PID

PID significa control proporcional, integraly derivativo. Es el más utilizado en control de procesos, control de calefacción y control de movimiento. La función PID calcula el valor del «error» entre una variable de proceso medida y el valor de consigna deseado. Ajusta una salida para intentar minimizar el error. Este ajuste se realiza periódicamente. Cada vez que se realiza un ajuste, tiene en cuenta la magnitud del error (Proporcional), el total acumulado del error a lo largo del tiempo (Integral) y la tasa de cambio del error (Derivativa).

En vBuilder, el control PID es una tarea en segundo plano. Esto significa que usted lo inicia y continuará ejecutándose en segundo plano, calculando constantemente el error, integrándolo y determinando su tasa de cambio y actualizando la salida en base a estos factores combinados con las constantes que usted configure. Por lo tanto, no debe llamar a la herramienta PID en cada ciclo del PLC. Llámela sólo para modificar parámetros.

Una vez iniciado, el PID operará hasta que sea Pausado Si usted es nuevo en PID hay una buena descripción de PID en Wikipedia.

La ecuación PID básica utilizada en la función PID del vBuilder es : O = P*E I * ∫ E dt D * ΔE/dt donde:

• O: Salida
• P: Constante proporcional (a veces denominada ganancia)
• I: Constante integral (a veces denominada Reset)
• D: Constante derivativa (a veces denominada Tasa)
• E: Error
• dt: cambio en el tiempo

Inicio/Continuación

El PID sólo tiene que iniciarse una vez. Continuará funcionando hasta que se ponga en Pausa. Arrancar/Continuar utiliza los siguientes parámetros:

• Salida: Esto es lo que el PID está ajustando realmente. La Salida debe tener un impacto directo en el valor de la Variable de Proceso. Por ejemplo, una válvula de mariposa que controla el suministro de gas a los quemadores de una caldera tiene un impacto directo en la temperatura de la caldera.
• Salida Max: El valor máximo permitido para la Salida. Independientemente del resultado del cálculo del PID, la Salida estará restringida a no más de este valor. [cualquier tipo de variable excepto Bit y ui8]
• Salida Mín: El valor mínimo permitido para la Salida. Independientemente del resultado del cálculo PID, la salida se restringirá a un valor no inferior a este. [cualquier tipo de variable excepto Bit y ui8]
• Variable de Proceso: Es la medida del parámetro que se intenta controlar.
• Valor de consigna: Este es el valor deseado de la Variable de Proceso en este momento
• Input Max: Es el valor máximo de la medida de la Variable de Proceso que se utilizará para el cálculo del PID. Si la medida real supera este valor, se utilizará este valor.
• Entrada Mín: El valor mínimo de la medición de la Variable de Proceso que se utilizará para el cálculo del PID. Si la medida real está por debajo de este valor, se utilizará este valor.
• Proporcional: El multiplicador constante al error.
• Integral: El multiplicador constante a la integral del error.
• Derivada: El multiplicador constante a la derivada del error.
• Frecuencia de muestreo: La cantidad de tiempo entre cada cálculo/ajuste del PID, en milisegundos.
• Congelar sesgo: Esta es una opción seleccionable. Si se selecciona, se utiliza para limitar el impacto de la parte integral de la ecuación a no más de todo el rango de Salida. Esto es útil para prevenir la sobrerreacción después de un período de tiempo en el que algún factor impidió el control real de la Variable de Proceso [lo que posiblemente podría resultar en un valor integral enorme].

Cuando se inicia un PID, éste continuará operando a la frecuencia de muestreo definida, detrás de la escena. En otras palabras, una vez que lo inicias, no necesitas continuar ejecutando bloques PID Start/Continue para su operación. No hace daño a nada si lo hace. Simplemente no es necesario.

Pausa

Un bloque Pausa PID detiene el funcionamiento del PID. Seleccione la variable de Salida del PID que desea pausar, como se muestra aquí..

Reset

Un Reset PID establece el valor Integral al valor requerido para producir una Salida igual al Valor de Reset. Debe hacerlo al iniciar un PID. El Arranque/Continuación no inicializa el valor Integral, porque no sabe si se trata del Arranque real o si es una Continuación. Cuando coloque un Reinicio de PID en un diagrama de flujo, seleccione la variable de Salida del PID que desea reiniciar, como se muestra aquí. Seleccione el valor de la salida del PID con el que desea iniciar el PID.

¿PID con salida digital?

No es útil conectar un PID a una salida digital, porque el PID produce una señal continua (frente a discreta). Necesitas alguna forma de hacer que esa salida continua sea relevante para los componentes hardware. Esto se hace más comúnmente con PWM – modulación por ancho de pulso – en el que la salida se enciende durante un período variable de tiempo en función de la salida del PID. Sin embargo, a algunos componentes de hardware no les gusta ser encendidos y apagados rápidamente, por lo que puede ser necesario limitar la velocidad a la que la válvula conmuta (ejecutando el lazo de control a baja frecuencia). https://www. support.aceautomation.eu/knowledge-base/subroutines-to-download-for-vbuilder/ Ver «Conversión de PID a PWM» Con la salida digital, perderá parte de la ventaja del PID. Tienes que comparar la salida para encendido/apagado con el punto de consigna. Esencialmente, a menudo se necesita un largo tiempo de ciclo de encendido/apagado para proteger los componentes de hardware.

Una breve historia para entender el principio de la regulación

Imagina que conduces tu coche por la autopista y quieres estabilizar la velocidad a 130 km/h. En la práctica, puede hacerlo sin demasiados problemas. En este ejemplo, es importante entender cómo tu mente regula intuitivamente tu velocidad.

Acción proporcional

En primer lugar, lo más intuitivo que haces cuando quieres conducir a una velocidad determinada en la autopista es decirte a ti mismo: «cuanto más despacio conduzca en comparación con la velocidad a la que quiero conducir, más pisaré el pedal del acelerador». La presión sobre el acelerador es, por tanto, proporcional al error que cometes. Es decir, proporcional a la diferencia entre la velocidad deseada y la velocidad real. Con este método, si estás a 50 km/h, pisas a fondo el pedal del acelerador. Tu velocidad aumenta rápidamente y se acerca al límite de velocidad. Una vez que la velocidad alcanza los 130 km/h, el error pasa a ser cero, por lo que sueltas el acelerador. Entonces, debido al efecto de inercia del coche, has superado la velocidad establecida. Cuando sueltas el acelerador, el coche empieza a reducir la velocidad hasta que vuelve a caer por debajo de la velocidad fijada. Así que vuelves a pisar el acelerador, y cada vez más, para intentar alcanzar los 130 km/h. Finalmente, consigues estabilizar la velocidad a una velocidad inferior a la elegida, digamos 120 km/h.

La acción proporcional permite influir en la velocidad de respuesta del proceso. Cuanto mayor sea la ganancia, más rápida será la respuesta, menor será el error estático (en proporcional puro), pero más se deteriorará la estabilidad. Por tanto, hay que encontrar un buen compromiso entre velocidad y estabilidad.

Acción integral

Es entonces cuando piensas: «¡Maldita sea! No consigo la velocidad que quiero. ¡Tengo que añadir otra regla a mi razonamiento! » . Así que decides que si tu velocidad se mantiene por debajo del objetivo durante mucho tiempo, acelerarás cada vez más. Así que decides que, además de acelerar en proporción al error cometido, también debes memorizar este error a lo largo del tiempo. Cuanto mayor sea el error global, más rápido acelerarás. Así, cuando estabilizas tu velocidad en 120 km/h, el error global aumenta y empiezas a pisar cada vez más fuerte el acelerador hasta que alcanzas los 130 km/h. ¡y los superas! En efecto, a 130 km/h, el error global es positivo, así que sigues pisando el acelerador. Una vez alcanzados los 130 km/h, el error es negativo y, por tanto, el error global disminuye. Por lo tanto, levanta el pie del acelerador cada vez con más fuerza hasta volver a los 130 km/h. A 130 km/h, el error vuelve a ser negativo y sigues desacelerando. Así que aceleras una y otra vez hasta que finalmente te estabilizas en 130 km/h tras múltiples oscilaciones.

La acción integral anula el error estático (la diferencia entre la medición y la consigna). Cuanto mayor sea la acción integral (TI pequeña), más rápida será la respuesta y peor la estabilidad. También en este caso hay que encontrar un buen compromiso entre velocidad y estabilidad.

A 130 km/h, piensas: «¡Ya lo tengo! Pero no he sido muy eficiente… ¿No deberíamos añadir una tercera regla para ser más eficientes? » . Es entonces cuando decides anticipar tu velocidad. Cuanto más cerca esté tu velocidad de la velocidad óptima, menos aceleras y cuanto más cerca esté de la velocidad óptima, ¡más aceleras! Así, si te acercas rápidamente a 130 km/h, levantarás rápidamente el pie del acelerador para no sobrepasar los 130 km/h demasiado deprisa. Al anticiparse, reduce el fenómeno de oscilación y se estabiliza rápidamente a la velocidad deseada Ya está, ¡ha realizado intuitivamente una regulación de tipo PID!

La acción derivativa es anticipatoria. Añade un término que tiene en cuenta la tasa de variación de la desviación. Esto permite anticiparse acelerando la respuesta del proceso cuando la desviación aumenta. Por el contrario, la ralentiza cuando la desviación disminuye. Cuanto mayor sea la acción derivativa (Td), más rápida será la respuesta. También en este caso hay que encontrar un buen compromiso entre velocidad y estabilidad.

¿Cómo sintonizar un PID? (Proporcional, Integral, Derivativo)

Método manual de ajuste de los parámetros PID

1. Ajuste los valores Integral (I) y Derivativo (D) a cero.
2. A continuación, aumente la ganancia Proporcional (P) hasta que la salida oscile.
3. A continuación, aumente la ganancia Integral hasta que se detenga la oscilación.

Otra forma n°1

1. Ponga a cero los valores Integral (I) y Derivativo (D).
2. Aumentar el valor proporcional a 100,0
3. Aumente el valor integral a 100
4. Baje lentamente el valor de la integral y observe la respuesta del sistema
5. Ya que el sistema se mantendrá alrededor del punto de ajuste, cambie el punto de ajuste y verifique si el sistema se corrige en un tiempo aceptable. Si no es aceptable o desea una respuesta rápida, continúe bajando el valor integral.
6. Si el sistema empieza a oscilar de nuevo, registre el valor integral y aumente el valor a 100. Al igual que yo, te has vuelto un poco codicioso intentando obtener la respuesta más rápida.

Otra forma n°2

Un método más simple para determinar manualmente los valores P, I y D es desactivar los términos Integral y Derivativo y ajustar la Banda Proporcional al mínimo. El ancho de oscilación resultante Xosc y el periodo de oscilación tosc pueden utilizarse para determinar los parámetros PID que se muestran a continuación. P = 2.0 * Xosc I = 1.5 * tosc D = I / 5 Estos valores dan como resultado una respuesta ligeramente sobreamortiguada y, por lo tanto, todos los valores pueden reducirse ligeramente para obtener un lazo con mayor capacidad de respuesta.