Como usar a função de controle PID no CLP Siemens?

Ei! Como fornecedor de CLP da Siemens, recebi muitas perguntas sobre o uso da função de controle PID em CLPs da Siemens. É um recurso super útil, mas pode ser um pouco complicado de entender no início. Então, pensei em compartilhar algumas dicas e truques sobre como usá-lo de forma eficaz.

O que é controle PID?

Antes de nos aprofundarmos em como usar o controle PID em CLPs Siemens, vamos ver rapidamente o que é controle PID. PID significa Proporcional, Integral e Derivativo. É um algoritmo de controle usado para regular uma variável do processo, como temperatura, pressão ou vazão, até um ponto de ajuste desejado.

O termo proporcional ajusta a saída com base no erro atual entre o ponto de ajuste e a variável do processo. O termo integral acumula o erro ao longo do tempo e ajusta a saída para eliminar qualquer erro em estado estacionário. O termo derivativo prevê o erro futuro com base na taxa de mudança da variável do processo e ajusta a saída para evitar overshoot.

Por que usar o controle PID em CLPs Siemens?

Os CLPs da Siemens são amplamente utilizados em automação industrial porque são confiáveis, flexíveis e fáceis de programar. A função de controle PID nos CLPs Siemens permite implementar estratégias de controle avançadas para melhorar o desempenho e a eficiência de seus processos.

Aqui estão alguns dos benefícios de usar o controle PID em CLPs Siemens:

• Melhor estabilidade do processo:O controle PID ajuda a manter uma variável de processo estável ajustando a saída com base no erro atual e na taxa de mudança da variável de processo.
• Overshoot e tempo de acomodação reduzidos:O termo derivativo no controle PID ajuda a prever o erro futuro e ajustar a saída para evitar overshoot. O termo integral ajuda a eliminar qualquer erro em estado estacionário e a reduzir o tempo de acomodação.
• Maior eficiência:O controle PID ajuda a otimizar o processo ajustando a saída ao nível mínimo necessário para manter o ponto de ajuste. Isso pode resultar em economia de energia e redução do desgaste do equipamento.

Como usar o controle PID em CLPs Siemens

Agora que cobrimos o que é controle PID e por que ele é útil, vamos dar uma olhada em como usá-lo em CLPs Siemens. O processo de utilização do controle PID em CLPs Siemens pode ser dividido nas seguintes etapas:

1. Defina a variável do processo e o ponto de ajuste:O primeiro passo é definir a variável do processo que se deseja controlar, como temperatura, pressão ou vazão, e o setpoint desejado.
2. Selecione o bloco controlador PID apropriado:Os CLPs da Siemens oferecem uma variedade de blocos controladores PID, cada um com diferentes recursos e capacidades. Você precisará selecionar o bloco controlador PID apropriado com base nos requisitos da sua aplicação.
3. Configure o bloco controlador PID:Depois de selecionar o bloco controlador PID apropriado, você precisará configurá-lo definindo os parâmetros PID, como ganho proporcional, tempo integral e tempo derivativo.
4. Conecte o bloco controlador PID à variável de processo e à saída:O próximo passo é conectar o bloco controlador PID à variável de processo e à saída. A variável do processo normalmente é medida usando um sensor, e a saída normalmente é um sinal de controle usado para ajustar o processo.
5. Sintonize o controlador PID:Depois de configurar o bloco controlador PID e conectá-lo à variável de processo e à saída, você precisará ajustar o controlador PID para otimizar seu desempenho. Isto envolve ajustar os parâmetros PID para obter a resposta desejada.

Vamos dar uma olhada em cada uma dessas etapas.

Etapa 1: Definir a variável de processo e o ponto de ajuste

O primeiro passo para utilizar o controle PID em CLPs Siemens é definir a variável de processo que se deseja controlar e o setpoint desejado. A variável do processo normalmente é medida usando um sensor, como um sensor de temperatura, sensor de pressão ou sensor de fluxo. O setpoint é o valor desejado da variável de processo que você deseja manter.

Por exemplo, digamos que você esteja controlando a temperatura de um processo de aquecimento. A variável do processo seria a temperatura do processo de aquecimento, e o setpoint seria a temperatura desejada que se deseja manter.

Etapa 2: Selecione o bloco controlador PID apropriado

Os CLPs da Siemens oferecem uma variedade de blocos controladores PID, cada um com diferentes recursos e capacidades. Você precisará selecionar o bloco controlador PID apropriado com base nos requisitos da sua aplicação.

Alguns dos fatores que você precisa considerar ao selecionar um bloco controlador PID incluem:

• Número de entradas e saídas:O bloco controlador PID deve ter entradas e saídas suficientes para acomodar os requisitos da sua aplicação.
• Algoritmo PID:O bloco controlador PID deve suportar o algoritmo PID que você deseja usar, como o algoritmo PID padrão ou o algoritmo PI.
• Tempo de amostragem:O tempo de amostragem do bloco controlador PID deve ser apropriado aos requisitos da sua aplicação.
• Unidades de dimensionamento e engenharia:O bloco controlador PID deve suportar as unidades de escala e engenharia de sua variável de processo e saída.

Aqui estão alguns dos blocos controladores PID que estão disponíveis nos CLPs Siemens:

• FB41 (CONT_C):Este é um bloco controlador PID padrão disponível em CLPs Siemens. Ele suporta o algoritmo PID padrão e possui uma variedade de recursos e capacidades, como ajuste automático, modo manual e anti-windup.
• FB42 (CONT_S):Este é um bloco controlador PID especializado projetado para uso em processos contínuos. Ele suporta o algoritmo PI e possui uma variedade de recursos e capacidades, como ajuste automático, modo manual e anti-windup.
• FB43 (PULSEGEN):Este é um bloco controlador PID especializado projetado para uso em aplicações de modulação por largura de pulso (PWM). Ele suporta o algoritmo PID padrão e possui uma variedade de recursos e capacidades, como ajuste automático, modo manual e anti-windup.

Etapa 3: Configurar o bloco controlador PID

Depois de selecionar o bloco controlador PID apropriado, você precisará configurá-lo definindo os parâmetros PID, como ganho proporcional, tempo integral e tempo derivativo. Os parâmetros PID determinam como o controlador PID responde às alterações na variável de processo e no ponto de ajuste.

O ganho proporcional determina a força do termo proporcional no algoritmo PID. Um ganho proporcional mais alto resultará em uma resposta mais rápida, mas também pode levar a overshoot e instabilidade. Um ganho proporcional menor resultará em uma resposta mais lenta, mas também pode levar a um sistema mais estável.

O tempo integral determina a força do termo integral no algoritmo PID. Um tempo integral mais curto resultará em uma eliminação mais rápida do erro em estado estacionário, mas também pode levar a overshoot e instabilidade. Um tempo integral mais longo resultará numa eliminação mais lenta do erro em estado estacionário, mas também pode levar a um sistema mais estável.

O tempo derivativo determina a força do termo derivativo no algoritmo PID. Um tempo derivativo mais longo resultará em uma previsão mais rápida do erro futuro e em uma resposta mais rápida, mas também pode levar a ruído e instabilidade. Um tempo de derivação mais curto resultará numa previsão mais lenta do erro futuro e numa resposta mais lenta, mas também pode levar a um sistema mais estável.

O processo de configuração do bloco controlador PID pode ser um pouco complicado, especialmente se você for novo no controle PID. Felizmente, os CLPs da Siemens oferecem uma variedade de ferramentas e recursos para ajudá-lo a configurar o bloco controlador PID, como a ferramenta PID Tuner e o sistema de Ajuda Online.

Etapa 4: Conecte o bloco controlador PID à variável de processo e saída

O próximo passo é conectar o bloco controlador PID à variável de processo e à saída. A variável do processo normalmente é medida usando um sensor, e a saída normalmente é um sinal de controle usado para ajustar o processo.

O processo de conexão do bloco controlador PID à variável de processo e à saída pode variar dependendo do tipo de bloco controlador PID que você está usando e do tipo de sensor e saída que você está usando. No entanto, o processo geral envolve as seguintes etapas:

1. Conecte a variável de processo à entrada do bloco controlador PID:A variável do processo normalmente é medida usando um sensor, como um sensor de temperatura, sensor de pressão ou sensor de fluxo. Você precisará conectar a saída do sensor à entrada do bloco controlador PID.
2. Conecte a saída do bloco controlador PID ao dispositivo de saída:A saída do bloco controlador PID é normalmente um sinal de controle usado para ajustar o processo. Você precisará conectar a saída do bloco controlador PID à entrada do dispositivo de saída, como uma válvula, motor ou aquecedor.
3. Configure a escala de entrada e saída:A escala de entrada e saída determina como a variável de processo e a saída são convertidas entre as unidades físicas e os valores digitais que são usados ​​pelo bloco controlador PID. Você precisará configurar a escala de entrada e saída com base nas especificações do sensor e do dispositivo de saída.

Etapa 5: sintonizar o controlador PID

Depois de configurar o bloco controlador PID e conectá-lo à variável de processo e à saída, você precisará ajustar o controlador PID para otimizar seu desempenho. Isto envolve ajustar os parâmetros PID para obter a resposta desejada.

O processo de ajuste do controlador PID pode ser um pouco complicado, especialmente se você for novo no controle PID. No entanto, há uma variedade de métodos e técnicas que você pode usar para ajustar o controlador PID, como o método Ziegler-Nichols, o método Cohen-Coon e o recurso de autoajuste.

O método Ziegler-Nichols é um método popular para ajustar o controlador PID. Envolve as seguintes etapas:

1. Defina o tempo integral e o tempo derivado como zero:O primeiro passo é definir o tempo integral e o tempo derivativo para zero e aumentar o ganho proporcional até que o sistema comece a oscilar.
2. Registre o ganho crítico e o período crítico:O ganho crítico é o ganho proporcional no qual o sistema começa a oscilar, e o período crítico é o período de tempo das oscilações.
3. Calcule os parâmetros PID:Depois de registrar o ganho crítico e o período crítico, você pode calcular os parâmetros PID usando as fórmulas de Ziegler-Nichols.

O método Cohen-Coon é outro método popular para ajustar o controlador PID. É semelhante ao método Ziegler-Nichols, mas leva em consideração a dinâmica do processo e o tempo morto do sistema.

O recurso de autoajuste é uma maneira conveniente de sintonizar o controlador PID. Está disponível em alguns CLPs Siemens e permite sintonizar automaticamente o controlador PID executando um teste no sistema.

Exemplos de uso de controle PID em CLPs Siemens

Agora que cobrimos os fundamentos do uso do controle PID em CLPs Siemens, vamos dar uma olhada em alguns exemplos de uso do controle PID em aplicações do mundo real.

Exemplo 1: Controle de Temperatura

Digamos que você esteja controlando a temperatura de um processo de aquecimento usando um PLC Siemens. A variável do processo é a temperatura do processo de aquecimento, e o setpoint é a temperatura desejada que você deseja manter.

As etapas a seguir descrevem como você pode usar o controle PID para controlar a temperatura do processo de aquecimento:

1. Defina a variável do processo e o ponto de ajuste:A variável do processo é a temperatura do processo de aquecimento, e o setpoint é a temperatura desejada que você deseja manter.
2. Selecione o bloco controlador PID apropriado:Você precisará selecionar o bloco controlador PID apropriado com base nos requisitos da sua aplicação. Para este exemplo, vamos utilizar o bloco controlador PID FB41 (CONT_C).
3. Configure o bloco controlador PID:Você precisará configurar o bloco do controlador PID definindo os parâmetros PID, como ganho proporcional, tempo integral e tempo derivativo. Para este exemplo, vamos usar os seguintes parâmetros PID:
   • Ganho proporcional: 2,0
   • Tempo integral: 100 s
   • Tempo derivado: 10 s
4. Conecte o bloco controlador PID à variável de processo e à saída:Você precisará conectar o bloco controlador PID à variável do processo e à saída. A variável do processo normalmente é medida usando um sensor de temperatura, e a saída normalmente é um sinal de controle usado para ajustar o aquecedor.
5. Sintonize o controlador PID:Você precisará ajustar o controlador PID para otimizar seu desempenho. Isto envolve ajustar os parâmetros PID para obter a resposta desejada. Neste exemplo, vamos usar o método Ziegler-Nichols para ajustar o controlador PID.

Exemplo 2: Controle de Pressão

Digamos que você esteja controlando a pressão de um sistema hidráulico usando um CLP Siemens. A variável do processo é a pressão do sistema hidráulico, e o setpoint é a pressão desejada que você deseja manter.

As etapas a seguir descrevem como você pode usar o controle PID para controlar a pressão do sistema hidráulico:

1. Defina a variável do processo e o ponto de ajuste:A variável do processo é a pressão do sistema hidráulico, e o setpoint é a pressão desejada que você deseja manter.
2. Selecione o bloco controlador PID apropriado:Você precisará selecionar o bloco controlador PID apropriado com base nos requisitos da sua aplicação. Para este exemplo, vamos utilizar o bloco controlador PID FB41 (CONT_C).
3. Configure o bloco controlador PID:Você precisará configurar o bloco do controlador PID definindo os parâmetros PID, como ganho proporcional, tempo integral e tempo derivativo. Para este exemplo, vamos usar os seguintes parâmetros PID:
   • Ganho proporcional: 1,5
   • Tempo integral: 150 s
   • Tempo derivado: 15 s
4. Conecte o bloco controlador PID à variável de processo e à saída:Você precisará conectar o bloco controlador PID à variável do processo e à saída. A variável do processo normalmente é medida usando um sensor de pressão, e a saída normalmente é um sinal de controle usado para ajustar a bomba.
5. Sintonize o controlador PID:Você precisará ajustar o controlador PID para otimizar seu desempenho. Isto envolve ajustar os parâmetros PID para obter a resposta desejada. Neste exemplo, vamos usar o método Cohen-Coon para ajustar o controlador PID.

Conclusão

Concluindo, usar o controle PID em CLPs Siemens pode ser uma forma poderosa de melhorar o desempenho e a eficiência de seus processos. Seguindo as etapas descritas nesta postagem do blog, você aprenderá como usar o controle PID em CLPs Siemens e aplicá-lo às suas próprias aplicações.

Se você estiver interessado em aprender mais sobre como usar o controle PID em CLPs Siemens ou se estiver procurando um fornecedor confiável de CLP Siemens, não hesite em nos contatar. Teremos prazer em ajudá-lo com suas necessidades de automação.

Referências

• Automação e Drives Siemens. (20XX). Manual do sistema SIMATIC S7-1200.
• Automação e Drives Siemens. (20XX). Manual do sistema SIMATIC S7-1500.
• Automação e Drives Siemens. (20XX). Manual do sistema SIMATIC S7-200.