Factory Automation. Regulación con programa de PLC

Transcripción

1 Factory Automation Regulación con programa de PLC

2 1. Funciones PID + TPO

3 PLCs: : Introducción PID con dos grados de libertad Cuando se previene el sobrepasamiento con un control PID simple se ralentiza la estabilización ante perturbaciones (1), mientras que si se trata de acelerar ésta se producen sobrepasamientos (2). Para solventar las dos circustancias a la vez Omron utiliza un control PID con realimentación anticipativa, con dos grados de libertad (3).

4 PLCs: : Introducción Diagrama de bloques del control PID Omron con dos grados de libertad Kp(1-β) Td s/(1+λtd s) SP 1+(1-α)Ti s 1+Ti s + - Kp{1+1/(Ti s)} MV Process PV Kp Td s/(1+λtd s) PV : Process Variable, SP : Set Point, MV : Manipulate Variable Kp : Control Gain, Ti : Integral Time, Td : Derivative Time α : 2-PID Parameter α, β : 2-PID Parameter β Differential section is not Complete Differential Td s but Incomplete Differential Td s/(1+λtd s). λ : Incomplete deferential constant = 0.3

5 PLCs: : Introducción PID con dos grados de libertad: prevención de sobrepasamientos La lógica es un constante. (Alfa) SP FF + - MV e PID Perturbación + Sólo se efectúa sobre SP. (Sólo para Overshoot) Mientras la lógica PID controla alcance del SP,Offset y Hunting Y lo resta del MV. Sirve para frenar el Overshoot.

6 PLCs: : Introducción Comportamiento de los parámetros PID: P Banda proporcional establecida con respecto al SV, obtenemos un MV proporcional a la desviación entre PV y SV. Se expresa como un porcentaje de la variable de entrada (de 0.1 a %). Si es muy pequeña se producen oscilaciones, si es demasiado grande aparecerá una desviación residual.

7 PLCs: : Introducción Comportamiento de los parámetros metros: : I La acción I combinada con la P reduce la desviación residual. Se expresa como el tiempo requerido para que la MV generada por la acción P coincida con la MV generada por la acción I (de 1 a 8191 veces el período de control, o de 0.1 a seg). Lo más pequeña que sea, más fuerte será la corrección, pero puede que se produzcan oscilaciones.

8 PLCs: : Introducción Comportamiento de los parámetros metros: : D Las acciones P+I pueden implicar un retraso en la respuesta ante perturbaciones, para compensarlo está la componente D. Se expresa como el tiempo requerido por la MV originada por la acción D para alcanzar el nivel de la MV generada por la acción P (de 1 a 8191 veces el período de control, o de 0.1 a seg). Cuanto más grande sea más fuerte será la corrección, si es demasaido grande se producirán oscilaciones.

9 PLCs: : Introducción Comportamiento de los parámetros PID MV= 100 Pb 1 ( e + Ti edt+ Td de ) dt Grande Adecuado Pequeño Inestabilidad (Hunting pequeño) Corrige perturbación Corrección lenta de perturbación Offset Corrige Offset Oscilación Offset Alcance a SP lento Corrige picos y oscilaciones Pico y Oscilación

10 PLCs: : Introducción Constante Alpha: ganancia de Feed-forward Alfa es un coeficiente de filtro para la entrada. Se expresa como un valor de 0.00 a 0.99 (0.65 por defecto). El método: 1. Ajustar la corrección de perturbación con PID convencional. 2. Ajustar Step-response eligiendo un alfa adecuado (de 0 a 1). T (ºC) alfa=0 SP alfa=1 Correcto Alfa correcto Step-response Perturbación t (seg.)

11 PLCs: : Introducción Ajuste de parámetros PID: orientaciones Cuando no es importante la rapidez para alcanzar la estabilidad pero sí lo es no causar sobrepasamientos, usar una P grande. Cuando se desee una rápida estabilización y no importen los sobrepasamientos, estrechar la banda proporcional. Si la P es demasiado pequeña se producirán oscilaciones. Cuando se producen sobrepasamientos puede ser que la acción I sea demasiado fuerte, deberemos incrementar el tiempo de I y/o aumentar la banda proporcional. Si la acción derivativa es demasiado fuerte, y el sistema responde excesivamente rápido podemos tener oscilaciones.

12 PLCs: : Introducción Orientaciones en el uso de la regulación PID Control de posición o dirección, velocidad y aceleración, se utilizarían las tres acciones. Con matizacionesa, como por ejemplo un control numérico en el que se aplica el regulador P para el control de la posición de la herramienta y el regulador PI para el control de la velocidad de la misma. Para la regulación del caudal y presión en líquidos es esencial la acción integral pero perjudicial la derivativa porque amplifica las perturbaciones que producen los sensores de medida de este tipo de variables. Por lo tanto se recomienda un PI con un tiempo integral elevado. Para la regulación de nivel ocurre lo mismo aunque puede prescindirse de la acción integral si el error es aceptable.

13 PLCs: : Introducción Orientaciones en el uso de la regulación PID Es esencial la acción derivativa en la regulación de temperatura porque los retardos son considerables, pero es innecesaria en la regulación de la presión de un gas para la que basta con un controlador proporcional con una ganancia grande. La variación de la presión es un proceso muy estable y se elimina prácticamente el error con una acción P. En la regulación de temperatura y presión de vapor es necesaria la acción integral y la derivativa es esencial si se necesita acelerar la respuesta. En la regulación del ph es esencial la acción integral y la derivativa es recomendable.

14 PLCs: : Función n PID(190) Instrucción PID

15 PLCs: : Función n PID(190) Instrucción PID

16 PLCs: : Función n PID(190) Parámetros 1/2 Consigna: SV

17 PLCs: : Función n PID(190) Rangos de la variable de entrada (PV) y de salida (MV) De 8 a 16 bits, lo que implica de 0000 a 00FF hasta de 0000 a FFFF. Número de bits válidos: 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 y 16. La especificación del número de bits de estas señales se especifica en los parámetros correspondientes del canal C+6.

18 PLCs: : Función n PID(190) Parámetros 1/2 PID FF

19 PLCs: : Función n PID(190) Parámetros 1/2 MV cuando PV = SP

20 PLCs: : Función n PID(190) MV cuando PV = SP

21 PLCs: : Función n PID(190) Parámetros 1/2 Tiempo de muestreo

22 PLCs: : Función n PID(190) Tiempo de Muestreo (PID) y Tiempo de Ciclo (CPU) El periódo de muestreo para la función PID se puede especificar en unidades de 10 ms, entre 0.01 y s. Este periódo hay que considerarlo en relación con el tiempo de ciclo: - Si el periódo de muestreo es menor que el tiempo de ciclo, la función PID se ejecuta cada ciclo. - En caso contrario la función PID se ejecuta cuando el tiempo entre funciones PID por tiempo de ciclo es mayor o igual al período de muestreo especificado para la función.

23 PLCs: : Función n PID(190) Tiempo de Muestreo y Tiempo de Ciclo Ejemplo: Periódo de muestreo = 100 ms, Tiempo de Ciclo = 60 ms.

24 PLCs: : Función n PID(190) Parámetros 1/2 Cambios PID

25 PLCs: : Función n PID(190) Parámetros 2/2 Directo / Inverso

26 PLCs: : Función n PID(190) Directo/Inverso

27 PLCs: : Función n PID(190) Parámetros 2/2 Límite MV: sí o no

28 PLCs: : Función n PID(190) Parámetros 2/2 Rango PV

29 PLCs: : Función n PID(190) Parámetros 2/2 Unidades de I y D

30 PLCs: : Función n PID(190) Parámetros 2/2 Rango MV Límites inferior y superior de MV

31 PLCs: : Función n PID(190) Parámetros 2/2 Parámetros del C+9 al C+38: - Estos parámetros son usados por al función PID para el control, los calcula en función de los parámetros anteriores. - Es necesario inicializarlos antes de que comienze el control si es define el flag de siempre a ON como condición de la función.

32 PLCs: : Función n TPO(685) Instrucción TPO Time Proportional Output: salida de pulsos proporcional desde un valor de MV

33 PLCs: : Función n TPO(685) Tiempo proporcional Salida contacto (TRT, SSR) e Pb / 2 0 -Pb / 2 ON OFF 0% M 0 100% MV Tiempo ON (Ton) Periodo de Control (CP) MV = Ton 100 CP ON OFF t

34 PLCs: : Función n TPO(685) Ejemplo de conexionado

35 PLCs: : Función n TPO(685) Parámetros Variable de entrada

36 PLCs: : Función n TPO(685) Variable de entrada Bits 00 a 03: Número de bits del dato. De 8 a 16 bits, codificados de [0 a 8]. Bits 04 a 07: Tipo de entrada, puede ser: - [0] En tanto por ciento: de 0.00 a %, codificado de 0000 a 2710 hex. - [1] Directamente la variable manipulada, entre 0000 y FFFF (dependiendo del número de bits del dato, bits del 00 a 03). Bits 08 a 11: Intervalo de lectura de la variable de entrada (cálculo del t on ), puede ser: - Valor inicial en el período de control: [0] - Valor mínimo: [1] - Valor máximo: [2] - Ajuste continuo: [3] Bits 12 a 15: Función de límite de salida habilitada [1] óno [0].

37 PLCs: : Función n TPO(685) Parámetros Período de control

38 PLCs: : Función n TPO(685) Parámetros Límites inf. y sup. de la salida

39 PLCs: : Función n TPO(685) Parámetros No usar

40 PLCs: : Función n TPO(685) Instrucción TPO + PID

41 PLCs: : Función n TPO(685) Instrucción TPO + PID (con lectura al inicio del período de control)

42 PLCs: : Función n TPO(685) Instrucción TPO + PID (valor mínimo)

43 PLCs: : Función n TPO(685) Instrucción TPO + PID (valor máximo)

44 PLCs: : Función n TPO(685) Instrucción TPO + PID (ajuste( continuo)

45 2. Función n PIDAT

46 PLCs: : Función n PIDAT(191) Instrucción PIDAT

47 PLCs: : Función n PIDAT(191) Instrucción PIDAT La función PIDAT se comporta como la función PID, con la función de autotuning añadida. Autotuning:

48 PLCs: : Función n PIDAT(191) Instrucción PIDAT: ejemplo

49 3. Otras funciones

50 PLCs: : Otras funciones Instrucción LMT: Limit Control. Instrucción BAND: Dead Band Control. Instrucción ZONE: Dead Zone Control. Instrucciones SCL, SCL2 y SCL3. Instrucción AVG: Average.

51 PLCs: : Ejemplo de regulación ON OFF

52 Gracias