TC101) RESET UNIT #1 A or turn off PLC Alarmas: las alarmas que más se utilizan se pueden elegir desde la pantalla ALARMAK del SCADA, tal y como se puede apreciar en la figura de arriba. El cambio en la configuración de una tarjeta especial siempre exige el reset de la misma o apagar y encender el autómata. Para poder ejecutar el reset de la tarjeta, se ha habilitado un botón en el la pantalla del SCADA, dicho botón activa el bit A (bit especial que resetea la tarjeta Unit#1). ZAMALBIDE AUZOA Z/G ERRENTERIA GIPUZKOA TEL: Página 23 de 34

24 6 Operation Data. Alarms Alarmas: Tipos de alarmas e histéresis. ZAMALBIDE AUZOA Z/G ERRENTERIA GIPUZKOA TEL: Página 24 de 34

25 6 Operation Data D20115 (Write CPU to TC101) D20116 (Write CPU to TC101) D20117 (Write CPU to TC101) D20135 (Read CPU to TC101) D20136 (Read CPU to TC101) D20137 (Read CPU to TC101) En las direcciones D , la CPU del autómata escribe una serie de parámetros del 1er lazo de la CPU de la tarjeta CT101: D20110, escribe el valor de la 1ª alarma. D20111, escribe el valor de la 2ª alarma. D20112, escribe el valor de compensación de la entrada. D20113, escribe el valor del periodo para el control de los pulsos (por ejemplo: si escribimos 10s y el valor de la salida del PID es del 60%, la duración del pulso será de 6s.). D20114, escribe el valor de la histéresis si el tipo de regulador es ON/OFF. D20115, escribe el valor de la banda proporcional BP. D20116, escribe el valor del tiempo de integración Ti. D20117, escribe el valor del tiempo derivativo Td. ZAMALBIDE AUZOA Z/G ERRENTERIA GIPUZKOA TEL: Página 25 de 34

26 En las direcciones D , la CPU del autómata lee una serie de parámetros del 1er lazo des de la CPU de la tarjeta CT101: D20110, lee el valor de la 1ª alarma. D20111, lee el valor de la 2ª alarma. D20112, lee el valor de compensación de la entrada. D20113, lee el valor del periodo para el control de los pulsos (por ejemplo: si escribimos 10s y el valor de la salida del PID es del 60%, la duración del pulso será de 6s.). D20114, lee el valor de la histéresis si el tipo de regulador es ON/OFF. D20115, lee el valor de la banda proporcional BP. D20116, lee el valor del tiempo de integración Ti. D20117, lee el valor del tiempo derivativo Td. D20118, lee el valor de la salida MV del PID. Para visualizar los valores de la BP banda proporcional, Ti tiempo de integración y Td tiempo derivativo, tanto de la CPU del autómata como de la CPU de la tarjeta CT101, se han programado unas ventanas en el SCADA. Estas ventanas están relacionadas directamente con las direcciones señaladas. Cuando realizamos el Autotuning, los valores de las citadas ventanas no coinciden (para ver más detalles ver la explicación de la CIO 2012) ZAMALBIDE AUZOA Z/G ERRENTERIA GIPUZKOA TEL: Página 26 de 34

27 6 Operation Data D20110 (Write CPU to TC101) D20115 (Write CPU to TC101) D20116 (Write CPU to TC101) D20117 (Write CPU to TC101) CIO (Write CPU to TC101) En las direcciones D , la CPU del autómata escribe una serie de parámetros del 1er lazo de la CPU de la tarjeta CT101. En las direcciones D , la CPU del autómata lee una serie de parámetros del 1er lazo des de la CPU de la tarjeta CT101. ZAMALBIDE AUZOA Z/G ERRENTERIA GIPUZKOA TEL: Página 27 de 34

28 6 Operation Data ZAMALBIDE AUZOA Z/G ERRENTERIA GIPUZKOA TEL: Página 28 de 34

29 CARACTERÍSTICAS DE LOS PARÁMETROS QUE SE ESCRIBEN EN LAS ÁREAS CIO y DM (Unidades, rango, etc ). n (CIO2010), valor de la consigna del 1er lazo en ºC y con el rango definido por el sensor de entrada. D(m+0) D20100, tipo de alarmas del 1er y 2º lazos ( notiene unidad ni rango). D(m+2) D(m+3) D20102 D20103, valores de las histéresis de las alarmas (0 999,9ºC). D(m+10) D20110, valor de la 1ª alarma F (-163,9 999,9ºC). D(m+11) D20111, valor de la 2ª alarma F (-163,9 999,9ºC). D(m+13) D20113, valor del periodo de control para la generación de los pulsos (1 99s.). D(m+15) D20115, valor de la Banda Proporcional (0 999,9ºC). D(m+16) D20116, valore del tiempo de integración (0 9999s.). D(m+17) D20117, valor del tiempo derivativo (0 9999s). ZAMALBIDE AUZOA Z/G ERRENTERIA GIPUZKOA TEL: Página 29 de 34

30 CARACTERÍSTICAS DE LOS PARÁMETROS QUE SE LEEN EN LAS ÁREAS CIO y DM (Unidades, rango, etc ). n+3 (CIO2013), valor del proceso del 1er lazo en ºC y con el rango definido por el sensor de entrada. D(m+18) D20118, valor de la salida MV del PID del 1er lazo (0% 100,0%). ZAMALBIDE AUZOA Z/G ERRENTERIA GIPUZKOA TEL: Página 30 de 34

31 7 PID CONTROL APLICATION. AUTOTUNING 1.- Verificación de la tendencia del proceso. Sintonía. Una vez dados los pasos que hemos definido en los apartados anteriores, hemos realizado el ajuste de parámetros PID con la función autotuning. Para ello, partiendo de una consigna de 30ºC se eleva la consigna hasta 70ºC y pulsando el botón de la pantalla SCADA denominado AT ON, comienza a realizar los conocidos ciclos de autotuning, produciendo variaciones del 100% al 0% en la salida, tal y como se puede apreciar en la imagen. Tan pronto como acaba el autotuning (el valor de la salida no es del 0% o del 100%), se observa que regula bien la temperatura. Por tanto se pueden dar por buenos los parámetros PID calculados: BP:3,9%. Ti: 241s. Td:41s. A continuación hay que comprobar si los valores de estos parámetros son adecuados para otros puntos de consigna. ZAMALBIDE AUZOA Z/G ERRENTERIA GIPUZKOA TEL: Página 31 de 34

32 7 PID CONTROL APLICATION. AUTOTUNING 2.- Verificación de la tendencia del proceso. Sintonía. Una vez realizado el autotuning, y fijados los parámetros PID: BP:3,9%. Ti: 241s. Td:41s. Comprobamos que estos valores son adecuados para otros puntos de consigna. Llevando el valor de la consigna a un valor extremo SP=90ºC podemos ver que la regulación no es muy buena ya que se producen muchas oscilaciones. ZAMALBIDE AUZOA Z/G ERRENTERIA GIPUZKOA TEL: Página 32 de 34

33 7 PID CONTROL APLICATION. AUTOTUNING 3.- Verificación de la tendencia del proceso. Sintonía. En el valor de consigna extremo (SP=90ºC) realizamos un nuevo autotuning y podemos observar como somete al proceso, a los ciclos ON/OFF característicos. Una vez finalizado el autotuning vemos que los parámetros calculados son algo diferentes a los anteriores: BP:3,9%. BP:3,4%. Ti: 241s. Ti: 181s. Td:41s. Td: 31s. Con los nuevos parámetros, vemos que para el valor de consigna SP=90ºC, la regulación es buena y han desaparecido las oscilaciones. ZAMALBIDE AUZOA Z/G ERRENTERIA GIPUZKOA TEL: Página 33 de 34

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