ALGORITMO PID PADRÃO ISA

ALGORITMO PID PADRÃO ISA Manual de Configuração / Monitoração Ref. 4-0063.100 Manual Rev. 1.00 abril / 2004 Atos Automação Industrial LTDA. Rua Arnoldo Felmanas, 201 Vila Friburgo - São Paulo – SP CEP 04774-010 Departamento Comercial: Tel: 55 11 5547 7412 - Fax: 55 11 5522 5089 e-mail: [email protected] Fábrica / Assistência Técnica / Engenharia: Tel: 55 11 5547 7400 - Fax: 55 11 5686 9194 e-mail: [email protected] Call Center: 55 11 5547 7411 e-mail: [email protected] Atos na Internet: www.atos.com.br 1 Este manual não pode ser reproduzido, total ou parcialmente, sem autorização por escrito da Atos. Seu conteúdo tem caráter exclusivamente técnico/informativo e a Atos se reserva no direito, sem qualquer aviso prévio, de alterar as informações deste documento. 2 Termo de Garantia Sistema de Certificado ISO 9001 desde 1996, com foco na Satisfação do Cliente A Atos Automação Industrial LTDA. assegura ao comprador deste produto, garantia contra qualquer defeito de material ou de fabricação, que nele apresentar no prazo de 360 dias contados a partir da emissão da nota fiscal de venda. A Atos Automação Industrial LTDA. restringe sua responsabilidade à substituição de peças defeituosas, desde que o critério de seu Departamento de Assistência Técnica, se constate falha em condições normais de uso. A garantia não inclui a troca gratuita de peças ou acessórios que se desgastem naturalmente com o uso, cabos, chaves, conectores externos e relés. A garantia também não inclui fusíveis, baterias e memórias regraváveis tipo EPROM. A Atos Automação Industrial LTDA. declara a garantia nula e sem efeito se este produto sofrer qualquer dano provocado por acidentes, agentes da natureza, uso em desacordo com o manual de instruções, ou por ter sido ligado à rede elétrica imprópria, sujeita a flutuações excessivas, ou com interferência eletromagnética acima das especificações deste produto. A garantia será nula se o equipamento apresentar sinais de ter sido consertado por pessoa não habilitada e se houver remoção e/ou alteração do número de série ou etiqueta de identificação. A Atos Automação Industrial LTDA. somente obriga-se a prestar os serviços referidos neste termo de garantia em sua sede em São Paulo - SP, portanto, compradores estabelecidos em outras localidades serão os únicos responsáveis pelas despesas e riscos de transportes (ida e volta). • Serviço de Suporte Atos A Atos conta com uma equipe de engenheiros e representantes treinados na própria fábrica e oferece a seus clientes um sistema de trabalho em parceria para especificar, configurar e desenvolver software usuário e soluções em automação e presta serviços de aplicações e start-up. A Atos mantém ainda o serviço de assistência técnica em toda a sua linha de produtos, que é prestado em suas instalações. Com o objetivo de criar um canal de comunicação entre a Atos e seus usuários, criamos um serviço denominado CALL CENTER. Este serviço centraliza as eventuais dúvidas e sugestões, visando a excelência dos produtos e serviços comercializados pela Atos. CALL CENTER De Segunda a Sexta-feira Das 7:30 às 12:00 h e das 13:00 às 17:30 h Telefone: 55 11 5547 7411 E-mail: [email protected] Para contato com a Atos utilize o endereço e telefones mostrados na primeira página deste Manual. 3 CONVENÇÕES UTILIZADAS • Títulos de capítulos estão destacados no índice e aparecem no cabeçalho das páginas; • Um capítulo pode ter várias seções. Os títulos dessas seções estão marcados pelo sinal trado no exemplo abaixo como mos- Título de uma Seção • Uma seção pode ter várias subseções. Os títulos dessas subseções estão marcados pelo sinal mostrado no exemplo abaixo: • • como Título de uma subseção • Uma subseção pode ter vários itens. Esses itens iniciam por um marcador “•” ou um número seqüencial. • Palavras em outras línguas são apresentadas entre aspas (“ ”), porém algumas palavras são empregadas livremente por causa de sua generalidade e freqüência de uso. Como por exemplo às palavras software e hardware. • Números seguidos da letra h subscrita (ex:1024h) indicam numeração hexadecimal. Qualquer outra numeração presente deve ser interpretada em decimal. • O destaque de algumas informações é dada através de ícones localizados sempre à esquerda da página. Cada um destes ícones caracteriza um tipo de informação diferente, sendo alguns considerados somente com caráter informativo e outros de extrema importância e cuidado. Eles estão identificados mais abaixo: NOTA NOTA: De caráter informativo, mostra dicas de utilização e/ou configuração possíveis, ou ressalta alguma informação relevante no equipamento. OBSERVAÇÃO OBSERVAÇÃO: De caráter informativo, mostra alguns pontos importantes no comportamento / utilização ou configuração do equipamento. Ressalta tópicos necessários para a correta abrangência do conteúdo deste manual. IMPORTANTE: De caráter informativo, mostrando pontos e trechos importantes do manual. Sempre observe e analise bem o conteúdo das informações que são identificadas por este ícone. IMPORTANTE ATENÇÃO: Este ícone identifica tópicos que devem ser lidos com extrema atenção, pois afetam no correto funcionamento do equipamento em questão, podendo até causar danos à máquina / processo, ou mesmo ao operador, se não forem observados e obedecidos. 4 ÍNDICE C APÍTULO 1 – O AL GOR ÍT MO PID PADR ÃO ISA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 • A Equação PID .................................................. ............................................................... .................. 9 • Termo proporcional: Ganho (K) x Banda Proporcional (BP) .............................................................. 10 • Termo Integral: Ganho (Ti) ..................................... ............................................................... ............ 12 • Termo Derivativo: tempo Td ..................................... ............................................................... .......... 13 C APÍTULO 2 – C AR AC T ER ÍST IC AS G ER AIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 • Modo direto / reverso .......................................... ............................................................... ............... 17 • Anti-reset ou anti-windup...................................... ............................................................... .............. 18 • Modo Manual / Automático ....................................... ............................................................... .......... 19 • Zona Morta..................................................... ............................................................... ................... 19 • Feedforward – BIAS ............................................. ............................................................... .............. 20 • Limites de saída ............................................... ............................................................... ................. 20 • Tempo de amostragem (Dt) ....................................... ............................................................... ......... 20 C APÍTULO 3 – PROGR AMAÇ ÃO EM L ADD ER D O BLOCO PID_ I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 • Sobre a instrução PID_I ........................................ ............................................................... ............. 23 • SÍMBOLO EM DIAGRAMAS DE RELÉS............................................................................................................ 23 • Descrição dos parâmetros ....................................... ............................................................... ........... 24 • Exemplo de programação ......................................... ............................................................... .......... 28 • Tempo de estabilização......................................... ............................................................... ............. 29 C APÍTULO 4 – SO FTW AR E D E M ON ITORAÇ ÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 • PID Config ..................................................... ............................................................... ................... 33 • Descrição da interface com o usuário .......................................................................................... ....... 33 • Como começar ?................................................. ............................................................... ............... 34 • Configurando a comunicação do PID Config ...................................................................................... . 35 • Supervisionando o bloco PID_I .................................. ............................................................... ......... 36 • Supervisão gráfica ............................................. ............................................................... ................ 37 • Guia Penas ......................................................................................................................................................... 38 • Guia Tempos ...................................................................................................................................................... 38 C APÍTULO 5 – SINT ON IA D O PID_ I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 9 • Método Ziegler-Nichols ......................................... ............................................................... ............. 41 5 .......... ............... 4 9 6 ........... ........................ .. ........ ............. ..... 44 • 3º PASSO – Visualizando histórico ............ .............................. .......................... .... ...... ............... ... ................. .................... ..................... .............. ... ...... 46 • 5º PASSO – Passando os parâmetros para o controlador..... 43 • 2º PASSO .................. ......................... .... .Aplicar um “degrau” .......... ........• Sintonizando o processo via PID Config ....................... ............. .................. ..................... 43 • 1º PASSO – Controle manual com DATALOG ligado... . .............. 47 A P Ê N D IC E A – FLU XO GR AM A D O A LG ORÍ T M O PID IS A ......................... ...... .............. ........................................ ............ ..... ..... ..................... .... 45 • 4º PASSO – Sintonia pelo tipo de controle utilizado ................. ...... ......... ...... ................................ .... CAPÍTULO 1 O ALGORÍTMO PID PADRÃO ISA CAPÍTULO 1 – O ALGORÍTMO PID PADRÃO ISA 7 . ALGORÍTMO PID PADRÃO ISA 1 8 . I e D Ki = ganho integral Td= ganho derivativo (tempo do termo Derivativo) dt = Tempo de amostragem de = (Erro atual – Erro anterior) Ti = 1 / Ki = Tempo do termo Integral (reset time) BIAS = Offset da saída de controle 9 . segue o padrão ISA.ALGORÍTMO PID PADRÃO ISA A Equação PID A equação PID adotada. conforme a equação mostrada abaixo: 1 S = K•( e(t) + Ki•∫edt ou + Td•de/dt) + BIAS S = K•(e(t) + ∑ Ki•e(t) •∆t +Td•∆e/∆t) + BIAS 0 ∞ sendo: Ki =1/Ti Descrição da nomenclatura utilizada: • • • • • • • K = ganho do sistema pois multiplica os termos P. 0 0.0 10 . apesar de estarem fora do fundo de escala considerado (4000) significam apenas diminuição no peso do termo proporcional.5 0.0 5.Estes valores.0 2.1 Valor da banda c/ fundo de 4000 pontos 40 400 800 1000 2000 4000 8000* 20.2 0.0 Ganho=1.ALGORÍTMO PID PADRÃO ISA 1 Termo proporcional: Ganho (K) O termo proporcional será calculado segundo a fórmula: x Banda Proporcional (BP) S = K • erro BP = 100% K A banda proporcional por definição.000* . Banda Proporcional 1% 10% 20% 25% 50% 100% 200% 500% 1000% GANHO 100.0 10.000* 40. * O gráfico a seguir mostra a posição da banda para ganhos 1. A banda proporcional é o inverso do ganho segundo a equação: A banda proporcional se situa acima e abaixo do setpoint (SP). 2 e 4: Ganho=4. é expressa em porcentagem e corresponde a variação de 0 a 100% do fundo de escala da variável de processo. O valor do termo proporcional é zero quando não existir erro.0 Ganho=2.0 4.0 1. para valores de ganho elevado (banda pequena). a atuação do PID sempre se dará em toda a faixa da escala da variável de processo. e para ganhos menores (banda larga) a saturação da saída acontecerá com valores de erro maior. Graficamente teremos: 1 11 .ALGORÍTMO PID PADRÃO ISA Apesar de termos o elemento “Banda”. teremos a saturação da saída acontecendo com erros menores. 5 12 . por exemplo: min/rep.0833 1 2 Rep/Min 60 12 1 0.ALGORÍTMO PID PADRÃO ISA 1 Termo Integral: Ganho (Ti) O termo integral é dado em segundos por repetição.2 0. Abaixo são dadas as principais unidades encontradas para o termo integral e suas relações. Para exemplificar. que significa quanto tempo o termo integral levará para repetir a ação do termo proporcional. se considerarmos um controlador PI em malha aberta depois de forçarmos o erro de zero para algum valor e mantermos o mesmo constante.0083 Min/Rep 0. então graficamente teríamos: É possível que o usuário esteja acostumado com outra unidade para o termo Integral. Seg/Rep 1 5 60 120 Rep/Seg 1 0.0167 0. considerando o sistema em malha aberta. porém sempre estarão relacionadas entre si.0166 0. 1 A quantidade de tempo que a ação derivativa “avançou” o processo é considerada como o tempo derivativo (Td).ALGORÍTMO PID PADRÃO ISA Termo Derivativo: tempo Td O termo derivativo é o responsável em antecipar a ação de controle. sua atuação é nula. prevendo qual será o valor do erro a Td unidades de tempo à frente. O diagrama abaixo. Este termo só atua quando há variação de erro. para uma mesma variação de erro. O tempo Td significa em que instante o termo proporcional irá produzir o mesmo efeito na saída que o termo derivativo. 13 . compara S=P (linha tracejada vermelha) com S=P+D (linha contínua azul). sendo assim se o processo está estável mesmo com erro presente. Podemos dizer que o termo derivativo atua no processo. então de/dt representará o coeficiente angular de uma reta. Podemos então escrever: E(t) = m•t Onde: m = de/dt = coeficiente angular Para cada valor de tempo. Quando aplico a equação: S = D = K • Td•de/dt 14 .ALGORÍTMO PID PADRÃO ISA 1 Outra forma de entender: Supondo o incremento do erro constante. conheço qual será o valor do erro. maior o valor do erro. quanto mais o tempo passa. CAPÍTULO 2 – CARACTERÍSTICAS GERAIS CAPÍTULO 2 CARACTERÍSTICAS GERAIS 15 . CARACTERÍSTICAS GERAIS 2 16 . o modo direto reage na saída (MV). Como ocorre. aumentando seu valor.CARACTERÍSTICAS GERAIS Modo direto / reverso Este parâmetro define o modo de controle a ser aplicado: • Modo Direto Enquanto a variável de processo (PV) for maior que o setpoint (SP). Erro = PV – SP 2 Graficamente teremos: SP PV t t MV 17 . em uma aplicação de controle de refrigeração. por exemplo. o sistema demoraria mais para retornar a condição de equilíbrio. podendo até mesmo entrar em oscilação permanente. diminuindo seu valor. Como ocorre. Se nesta condição. Erro = SP – PV 2 Graficamente teremos: SP PV t MV t Anti-reset ou anti-windup Este recurso impede que o termo integral continue a ser atualizado quando a saída atinge seu limite máximo ou mínimo. OBSERVAÇÃO 18 . por exemplo. em uma aplicação de controle de temperatura. o modo reverso reage na saída (MV). o termo integral continuasse a ser atualizado. O termo integral acumulado permanece congelado até que a saída fique abaixo do seu limite máximo ou fique acima do seu limite mínimo.CARACTERÍSTICAS GERAIS • Modo Reverso Enquanto a variável de processo (PV) for menor que o setpoint (SP). Ao sair da zona morta. o usuário é quem faz o controle. A zona morta quando programada. a instrução PID está controlando a saída. é ativada somente quando PV atingir o setpoint (SP). A instrução PID não faz a transferência ininterrupta de manual para automático se o termo integral não estiver sendo usado (Ki = 0). é feita sem causar variação na saída. 2 Zona Morta A Zona morta permite selecionar uma faixa de erro acima e abaixo do setpoint (SP) onde a saída (MV) manterá seu valor fixo. o controle é feito manualmente.CARACTERÍSTICAS GERAIS Modo Manual / Automático Entrada presente no bloco PID. Em modo AUTOMÁTICO. escrevendo diretamente na variável de saída. desde que o erro permaneça dentro desta faixa. Após esta condição o controle só voltará a atuar quando PV sair da zona morta. A transição de manual para automático. A instrução PID em modo manual calcula novamente o valor do termo de acumulo integral. Quando ativada. quando desativada o controle é feito automaticamente. o controle volta sem interrupção na saída (semelhante a transição de manual para automático). O controle de válvulas motorizadas é beneficiado por este tipo de recurso. garantindo que o mesmo se situe o mais próximo possível do setpoint (SP). desta forma quando o controle passar para modo automático. Em modo MANUAL. A zona morta se estende acima e abaixo do setpoint (SP) de acordo com o valor especificado em “Banda morta alta” e “Banda morta baixa”. a saída S inicia a partir da saída configurada e não ocorre nenhuma interrupção no valor de saída. Banda Morta Alta SP Banda Morta Baixa PV MV t t 19 . também chamada de “output tracking” ou “bumpless transfer”. e a única forma de se modificar a saída (MV) é através do BIAS. Este tempo de atualização está relacionado ao processo físico que esta sendo controlado. Malhas mais rápidas. um tempo acima de um segundo é suficiente para um bom controle. Para não usar os limites deixe Mín = 0 e Máx = SMáx.CARACTERÍSTICAS GERAIS Feedforward – BIAS É possível direcionar (feedforward) um distúrbio do sistema. dt deve ser menor ou igual à Td / 10. Tempo de amostragem (Dt) A instrução PID e a amostra de processo são atualizadas periodicamente pelo dt. Neste caso o valor de BIAS pode ser ajustado para manter a saída na faixa requerida (manter PV próximo a SP). ou quando nenhum controle integral é utilizado. dt = 1s) 20 . alimentando o valor BIAS da instrução PID. 2 Limites de saída É possível definir um limite máximo e mínimo da saída de controle. ou seja dt deve ser no mínimo dez vezes menor que Td (ex: se Td = 10s. Feedforward é geralmente usado em processos com atraso de transporte. Para malhas muito lentas como temperatura. como pressão. O tempo mais rápido da instrução PID é 100 ms. podem requerer um tempo de atualização de 250 ms. Para melhorar a eficiência do termo derivativo. Quando a instrução detecta que o cálculo da saída esta acima ou abaixo destes valores ela será impedida de ultrapassar estes limites. O valor BIAS representa um distúrbio alimentado na instrução antes que o distúrbio tenha chance de alterar a variável de processo. CAPÍTULO 3 – PROGRAMAÇÃO EM LADDER DO BLOCO PID_I CAPÍTULO 3 PROGRAMAÇÃO EM LADDER DO BLOCO PID_I 21 . PROGRAMAÇÃO EM LADDER DO BLOCO PID_I 3 22 . Variável de saída 23 . Entrada [MOD]: Define o tipo de controle aplicado: Quando ligada. • SÍMBOLO EM DIAGRAMAS DE RELÉS Onde: OP1 . descritas mais abaixo: Entrada [H]: Se habilitada realiza o calculo de controle PID. Entrada [MAN]: Se habilitada. valor de saída volta a ser definido pelo controle PID. o tipo de controle é direto e quando desligada. O PID padrão ISA é inserido através de blocos ladder (pelo WinSUP 2. Quando desabilitada. e quatro entradas.Variável de entrada OP2 .PROGRAMAÇÃO EM LADDER DO BLOCO PID_I Sobre a instrução PID_I A instrução PID_I está presente nos drivers MPC4004R e MPC4004T. define controle como modo MANUAL (valor de saída definido pelo usuário). reverso.5).Ponteiro do bloco de dados (ver tabela abaixo para mais detalhes) OP3 . resultando nas seguintes características para cada driver: MPC4004R Instruções PID Instruções PID ISA PID associado aos canais de temperatura TOTAL 16 8 32 56 MPC4004T 0 64 0 64 3 Esta instrução contém três operandos. Entrada [RST]: Quando acionada carrega um determinado valor no termo integral do algoritmo. 0) 0001 a 0050 (0.1 e para 1000 o ganho é de 100. Período de amostragem Período de tempo em que a instrução faz a amostragem da variável de processo (PV) e efetua o algoritmo de controle.1 a 5. OP3: Endereço da variável de saída. Este endereço sempre deve existir. sendo que 1 equivale a 0.0 segundos. • Ganho proporcional Ganho do termo proporcional do PID.0 seg. Fundo de escala entrada Tempo do PWM da saída (período) Estado interno de saída (PWM) Banda Morta Baixa Banda Morta Alta Offset da Saída Máximo Valor da Saída Mínimo Valor da Saída Ganho Derivativo (Td) Ganho Integral (Ti) Ganho Proporcional (Kc) Período de Amostragem Setpoint VALORES A SEREM DECLARADOS ------------------------0000 a 9999 ---00 ou 01 1000 a 5000 1000 a 5000 0020h a 0250 h (2. Fundo de escala saída Max.PROGRAMAÇÃO EM LADDER DO BLOCO PID_I Os valores da tabela abaixo estão todos em BCD. Este valor deve ser configurado entre 1 e 1000.0) seg 0 a Máx Fundo de escala da entrada 3 Descrição dos parâmetros • • • • • OP1: Endereço da variável de entrada. Este endereço sempre deve existir. Este parâmetro deve ser configurado entre 1 e 50.1 a 100. sendo que para 1 o ganho é de 0. Este endereço sempre deve existir.1 segundos e 50 a 5. Setpoint: Valor a ser atingido.) 0000h a 03FFh ou E000h a EFFFh 0 a Máx Fundo de escala da entrada 0 a Máx Fundo de escala da entrada 0 a Máx Fundo de escala da saída 0 a Máx Fundo de escala da saída 0 a Máx Fundo de escala da saída 0001 a 0900 (seg) 0001 a 3600 (seg/repetição) 0001 a 1000 (0.0 .0 a 25. OP2: Endereço inicial do bloco de parâmetros. ENDEREÇO OP2+2E OP2+2C OP2+2A OP2+28 OP2+26 OP2+24 OP2+22 OP2+20 OP2+1E OP2+1D (byte) OP2+1C (byte) OP2+1A OP2+18 OP2+16 OP2+14 OP2+12 OP2+10 OP2+0E OP2+0C OP2+0A OP2+08 OP2+06 OP2+04 OP2+02 OP2 DESCRIÇÃO RESERVADO RESERVADO RESERVADO RESERVADO RESERVADO RESERVADO RESERVADO RESERVADO Valor de reset do termo integral RESERVADO Simetria de controle Max. 24 . • Estado interno de saída PWM Endereço do estado interno que será utilizado pelo PWM. Este valor deve ser configurado entre 1 e 900 segundos. • Mínimo valor da saída Valor mínimo de limite para saída. • Banda morta baixa Valor que será subtraído do setpoint (SP) para definir o valor da banda morta baixa. É importante observar que este ganho deve ser no mínimo 10 vezes maior que o período de amostragem. a saída PWM será desativada. Esta característica é devido à equação do termo derivativo com filtro incorporado. Este valor deve esta entre 0000h e 03FFh ou E000h e EFFFh (observe que os endereços estão em hexa-decimal). Para desativar a saída PWM deixe este valor com FFFFh.PROGRAMAÇÃO EM LADDER DO BLOCO PID_I • Ganho integral Ganho do termo integral do PID. • Ganho derivativo Ganho do termo derivativo do PID. nenhum cálculo e efetuado com este valor. O calculo da banda e simples: para um setpoint de 1000 e uma banda de 900 deixe este valor com 100 (1000 . Para desativar o termo derivativo deixe este valor com zero. 3 • Máximo valor da saída Valor máximo de limite para saída. 25 . É importante observar que este valor não tem nenhuma relação com fundo de escala mínimo da saída. • Offset da saída (Feedforward – BIAS) Valor que será somado à saída do PID em modo automático. É importante observar que este valor não tem nenhuma relação com fundo de escala máximo da saíla.100 = 900). O calculo da banda é simples: para um setpoint de 1000 e uma banda de 1200 deixe este valor com 200 (1000 + 200 = 1200). Para desativar a banda morta alta deixe este valor com zero. • Banda morta alta Valor que será somado ao setpoint (SP) para definir o valor da banda morta alta. nenhum cálculo e efetuado com este valor. Este valor deve ser configurado entre 1 e 3600 segundos. Se um valor inválido for colocado. Para desativar a banda morta baixa deixe este valor com zero. Para desativar o termo integral deixe este valor com zero. Este valor deve estar configurado entre 0 e o Maximo fundo de escala da entrada. Este valor deve ser configurado entre 0 e o máximo fundo de escala da saída. Este valor deve estar configurado entre 0 e o Maximo fundo de escala da entrada. • Máx.0. sendo que para 20 temos 2.0 segundos. desta forma teremos : Byte de simetria de controle = 00 (default) não é representado valores negativos para a saída.66/J com fundo de escala de 0 a 500. resultando na seguinte relação: S= M • ERRO Onde: Máx fundo escala saída M= Máx fundo escala entrada No gráfico a seguir. Por exemplo: Se estiver realizando um controle de temperatura com uma placa 4004. é importante conhecer quanto negativo a saída se encontra. Por exemplo: Se estiver utilizando uma placa de saída analógica de 0 a 10V com resolução de 0 a 1000 deixe este valor com 1000 • Simetria de Controle Este parâmetro permite ao usuário enxergar valores negativos no registro de saída.0 segundos e para 250 temos 25. Fundo de escala saída Fundo de escala da saída. deixe este valor com 5000. essa simetria é representada pela reta vermelha.PROGRAMAÇÃO EM LADDER DO BLOCO PID_I • Tempo do PWM da saída Período da saída PWM. Este valor deve estar entre 20 e 250. 26 . Este valor deve ser configurado de acordo com o hardware de saída do controle. 3 • Máx. Fundo de escala entrada Fundo de escala da entrada. Byte de simetria de controle = 01 é representado valores negativos de saída.o tempo do PWM da saída será ignorado não importando o seu valor. Na maioria dos processos valores negativos no registro de saída não são utilizados pois uma válvula não pode fechar “-100” porém em alguns processos como o de refrigeração. A representação de valores negativos é feita somando-se um offset na saída de maneira a termos a indicação de toda a escala. essa simetria é representada pela reta azul. Este valor deve ser configurado de acordo com a escala de grandeza física controlada. resultando na seguinte equação: Máx fundo escala saída S= M • ERRO + Offset Onde: M= 2 • Máx fundo escala entrada Offset = Máx fundo escala saída – (M • Máx fundo escala entrada) No gráfico a seguir. Se o estado interno de saída PWM estiver com FFFF ou com um valor inválido. sendo que 0 equivale ao máximo fundo de escala de entrada multiplicado por “-1” e 9999 ao máximo valor de fundo de escala de entrada. será carregado quando a entrada [RST] do bloco for acionada.PROGRAMAÇÃO EM LADDER DO BLOCO PID_I Graficamente temos: SAÍDA 1000 ERRO – 1000 1000 3 • Valor de reset do termo integral Esta característica tem sua funcionalidade quando o PID é solicitado de forma não contínua. ou seja em aplicações onde o processo se repete várias vezes. Nesta situação o usuário poderá reciclar o termo Integral definindo o valor do I. TERMO INTEGRAL 5000 REGISTRO 5000 9999 – 5000 27 . declarado no bloco de parâmetros apontado por OP2. Para representar os valores negativos em BCD. com a mudança constante de setpoints. O gráfico abaixo mostra a relação do termo integral em função do registro utilizado. este parâmetro está limitado entre 0 e 9999. O valor acumulado do termo integral. 0 °C) 0000 (00.6x/J .0 seg. utilizando uma placa 4004.0 °C) 0000 1000 0000 0010 (10 seg.PROGRAMAÇÃO EM LADDER DO BLOCO PID_I Exemplo de programação O exemplo de programação abaixo mostra parâmetros utilizados para controle de uma malha de temperatura. Fundo de escala entrada Tempo do PWM da saída (período) Estado interno de saída (PWM) Banda Morta Baixa Banda Morta Alta Offset da Saída Máximo Valor da Saída Mínimo Valor da Saída Ganho Derivativo (Td) Ganho Integral (Ti) Ganho Proporcional (Kc) Período de Amostragem Setpoint VALORES A SEREM DECLARADOS 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 5000 00 00 1000 5000 0250 (25.) 0180 0000 (00.0 seg. Fundo de escala saída Max. 3 ENDEREÇO 202Eh 202Ch 202Ah 2028h 2026h 2024h 2022h 2020h 201Eh 201Dh 201Ch 201Ah 2018h 2016h 2014h 2012h 2010h 200Eh 200Ch 200Ah 2008h 2006h 2004h 2002h 2000h DESCRIÇÃO RESERVADO RESERVADO RESERVADO RESERVADO RESERVADO RESERVADO RESERVADO RESERVADO Valor de reset do termo integral RESERVADO Simetria de controle Max.) 0240 (240 seg.TERMOPAR tipo J (0 A 500°C).0) 0010 (1./repetição) 0050 (5.) 2000 (200.0 °C) (byte) (byte) 28 . visando alcançar o ponto otimizado de operação. para determinar com precisão os parâmetros do algoritmo. 29 . devem ser calculados levando em consideração se o sistema possui baixa ou alta inércia.PROGRAMAÇÃO EM LADDER DO BLOCO PID_I Tempo de estabilização O tempo de estabilização de um sistema. e da própria inércia do sistema. Processos de grande inércia necessitam de uma quantidade maior de energia para que tenham uma variação na saída. o usuário deverá testar diferentes valores para os parâmetros. % Baixa inércia Alta inércia 3 S t Os valores iniciais para os parâmetros PID. são dados os seguintes valores iniciais: SISTEMA COM ALTA INÉRCIA Kp ≥ 6 Ti = 300 seg Td = 0 SISTEMA COM BAIXA INÉRCIA Kp ≤ 4 Ti = 100 seg Td = 0 Após esta fase. O gráfico abaixo mostra a diferença entre um processo de alta inércia (em verde) e baixa inércia (em azul) quando aplicada mesma quantidade de energia na saída (em vermelho). depende basicamente da quantidade de energia aplicada. Também é possível aplicar o método de Ziegler-Nichols descrito na página 41 deste manual. Como sugestão. PROGRAMAÇÃO EM LADDER DO BLOCO PID_I 3 30 . CAPÍTULO 4 – SOFTWARE DE MONITORAÇÃO CAPÍTULO 4 SOFTWARE DE MONITORAÇÃO 31 . SOFTWARE DE MONITORAÇÃO 4 32 . permitindo a alteração dos parâmetros on-line. utilizaremos o software PID Config que realiza a monitoração e a configuração dos parâmetros PID. Descrição da interface com o usuário A interface do PID Config proporciona diversas opções para que o usuário possa monitorar seu projeto.SOFTWARE DE MONITORAÇÃO PID Config Para realizar a sintonia dos blocos PID inseridos no ladder. A. podendo também observar em tempo real a atuação do PID em seu processo. B. Barra de título Identifica o software e mostra qual instrução PID está sendo monitorada. Maximizar. C. B. Sugerimos que você invista alguns minutos de seu tempo para se familiarizar com a área de trabalho do PID Config. 4 E. quando alguma delas está habilitada. D. Controles do Windows São os controles padrão do Windows para toda aplicação (Minimizar. 33 . Fechar). A. Para fazer isto. Possui 4 menus: Arquivo.TERMOPAR tipo J (0 A 500°C).40 DESCRIÇÃO BASTIDOR COM 04 SLOTS CPU XA RAM C/ BATERIA 8E/8S “P” 24 Vcc EXPANSÃO TEMPERATURA 4 CANAIS TIPO “J” FONTE DE ALIMENTAÇÃO CHAVEADA 93 A 250 Vca c/ 24 Vcc AUXILIAR Na configuração de hardware. 34 .6x/J .24 4004. Janelas e Sobre. São compostas pelas guias Dados e Gráfico. no WinSUP 2.SOFTWARE DE MONITORAÇÃO C. Comunicação.65/J 4004.5 crie um novo projeto e insira um bloco PID_I como mostrado abaixo: A aplicação-exemplo utilizará os seguintes hardwares: CÓDIGO 4004. Observe que somente o canal 1 é habilitado e não utilizaremos o PID presente na placa de temperatura. D. Utilizando a guia “Gráfico” configuram-se as escalas utilizadas no gráfico. a parametrização da placa de temperatura será feita conforme a figura ao lado. E. pois o controle será realizado pelo bloco PID_I. utilizando uma placa 4004. Supervisão gráfica Permite realizar a supervisão de qualquer uma das variáveis do bloco PID que está sendo monitorado. Guias de configuração Estas guias configuram toda a parametrização dos blocos PID supervisionados. Como começar ? 4 OBSERVAÇÃO O exemplo utilizado a seguir mostra parâmetros utilizados para controle de uma malha de temperatura. Barra de menu Concentra todos os comandos do PID Config. Deve-se ter uma aplicação ou um projeto de exemplo que contenha pelo menos uma instrução PID_I no ladder.06R 4004. o PID Config fará a leitura do programa usuário do CLP e não encontrará nenhuma instrução PID_I. não é possível alterar os parâmetros do canal serial. no menu “Comunicação” pressione “Desconectar”. com o CLP conectado em um de seus canais seriais. (default: 57600). se possível defina outra porta de comunicação para estabelecer conexão. (default: COM1). como mostrado ao lado. 4 Após confirmar os parâmetros de comunicação. Do contrário. Time-out (ms): Tempo de espera pela resposta dos dados do CLP. no menu “Comunicação” pressione “Conectar”. As configurações são feitas individualmente para cada instrução. Caso isto ocorra. no menu “Comunicação”. Verifique se a porta utilizada não está sendo ocupada por outros aplicativos como o WinSUP. Durante a conexão com o CLP. Utilize um CLP que já esteja com o software carregado utilizando a instrução PID_I. escolha a opção “Configurar”.SOFTWARE DE MONITORAÇÃO Configurando a comunicação do PID Config O software PID Config. TaprWin ou algum software supervisório. (Default: 1000ms) Baud Rate: Definição da taxa de comunicação programada no CLP para estabelecer comunicação com o PID Config. quando conectado com o CLP. Após iniciar o software. A seguinte janela será apresentada: Nesta janela é realizada a configuração do canal seria utilizado para a comunicação do PID Config com o CLP. Porta: Defina a porta de comunicação do PC utilizada para realizar a conexão. é necessário desconectar o software para realizar qualquer modificação. Finda esta temporização o software acusa falha de comunicação. 35 . Estão disponíveis as portas COM1 até COM4. impossibilitando a utilização do software. Para desconectar. realiza a leitura do programa usuário a procura de instruções PID_I existentes. ou desocupe a porta utilizada. A coluna “Endereço” mostra o endereço que a constante definida na coluna “Valor” é guardada. no menu “Arquivo”. selecione a opção “Novo”. a opção “Habilita” será habilitada. Uma janela será aberta. Após selecioná-la. Após a leitura do CLP. como mostrado abaixo: 4 Na caixa de seleção “Instrução”. 36 .SOFTWARE DE MONITORAÇÃO Supervisionando o bloco PID_I Com o PID Config conectado ao CLP. Marque esta opção para que o software possa realizar a leitura dos registros declarados inseridos no bloco PID_I. Como o projeto carregado no CLP possui somente uma instrução PID_I. A coluna “Valor” identifica o valor atual do referido parâmetro no CLP. a tabela de parâmetros ficará como mostrado ao lado. escolha qual instrução PID será configurada. Estes endereços foram definidos pelo usuário ao inserir o bloco PID_I no ladder. como mostrado ao lado. • • • A coluna “Descrição” mostra a identificação dos parâmetros do PID.clique na célula desejada. Para alterá-lo basta dar um duplo . a única opção da caixa de seleção será “Instrução1”. Para fazer isto. O usuário deve adequar estes valores para o tipo de controle a ser utilizado. os endereços são: • Manual: 200h • Habilita: 201h Ao ligar o EI 201h (Habilita PID) o CLP começará a realizar o controle PID do bloco em questão. defina os EI’s utilizados para controle de bloco PID_I no ladder do CLP. no canto superior direito da janela de configuração do bloco PID_I. 4 Supervisão gráfica Com o controle habilitado. O controle manual é acessado passando-se o EI 200h para ON. para realizar a correta parametrização dos parâmetros do bloco. utilize a supervisão gráfica para acompanhar o status de sua malha de controle. como mostrado ao lado Dentro desta guia existem 2 regiões distintas: “Penas” e “Tempos”. 37 . Esta tabela de valores padrão para controle de malha de temperatura é mostrada logo ao lado: Nos campos “Habilita” e “Manual”. No caso do exemplo utilizado. Estas guias estão descritas na página a seguir. clique sobre a guia “Gráfico”.SOFTWARE DE MONITORAÇÃO Os parâmetros sugeridos neste exemplo são válidos para um controle de malha de temperatura. Para definir a escala desejada. como escala de tempo. caso o intervalo de tempo que se deseja observar não esteja mais visível no gráfico. As opções disponíveis são: Para selecionar quais variáveis serão supervisionadas. 4 Em cada uma destas variáveis. Nesta mesma seção definem-se as cores do grid e do fundo da supervisão gráfica. A seção “Cursor” permite que os valores identificados no gráfico possam ser visualizados com precisão. Para habilitar o curso durante a supervisão gráfica. é possível definir a cor da pena utilizada. selecione uma variável qualquer e pressione o botão “Pena” da seção “Cores” desta guia. A seção Grid define a escala utilizada pelo gráfico durante a supervisão e a quantidade de divisões que os eixos X e Y serão repartidos. na seção “Penas”. Para isto. até a posição desejada. 38 . esta escala pode variar de 1 minuto até 1 hora.SOFTWARE DE MONITORAÇÃO • Guia Penas Nesta guia definem-se quais parâmetros serão supervisionados. offset de posição e captação de dados. A seção “Intervalo” define a escala de tempo utilizada durante a supervisão gráfica. marque as variáveis desejadas. O PID Config armazena estas informações em um banco de dados permitindo que o gráfico tenha seus dados armazenados para futura referência. • Guia Tempos esta guia definem-se as diversas funções utilizadas durante a supervisão gráfica. Os dados das penas habilitadas aparecerão no canto superior direito do gráfico. mova a barra deslizante para a direita. A mudança destes parâmetros pode ser feita on-line com a supervisão. clicando com o botão esquerdo sobre a caixa de seleção ao lado de seu respectivo nome. como mostrado ao lado. marque a opção “Mostra cursor” e utilize a barra deslizante para posicionar o cursor na posição desejada. A seção “Offset” permite que o usuário observe o histórico do comportamento do PID. CAPÍTULO 5 – SINTONIA DO PID_I CAPÍTULO 5 SINTONIA DO PID_I 39 . SINTONIA DO PID_I 5 40 . o que indica que esse processo é não-auto-regulado. pois a curva de reação atinge um novo estado estacionário. Em contraste. Nesse caso. Uma pequena mudança em degrau de amplitude A é gerada na saída do controlador e a resposta medida do processo ou curva de reação do processo c(t) é registrada. a inclinação da tangente através do ponto de inflexão da curva de L. o tempo morto.SINTONIA DO PID_I Método Ziegler-Nichols A técnica de sintonia “on-line” utilizada pelo software PID Config chama-se Método da Curva de Reação do Processo. Dois diferentes tipos de curvas de reação de processo são mostradas na figura abaixo para mudanças em degrau na entrada no instante t=0. o processo considerado no gráfico 2 é auto-regulado. Esse método é baseado em um único teste experimental. A resposta para o gráfico 1 é ilimitada. conforme mostrado abaixo: c(t) Reta tangente no ponto de inflexão K 0 L T Curva de resposta em forma de S t 41 . que é realizado com o controlador em modo manual. c(t) GR ÁF ICO 1 c(t) GR ÁF ICO 2 5 t Curvas de resposta de processos auto-regulados e não auto-regulados. a resposta é caracterizada por dois parâmetros: T . t O método é aplicável para processos auto-regulados. 9 1.SINTONIA DO PID_I A curva em forma de S pode se caracterizar por duas constantes: o tempo de retardo L e a constante de tempo T.2 Ti Td 0 0 0.Ls Ts + 1 A tabela abaixo mostra a regra de sintonia de Ziegler-Nichols baseada na resposta do processo a controlar a uma excitação em degrau: Tipo de controlador Kp T L 0. A função de transferência C(s) / U(s) pode ser aproximada à de um sistema de primeira ordem com retardo de transporte.5L 5 P PI PID ∞ T L T L L 0. conforme assinalado na figura da página anterior. O tempo de retardo e a constante de tempo podem ser determinados traçando-se uma reta tangente à curva em forma de S no ponto de inflexão e determinando-se as interseções com o eixo dos tempos e com a reta b(t) = K. como a seguir: C(s) U(s) = Ke .3 2L 42 . Caso não seja especificado um destino para o arquivo (como mostrado na figura acima) o mesmo será salvo no diretório raiz onde o programa foi instalado. Antes de habilitar a instrução. Habilitando a instrução em modo automático. certifique-se que o EI de controle manual/automático está em modo MANUAL.SINTONIA DO PID_I Sintonizando o processo via PID Config O software PID Config permite realizar a sintonia do algoritmo PID utilizado em seu processo.dat no local definido pelo usuário. As páginas a seguir mostras passo-a-passo como realizar esta sintonia. clique em “Novo” e escolha qual instrução você deseja monitorar (para mais detalhes sobre a utilização do PID Config. No menu “Arquivo”. Ao ser gerado. o controle poderá se desestabilizar. pois o PID tentará realizar o controle do processo. 43 . opção “Conectar”). pode ser renomeado como desejado. NOTA O nome de arquivo. ele é salvo com a extensão *. • 1º PASSO – Controle manual com DATALOG ligado Inicie o software PID Config e estabeleça uma conexão (menu “Comunicação”. 5 Na guia “Gráfico”. leia o capítulo 4 – Software de Monitoração). defina um nome e caminho para o arquivo de destino do DATALOG. apesar de estar nomeado como datalog. no campo “Arquivo” e marque a opção “Criar log” como mostrado na figura ao lado. e aguarde até que a entrada estabilize. Para processos de temperatura.Aplicar um “degrau” Para que a sintonia possa ser realizada o software necessita de alguns dados do processo. o DATALOG já possuirá as informações necessárias para calcular os parâmetros necessários para a sintonia do PID. Após o ajuste da curva.SINTONIA DO PID_I • 2º PASSO . Saída (CV) 44 . este tempo pode levar mais de 1 hora. como mostrado na figura abaixo. Aplique um “degrau” na saída. 5 PV Degrau de nível. Estes dados devem ser tomados em modo manual da seguinte maneira: Com o PID inicialmente em modo MANUAL. habilite-o e espere até que o valor de entrada esteja estabilizado. basta escolher uma das penas que deseje mudar de cor e clicar sobre o botão “Pena” na seção “Cores”. escolha a opção “Histórico”. no canto direito da janela pode-se visualizar as penas disponíveis para este modo de visualização. por exemplo. Tendo configurado as opções de visualização da maneira desejada (definição de intervalo e offset também estão disponíveis para o modo de visualização de histórico) clique sobre o botão “Sintonia” para iniciar o processo de cálculo de sintonia. Clique na penas desejadas para visualizá-las. você pode mudar a cor das penas habilitadas para monitoração. Na janela que se abre. bem como a cor de fundo e do grid utilizado no gráfico.SINTONIA DO PID_I • 3º PASSO – Visualizando histórico Com o arquivo DATALOG criado. Para uma melhor visualização. no menu “Visualizar”. mostrada logo ao lado. mostrada logo abaixo. Para isto. 5 Ao abrir o arquivo. clique no botão “Abrir” e procure pelo DATALOG que você gerou nos passos anteriores. e ajuste os valores de fundo de escala da maneira que desejar na seção “Grid”. 45 . Defina o tipo de controle desejado (P. podendo você modificar qualquer a curva característica gerada pelo algoritmo. Ti e Td para a correta sintonização do controle da instrução pertencente e este gráfico. o gráfico é atualizado mostrando a nova inclinação da reta tangente gerada. de modo a otimizar o resultado final. indicando os valores de Kp. Estes valores podem ser alterados utilizando as teclas Observe que ao fazer isto. PI ou PID) e clique em “Sintonizar”. conforme mostrado na figura abaixo: e das seções “Move” e “Move tangente”. 46 .SINTONIA DO PID_I • 4º PASSO – Sintonia pelo tipo de controle utilizado Pressionando-se o botão “Sintonia” e seguinte janela será apresentada: 5 Nela serão mostrados os parâmetros calculados para a melhor otimização possível de seu processo. Um gráfico será gerado. passe para modo automático e verifique se o controle está satisfatório. 47 . 5 Feito isso. os valores apresentados nesta janela deverão ser transportados para a guia “Dados” a janela principal do PID Config.SINTONIA DO PID_I • 5º PASSO – Passando os par âmetros para o controlador Após ajustar a curva da janela sintonia. SINTONIA DO PID_I 5 48 . APÊNDICE A – FLUXOGRAMA DO ALGORÍTMO PID ISA APÊNDICE A FLUXOGRAMA DO ALGORÍTMO PID_I 49 . FLUXOGRAMA DO ALGORÍTMO PID_I A 50 . Proporcional FLUXOGRAMA DO ALGORÍTMO PID_I Kp•erro(t) FEEDFORWARD (BIAS) Banda Morta Integral Limitação + SP 100 _ + + + 0 Erro ∑ Ti ∞ Kp•∆t•erro(t) Anti-reset ou anti-windup MV + PROCESSO PV 51 Derivativo Kp•Td• ( PV(t-1)_ PV(t) ∆t ) A . FLUXOGRAMA DO ALGORÍTMO PID_I A 52 .