Control PID. Ing. Esp. John Jairo Piñeros C.

Transcripción

1 Control PID Ing. Esp. John Jairo Piñeros C.

2 Control PID Ing. Esp. John Jairo Piñeros C. Que es PID? Variable Proporcional Variable Integral Variable Derivativa cuando se puede usar un controlador PI, PID? Configuración PID S7-300

3 Control PID Ing. Esp. John Jairo Piñeros C. es un mecanismo de control por realimentación que calcula la desviación o error entre un valor medido y el valor que se quiere obtener, para aplicar una acción correctora que ajuste el proceso

4 1. PID Proporcional Integral Derivativo es un sistema de control (Proporcional, Integral y Derivativo) que mediante un elemento final de control (Actuador) es capaz de mantener una variable o proceso en un punto deseado (referencia o set point) dentro del rango del sensor que esta realizando la medición, es decir que la diferencia entre la señal medida y el valor de referencia sea mínima (Error de estado estacionario mínimo). LAZO DE CONTROL CERRADO

5 ACCIÓN PROPORCIONAL (P) Ganancia Kp El valor Proporcional determina la reacción del error actual. Genera error estado estacionario (offset) La parte proporcional no considera el tiempo Sobreoscilación (no debe sobrepasar el 30%,) Error Kp=5 Kp=2 Kp=1 La figura muestra que el error en estado estacionario decrece a medida que se incrementa la ganancia del controlador. Note también que la respuesta se vuelve más oscilatoria al incrementar la ganancia del controlador. Esto se debe a la dinámica del proceso. Ing. Esp. John Jairo Piñeros C.

6 ACCIÓN INTEGRAL (I) Tiempo Integral Ti La parte proporcional no considera el tiempo, por lo tanto, la mejor manera de solucionar el error permanente y hacer que el sistema contenga alguna componente que tenga en cuenta la variación respecto al tiempo El modo de control Integral tiene como propósito disminuir y eliminar el error en estado estacionario. El error es integrado, lo cual tiene la función de promediarlo o sumarlo por un período determinado; Luego es multiplicado por una constante I

7 ACCIÓN INTEGRAL (I) Tiempo Integral Ti la simulación de un sistema de control PI. La ganancia proporcional es K = 1 en todas las curvas. Para valores grandes de Ti, la respuesta se desliza lentamente hacia la referencia. El acercamiento es aproximadamente exponencial y es más rápido para valores pequeños de Ti; pero es, también, más oscilatorio. Ing. Esp. John Jairo Piñeros C.

8 ACCIÓN DERIVATIVA (D) Tiempo Derivativo Td El Derivativo determina la reacción del tiempo en el que el error se produce, se deriva con respecto al tiempo y se multiplica por una constante D La acción derivada es adecuada cuando hay retraso entre el movimiento de la válvula de control y su repercusión a la variable controlada. Cuando el tiempo de acción derivada es grande, hay inestabilidad en el proceso. Cuando el tiempo de acción derivada es pequeño la variable oscila demasiado con relación al punto de consigna. Suele ser poco utilizada debido a la sensibilidad al ruido que manifiesta y a las complicaciones que ello conlleva. El tiempo óptimo de acción derivativa es el que retorna la variable al punto de consigna con las mínimas oscilaciones. Mejorar la estabilidad de lazo cerrado.

9 ACCIÓN DERIVATIVA (D) Tiempo Derivativo Td La simulación de un sistema con control PID. La ganancia del controlador y el tiempo de estimación se mantienen constantes con Kp=3 y Ti=2, y se varía el tiempo derivativo Td. Para Td=0 se tiene un control PI puro. El sistema de lazo cerrado es oscilatorio con los parámetros elegidos. Inicialmente el amortiguamiento se incrementa con el incremento del tiempo derivativo, pero disminuye cuando el tiempo derivativo se vuelve más grande Ing. Esp. John Jairo Piñeros C.

10 FUNCIONAMIENTO PID Elementos PID: Un sensor, que determine el estado del sistema (caudalimetro, termocupla, etc) Un controlador, que genere la señal que gobierna al actuador. Un actuador, que modifique al sistema de manera controlada (válvula, bomba, resistencia, etc). Funcionamiento: El sensor proporciona una señal analógica o digital al controlador, la cual representa el punto actual en el que se encuentra el proceso o sistema. El controlador lee una señal externa que representa el valor que se desea alcanzar. Esta señal recibe el nombre de punto de consigna (o punto de referencia), la cual es de la misma naturaleza y tiene el mismo rango de valores que la señal que proporciona el sensor y resta la señal de punto actual a la señal de punto de consigna, obteniendo así la señal de error. La señal resultante de la suma de estas tres se llama variable manipulada y no se aplica directamente sobre el actuador, sino que debe ser transformada para ser compatible con el actuador utilizado.

11 Cuando se puede usar un controlador PI? es adecuado para procesos donde la dinámica del sistema es esencialmente de primer orden (control de nivel de un solo tanque, tanques de mezclado, reactores perfectamente agitados, etc). Cuando el sistema responde rápidamente a la perturbación o al set point programado. Este tipo de controlador no produce en la variable de proceso la oscilación dentro de la banda de histéresis como el P, sino que alcanza el valor final sin desviación. Pero como contrapartida el tiempo en que la variable de proceso alcanza el valor final es mayor.

12 CUANDO SE PUEDE USAR UN CONTROLADOR PID? Un caso típico de la acción derivativa, introducida para mejorar la respuesta, es cuando la dinámica del proceso está caracterizada por constantes de tiempo que difieren en magnitud. El diseño de un sistema de control también involucra aspectos de la dinámica del proceso, del actuador, de la saturación y de las características de la perturbación. La acción derivativa puede dar buenos resultados para aumentar la velocidad de respuesta. El control de temperatura es un caso típico. La acción derivativa es también beneficiosa cuando se requiere un control más fino para un sistema de alto orden. La dinámica de alto orden limitaría la cantidad de ganancia proporcional para un buen control. Con la acción derivativa, se mejora el amortiguamiento ya que se puede utilizar una ganancia proporcional más alta y elevar la velocidad de la respuesta transitoria.

13 1. Si el sistema debe mantenerse online, un método de ajuste consiste en establecer primero los valores de I y D a cero. 2. A continuación, incremente P hasta que la salida del lazo oscile. 3. Luego establezca P a aproximadamente la mitad del valor configurado previamente. 4. Después incremente I hasta que el proceso se ajuste en el tiempo requerido (aunque subir mucho I puede causar inestabilidad). Finalmente, incremente D, si se necesita, hasta que el lazo sea lo suficientemente rápido para alcanzar su referencia tras una variación brusca de la carga. 5. Un lazo de PID muy rápido alcanza su setpoint de manera veloz. Algunos sistemas no son capaces de aceptar este disparo brusco; en estos casos se requiere de otro lazo con un P menor a la mitad del P del sistema de control anterior.

14 Configuración PID Step 7 Siemens Planta Control Procesos

15 Configuración PID Step 7 Siemens Planta Control Procesos Diagrama P&ID

16 Configuración PID Step 7 Siemens Lazos de Control

17 Configuración PID Step 7 Siemens Lazos de Control

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