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Cómo ajustar los controladores PID ... ¡Fácilmente!

Un método simple para modelar procesos y ajustar bucles

Un método simple para modelar procesos y ajustar bucles

Un colega ha comentado alguna vez: "¿Cómo te las arreglaste?"Cuando la pregunta se pronuncia como una declaración, es cuando sabes que has logrado algo especial. Irónicamente, cuando se trata de ajustar controladores PID solo hay algunos trucos que pueden transformarte del chico que hace un comentario así en el chico recibiendo todos los elogios.

He afinado muchos ciclos de control durante mi carrera, pero una experiencia cuando era un joven aprendiz claramente se destaca. Con mi tiempo en el ejército y en la universidad en el espejo retrovisor comencé en la industria como un especialista en turbinas con una compañía de servicios de ingeniería.

De seguro, tenía tanta confianza como yo era verde. Cuando tomé mi primera tarea para apoyar a un Ingeniero Senior de Servicios de Campo, estaba seguro de que entregaría el tipo de servicio que haría que mi colega cantara mis elogios y el cliente mendigara por más. ¡Sería libro de texto!

El cliente necesitaba ayuda para ajustar varios PID y obtuve una puntuación bastante alta en Control de procesos. Pero como dice el refrán: Algo curioso sucedió en el camino al foro.

Damien Munroe

 Damien Munroe 

Estación de control e integración europea

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Esa "receta" ha sido mi recurso habitual desde entonces ... ¡aunque ahora no tengo que depender del papel cuadriculado y de un cronómetro!

El cliente era un productor de petróleo y gas ubicado en Vietnam. Al igual que la mayoría de los procesos en una plataforma petrolera, la suya depende mucho de los controles de Presión, Nivel y Flujo. Lo que inmediatamente me llamó la atención fue la naturaleza altamente dinámica de los controles de la planta, y lo diferentes que eran de los ejemplos de libros de texto.

El cliente tuvo problemas para cumplir con la capacidad de diseño debido a la excesiva variabilidad del proceso en sus recipientes de separación. Recuerde que la recopilación de datos no era un estándar en los 1990, por lo que la tendencia de los datos era limitada y el software aún no era una opción. Este trabajo requeriría que sintonizáramos los bucles de forma manual, y los métodos que había aprendido en la escuela no eran adecuados para la tarea.

Si bien hay mucho conocimiento que extraer de los libros de texto, rápidamente aprendí que hay aún más conocimiento que se puede obtener de la experiencia de primera mano. A medida que aumentaba mi preocupación minuto a minuto, mi colega se relacionó con el gerente de la planta con un puñado de preguntas.

Equipado con una comprensión del objetivo de control del proceso y el conocimiento de los cambios que precipitaron el aumento de la variabilidad, describió un procedimiento muy simple que seguiríamos para sintonizar los bucles del cliente. Esa "receta" ha sido mi recurso habitual desde entonces ... ¡aunque ahora no tengo que depender del papel cuadriculado y de un cronómetro!

Mientras mi última publicación ofrecía consejos para recopilar buenos datos para afinar, este cubre un método simple para calcular los tres parámetros del modelo que se utilizan para derivar los coeficientes de ajuste de un PLC.

1. Qué tan lejos: Ganancia del proceso, Kp

La ganancia del proceso es un parámetro del modelo que describe cuánto cambia la variable del proceso medido en respuesta a los cambios de la salida del controlador. Básicamente, describe "hasta dónde" se mueve el proceso en respuesta a un cambio dado.

Al ajustar manualmente los PID, asegúrese de usar datos de tendencias que muestren que la variable de proceso se mueve desde un estado estable en respuesta a un cambio en la salida del controlador. El valor para la ganancia del proceso se puede calcular como el cambio de estado estable en la variable medida dividido por el cambio correspondiente en la salida del controlador.

Tenga en cuenta que Process Gain debe basarse en los mismos valores de unidad de ingeniería que se utilizan en el proceso. Además, sepa que el controlador no usará esas unidades de ingeniería. Por el contrario, el controlador utilizará el porcentaje de la señal: será necesario convertir la ganancia del proceso en unidades que reflejen el "porcentaje de intervalo" asociado a su controlador.

Ajuste de controladores PID: ganancia de proceso

Calcule la ganancia del proceso determinando el cambio a la variable del proceso medido (PV) y luego dividiéndolo por el cambio asociado a la salida del controlador (CO).

2. Qué tan rápido: Constante de tiempo de proceso, Ƭp

La Constante de tiempo de proceso es como un reloj que explica con más detalle la relación de salida del controlador de variable de proceso. Específicamente, la constante de tiempo del proceso describe "qué tan rápido" la variable del proceso medido responde a los cambios en la salida del controlador.

Para calcular la constante de tiempo de proceso, revise los mismos datos de tendencia. Es importante identificar la hora en que la variable del proceso medido muestra primero una respuesta clara y visible a la prueba funcional.

Luego, determine la hora en que la variable de proceso se establece en su nuevo valor de estado estacionario (es decir, el final). El valor para la Constante de tiempo de proceso es igual a 63.2% de ese cambio total.

Cuanto menor es el valor de la constante de tiempo de proceso, más rápido reacciona su proceso a los cambios. La capacidad de controlar un proceso es una función de 1) la velocidad de la constante de tiempo de proceso relativa a 2) la velocidad del último parámetro de modelo.

Ajuste de controladores PID: Constante de tiempo de proceso

La Constante de tiempo de proceso se encuentra identificando la hora a la cual el PV medido alcanza 63.2% de su cambio y luego resta el tiempo en que el cambio PV comienza visiblemente.

3. Cuánto retraso: Tiempo muerto del proceso, θp

El tiempo que transcurre desde el momento en que se inicia un cambio en la Salida del Controlador hasta que la Variable Medida muestra una respuesta inicial clara se denomina Tiempo Muerto del Proceso. Este parámetro de modelo indica "Cuánto demora" existe en un proceso determinado.

El tiempo muerto del proceso surge debido al retraso en el transporte, la muestra o la instrumentación. El cálculo de un valor para el tiempo muerto del proceso es relativamente sencillo. Comience por identificar la hora a la que se cambia la salida del controlador y luego establezca la hora a la que responde la variable del proceso medido.

El tiempo muerto del proceso socava la capacidad del controlador PID para mantener la estabilidad, ya que limita la velocidad a la que un controlador puede reaccionar ante las perturbaciones. Es por esta razón que Process Dead-Time es ampliamente conocido como el "asesino de control".

Ajuste de controladores PID: proceso de tiempo muerto

Calcule el valor del Tiempo Muerto del Proceso determinando cuándo el PV medido responde claramente al cambio en CO, luego resta el tiempo en el cual el CO cambió inicialmente.

Una vez que calculamos los tres parámetros del modelo, se realizó la parte difícil. Desde allí fue fácil convertir cada conjunto de valores en coeficientes de ajuste que funcionaban con los PLC de la plataforma.

Durante esa primera experiencia de ajuste de controladores PID aprendí dos lecciones importantes: primero, el conocimiento de los libros de texto tiene sus limitaciones y, en segundo lugar, los métodos transmitidos por profesionales experimentados son como el oro.

Al final de nuestra visita, el cliente realmente estaba solicitando servicios de soporte adicionales, y yo estaba sonriendo a mi colega mientras preguntaba y decía: "¿Cómo lo lograste?"

La mayoría de los circuitos de control industrial se ajustan con poca frecuencia, lo que brinda a los profesionales pocas oportunidades para aplicar sus conocimientos y, a menudo, resulta en habilidades para deslizarse con el tiempo.

Afortunadamente, los talleres que se centran en las mejores prácticas probadas están ampliamente disponibles. Estos talleres ofrecen un medio práctico para mantener las habilidades en forma.

Si asistir a uno no es una opción, ya sea debido a limitaciones de presupuesto y / o tiempo, entonces hay guías como esta eso puede ser útil

Damien Munroe

http://www.controlstation.com

Damien ofrece una visión del control de procesos y la automatización que nace de sus experiencias en aviación militar, petróleo y gas en alta mar, productos farmacéuticos de precisión y fabricación de semiconductores. Su educación en el

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