G120 Controle de Malha Fechada

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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 documento 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)? .................................................................... 1
2. Controle PID no SINAMICS G120 .................................................................................. 2
3. Habilitação do controle PI/PID ....................................................................................... 2
4. Configuração do controle PI/PID .................................................................................... 2
4.1 Setpoint ....................................................................................................................... 3
4.2 Feedback..................................................................................................................... 3
5. Inibir a reversão do motor .............................................................................................. 3
6. Otimização do Controle PID ........................................................................................... 3
6.1 Controle Proporcional .................................................................................................. 3
6.2 Controle Integral .......................................................................................................... 4
6.3 Controle Derivativo ...................................................................................................... 5
7. Configuração no software STARTER ou STARTDRIVE................................................. 5
8. Referências.................................................................................................................... 6
9. Suporte Técnico ............................................................................................................. 6
1. O que é controle de malha fechada (PID)?
Controle de malha fechada (PID) é extensamente utilizado em aplicações industriais para
controlar uma larga variedade de processos. Este sistema baseia-se na definição de um setpoint
(valor de trabalho), em conjunto com um 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 um erro (diferença), que o sistema deverá corrigir aumentando ou
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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 um controlador Proporcional e Integral (PI) cujos parâmetros
podem ser ajustados para aperfeiçoar o desempenho e estabilidade do sistema. Uma vez ajustado,
consegue-se um 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 P2258.
3. 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 uma entrada
digital. Como exemplo, podemos utilizar a entrada digital 2 (borne 6) como habilitação do controle,
configurando P702=99 e P2200= 722.1
4. 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 uma linha, onde existe uma bomba controlada
pelo inversor de frequência SINAMICS G120, onde devemos manter a pressão da linha sempre
constante.
Neste exemplo temos um 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 uma 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, um valor de 50% para nosso setpoint.
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4.1 Setpoint
Verificamos anteriormente que nosso valor de setpoint é 50%. Portanto, a forma mais comum 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
um pressostato na linha, que irá nos fornecer este valor através de um 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 = 755.0 (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 = 755.1 (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 = 1.
.
6. 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 um ganho.
O controlador proporcional possui uma característica intrínseca, que faz com que a variável se
afaste do valor desejado quando existir variação no processo. Portanto, a resposta proporcional
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pode ser ajustada manualmente a partir da constante de ganho Kp. Quanto maior a constante Kp,
maior será o ganho do erro (offset) e mais instável será o sistema, mas se a constante Kp for muito
pequena, menor será o seu tempo de resposta. A figura abaixo mostra um gráfico com uma entrada
(linha azul) e as saída com Kp de vários valores:
6.2 Controle Integral
O controle integral acelera o movimento do processo até o ponto desejado e elimina o erro que
ocoreno processo.
O modo integral apresenta um fenômeno indesejável, que consiste na saturação (overshoot) do
sinal produzido pela integração, existindo um desvio positivo ou negativo durante um determinado
período. Uma estratégia comumente utilizada é ajustar o ganho Ki experimentalmente, por tentativa
e erro, até que o efeito da saturação seja minimizado.
A figura abaixo mostra um gráfico com uma entrada (linha azul) e as saída com Ki de vários
valores:
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6.3 Controle Derivativo
O componente derivativo é particularmente útil para aplicações onde o setpoint de PI é
constante e o erro deve reagir rapidamente. Portanto, esta função retarda a taxa de variação de
saída do controlador, diminuindo o overshoot e melhorando a estabilidade do controlador. Por
outro lado, a função derivativa causa um retardo na resposta e é muito suscetível à ruídos. A figura
abaixo mostra um gráfico com uma entada (linha azul) e as saídas geradas pela função:
7. Configuração no software STARTER ou STARTDRIVE
No software acesse o menu: Technology controllerà PID controller technology
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8. Referências
Como é o configurado o sinal de feedback quando utilizando controle PID?
http://support.automation.siemens.com/WW/view/en/16512327
Como é possível inverter o valor atual do PID?
http://support.automation.siemens.com/WW/view/en/89496209
9. Suporte Técnico
Siemens Industry Sector
Customer Service Division / Service Delivery
- Technical Support & Hotline –
Requisição de suporte: www.siemens.com.br/Hotline/SR
Tel.: 0800 7 73 73 73
Portal de Suporte: www.siemens.com.br/Hotline
Homepage Brasil: www.siemens.com.br
	1. O que é controle de malha fechada (PID)?
	2. Controle PID no SINAMICS G120
	3. Habilitação do controle PI/PID
	4. Configuração do controle PI/PID
	4.1 Setpoint
	4.2 Feedback
	5. Inibir a reversão do motor
	6. Otimização do Controle PID
	6.1 Controle Proporcional
	6.2 Controle Integral
	6.3 Controle Derivativo
	7. Configuração no software STARTER ou STARTDRIVE
	8. Referências
	9. Suporte Técnico