SIEMENS-ES Programación y ajuste de un controlador PID en un PLC – Siemens TIA Portal

En un artículo anterior, hablamos sobre qué es un PID y también explicamos los diferentes parámetros de un PID y cómo reaccionaría el sistema al cambiar estos parámetros. En este artículo, le mostraremos cómo programar, configurar y ajustar un PID en su proyecto TIA Portal.

Contenido:

• ¿Cómo agregar un PID a su lógica?
• ¿Cómo configurar el PID?
• Ajuste básico Ajuste del valor del proceso
• Ajuste avanzado
• ¿Cómo realizar el ajuste del PID?
• Preajuste del PID
• Ajuste fino
• ¿Cuáles son los diferentes métodos de ajuste de los PID?

¿Cómo agregar un PID a su lógica?

En TIA Portal y casi todas las demás plataformas de PLC, no es necesario programar un controlador PID, ya que TIA Portal ya tiene bloques integrados para PID. Para agregar un PID a su lógica, solo tiene que arrastrar y soltar el bloque PID en su código y comenzar a configurarlo para su sistema.

Agregar PID a su código es muy simple, sin embargo, hay un punto muy importante que debe tener en cuenta. Este es el intervalo de ejecución de su PID.

Como sabe, el ciclo de ejecución principal ocurre dentro del OB1 cíclico principal y el tiempo de ciclo del OB1 depende de muchos factores, como la longitud de su código, los cálculos matemáticos en su código y también los bucles y secuencias; todos estos factores diferentes harían que el tiempo de ciclo de su OB1 no solo sea largo, sino que también lo hará diferente en cada ciclo, según la codificación que tenga.

Eso significa que si llamó a su bloque PID dentro del OB1 principal, la ejecución del PID dependerá del tiempo de ciclo de su OB1, y ese no es un enfoque de mejores prácticas.

Los PID se utilizan generalmente para controlar parámetros físicos como presiones, temperaturas o velocidades y eso significa que su controlador debe ser muy rápido para determinar cualquier cambio en el valor de su proceso y tomar reacciones rápidas para contrarrestar este cambio y brindarle un control estable y uniforme que un PID debería tener. Entonces, si el PID se agrega al OB1 principal y se ve afectado por su tiempo de ejecución, es posible que deba realizar demoras en la acción y esto hará que su sistema no sea estable.

¿Qué hacer?

Una práctica recomendada es llamar a su bloque PID en un OB de interrupción cíclica y establecer el tiempo de ciclo de esta interrupción cíclica en el valor que considere adecuado para su sistema, generalmente en el rango de milisegundos según su aplicación. Eso significa que, si establece la interrupción cíclica, por ejemplo, en 1 milisegundo, su PID se llamará y ejecutará cada milisegundo independientemente de dónde se encuentre el ciclo del OB1 principal.

Entonces, para agregar un PID a su lógica, comenzamos agregando un nuevo OB de interrupción cíclica y le damos un nombre adecuado. Vea la imagen 1.

Imagen 1. Agregar una interrupción cíclica a su proyecto.

Puede ver en la imagen que configuramos el tiempo cíclico en 1000 microsegundos o 1 milisegundo. Entonces, nuestro PID se llamará y ejecutará cada milisegundo.

Ahora que agregó su OB cíclico al proyecto, puede simplemente arrastrar y soltar el bloque PID. Puede encontrarlo en la pestaña Instrucciones/Tecnología/Control PID/PID compacto. Vea la imagen 2.

Imagen 2. Adición del bloque PID.

Ahora, agregue los parámetros de su sistema al bloque PID, la entrada, la salida y el punto de ajuste. Vea la imagen 3.

Imagen 3. Asigna tus parámetros PID.

¿Notaste en la última imagen que tienes 2 entradas diferentes y 3 salidas diferentes? ¿Cuáles son?

Entrada:

Este es el valor de entrada de tu parámetro de proceso en cantidades físicas reales, usaremos nuestro sistema de simulación de tanques, por lo que la entrada aquí en ese caso es el nivel de llenado del tanque en litros. Esto significa que ha realizado el escalado de la entrada analógica en otro lugar de su proyecto y simplemente proporciona al PID el nivel de llenado real en litros.

Input_PER:

Este es el valor de entrada de su parámetro de proceso, pero proviene del módulo de entrada analógica. Esto significa que no se escalará y estará en el rango de 0 a 27648 y el escalado de la entrada se realizará dentro del PID.

Output:

En este caso, el PID le proporcionará el valor de salida del controlador en el rango de 0 % a 100 % del valor de salida máximo.

Output_PER:

Al igual que input_PER, el PID proporcionará la salida en forma de 0 a 27648.

Output_PWM:

En este caso, el PID proporcionará su señal de salida en forma de pulsos ON/OFF, por lo que hay una salida o no. Y el valor de salida es entonces 100 % cuando está ON y 0 % cuando está OFF.

Usaremos el mismo sistema de simulación de tanques que usamos antes y, como puede ver en la imagen anterior, usamos Input and Output_PER ya que nuestra simulación está construida de esta manera.

¿Cómo configurar el PID?

Para ingresar a la vista de configuración del PID, puede hacer clic en la pestaña de configuración en el árbol del proyecto o desde el pequeño ícono de configuración sobre el bloque PID. Vea la imagen 4.

Imagen 4. Ingreso a la vista de configuración.

Esto lo llevará a la vista funcional donde puede configurar los diferentes ajustes de su PID. Vea la imagen 5.

Imagen 5. Configuración del tipo de controlador.

La primera configuración es el tipo de controlador, y aquí puede elegir qué tipo de control desea utilizar, tiene muchas opciones en los menús desplegables que se muestran, como temperatura, presión, longitud y muchas más. También puede configurarlo en general, donde el sistema verá sus valores como %. En nuestro sistema, estamos controlando litros de agua dentro de un tanque, por lo que elegiremos el volumen.

También puede configurar el modo Manual/Automático del PID.

A continuación, desea configurar los parámetros de entrada/salida. Vea la imagen 6.

Imagen 6. Parámetros de entrada/salida.

Aquí puede elegir entre los diferentes tipos de entradas o salidas como explicamos antes. Como dijimos, usaremos Input y Output_PER.

A continuación, debe configurar la configuración del valor de proceso. Vea la imagen 7.

Imagen 7. Límite del valor de proceso.

En este paso, establecerá los límites inferior y superior del valor de su proceso. Si elige el tipo de entrada, esta configuración podrá cambiarse y podrá establecer los límites de su proceso. En nuestro caso, los límites del tanque son de 0 a 50 litros, por lo que los configuramos con estos valores.

Tenga en cuenta que, si elige Input_PER, esta configuración no estará disponible y solo podrá establecer el límite de su proceso desde la siguiente pestaña. Consulte la imagen 8.

Imagen 8. Escala del valor del proceso.

Si usa Input_PER, entonces, como puede ver en la imagen anterior, puede establecer el límite del valor del proceso con respecto a la escala de 0 a 27648 que tiene.

Si desea configurar una advertencia cuando el valor de su proceso alcance un límite inferior o superior, puede configurarlo en la pestaña de monitoreo del valor del proceso. Consulte la imagen 9.

Imagen 9. Monitoreo del valor del proceso.

A continuación, en la lista de ajustes, encontrará los límites de PWM, consulte la imagen 10.

Imagen 10. Límites de PWM

Aquí puede configurar el tiempo mínimo de encendido y apagado de su salida. Imagine que tiene una bomba o una válvula en su sistema que el PID controla a través de una salida PWM. No desea que el PID simplemente le dé a su bomba un tren de un comportamiento de encendido/apagado muy rápido porque eso probablemente hará que su bomba se queme. Por lo tanto, puede indicarle al PID desde esta configuración que encienda la bomba durante un tiempo mínimo antes de cerrarla y viceversa.

Puede tener el mismo control con su PID si no tiene salida PWM desde la siguiente configuración, los límites de valor de salida. Consulte la imagen 11.

Imagen 11. Límites de valor de salida.

Puede controlar los límites alto y bajo de su salida de control, por ejemplo, puede establecer el límite bajo en 20% y eso hará que el PID haga funcionar la bomba al menos al 20% de su caudal. Por lo tanto, su rango de control será del 20% al 100%.

Por último, y lo más importante, puede configurar sus parámetros PID en el modo de configuración desde la siguiente pestaña, la pestaña de parámetros PID, consulte la imagen 12.

Imagen 12. Parámetros PID.

Aquí puede escribir los parámetros de ajuste para las ganancias P, I y D de su PID en caso de que los conozca o en caso de que haya realizado el ajuste usted mismo y tenga los parámetros de otro lugar. También puede optar por utilizar un PID o solo un controlador PI.

Si no tiene estos parámetros, puede cargarlos automáticamente después de realizar el ajuste de su PID.

¿Cómo realizar el ajuste del PID?

Ahora que ha terminado de configurar el PID, puede ajustar el controlador con la misma facilidad desde la pestaña de puesta en servicio en el árbol de proyectos. Vea la imagen 13.

Imagen 13. Puesta en servicio del PID

En la página de puesta en servicio, la pantalla está dividida en 3 partes. La página superior es donde puede comenzar a realizar el preajuste y el ajuste fino del PID.

En el medio, tendrá un área gráfica para mostrarle la respuesta en tiempo real de su sistema. Puede ver la salida del controlador y el valor del proceso. Y cada vez que cambie el punto de ajuste, verá el comportamiento de su PID para captar este nuevo punto de ajuste. Incluso si el punto de ajuste no cambió pero, por ejemplo, aumenta la demanda de nuestro suministro de tanque, verá la reacción del PID para satisfacer esa demanda y también mantener el punto de ajuste en su valor requerido.

En la tercera área, tendrá el estado en línea de su controlador y también puede decidir el modo de funcionamiento de su PID. Vea el siguiente video de simulación que muestra el procedimiento de ajuste automático del PID en el TIA Portal.

En el video, puede ver que después de realizar el ajuste previo, nuestro PID encontró los parámetros P, I y D que mejor se adaptan a nuestro sistema. Puede ver que cuando cambia el punto de ajuste o el caudal de salida, el controlador reaccionará muy rápidamente para devolver el punto de ajuste a los valores requeridos.

Ahora puede cargar sus parámetros de ajuste directamente en su proyecto con un simple clic de botón, consulte la imagen 14.

Imagen 14. Cargue sus parámetros.

Una vez que haya cargado sus parámetros, puede encontrarlos en la pestaña de parámetros PID en la vista de configuración. Consulte la imagen 15.

Imagen 15. Parámetros PID.

El siguiente paso debe ser realizar un procedimiento de ajuste fino del PID desde la misma vista de puesta en servicio, sin embargo, debido a que no tenemos un sistema real y solo estamos simulando el comportamiento del tanque y la bomba mediante cálculos matemáticos, no podemos realizar el paso de ajuste fino.

Cuando tienes un sistema real, puedes realizar el ajuste fino donde tu PID intentará encontrar los parámetros que le darán al sistema una mejor respuesta e incluso eliminarán el sobreimpulso de tu valor de proceso y alcanzarán directamente el punto de ajuste.

En el futuro, si tenemos un sistema real, podemos mostrar cómo se ve.

¿Cuáles son los diferentes métodos de ajuste del controlador PID?

No tienes que realizar el ajuste de tu PID utilizando TIA Portal; hay muchos métodos diferentes que intentan encontrar los mejores parámetros PID para tu sistema. En su mayoría son métodos matemáticos basados en prueba y error. Recomendaría utilizar la función de ajuste automático en TIA Portal.

Pero aquí se muestran algunos de los métodos utilizados para lograr los mismos parámetros.

• Ajuste heurístico.
• Método de ajuste Ziegler-Nichols
• Método de ajuste Cohen-Coon
• Método de ajuste Kappa-Tau
• Método de ajuste Lambda
• Y algunos otros.

Conclusión

• Use una interrupción cíclica con sus PID.
• Configure su PID para que se adapte mejor a su sistema.
• La función de ajuste automático en TIA Portal es muy útil y eficaz.