Neste tutorial estão descritas orientações e procedimentos para configuração e utilização da função PID do FBs, abordando os pontos importantes e parâmetros.
Componentes
Software: WinProladder v3.28
CLP: FBs-24MC
Módulo: FBs-TC6
Seções do Tutorial
1. ARQUITETURA
2. Para que serve a Função
3. Inserindo o Bloco PID
4. Entradas e Saídas do Bloco
4.1. Relação da Entrada de Temperatura com a FUN86
4.2. Ganhos PID e Distribuição dos Registradores
4.3. Saída PID
4.4. Input Status e Output Status
4.5. Registradores Especiais
5. Equação PID e definição dos Ganhos
1. ARQUITETURA
A função 86 deve ser usada juntamente com um módulo de entrada de temperatura. No caso desse exemplo, estamos utilizando um FBs-TC6.
2. Para que serve a Função
Esta função é dedicada para fazer um controle PID específico para módulos de temperatura conectados ao FBs. O resultado do cálculo do PID é integrado a uma função PWM e automaticamente vinculado a uma saída da CPU.
3. Inserindo o Bloco PID
Para inserir o bloco, deve-se:
(1) Clicar em F (Função);
(2) Clicar com o mouse no local de inserção;
(3) Informar 86 no campo Function Name;
(4) Clicar em OK.
4. Entradas e Saídas do Bloco
Onde:
MD: Modo de operação do bloco (geralmente setado em 1);
Yn: Endereço inicial da saída do FBs que atuará como PWM ON/OFF;
Sn: Primeiro canal de temperatura que será feito o controle (0 – 32);
Zn: Quantidades de canais a partir do primeiro que será feito o controle (1<=Sn+Zn<=32);
Sv: Endereço inicial do Setpoint, respectivo ao canal em Sn. A partir dele serão reservados mais Zn-1 endereços;
Os: Endereço inicial para in-Zone Offset. A partir dele serão reservados mais Zn-1 endereços;
PR: Endereço inicial para o Ganho Proporcional. A partir dele serão reservados mais Zn-1 endereços;
IR: Endereço inicial para a Constante Integral. A partir dele serão reservados mais Zn-1 endereços;
DR: Endereço inicial para o Termo Derivativo. A partir dele serão reservados mais Zn-1 endereços;
OR: Endereço inicial para o valor de saída do PID em formato analógico, podendo ser vinculada a uma saída analógica ou outro registrador. A partir dele serão reservados mais Zn-1 endereços;
WR: Registradores para execução da função, não pertinentes ao desenvolvedor, mas ocupam 9 posições a partir deste endereço.
4.1. Relação da Entrada de Temperatura com a FUN86
Com os módulos devidamente conectados à CPU e inseridos no projeto do WinProladder, verificamos que eles são listados em I/O Configuration -> Temp. Configuration.
Nesse caso, como estamos utilizando o módulo FBs-TC6 e o mesmo é composto por 6 canais de temperatura, observamos que os seis canais estão distribuídos a partir do registrador R50.
Vamos considerar o mapeamento dos canais de temperatura do projeto sempre da seguinte forma:
Canal 0 = R50
Canal 1 = R51
...
Canal n = Rn
Portanto, se for desejado utilizar a função 86 para controle PID somente do canal 0, é necessário configurar Sn = 0 e Zn = 1, conforme mostra a imagem abaixo:
Caso seja desejado controlar todos os canais do módulo de temperatura, pode-se informar Sn = 0 e Zn = 6, conforme a imagem abaixo:
Obs.: É possível utilizar mais de uma vez a função no mesmo programa. Por exemplo, pode-se chamar uma vez a função para controle do canal 0 e chamar outra vez para controle do canal 3.
4.2. Ganhos PID e Distribuição dos Registradores
Utilizando como exemplo essa última configuração para controle dos 6 canais de temperatura:
Baseado nos registradores iniciais que inserimos no bloco para cada parâmetro, como Zn = 6, mais 5 registradores foram reservados em cada parâmetro respectivo a cada canal de temperatura.
Como pode ser visto na imagem acima do StatusPage do WinProladder, para o canal 0, os registradores pertinentes são:
R50 | Temperatura de Entrada |
R500 | Setpoint |
R510 | Ganho proporcional |
R520 | Termo Integral |
R530 | Termo Derivativo |
R540 | Saída do PID em WORD |
Com base nisso, para o canal 3, os registradores pertinentes são:
R53 | Temperatura de Entrada |
R503 | Setpoint |
R513 | Ganho proporcional |
R523 | Termo Integral |
R533 | Termo Derivativo |
R543 | Saída do PID em WORD |
4.3. Saída PID
A função 86 é vinculada a uma saída integrada da CPU e cria um sinal PWM para essa saída, de modo que ela possa ser utilizada para acionamento de um relé de estado sólido, para energização de resistências e assim controle de temperatura.
Essa saída é informada no parâmetro Yn do bloco.
Como visto na imagem acima, a saída informada foi a Y0. Como nesse caso estão sendo controlados seis canais de temperatura (Zn = 6), cada controle terá uma saída. Desse modo, a partir de Y0 mais 5 saídas serão reservadas, sendo: Y0, Y1, Y2, Y3, Y4 e Y5.
O que o bloco faz na prática é definir o Duty Cycle do PWM a partir do valor calculado pelo PID para a saída.
A função também dispõe de um registrador para saída analógica, o qual recebe um valor WORD, para o caso de manipular o atuador de outra forma, controlando a velocidade de um inversor, por exemplo.
4.4. Input Status e Output Status
Input Status (1) são entradas esperadas para acionamento do bloco, no caso da FUN86, tem-se:
Onde:
EN: Quando TRUE, habilita a execução do bloco PID;
H/C: É uma entrada muito importante. Ela define o sentido da ação na saída em relação ao resultado esperado na entrada;
H/C = TRUE: A saída será aumentada para obter aumento na entrada (Controle Direto);
H/C = FALSE: A saída será diminuída para obter aumento na entrada (Controle Reverso).
Output Status (2) são as saídas que indicam erro ou alarme para o processo de cálculo do PID, onde:
ERR: Quando em TRUE, a função não é executada, indica algum erro. Basicamente esse erro será acusado se as seguintes condições não forem cumpridas: Sn, Zn (0 <= Sn <= 31 e 1 <= Zn <= 32, assim também 1 <= Sn + Zn <= 32);
ALM: Indicar status de alarme. Caso deseje, as condições de alarme estão melhor especificadas no Manual de Utilização FBs II – Programação Avançada, a partir da página 302 do PDF.
4.5. Registradores Especiais
A FUN86 ainda dispõe de registradores especiais e pertinentes para configurações mais específicas como ciclo do PID, ciclo do PWM e status de controle por canal.
Esses registradores já estão prefixados e correspondem do R4003 ao R4013.
Para mais informações sobre a função 86 e sua utilização, deve ser consultado o Manual de Utilização FBs II – Programação Avançada, a partir da página 302.
5. Equação PID e definição dos Ganhos
O valor da saída ou do proporcional de pulso do PWM (Duty Cycle) é obtido a partir da equação:
Para obtenção dos valores para os ganhos PID (Ganho Proporcional, Termo Integral e Termo Derivativo), existem vários métodos que podem ser aplicados, dependendo muito do tipo do resultado esperado das ferramentas disponíveis para aplicação.
Cada processo tem uma resposta diferente para o atuador. Portanto, os ganhos variam de acordo com o processo ou ambiente que ele está inserido.
Obs.: O intuito deste tutorial não é orientar para um método específico, porém, a algumas observações importantes que devem ser mencionadas:
• Gp, Ti e Td tem ação direta na saída, isso significa que quanto maior o valor de Gp, Ti e Td, maior será a ação na saída;
• A unidade de medida para Ti e Td é minutos. Isso deve ser observado dependendo do método utilizado para encontrar os ganhos.
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