FBs - Função 86 (PID para Temperatura)

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


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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 desse endereço.



4.1. Relação da Entrada de Temperatura com a FUN86

Com os módulos devidamente conectados a 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 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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