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Factory Automation

Regulación con programa de PLC

1. Funciones PID + TPO1. Funciones PID + TPO

Marcos LarraldeMarcos Larralde

PLCsPLCs: Introducci: IntroduccióónnPID con dos PID con dos grados grados de de libertadlibertad

• Cuando se previene el sobrepasamiento con un control PID simple se ralentiza la estabilización ante perturbaciones (1), mientras que sise 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).


PLCsPLCs: Introducci: Introduccióónn

Kp(1-β) Td･s/(1+λTd･s)

1+(1-α)Ti･s1+Ti･s Kp{1+1/(Ti･s)} Process

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

SP PVMV+

-

++

-

DiagramaDiagrama de de bloquesbloques del control PID Omron con dos del control PID Omron con dos grados grados de de libertadlibertad


PLCsPLCs: Introducci: IntroduccióónnPID con dos PID con dos grados grados de de libertadlibertad: : prevenciprevencióón n de de sobrepasamientossobrepasamientos

SP

PerturbaciónFF

PID+ -

+ +

+-

Sólo se efectúa sobreSP. (Sólo paraOvershoot)

Y lo resta del MV.Sirve para frenar el Overshoot.

MVe

La lógica es un constante. (Alfa)

Mientras la lógica PID controla alcance del SP,Offset y Hunting


PLCsPLCs: Introducci: IntroduccióónnComportamientoComportamiento de de los parlos paráámetros metros PID: PPID: 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.


PLCsPLCs: Introducci: IntroduccióónnComportamientoComportamiento de de los parlos paráámetrosmetros: I: 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.


PLCsPLCs: Introducci: IntroduccióónnComportamientoComportamiento de de los parlos paráámetrosmetros: D: 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.



ComportamientoComportamiento de de los parlos paráámetros metros PIDPID

MV= 100Pb

1Ti e dt Td

dedte +( + )

Grande Adecuado Pequeño

Inestabilidad(Hunting pequeño)

Corrige perturbación

Corrección lenta de

perturbación

Offset Corrige Offset Oscilación

OffsetAlcance a SP

lento

Corrigepicos y

oscilaciones

Pico yOscilación



ConstanteConstante Alpha: Alpha: ganancia ganancia de Feedde Feed--forwardforward• 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).

t (seg.)Perturbación

T (ºC)

SP

Correcto

Step-response

alfa=0

alfa=1

Alfa correcto


PLCsPLCs: Introducci: IntroduccióónnAjuste Ajuste de de parparáámetros metros PID: PID: orientacionesorientaciones

• 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 respondeexcesivamente rápido podemos tener oscilaciones.


PLCsPLCs: Introducci: IntroduccióónnOrientaciones Orientaciones en el en el uso uso de la de la regulaciregulacióónn PIDPID

• 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 acciónintegral 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 nivelocurre lo mismo aunque puede prescindirse de la acción integral si el error es aceptable.


PLCsPLCs: Introducci: IntroduccióónnOrientaciones Orientaciones en el en el uso uso de la de la regulaciregulacióónn PIDPID

• Es esencial la acción derivativa en la regulación de temperatura porque los retardos son considerables, pero es innecesaria en la regulación de la presiónde 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 acciónintegral 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.


PLCsPLCs: Funci: Funcióón PID(190)n PID(190)

InstrucciInstruccióón n PIDPID


PLCsPLCs: Funci: Funcióón PID(190)n PID(190)ParParáámetros metros 1/21/2

Consigna: SV



Rangos Rangos de la variable de de la variable de entrada entrada (PV) y de (PV) y de salida salida (MV)(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.



PID

FF



MV cuando PV = SP


PLCsPLCs: Funci: Funcióón PID(190)n PID(190)MV MV cuandocuando PV = SPPV = SP



Tiempo de muestreo



TiempoTiempo de de Muestreo Muestreo (PID) y (PID) y TiempoTiempo de de Ciclo Ciclo (CPU)(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 entrefunciones PID por tiempo de ciclo es mayor o igual al período de muestreo especificado para la función.



TiempoTiempo de de MuestreoMuestreo y y TiempoTiempo de de CicloCiclo

• Ejemplo: Periódo de muestreo = 100 ms, Tiempo de Ciclo = 60 ms.



Cambios PID



Directo / Inverso


PLCsPLCs: Funci: Funcióón PID(190)n PID(190)DirectoDirecto//InversoInverso



Límite MV: sí o no



Rango PV



Unidades de I y D



Rango MVLímites

inferior y superior de

MV



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 esdefine el flag de siempre a ON como condición de la función.


PLCsPLCs: Funci: Funcióón TPO(685)n TPO(685)

InstrucciInstruccióón n TPOTPO• Time Proportional Output: salida de pulsos proporcional desde un valor de MV



Tiempo proporcionalTiempo proporcional

ON

OFF

M 00% 100% MV

ePb / 2

-Pb / 2

0

t

• Salida contacto (TRT, SSR)

Periodo de Control (CP)

ON

OFF

Tiempo ON (Ton)

MV = 100CP

Ton



Ejemplo Ejemplo de de conexionadoconexionado


PLCsPLCs: Funci: Funcióón TPO(685)n TPO(685)ParParáámetrosmetros

Variable de entrada


PLCsPLCs: Funci: Funcióón TPO(685)n TPO(685)Variable de Variable de entradaentrada

• 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].



Período de control



Límites inf. y sup. de la salida



No usar



InstrucciInstruccióón n TPO + PIDTPO + PID


PLCsPLCs: Funci: Funcióón TPO(685)n TPO(685)InstrucciInstruccióón n TPO + PID (con TPO + PID (con lectura lectura al al inicio inicio del del perperííodo odo de control)de control)



InstrucciInstruccióón n TPO + PID (valor TPO + PID (valor mmíínimonimo))



InstrucciInstruccióón n TPO + PID (valor TPO + PID (valor mmááximoximo))



InstrucciInstruccióón n TPO + PID (TPO + PID (ajusteajuste continuo)continuo)

2. Funci2. Funcióón PIDATn PIDAT


PLCsPLCs: Funci: Funcióón PIDAT(191)n PIDAT(191)

InstrucciInstruccióón n PIDATPIDAT



InstrucciInstruccióón n PIDATPIDAT

• La función PIDAT se comporta como la función PID, con la funciónde autotuning añadida.

• Autotuning:



InstrucciInstruccióón n PIDAT: PIDAT: ejemploejemplo

3. Otras funciones3. Otras funciones


PLCsPLCs: Otras funciones: Otras funciones

InstrucciInstruccióón n LMT: Limit Control.LMT: Limit Control.

InstrucciInstruccióónn BAND: Dead Band Control.BAND: Dead Band Control.

InstrucciInstruccióónn ZONE: Dead Zone Control.ZONE: Dead Zone Control.

InstruccionesInstrucciones SCL, SCL2 y SCL3.SCL, SCL2 y SCL3.

InstrucciInstruccióónn AVG: Average.AVG: Average.


PLCsPLCs: Ejemplo de regulaci: Ejemplo de regulacióónnON

OFF

GraciasGracias

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