Curso OMRON ELECTRONICS S.A.

Transcripción

1 Curso Control de Temperatura OMRON ELECTRONICS S.A.

2 índice Pág. Curso Básico... 3 Selección de producto Pág Método de control... 7 por método de control...75 Salida...38 por sonda...77 Sonda...50 por salida...82 Funciones de alarma...59 por alarma...83 Comunicación...65 por interface...84

3 Curso Básico de Control de Temperatura Control Feed-Back (realimentado) y Control Feed Back (realimentado) y controladores OMRON

4 Qué es Control de temperatura? Descripción/ Palabras claves Carácter Por ejemplo Control secuencial Control Feed-back (lazo cerrado) Es un control secuencial pasoes un control que detecta a paso de acuerdo con las constantemente el error entre ordenes previamente la consigna y el valor real y lo programadas. corrige. Cualitativo Discontinuo Tiempo Número de piezas Presencia etc. Cuantitativo Continuo Caudal Presión Temperatura

5 Control Feed-back (Realimentación) MV Perturbación TC e = SP-PV + Consigna SP - Lógica de control Dispositivo de salida Carga Controlada Sonda Temperatura real PV

6 Control ideal Cuál es la definición de "control bueno" para un control realimentado Feed-back? Alcance a la consigna Rápido y/o correctamente Corrección de error ante perturbación externa. Rápido y/o correctamente Consigna Consigna "Step-response" "Disturbance"

7 Método de Control es el núcleo de control Control Standard TC - + ON/OFF P PI PD PID Pág PID Auto-tuning t Self-tuning Fine-tuning Pág P Control especial Calor / Frío Cascada Pág

8 Control ON/OFF Es un control sencillo y económico. TC MV=100% MV=0% : PV<SP : PV>SP

9 Pico o sobrepasamiento: Overshoot Se genera un "Overshoot" debido a un exceso de energía aplicada para alcanzar el SP (consigna). T (ºC) PV Overshoot SP Step-response t (seg.)

10 Oscilación : Hunting También puede producirse una oscilación o "Hunting" después de haber alcanzado el SP T ºC SP PV Hunting MV % 100% (todo) tiempo Ciclo de ON/OFF muy rápido 0% (nada)

11 Histéresis Medida para alargar el ciclo de ON/OFF. Histéresis T ºC PV SP Desventaja: Hunting grande MV % 100% (todo) tiempo 0% (nada) Ciclo más largo

12 Control P ProporcionaP i la salida (MV : 0 a 100%) dentro de un determinado rango (Pb) en función del error (e). TC MVp = 100 Pb e + M 0

13 Acción P T (ºC) e OFF Pb SP PV ON MV 0% 50% 100% (OFF) (ON) M 0

14 Proporcionado de la salida (contacto) Salida contacto (Relé, Tr, SSR, etc.) e Pb / 2 Tiempo proporcional Tiempo ON (Ton) ON OFF Periodo de Control (CP) Ton MV = 100 CP 0 -Pb / 2 ON OFF 0% 100% MV M 0 t

15 Proporcionado de la salida (Analógica) Salida analógica (4-20mA, 0-20mA, 0-10V, etc.) e Pb / 2 0 División Resolución -Pb / 2 20 ma 0% 100% MV M 0 Tiempo de retardo E5_X,J,F : 212 divis. / 500ms E5_K, ES100 : 2600 divis. 4 ma 0% 100% MV

16 Salida inversa y directa Salida inversa Salida directa SP PV Pb temp. alta temp. baja PV Pb SP ON OFF 0% 100% MV ON MV OFF 100% 0%

17 Offset El control proporcional puede generar un error de "Offset" entre PV y SP. T (ºC) SP Offset PV t (seg.)

18 Por qué ocurre Offset? Cuando la banda P seleccionada no es adecuada a la característica térmica-estática del sistema se produce el offset. MV 100% 50% C Curvas de característica térmica-estática B' Offset B A Materia A : Fácil de calentar Materia B : Adecuado. Materia C : Difícil de calentar. Cada materia tiene distinta característica estática según su capacitancia térmica. 0% 20 (Ambiente) 100 SP 140 T (ºc). B' : cambio de la temperatura ambiente.

19 Manual Reset Manual Reset elimina el Offset de forma manual. temp. baja PV SP Pb MVp = 100 Pb e + M 0 temp. alta MV MV 100% 50% 0% ON OFF 100% 0% MV ON OFF 100% 0% M0 ON OFF

20 Control P+I I : Corrige el error acumulado de forma automática. T (ºC) SP MVi = 100 Pb 1 Ti e dt Offset : e Corrección automática PV t (seg.)

21 Control P+D D : Corrige el error instantáneo tá debido a perturbaciones externas. T (ºC) Perturbación : e MVd = 100 Pb Td de dt SP PV Corrección t (seg.)

22 Control PID Un sistema integrado. P, I y D P I D + + PID MV = 100 Pb 1 Ti ( e + e dt + ) Td de dt

23 Los parámetros o constantes PID Comportamientop de los parámetros MV= 100 Pb 1 ( e + Ti e dt + Td de ) dt Grande Adecuado Pequeño Inestabilidad (Hunting pequeño) Corrige perturbación Corrección lenta de perturbación Offset Corrige Offset Oscilación ió Offset Alcance a SP lento Corrige picos y oscilaciones Pico y Oscilación

24 Compatibilidad Las características de alcance a SP y de corrección de perturbaciones no siempre son compatibles. T (ºC) SP Hunting T (ºC) SP Overshoot / Hunting Correcto Corrección lenta Offset / Alcance lento Correcto Step-response Perturbación Step-response Perturbación t (seg.) t (seg.)

25 2-PID de OMRON Feed-foward F d f d (realimentación ió anticipativa): i es un freno constante que previene sobrepasamientos (picos) La lógica es un constante. (Alfa) SP Sólo se efectúa sobre SP. (Sólo para Overshoot) FF + - MV + e PID Mientras la lógica PID controla alcance a SP,Offset y Hunting Perturb. Y lo resta del MV. Sirve para frenar el Overshoot.

26 Constante Alfa Alfa es la ganancia de Feed-FowardFoward 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.)

27 Lógica Fuzzy Lógicag fuzzy es un reajuste de la corrección realizada ante perturbaciones. T (ºC) Unicamente funciona cuando se produce una perturbación. Cuando el PV se desvía del SP después del establecimiento. No actúa ante cambios del SP. SP 2-PID Fuzzy Step-response 2-PID Acelera MV Retiene MV Perturbación 2-PID + Fuzzy

28 Resumen PID Demasiado grande Demasiado pequeño Histerésis P I - Corrección lenta de Offset - Vida corta de relé - Hunting D Periodo de Control - Hunting Corrige demasiado la. Alfa - Alcanza demasiado al SP

29 Auto-tuning Método Ciclo de Límite Método Step-Response SP PV Pc (seg) A SP L' (seg) R (ºc/seg) PV MV ON OFF Tiempo MV L (seg) Tiempo ON P = 262 FS A I = Pc 2 D= Pc 8 P = 82 RL' I = 2 L' D = 0.5 L'

30 Self-tuning El controlador decide por sí mismo cuándo reajustar los parámetros PID. SRT (Step Response Tuning) Cuando se cambia el SP DT (Disturbance Tuning) Cuando se detecta una perturbación. HT (Hunting Tuning) Cuando se detecta Hunting u oscilaciones.

31 SRT SRT renueva el PID ante cambios de SP. 1) SPant.SPnuevo 2) Error en el momento del cambio de SP es mayor que : Pb ) Cambio del SP hacia arriba en control inverso (control de calor), hacia abajo con control directo (control frío). 4) Al cambio PV tiene que estar dentro de la banda estable. Pb 1.27 SPanterior Banda estable SPnuevo L (min) R (%/min) PV Tiempo PID renovado

32 DT y HT DT renueva el PID; Pico 2 1) Cuando PV excede el rango estable tras haberse establecido con el PID antiguo. 2) Después de que el SP se ha cambiado fuera de las condiciones SRT tras haberse establecido con el PID antiguo. *El número de picos que se generan hasta que se establezca debe ser inferior a 4. HT renueva el PID; Si se generan más de 4 picos fuera de SRT. Banda estable Cambio SP <Pb 1.27 Banda estable Pico 2 Pico 1 Pico 1 Pico 3 PID antiguo ( Inestable ) Estable PID renovado PID renovado Pico 4 PID renovado

33 Fine-tuning Reajusta los PID de una forma manual e intuitiva. Determinar las características que se desean reajustar seleccionando de entre: 1) Eliminar Pico (Overshoot) 2) Evitar Hunting 3) Mejorar el tiempo de establecimiento. Dos de ellos se pueden optimizar a la vez. Seleccionar el grado de optimización: Mucho, medio, un poco, etc. Eliminar Pico Mejorar tiempo Evitar Hunting

34 Control Calor / Frío Los procesos exotérmicos (por sí mismos generan calor) necesitan de ambas acciones: enfriamiento y calentamiento. Procesos químicos exotérmicos. Máquina extrusoras de plásticos. Calor Frío

35 Banda muerta / solapada Banda solapada MV Control preciso Calor y frío actúan a la vez Calor Frío 100% 100% Banda muerta MV Ahorro de energía Calor y frío no actúan a la vez Calor Frío 100% 100% 0% 0% T (ºc) 0% 0% T (ºc) Banda solapada (Overlap band) Banda muerta (Dead band)

36 Coeficiente de frío Aún teniendo el mismo MV, el comportamiento de frío puede diferir del comportamiento de calor. MV Calor Frío 100% 100% MV Calor 100% 100% Frío 50% 0% 0% T (ºc) 0% 0% T (ºc)

37 Control Cascada En este sistema la salida del primer controlador proporciona el SP del segundo controlador. Lazo Secundario Lazo Principal Fluctuación Calor Aíre Frío Sensor 2 Sensor 1 Aíre Caliente

38 Salida TC - + es el interface de salida. Pág. Tipo de salida...40 Elemento de calor...42 Salida analógica...45 Válvula motorizada...46

39 Salida de TC y actuadores TC Señal de salida Relé SSR Tensión Analógico Pulsos para válvula Actuadores Señal Energía Contactor SSR externo Controlador ciclo * Controlador fase * Electro-válvula Válvula motorizada * Carga Energía eléctrica Caudal de líquido Caudal de aire Presión

40 Salida de TC (1) Relés Control directo de carga eléctrica o contactor. (máx. 5A : E53-R). Para un sistema con baja frecuencia de operación. Relé de estado sólido Control directo de carga eléctrica o contactor. (máx. 1A) Para un sistema con alta frecuencia de operación. Tensión Control de relé de estado sólido externo

41 Salida de TC (2) Corriente (Analógica) Control de fase de carga eléctrica, electro-válvula. etc. Para un sistema con probabilidad de perturbación. Tensión (Analógica) Pata variador de velocidad, electro-válvula, etc. Pulsos para válvula motorizada. Para válvula motorizada.

42 Control de elemento de calor (1) Control de contacto Sencillo y económico Control del tiempo en que permanece cerrado el contactor. TC Señal de salida Actuador 50% ON Periodo de control TC 2 seg. P.ej. MV = 50% Relé directo SSR directo Tensión - - SSR externo

43 Control de elemento de calor (2) Control de ciclo Rápido y sin ruido Control del número de ciclos en una operación. TC Controlador de ciclo Señal de salida Actuador 50% ON Tiempo de operación 0.08 seg. P.ej. MV = 50% Salida analógica (4-20 ma) Controlador de ciclo G3PA

44 Control de elemento de calor (3) Control de fase TC Alta precisión Controlador de fase Control de fase de ON en medio ciclo. Señal de salida Salida analógica (4-20 ma) Actuador Controlador de fase G3PX Medio ciclo 50% ON 0.01 seg. P.ej. MV = 50% Productos OMRON

45 Electro-válvula Control de caudal Se utiliza para controlar el caudal de aire o líquido. 20 ma Escalones 4 ma 4-20mA Posicionador 0 % 100 % MV Movimiento mecánico Entrada de caudal (Presión constante) Salida de caudal

46 Válvula motorizada Es un sistema Servo ON /OFF Controla la apertura (posición) de la válvula mediante pulsos de apertura / cierre. Abrir R M Realimentación de posición 1) Control flotante 2) Control realimentado Cerrar

47 Control flotante El TC manda al motor los pulsos El rotor de la válvula l gira de Abrir o Cerrar. acuerdo con el par del motor. TC Cerrar Abrir M Total apertura 100% 0% 50% 25% Pulso Abrir t t/2 Pulso Cerrar t t/4 t : Tiempo total de recorrido (Travel Time)

48 Control realimentado El TC manda al motor los El rotor de la válvula gira de acuerdo pulsos Abrir o Cerrar. con el tiempo de los pulsos. TC Cerrar Abrir Pulso Cerrar Pulso Abrir M Realimentación para el reajuste de la apertura El eje del rotor transfiere su posición al poteciómetro.

49 Control flotante Calibración de la Válvula Medir el tiempo total de recorrido Control realimentado Medir los valores límite del potenciómetro

50 TC - Sonda + es el interface de entrada Termopar Termorresistencias Entrada universal Pág

51 Termopar Sondas de temperatura Baja temperatura : J, K, E, T Alta temperatura : R, S, B, W, PL-II, N Termorresistencia Pt100 Termopar Termorresistencia Pro Amplio rango de medida Alta precisión Estructura sencilla Económico Estable Más linear que termopar Contra Cable de compensación necesario Costoso Velocidad no alta Impedancia flotante

52 Termopar Efecto Seebeck materia A Unión caliente Corriente Unión fría T2 T1 materia B V=K(T2-T1) v temp

53 Termorresistencia Variación de resistencia por temperatura r r temp Puente Wheatstone r R1 R2 Vref R3 V Cuando, V=0 ; r = R1 R2 / R3

54 Resistencia flotante Termorresistencia (Problema y su medida) Cuando se alarga el cable aparece la llamada resistencia flotante. rl rl TC Termorresistencia de tres hilos r Para eliminar la resistencia flotante. rl rl rl R1 R2 R3 Cuando, V=0; R3 (r+rl) = R1 (R2+rl) r= R1 R2/R3+ (R1-R3)rl/R3 Si R1=R3; r= R1 R2/R3

55 Rango de medida Temperatura ºC High Low K J R S E T B W PL-II N Pt100 Sonda

56 Sonda universal Para valores de proceso generales Presión Humedad Temperatura Nivel líquido, etc Señal de salida Corriente (4-20mA, 0-20mA, etc.) Tensión (1-5V, 0-10V, etc.) Sensor infrarrojo compatible con termopar (mv) Producto OMRON : ES1A

57 Escala Es necesario convertir / escalar la señal analógica normaliza al valor físico de la variable correspondiente. Señal 20 ma 4 ma Valor físico ºC, Bar, %, m, etc. min. Fondo escala max.. Display

58 Precisión de entrada Precisión Error entre la temperatura real y el valor de display 1: Valoración de error en relación al fondo de escala (E5C2, E5_S,etc.) 2: Valoración de error en relación al valor de indicación (E5_X, J, K, etc Periodo de muestreo Viene limitado por las prestaciones del microprocesador del TC. Rápido --> Control rápido, influencia de ruido Lento --> Medida estable, control lento

59 Funciones de alarma para la seguridad del sistema

60 Límite superior Tipos de alarma (1/2) Baja SP Relativo Alarma Alta Baja 0 ºC Absoluto Alarma Alta Límite inferior Baja Alarma SP Relativo Alta Baja 0 ºC Alarma Absoluto Alta

61 Límite superior e inferior Tipos de alarma (2/2) Baja SP Relativo Alta Baja 0 ºC Absoluto Alta Rango Baja SP Relativo Alta

62 Standby La alarma es activada cuando se cumple la condición de activación por segunda vez. Es una medida para evitar falsas alarma en los arranques, puesto que al comienzo del proceso, la temperatura de la sonda suele estar a la temperatura ambiente. SP Salida de alarma ON Límite superior con standby Límite inferior con Standby Límite superior e inferior i con Standby. Límite superior absoluto con Standby Límite inferior absoluto con Standby

63 Heater Burnout Alarm Detecta la rotura del lazo de control midiendo la corriente del circuito de carga. Rápido, exacto. Transformador de corriente necesario. Sólo para cargas eléctricas. Bien I1 Mal I2 Cerrar Cerrar rotura i1 i1 i2 i2 La alarma HBA detecta la disminución de la corriente i.

64 Loop Break Alarm Detecta la rotura del lazo de control observando el comportamiento de PV frente a MV. De propósito general, el transformador de corriente no es necesario. Tiempo de detección largo, menos preciso que la alarma HBA. T ºC SP Rotura MV máx. Comienzo Fi n Tiempo de detección Banda de Detección PV LBA OFF MV Tiempo LBA ON *Alarma LBA es simétrica.

65 Comunicación Integra los controladores OMRON con equipos principales.

66 Comunicación serie RS232C Comunicación 1 :1 con equipo principal (PC,PLC, etc.) Distancia máxima :15m RS422 Comunicación 1 : n (máx. 32 controladores + equipo principal) Distancia máxima : 500 m. RS485 Comunicación 1 : n (máx. 31 controladores + equipo principal) Distancia máxima : 500 m 2 hilos

67 Protocolo serie Sincronización : método asíncrono. Longitud de palabra : ASCII 7 / 8 bits Bit de Stop: 2 bits. Detección de error : Paridad Par / Impar FCS (Frame Check Sequence) Equipo principal Controladores

68 Formato X Comando 0 0 R X 0 1 fcs * Código FCS lazo Código de cabecera: Elegir un R_ de la lista de comandos. Nº de unidad Comando 0 0 W S fcs * Dato a escribir (4 díg.) Código de cabecera. Elegir un W_ de la lista de comandos. Respuesta 0 0 R X fcs * Respuesta 0 0 W S 0 0 fcs * Dato leído (4 díg.) Código de respuesta: 00 = OK Código de respuesta: 00 = OK

69 fcs * Respuesta Formato K Dato a escribir (4 dígitos) *En caso de lectura, rellenar con "0" Código de dato. Elegir un dato del mapa de datos. Tipo de comando: 1 = lectura, 2 = escritura, 3 = fcs * Dato leído / escrito (4 díg.) Código de respuesta : 00 = OK

70 Comando Formato Compoway-F STX XXXX XXXX XXXX XXXX ETX BCC Número de nodo. Texto del comando Código de chequeo Código de fin Código de inicio Respuesta STX XXXX XXXX XXXX XXXX ETX BCC Número de nodo. Texto de respuesta Código de chequeo Código de fin Código de inicio

71 BCD Comunicación paralelo BCD PLC E/S de PLC Distancia máxima : 2 a 3m TC TC Código de operación (4 bits) Dato leído (4 bits) Datos a escribir (4 bits) VAL : Validez de operación BUSY : Ocupado

72 Protocolo BCD Escritura de datos Lectura de datos PLC Controlador PLC Controlador 1. Dato a escribir 2. "Escribir 1º díg." 3. VAL on : inicio 6. Dato a escribir 7. "Escribir 2º díg." VAL off : fin 4. BUSY on 5. BUSY off Terminado escritura 8. BUSY on 9. BUSY off Terminado escritura 1. "Leer 1º díg." 2. VAL on : inicio 6. "Leer 2º díg." VAL off : fin 3. BUSY on 4. Dato leído 5. BUSY off Terminado escritura 7. BUSY on 8. Dato leído 9. BUSY off Terminado escritura

73 Retransmisión Retransmisión Analógica (4-20mA) Independiente de la salida de control Registradores Impedancia de salida : ma Límite inferior Límite superior 256 Escalones 4 ma Rango seleccionado PV / SP (ºC) MV (%)