Neste tutorial estão descritas orientações e procedimentos para realizar uma simulação de um controle PID para o Nexto com um Trace monitorando a entrada (PV) e a saída (MV) do bloco PID, que consistem em dois coolers.
Componentes
Software: Mastertool IEC XE 3.23
CLP: XP340
Cooler: 12V e 24V
Seções do Tutorial
1. ARQUITETURA
2. DESENVOLVIMENTO
2.1. Configurando bloco PID
2.2. Configuração de entradas e saídas
2.3. Lógica da aplicação
2.4. Configurando Trace
2.5. Configurando valores do PID
2.5.1. Método de Síntese
2.5.2. Variáveis do cálculo PID
1. ARQUITETURA
Na arquitetura deste tutorial, conectou-se a porta Ethernet da XP340 na porta Ethernet do computador através do cabo NX9202. No cooler de 12V, onde será a variável de processo PV, o positivo é conectado na entrada analógica AI0.V e o negativo é conectado no borne C3. No cooler de 24V, onde será a variável manipulada MV, o positivo é conectado na saída rápida Q14 e o negativo é conectado no borne C3 conforme figura abaixo:
2. DESENVOLVIMENTO
Neste tutorial serão mostrados os passos para realizar um exemplo prático de uma aplicação de um controle por bloco PID para os controladores da Série Nexto e um trace monitorando as variáveis. O PID será configurado por meio de cálculos, seguindo o Método de Síntese.
No presente teste estamos utilizando uma saída rápida PWM na variável manipulada (MV) do bloco PID e dependendo da aplicação pode ser substituída por uma saída analógica.
Vale ressaltar a importância de ter em mãos o Manual da Série Nexto, permitindo a consulta nas etapas da aplicação. Esse documento irá lhe orientar sobre as características técnicas, instalação, programação e configurações.
2.1. Configurando bloco PID
Primeiro, foi inserida a biblioteca NextoPID. Dê dois cliques em Library Manager, vá em Adicionar Biblioteca e selecione NextoPID, como na imagem abaixo.
2.2. Configuração de entradas e saídas
A entrada analógica AI0 deve ser configurada com o tipo de 0 – 10 Vdc e um filtro de 10s, a fim de amenizar os ruídos nos gráficos.
A saída rápida Q14 deve configurada em VFO/PWM.
2.3. Lógica da aplicação
A lógica desenvolvida para este tutorial é a seguinte:
Na linha 1 temos um bloco MOVE que movimenta a frequência da variável na entrada do bloco para a saída rápida Q14, que é uma saída PWM.
Na linha 2 o “HabilitaPWM” habilita a saída PWM.
Na linha 3 temos um bloco que irá converter a entrada AI0 de INT para REAL na saída AI0_REAL, pois as variáveis do bloco PID que vamos utilizar é do tipo REAL.
Na linha 4 está presente o bloco PID inserido.
Na linha 5 o valor do _DutyCicle que está em REAL será convertido para USINT que é o tipo de variável de entrada do bloco PWM esperado.
2.4. Configurando Trace
Para inserir o Trace clique com o botão direito em Application, vá em Acrescentar Objeto e selecione Trace...
Dê dois cliques no Trace criado e vá em Configuração. Na janela Trace configure da seguinte forma:
Para selecionar as variáveis que serão monitoradas no trace, vá em Acrescentar Variáveis defina-as. Neste exemplo foram selecionadas as variáveis AI0, DutyCicle e setpoint.
2.5. Configurando valores do PID
A aplicação estará disponível ao final deste tutorial.
Coloque a aplicação em Run e faça o download do trace.
2.5.1. Método de Síntese
Com o bloco configurado, iremos ajustar os valores de proporcional, integral e derivativo de forma que o gráfico fique estável. Para isso, iremos utilizar o Método de Síntese, que consiste no uso das fórmulas abaixo:
Onde:
- K = Ganho estático
- VA2 – VA1 = Variação do Degrau
- VM2 – VM1 = Variação de Medida (processo) ao Degrau
- T = Constante de tempo do sistema
- Tr = Tempo de resposta (Tc/4 ou Tc/3)
- Tm =Tempo morto
- dt = Tempo de amostragem (varredura do CLP);
Obs.: Os cálculos serão feitos a partir de uma tabela Excel (disponível ao final deste tutorial).
2.5.2. Variáveis do cálculo PID
A entrada analógica AI0, teoricamente deveria estar zerada, porém pode ter um pequeno valor por conta de um baixo nível de tensão no cooler.
Com o projeto em Run, o próximo passo é habilitar o controle manual e escrever 100 na saída.
O Trace ficará da seguinte forma:
A Saída (AI0) tem valor inicial em 0% e final em 100%. Isso acontece porque o DutyCicle está em 100%, colocando o valor máximo na saída.
Adicione um cursor no símbolo de flecha indicado e posicione-o numa faixa onde a linha azul do gráfico esteja estabilizada. Podemos obter a velocidade aproximada de 8861. A velocidade inicial é 0.
Para obter o tempo morto, dê um zoom na parte inicial do gráfico. Com os dois cursores posicionados, podemos medir o tempo morto de 2,182 segundos.
O tempo de amostragem se trata da velocidade da Main Task. Pode ser acessado em MainTask na árvore de dispositivos, neste caso é de 0,02 segundos.
Na imagem abaixo, para obter o tempo para estabilizar, devemos posicionar o cursor no início do gráfico e no ponto onde estiver estabilizado (aproximado). Ao observar o delta destacado na imagem abaixo temos 184 segundos (3min4s) como tempo para estabilizar.
O 63% ajuda a definir o tempo integral e pode ser obtido de forma calculada ou olhando no gráfico. A forma calculada é feita através das equações mostradas anteriormente (tabela ao final deste tutorial).
Na tabela do Excel obtemos o valor do 63% calculado de 5601 e ao posicionar o cursor neste valor no gráfico chegamos em 15,893 segundos como Constante de Tempo. Reduzindo o Tempo Morto chegamos em 13,69 segundos.
Com todos estes pontos configurados, a tabela deverá estar similar à abaixo, com os valores dependendo do caso do usuário.
Podemos desabilitar o controle manual e habilitar o PID. O PID deve ser ajustado conforme os valores obtidos nos cálculos. Assim, o gráfico deve ser semelhante ao mostrado abaixo:
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