Dominando Controle PID: Unindo Teoria e Prática

Livros didáticos são ótimos para construir conceitos, e provavelmente bombardeariam você com uma infinidade de informações que você pode achar suficiente para prosperar no mundo prático. A verdade, no entanto, se revela no dia em que você se forma e consegue um trabalho no local. Vários graduados ficam surpresos com o nível de diferenças com o que acontece no campo, e o que foi ensinado na sala de aula.

Quando se trata de sistemas de controle PID, o efeito é amplificado devido ao número de imprecisões que precisam ser consideradas no mundo real. Como alguém pode percorrer a Curva de Aprendizado PID, e sair um especialista? Nomeadamente, fazendo testes em campo e otimizando controles PID.

Termos para Conhecer

Considere uma planta química que tem uma área de produção de etileno, com o operador lutando para manter um tanque químico de 500 gal, parte do processo da linha química.

A primeira coisa que precisa ser vista é o sinal de ponto de ajuste, que neste caso pode ser um sinal de 0-10VCC de um potenciômetro, refletindo o nível de químico requerido no tanque. Em seguida, o sinal de feedback precisa ser verificado, que pode ser gerado de um dispositivo como um transdutor de nível líquido que fornece um sinal de 4 a 20mA baseado no nível do líquido. Por último, o item requerido é o controlador PID real.

Controladores hoje são hospedados dentro de módulos autônomos, que são definidos para receber os sinais de ponto de ajuste e feedback, enquanto realizam cálculos aritméticos PID também. Módulos de controle PID autônomos estão disponíveis também, mas se a necessidade surgir, controles PID são disponíveis em VFDs e CLPs também.

Testes

Uma boa maneira de diagnosticar o sistema de controle é verificando os limites inferior/superior do sensor. Por exemplo, o sensor de nível de líquido pode ser verificado no exemplo acima para ver se está fornecendo 4mA e 20mA em níveis baixo e alto respectivamente. Em seguida, o sinal de ponto de ajuste pode ser verificado, ajustando o botão de controle, que neste caso é um potenciômetro de min a max. O sinal pode ser medido usando um multímetro e seus valores verificados. Se isso correr bem também, verifique a válvula, e se ela abre/fecha com um controlador independente, então o problema pode ser reduzido ao módulo PID.

Existem vários tipos de módulos PID disponíveis no mercado. Para este artigo, vamos considerar um que tem três chaves seletoras:

• Uma para configuração de ganho proporcional
• Uma para configuração de tempo integral
• Uma para configuração de tempo derivativo

Configurar as chaves seletoras no novo módulo e fazer configurações idênticas pode resolver, mas ir além seria ainda melhor a longo prazo.

Otimização PID

Ao ajustar as configurações proporcional, integral e derivativa, a otimização pode ser alcançada, o que pode ajudar a melhorar todo o processo. As seguintes são algumas regras de ouro que podem ajudar a tornar o controlador PID mais eficiente:

• Fazer alterações em todos os três controles ao mesmo tempo pode causar desorientação e confusão. Em vez disso, trabalhe em um ajuste por vez.
• Ganho proporcional controla a velocidade com que um processo alcança o ponto de ajuste. Se definido em nível alto, o ponto de ajuste seria alcançado mais rápido, mas o risco de ultrapassagens drásticas e oscilações também aumenta. Se definido muito baixo, eliminaria ultrapassagens mas aumentaria o tempo total.
• A melhor maneira de abordar isso é começando com o tempo integral, tempo derivativo e valores de ganho proporcional definidos como zero, então aumentando o ganho proporcional primeiro em pequenas quantidades até que oscilações mínimas ocorram.
• O tempo integral pode ser visto como um eliminador de erro, reduzindo o tempo de oscilação e removendo o offset. No entanto, ajuste impróprio pode resultar em um aumento agudo na ultrapassagem, além de oscilações. Aborde isso similar ao ganho proporcional, aumentando-o constantemente até que oscilações e offset tenham sido neutralizados.
• O tempo derivativo atua como um mecanismo de freio para o laço de controle, e não é requerido em várias aplicações onde a ultrapassagem é insignificante. Controle derivativo pode ajudar a eliminar ultrapassagens, mas pode causar redução na responsividade também. Aumente lentamente o tempo derivativo até que a resposta alcançada seja ótima.

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