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Como ajustar controladores PID ... Facilmente!

Um método simples para modelagem de processos e sintonização de Loops

Um método simples para modelagem de processos e sintonização de Loops

Um colega já comentou: "Como você conseguiu isso?"Quando a questão é falada como uma declaração, é quando você sabe que você realizou algo especial. Ironicamente, quando se trata de ajustar controladores PID há apenas alguns truques que podem transformá-lo do cara fazendo um tal comentário no cara recebendo todos os elogios.

Eu sintonizei muitos loops de controle durante minha carreira, mas uma experiência quando eu era um aprendiz jovem claramente se destaca. Com o meu tempo nas forças armadas e na universidade no espelho retrovisor, comecei na indústria como Especialista em Turbinas com uma empresa de serviços de engenharia.

Com certeza - eu estava tão confiante quanto eu era verde. Quando eu fiz a minha primeira tarefa em apoio a um engenheiro de serviços de campo sênior, eu estava certo de que eu entregaria o tipo de serviço que teria meu colega cantando meus elogios e o cliente implorando por mais. Seria livro de texto !!

O cliente precisava de ajuda para ajustar vários PIDs e ganho muito alto em Controle de Processo. Mas como diz o ditado: uma coisa engraçada aconteceu no caminho para o fórum.

Damien Munroe

Damien Munroe

Integração e Vendas Européias, Estação de Controle

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Essa "receita" foi o meu recurso de acesso desde então ... embora agora não tenho que confiar em papel de gráfico e um cronômetro!

O cliente era um produtor de petróleo e gás localizado no Vietnã. Como a maioria dos processos em uma plataforma de petróleo, eles dependiam extensivamente do controle de pressão, nível e fluxo. O que imediatamente me impressionou foi a natureza altamente dinâmica dos controles da fábrica - e o quão diferente eles eram de exemplos de livros didáticos.

O cliente lutou para satisfazer a capacidade de design devido à variabilidade excessiva do processo em seus navios de separação. Lembre-se de que a coleta de dados não era um padrão nos 1990s, portanto a tendência de dados era limitada e o software ainda não era uma opção. Este trabalho exigiria que sintonizássemos os loops manualmente, e os métodos que aprendi na escola não eram adequados para a tarefa.

Embora existam muitos conhecimentos a serem extraídos dos livros didáticos, aprendi rapidamente que ainda há uma visão maior que a experiência de primeira mão. À medida que minha preocupação aumentava minuciosamente, meu colega engajou friamente o gerente da planta com um punhado de perguntas.

Equipado com uma compreensão do objetivo do controle do processo e do conhecimento das mudanças que precipitaram o aumento da variabilidade, ele delineou um procedimento muito simples que seguiríamos para afinar os loops do cliente. Essa "receita" foi o meu recurso de acesso desde então ... embora agora não tenho que confiar em papel de gráfico e um cronômetro!

Enquanto meu último post oferecido dicas para coletar bons dados para ajuste, este cobre um método simples para calcular os três parâmetros do modelo que são usados ​​para derivar os coeficientes de ajuste de um PLC.

1. Até onde: Ganho de Processo, Kp

Process Gain é um parâmetro modelo que descreve o quanto a Variável de Processo Medido muda em resposta à saída do Controlador. Essencialmente, descreve "Quão longe" o processo se move em resposta a uma determinada mudança.

Ao ajustar manualmente os PID, certifique-se de usar dados tendenciais que mostram a Variável de Processo movendo-se de um estado estacionário em resposta a uma mudança na Saída do Controlador. O valor de Process Gain pode ser calculado como a mudança no estado estacionário na Variável Medida dividida pela mudança correspondente na saída do Controlador.

Esteja ciente de que Process Gain deve basear-se nos mesmos valores da unidade de engenharia que são usados ​​no processo. Além disso, saiba que o controlador não usará essas unidades de engenharia. Em vez disso, o controlador usará o intervalo de porcentagem do sinal - será necessário converter o Ganho de processo em unidades que refletem o "intervalo de porcentagem" associado ao seu controlador.

Controladores PID de ajuste: Ganho de processo

Calcule o Ganho de Processo determinando a mudança para a Variável de Processo Medido (PV) e depois dividindo-a pela mudança associada à Saída do Controlador (CO).

2. Quão rápido: Constante de tempo de processo, Ƭp

A Constante de Tempo do Processo é como um relógio que explica ainda mais o relacionamento de Saída do Controlador de Variável de Processo. Especificamente, a Constante de Tempo de Processo descreve "Quão Rápida" a Variável de Processo Medido responde às mudanças na Saída do Controlador.

Para calcular a Constante de Tempo de Processo, reveja os mesmos dados de tendência. É importante identificar o momento em que a Variável de Processo Medido mostra primeiro uma resposta clara e visível ao teste de colisão.

Em seguida, determine o tempo em que a Variável de Processo se estabelece em seu novo valor de estado estacionário (ou seja, o acabamento). O valor para a Constante de Tempo de Processo é igual a 63.2% dessa alteração total.

Quanto menor o valor da Constante de Tempo de Processo, mais rápido seu processo reage às mudanças. A capacidade de controlar um processo é uma função de 1) a velocidade da Constante de Tempo de Processo em relação a 2) a velocidade do último parâmetro do modelo.

Controladores PID de ajuste: constante de tempo de processo

A Constante de Tempo do Processo é encontrada identificando o tempo em que o PV medido atinge 63.2% de sua alteração, subtraindo o tempo em que a mudança de PV começa visivelmente.

3. Quanto atraso: Processo Dead-Time, θp

O tempo que passa do momento em que uma mudança para a saída do controlador é iniciada até que a variável medida mostre uma resposta inicial clara chamada Process Dead-Time. Este parâmetro do modelo indica "Quanto atraso" existe em um determinado processo.

Processo Dead-Time surge devido ao atraso no transporte, amostra ou instrumentação. O cálculo de um valor para Process Dead-Time é relativamente direto. Comece identificando o momento em que a saída do controlador é alterada, então estabeleça o momento em que a Variável de Processo Medido responde.

Process Dead-Time mina a capacidade do controlador PID de manter a estabilidade, pois limita a velocidade pela qual um controlador pode reagir a perturbações. É por esta razão que Process Dead-Time é amplamente referido como o "assassino do controle".

Controladores PID de sintonização: Process Dead Time

Calcule o valor Dead-Time do processo, determinando quando o PV medido responde claramente à alteração no CO e depois resta o tempo no qual o CO foi inicialmente alterado.

Uma vez que calculamos os três parâmetros do modelo, a parte difícil foi feita. Foi fácil, a partir daí, converter cada conjunto de valores em coeficientes de sintonia que funcionaram com os PLCs da plataforma.

Durante essa primeira experiência de ajuste de controladores PID, aprendi duas lições importantes: primeiro, o conhecimento do livro de texto tem suas limitações e, em segundo lugar, os métodos transmitidos por profissionais experientes são como o ouro.

No final da nossa visita, o cliente estava realmente solicitando serviços de suporte adicionais, e eu estava sorrindo no meu colega enquanto questionava e afirmando: "Como você conseguiu isso?"

A maioria dos laços de controle industrial são sintonizados com pouca frequência, oferecendo aos praticantes poucas oportunidades para aplicar seus conhecimentos e muitas vezes resultando em habilidades para escorregar ao longo do tempo.

Felizmente, as oficinas que se concentram em melhores práticas comprovadas estão amplamente disponíveis. Essas oficinas oferecem um meio prático para manter as habilidades afiadas.

Se atender a uma não é uma opção, seja devido a restrições orçamentárias e / ou de tempo, então há guias como esse Isso pode ser útil

Damien Munroe

http://www.controlstation.com

Damien empresta uma visão de controle de processo e automação que nasceu de suas experiências em aviação militar, petróleo e gás offshore, fábricas de precisão e fabricação de semicondutores. Sua educação no

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