Regulación con programa de PLC - Instrumentacion y Control NET

Regulación con programa de PLC - Instrumentacion y Control NET

Factory Automation
Regulación con programa
de PLC
1. Funciones PID + TPO
PLCs: Introducción
ƒ 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).
Marcos Larralde
PLCs: Introducción
ƒ 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
Marcos Larralde
PLCs: Introducción
ƒ PID con dos grados de libertad: prevención de
sobrepasamientos
La lógica es un constante. (Alfa)
Perturbación
FF
SP
Sólo se efectúa sobre
SP. (Sólo para
Overshoot)
+ e
-
PID
Mientras la lógica PID
controla alcance del
SP,Offset y Hunting
Marcos Larralde
+
MV
+
+
Y lo resta del MV.
Sirve para frenar el
Overshoot.
PLCs: Introducción
ƒ 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 999.9 %).
• Si es muy pequeña se producen oscilaciones, si es demasiado grande aparecerá una
desviación residual.
Marcos Larralde
PLCs: Introducción
ƒ Comportamiento de los parámetros: 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
819.1 seg).
• Lo más pequeña que sea, más fuerte será la corrección, pero puede que se produzcan
oscilaciones.
Marcos Larralde
PLCs: Introducción
ƒ Comportamiento de los parámetros: 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 819.1 seg).
• Cuanto más grande sea más fuerte será la corrección, si es demasaido grande se
producirán oscilaciones.
Marcos Larralde
PLCs: Introducción
ƒ Comportamiento de los parámetros PID
MV=
100
Pb
1
( e + Ti
de
e dt + Td 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
Marcos Larralde
PLCs: Introducción
ƒ 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).
alfa=0
T (ºC)
SP
alfa=1
Alfa correcto
Step-response
Marcos Larralde
Correcto
Perturbación
t (seg.)
PLCs: Introducción
ƒ 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.
Marcos Larralde
PLCs: Introducción
ƒ 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.
Marcos Larralde
PLCs: Introducción
ƒ 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.
Marcos Larralde
PLCs: Función PID(190)
ƒ Instrucción PID
Marcos Larralde
PLCs: Función PID(190)
ƒ Instrucción PID
Marcos Larralde
PLCs: Función PID(190)
ƒ Parámetros 1/2
Consigna:
SV
Marcos Larralde
PLCs: Función PID(190)
ƒ 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.
Marcos Larralde
PLCs: Función PID(190)
ƒ Parámetros 1/2
PID
FF
Marcos Larralde
PLCs: Función PID(190)
ƒ Parámetros 1/2
MV cuando
PV = SP
Marcos Larralde
PLCs: Función PID(190)
ƒ MV cuando PV = SP
Marcos Larralde
PLCs: Función PID(190)
ƒ Parámetros 1/2
Tiempo de
muestreo
Marcos Larralde
PLCs: Función PID(190)
ƒ 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 99.99 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.
Marcos Larralde
PLCs: Función PID(190)
ƒ Tiempo de Muestreo y Tiempo de Ciclo
•
Ejemplo: Periódo de muestreo = 100 ms, Tiempo de Ciclo = 60 ms.
Marcos Larralde
PLCs: Función PID(190)
ƒ Parámetros 1/2
Cambios
PID
Marcos Larralde
PLCs: Función PID(190)
ƒ Parámetros 2/2
Directo /
Inverso
Marcos Larralde
PLCs: Función PID(190)
ƒ Directo/Inverso
Marcos Larralde
PLCs: Función PID(190)
ƒ Parámetros 2/2
Límite MV:
sí o no
Marcos Larralde
PLCs: Función PID(190)
ƒ Parámetros 2/2
Rango PV
Marcos Larralde
PLCs: Función PID(190)
ƒ Parámetros 2/2
Unidades
de I y D
Marcos Larralde
PLCs: Función PID(190)
ƒ Parámetros 2/2
Rango MV
Límites
inferior y
superior de
MV
Marcos Larralde
PLCs: Función PID(190)
ƒ Parámetros 2/2
ƒ
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.
Marcos Larralde
PLCs: Función TPO(685)
ƒ Instrucción TPO
• Time Proportional Output: salida
de pulsos proporcional desde un
valor de MV
Marcos Larralde
PLCs: Función TPO(685)
ƒ Tiempo proporcional
• Salida contacto (TRT, SSR)
e
Pb / 2
0
-Pb / 2
ON
0%
M0
100% MV
OFF
Tiempo ON (Ton)
ON
Periodo de Control (CP)
MV =
Ton
OFF
100
CP
Marcos Larralde
t
PLCs: Función TPO(685)
ƒ Ejemplo de conexionado
Marcos Larralde
PLCs: Función TPO(685)
ƒ Parámetros
Variable
de entrada
Marcos Larralde
PLCs: Función TPO(685)
ƒ
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 100.00 %, 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 ton), 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] ó no [0].
•
•
•
Marcos Larralde
PLCs: Función TPO(685)
ƒ Parámetros
Período de
control
Marcos Larralde
PLCs: Función TPO(685)
ƒ Parámetros
Límites inf.
y sup. de
la salida
Marcos Larralde
PLCs: Función TPO(685)
ƒ Parámetros
No usar
Marcos Larralde
PLCs: Función TPO(685)
ƒ Instrucción TPO + PID
Marcos Larralde
PLCs: Función TPO(685)
ƒ Instrucción TPO + PID (con lectura al inicio del período
de control)
Marcos Larralde
PLCs: Función TPO(685)
ƒ Instrucción TPO + PID (valor mínimo)
Marcos Larralde
PLCs: Función TPO(685)
ƒ Instrucción TPO + PID (valor máximo)
Marcos Larralde
PLCs: Función TPO(685)
ƒ Instrucción TPO + PID (ajuste continuo)
Marcos Larralde
2. Función PIDAT
PLCs: Función PIDAT(191)
ƒ Instrucción PIDAT
Marcos Larralde
PLCs: Función PIDAT(191)
ƒ Instrucción PIDAT
•
•
La función PIDAT se comporta como la función PID, con la función
de autotuning añadida.
Autotuning:
Marcos Larralde
PLCs: Función PIDAT(191)
ƒ Instrucción PIDAT: ejemplo
Marcos Larralde
3. Otras funciones
PLCs: Otras funciones
ƒ Instrucción LMT: Limit Control.
ƒ Instrucción BAND: Dead Band Control.
ƒ Instrucción ZONE: Dead Zone Control.
ƒ Instrucciones SCL, SCL2 y SCL3.
ƒ Instrucción AVG: Average.
Marcos Larralde
PLCs: Ejemplo de regulación
ON
OFF
Marcos Larralde
Gracias