Objetivo: Configurar o controle de malha fechada (PID) no inversor de frequência.

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1 SINAMICS G120 Usando o Controle de Malha Fechada (PID) Henrique Barlera Objetivo: Configurar o controle de malha fechada (PID) no inversor de frequência. Aviso: Este docento apresenta dicas e exemplos sobre o produto e supõe que o leitor possua conhecimento básico prévio sobre o mesmo. Para informações completas e atualizadas, deve-se consultar o manual do produto. O intuito deste texto é meramente didático, podendo ser alterado pela Siemens sem aviso prévio. Os exemplos devem ser adaptados ao uso final e exaustivamente testados antes de utilizados em projetos reais. Índice 1. O que é controle de malha fechada (PID)? Controle PID no SINAMICS G Habilitação do controle PI/PID Configuração do controle PI/PID Setpoint Feedback Inibir a reversão do motor Otimização do Controle PID Controle Proporcional Controle Integral Controle Derivativo Configuração no software STARTER ou STARTDRIVE Referências Suporte Técnico O que é controle de malha fechada (PID)? Controle de malha fechada (PID) é extensamente utilizado em aplicações industriais para controlar a larga variedade de processos. Este sistema baseia-se na definição de setpoint (valor de trabalho), em conjunto com sinal de feedback (resposta do sistema), podendo ter como variáveis temperatura, pressão e velocidade. Através da comparação dos valores de setpoint e feedback, será gerado erro (diferença), que o sistema deverá corrigir aentando ou 27/10/2014 Página 1 / 6

2 diminuindo a velocidade do motor em questão. O processamento do sinal de erro pode ser muito complexo devido a possíveis atrasos do sistema. O sinal de erro é processado por controlador Proporcional e Integral (PI) cujos parâmetros podem ser ajustados para aperfeiçoar o desempenho e estabilidade do sistema. Uma vez ajustado, consegue-se controle muito eficiente e preciso. 2. Controle PID no SINAMICS G120 O controle de malha fechada presente no SINAMICS G120, possui as compomentes PID (proporcional, integral e derivativo) e quando habilitado (usando o P2200), as rampas de aceleração e desaceleração dos parâmetros P1120 e P1121 são automaticamente desabilitadas, mas a frequência miníma e máxima do inversor (P1080 e P1082) permanecem ativas. Neste caso, os tempos de rampa de são ajustados no parâmetro P2257 e P Habilitação do controle PI/PID O parâmetro para habilitação do controle PID é o P2200. É necessário ajustá-lo em 1 (P2200=1), para que a função seja habilitada como setpoint principal do motor. É possível também realizar a habilitação do controle PID através, por exemplo, de a entrada digital. Como exemplo, podemos utilizar a entrada digital 2 (borne 6) como habilitação do controle, configurando P2200= Configuração do controle PI/PID No primeiro momento, é necessário definir os valores de trabalho para a aplicação. Uma aplicação muito utilizada é o controle de pressão em a linha, onde existe a bomba controlada pelo inversor de frequência SINAMICS G120, onde devemos manter a pressão da linha sempre constante. Neste exemplo temos pressostato (sinal de 4 a 20mA) que retorna o valor atual de pressão (feedback), variando de 0 a 10bar, sendo que o valor ideal de pressão para esta linha é de 5bar. Definido nosso valor de trabalho (5bar), utilizando a regra de três simples, podemos localizar o valor percentual para nosso setpoint: 100% = 10bar (fim de escala do pressostato) X = 5bar (valor desejado de pressão na linha) Obtemos então, valor de 50% para nosso setpoint. 27/10/2014 Página 2 / 6

3 4.1 Setpoint Verificamos anteriormente que nosso valor de setpoint é 50%. Portanto, a forma mais com é é a utilização de conectores fixos (parâmetro P2900 ou P2901), onde é possível inserir valores e utilizá-los na função desejada. Utilizando este recurso o ajusto do setpoint ficará da seguinte forma: P2253 = 2900 ou 2901 P2900 ou P2901 = 50% (valor desejado de setpoint) 4.2 Feedback Conforme nossa aplicação, o valor real de pressão (feedback), será disponibilizado através de pressostato na linha, que irá nos fornecer este valor através de sinal de 4 a 20mA. Tendo este parâmetro como início, o primeiro passo para o ajuste de nosso feedback, é o escalonamento de nossa entrada analógica (P756 a P761). Depois de ajustada, basta conectar a entrada analógica ao parâmetro de feedback P2264, conforme abaixo: P2264 = (entrada analógica 1) Observação: No modelo da unidade de controle CU240E-2, estão disponíveis para uso, duas entradas analógicas (bornes 3 e 4 entrada analógica 1 ; 10 e 11 entrada analógica 2), caso o sinal de feedback tenha sido conectado na entrada analógica 2, o ajuste de P2264, deverá ficar da seguinte forma: P2264 = (entrada analógica 2) 5. Inibir a reversão do motor Em alguns sistemas é necessário inibir o sentido de giro do motor para correto funcionamento do controle PID. Neste caso é necessário configurar o parâmetro P1110 = Otimização do Controle PID A otimização do controlador PID pode ser configurada no SINAMICS G120, através do parâmetro P2268 (ganho proporcional), P2285 (ganho integral) e P2274 (ganho derivativo). 6.1 Controle Proporcional Na ação do controle proporcional, a relação entre a saída do controlador e o sinal de erro é apenas ganho. O controlador proporcional possui a característica intrínseca, que faz com que a variável se afaste do valor desejado quando existir variação no processo. Portanto, a resposta proporcional 27/10/2014 Página 3 / 6

4 SINAMICS G120 PID pode ser ajustada manualmentee a partirr da constante de ganho Kp. Qua anto maior a constante Kp, maior será o gan nho do erro (off( fset) e mais inst tável serás o sistema, mas se a constante Kp for mu uito pequena, maior será o seu tempo de resposta. A figura abaixo most tra gráfico com a entrada (linha azul) e as saídaa com Kp de vários valores: 6.2 Controle Integral O cont trole integral acelera o mov vimento do processo até o pon nto desejado e elimina o erro que ocore no processo. O modo integral apresenta fenômeno indesejável, que cons siste na saturação (overshoot) do sinal produzido pela integração, existindo des svio positivo ou negativo durante dete erminado período. Uma estratégia comente utilizada é ajustar o ganho Ki experimentalmente, por tentativa e erro, até que o efeito da saturação seja minimizado. A figura aba aixo most tra gráfico com a a entradaa (linha azul) e as saída valores: com Ki de vári ios 27/10/ /2014 s s Industry Sector - Techn nical Support & Hotline Págin na www w.siemens.com.br/hotline 4 / 6

5 SINAMICS G120 PID 6.3 Controle De erivativo O componentee derivativo é particularmente útil para aplicações onde o setpoint de PI é constante e o erro deve reagir rapidamente. Portanto, esta função reta ardaa a taxa de var riação de saídaa do controlador, diminuindo o overshoot e melh horando a esta abilidade do controlador. Por outro lado, a fun nção derivativa causa retardo na resposta e é muit to susc cetível à ruídos. A figura abaixo mostra gráfico com a entada (linh ha azul) e as saídass geradas pela função: 7. Configuração no software STA TARTER ou STA ARTDRIVE No software acesse o menu: Technology cont troller PID controller tech hnology 27/10/ /2014 s s Industry Sector - Techn nical Support & Hotline Págin na www w.siemens.com.br/hotline 5 / 6

6 8. Referências Como é o configurado o sinal de feedback quando utilizando controle PID? Como é possível inverter o valor atual do PID? 9. Suporte Técnico Siemens Industry Sector Customer Service Division / Service Delivery - Technical Support & Hotline Requisição de suporte: /SR Tel.: Portal de Suporte: Homepage Brasil: 27/10/2014 Página 6 / 6