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Come sintonizzare i controller PID ... facilmente!

Un metodo semplice per la modellazione dei processi e dei loop di ottimizzazione

Un metodo semplice per la modellazione dei processi e dei loop di ottimizzazione

Un collega ha mai commentato: "Come lo hai gestito?"Quando la domanda è pronunciata come una frase, è quando sai di aver realizzato qualcosa di speciale. Ironicamente, quando si tratta di sintonizzare i controller PID ci sono solo alcuni trucchi che possono trasformarti dal tipo che fa un commento del genere al ragazzo che riceve tutte le lodi.

Ho regolato molti loop di controllo durante la mia carriera, ma una esperienza quando ero un giovane apprendista spicca chiaramente. Con il mio tempo in campo militare e all'università nello specchietto retrovisore ho iniziato a lavorare nell'industria come specialista di turbine con una società di servizi di ingegneria.

Di sicuro - ero sicuro di quanto fossi verde. Quando ho preso il mio primo incarico a supporto di un Senior Field Services Engineer ero certo che avrei consegnato il tipo di servizio che avrebbe il mio collega che cantava le mie lodi e il cliente che chiedeva di più. Sarebbe un libro di testo !!

Il cliente aveva bisogno di aiuto per mettere a punto diversi PID e avevo ottenuto un punteggio piuttosto alto in Controllo processo. Ma come dice il proverbio: è successo qualcosa di divertente mentre andavamo al forum.

Damien Munroe

Damien Munroe

Integrazione e vendite europee, stazione di controllo

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Quella "ricetta" è stata la mia risorsa di riferimento da allora ... anche se ora non devo fare affidamento su carta millimetrata e cronometro!

Il cliente era un produttore di petrolio e gas in Vietnam. Come la maggior parte dei processi su una piattaforma petrolifera, i loro si basavano ampiamente sul controllo della pressione, del livello e del flusso. Ciò che mi ha colpito immediatamente è stata la natura altamente dinamica dei controlli della pianta e quanto fossero diversi dagli esempi da manuale.

Il cliente ha faticato a soddisfare la capacità di progettazione a causa dell'eccessiva variabilità del processo nei suoi serbatoi di separazione. Ricordiamo che la raccolta dei dati non era uno standard negli 1990, quindi l'andamento dei dati era limitato e il software non era ancora un'opzione. Questo lavoro ci richiederebbe di mettere a punto i loop manualmente, ei metodi che avevo imparato a scuola non erano adatti per questo compito.

Mentre c'è molta conoscenza da estrarre dai libri di testo ho imparato rapidamente che c'è ancora più intuizione da trarre dall'esperienza di prima mano. Mentre la mia preoccupazione aumentava di minuto in minuto, il mio collega ha colto con freddezza il direttore dell'impianto con una manciata di domande.

Dotato di una comprensione dell'obiettivo di controllo del processo e della conoscenza dei cambiamenti che hanno accelerato l'aumento della variabilità, ha delineato una procedura molto semplice che avremmo seguito per sintonizzare i loop del cliente. Quella "ricetta" è stata la mia risorsa di riferimento da allora ... anche se ora non devo fare affidamento su carta millimetrata e cronometro!

Mentre il mio ultimo post è stato offerto suggerimenti per la raccolta di dati validi per l'ottimizzazione, questo copre un metodo semplice per calcolare i tre parametri del modello che sono utilizzati per derivare i coefficienti di sintonia di un PLC.

1. Fino a che punto: Process Gain, Kp

Process Gain è un parametro del modello che descrive la variazione della Variabile di processo misurata in risposta alle variazioni dell'uscita del controller. In sostanza, descrive "Fino a che punto" il processo si sposta in risposta a un determinato cambiamento.

Quando si regolano manualmente i PID assicurarsi di utilizzare dati di tendenza che mostrano la variabile di processo che si sposta da uno stato stazionario in risposta a una variazione nell'uscita del controller. Il valore per Process Gain può essere calcolato come variazione dello stato stazionario nella variabile misurata divisa per il corrispondente cambiamento in Uscita controller.

Tenere presente che Process Gain deve essere basato sugli stessi valori di unità di ingegneria utilizzati nel processo. Inoltre, sappi che il controller non userà quelle unità ingegneristiche. Piuttosto, il controller utilizzerà la percentuale di segnale - sarà necessario convertire il Process Gain in unità che riflettono la "percentuale di span" associata al controller.

Ottimizzazione dei controller PID: guadagno di processo

Calcolare il guadagno di processo determinando la modifica della variabile di processo misurata (PV) e quindi dividendola mediante la modifica associata all'uscita del controller (CO).

2. Quanto veloce: costante del tempo di processo, Ƭp

La costante del tempo di processo è come un orologio che spiega ulteriormente la relazione di uscita del processo variabile-regolatore. Nello specifico, la costante del tempo di processo descrive "Quanto velocemente" la variabile di processo misurata risponde alle variazioni nell'uscita del controller.

Per calcolare la costante del tempo di processo rivedere gli stessi dati di tendenza. È importante identificare il momento in cui la variabile di processo misurata mostra per prima cosa una risposta chiara e visibile al bump test.

Successivamente, determinare il momento in cui la Variabile di processo si assesta al suo nuovo valore di stato stazionario (cioè la finitura). Il valore per la costante del tempo di processo è uguale a 63.2% di quella variazione totale.

Minore è il valore della costante del tempo di processo, più velocemente il tuo processo reagisce ai cambiamenti. La capacità di controllare un processo è una funzione di 1) la velocità della costante del tempo di processo relativa a 2) la velocità dell'ultimo parametro del modello.

Ottimizzazione dei controller PID: costante di tempo di processo

La costante del tempo di processo viene rilevata identificando il momento in cui il PV misurato raggiunge il 63.2% della sua variazione, sottraendo quindi il momento in cui il cambiamento PV inizia visibilmente.

3. Quanto ritardo: processo Dead-Time, θp

Il tempo che trascorre dal momento in cui una modifica all'uscita del controller viene avviata fino a quando la variabile misurata mostra una risposta iniziale chiara viene chiamato tempo morto di processo. Questo parametro del modello indica "Quanto molto ritardo" esiste in un determinato processo.

Il processo Dead-Time si verifica a causa del trasporto, del campione o del ritardo della strumentazione. Calcolare un valore per Process Dead-Time è relativamente semplice. Iniziare identificando l'ora in cui viene modificato l'output del controller, quindi stabilire il momento in cui la variabile di processo misurata risponde.

Process Dead-Time mina la capacità del controller PID di mantenere la stabilità in quanto limita la velocità con cui un controller può reagire agli sconvolgimenti. È per questo motivo che Process Dead-Time viene ampiamente definito il "killer del controllo".

Ottimizzazione dei controller PID: tempo morto di processo

Calcola il valore del Tempo morto di processo determinando quando il PV misurato risponde chiaramente alla variazione di CO, quindi sottrai il tempo a cui inizialmente è stata modificata la CO.

Una volta calcolati i tre parametri del modello, la parte difficile è stata eseguita. Da lì è stato facile convertire ciascun set di valori in coefficienti di ottimizzazione che funzionavano con i PLC della piattaforma.

Durante la prima esperienza di messa a punto dei controller PID ho imparato due importanti lezioni: in primo luogo, la conoscenza dei libri di testo ha i suoi limiti e, in secondo luogo, i metodi tramandati da professionisti esperti sono come l'oro.

Alla fine della nostra visita il cliente stava effettivamente richiedendo servizi di supporto aggiuntivi, e stavo sorridendo al mio collega mentre interrogavo e affermavo: "Come hai fatto a gestirlo?"

La maggior parte dei circuiti di controllo industriali sono sintonizzati di rado, offrendo agli operatori poche opportunità di applicare le proprie conoscenze e spesso si traducono in abilità da scivolare nel tempo.

Fortunatamente i workshop che si concentrano su best practice comprovate sono ampiamente disponibili. Questi workshop offrono un mezzo pratico per mantenere le competenze affilate.

Se partecipare a uno non è un'opzione, a causa di limiti di budget e / o di tempo, allora ci sono guide come questa questo può dimostrarsi utile

Damien Munroe

http://www.controlstation.com

Damien offre una visione del controllo di processo e dell'automazione che nasce dalle sue esperienze nel settore dell'aviazione militare, del petrolio e del gas offshore, della pharma di precisione e della produzione di semiconduttori. La sua educazione al

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