Regolazione Pid

[SimoneBaldini]

Ho un problema di regolazione (taratura).

La situazione è questa, ho una valvola 3 vie caldo da comandare (segnale 0-10V), devo regolare la temperatura dell'aria di mandata a punto fisso (48°C). Il problema è duplice, ho una portata d'aria variabile (da 200 mc/h a 4000mc/h), e ho pure la temperatura del fluido variabile (da 65°C a 80°C). Ho provato diversi settaggi e attualmente il miglire mi da risultati ottimi per portate superiori a 500mc/h, quando scendo sotto questa soglia inizia ad oscillare (sia il segnale che la temperatura controllata). La temperatura oscilla da 51°C a 44°C, non è che dia problemi ma vorrei eliminare il pendolamento se possibile. La valvola agisce deviando il fluido (acqua) sul ritorno quindi parzializza la portata nella batteria). Come posso agire?

PS: il tutto è comandato da un S7-200

Modificato: 30 dicembre 2009 da SimoneBaldini

[Livio Orsini]

Simone dovresti descrivere come hai effettuato la regolazione. Il fenomeno che descrivi sembra sia dovuto ad un eccessivo guadagno o ad una regolazione "lenta". Però bisognerebbe conoscere meglio l'architettura del regolatore per esprimere un'opinione meno vaga.

[SimoneBaldini]

Il PID è quello creato con lo strumento del MicroWIN, i parametri impostati sono:

guadagno 10

setpoint 480

tempo campionamento 1 secondi

integrazione 3 minuti

derivazione 0.01 minuti

variabile comandata 0 - 32000 (che trasformo poi in (0 - 10V)

Ciao

Grazie e Buon Anno a tutti

[SimoneBaldini]

Nessun consiglio, ripeto il problema sorge solo quando ho un carico termico molto limitato diciamo che il problema sorge tra 0 e 400mc/h mentre tra 400 e 4000mc/h il pendolamento non c'è. Mi piacerebbe però eliminare questo inconveniente se possibile.

Da quello che ho notato penso che con una portata bassa il sistema abbia un'inergia maggiore mentre a portate altre l'inerzia viene a meno.

[Livio Orsini]

Non ho dimestichezza con il processo che stai controllando, però da quello che descrivi ho la sensazione che, ripeto è una sensazione, sia un po' troppo lungo il tempo d'integrazione.

Prova ad agire sui parametri per togliere l'oscillazione con portate basse.

Se stabilizzi con portate basse e diventa instabile con portate maggiori, è un caso classico in cui è necessario una ricalibrazione dei guadagni in funzione del livello.

[mf2hd]

Secondo me a crearti i problemi che citi sono i cambiamenti troppo marcati che avvengono nel sistema controllato: variazioni sulla portata dell' aria (velocita'), cosi' come la temperatura dell' acqua di scambio, cambiano i tempi di risposta.

Come scrive Livio Orsini, il PID che hai impostato riesce a compensarli sino ad un certo punto, poi andrebbe ricalibrato con parametri piu' adatti.

Per i problemi di controllo legati alla variazione di portata aria, quando mi e' capitato, ho usato due o piu' blocchi PI (la derivativa la uso raramente) la cui uscita viene passata all' attuatore a seconda della condizione.

Spesso il blocco di regolazione per la velocita' piu' bassa risultava cosi' difficile da "sintonizzare" (la macchina e gli scambiatori rimangono sempre quelli) che ho eliminato la componente integrale preferendo un controllo "solo proporzionale", con una banda proporzionale molto stretta ne caso di attuatori lenti (motorizzati).

Nell' ultimo caso il risultato e leggermente pendolante ma alla fine molto piu' adatto ad ottenere una temperatura dell' aria relativamente stabile.

La temperatura oscilla da 51°C a 44°C, non è che dia problemi ma vorrei eliminare il pendolamento se possibile.

Per i discorso della temperatura dell' acqua, la regolazione la vedo un po' piu' complicata, perche' il salto che indichi e' piuttosto elevato rapportato al caso del fluido da riscaldare: l' aria che attraversa la batteria di scambio ha, per cosi' dire, poca inerzia termica e gia' 5/6°C di differenza possono tramutarsi in un marcato intervallo di corsa dell' attuatore (rispetto ad altre situazioni).

E' vero che la componente integrale dovrebbe risucire a compensarlo (lo scarto di corsa diverso), ma ci riesce sino ad un certo punto, poi il tutto ricade, in un certo senso, nel caso di quanto scritto prima riguardo alla velocita' dell' aria.

Solitamente mi e' capitato in impianti con portata (acqua) scarsa o appena giusta a causa di diversi fattori: filtri di linea sporchi, pompe/circuiti sottodimensionati, notevole distanza tra lo scambiatore e l' attuatore,... sino al caso limite della tendenza alla formazione di sacche d' aria "mobili" in impianto.

Quest' ultimo e' cosi' imprevedibile quanto praticamente impossibile da contrastare: hai un controllo che funziona bene per qualche ora, poi se ne va per i fatti suoi per qualche minuto per poi ritornare a funzionare bene.

Qualche indicazione di trovarsi nell' ipotesi dei casi citati si puo' ottenere misurando la resa di scambio con il salto fra l' ingresso e l' uscita dello scambiatore (con un termometro buono, non quelli che solitamente gli idraulici installano con scala -10 +120°C )

Comunque, in queste situazioni, devo sinceramente ammettere di non essere riuscito a realizzare un controllo decente, neanche usando piu' blocchi di controlo PI/ PID o trucchetti con l' offset sul setpoint in modo da creare un effetto predittivo molto spartano.

Insomma, alla fine funzionava ma non mi dava l' idea di un qualcosa di fatto bene.

Un altro fattore che mi ha creato spesso problemi, soprattutto nel caso di interfacciamento tra elettronico-pneumatico, e' la corsa effettiva degli attuatori rispetto al segnale pilota.

Non tutte le valvole lavorano realmente tra 0% e 100% del segnale, o meglio, fanno sentire l' effetto tra questi estremi.

Con la possibilta' di registrare graficamente l' andamento della temperatura (o altra variabile controllata) nel tempo, campionando in tempi da qualche secondo a max una decina: se il risultato e' un' onda, che oscillando sul setpoint, presenta delle notevoli differenze di forma tra la parte "positiva" e quella "negativa" ci sono buone probabilita' che il problema sia dovuto alla errata valutazione della corsa (o del campo di effetto) rispetto al segnale pilota.

In alcuni di questi impianti ho dovuto trovare sperimentalmente i valori min e max dei servi (valvola 3 vie, pistone serranda, ...) perche' non ce n'era uno che lavorasse come gli altri.

Alcuni campi di corsa erano irrisori, anche solo un 10-15% del segnale per avere l' escursione completa.

Spesso anche le motorizzate richiedono una calibrazione della corsa: ad esempio le vecchie Johnson Controls avevano all' interno dei jumper per l' impostazione e cominciavano il movimento al 10-20% del segnale.

Per le magnetiche della Staefa (Landis/Siemens SBT) il campo di corsa era tra circa il 40/45% e 80% del comando, con in piu' il problema dell' isteresi di magnetizzazione che comportava un diverso funzionamento tra l' apertura e la chiusura a parita' di segnale.

Alcuni costruttori che usano dei servocomandi dedicati (Belimo, ecc. ma anche alcune Siemens) prevedono dei pulsanti (o delle piazzole del circuito da ponticellare con un cacciavite) sulla scheda del servo per la calibrazione automatica della corsa.

I piu' sofisticati tengono conto anche inerzie meccaniche e di sforzo (es. nel caso di controllo vapore dove le dilatazioni metalliche non sono da trascurarare).

Se i tuoi blocchi PI o PID lo permettono, in queste situzioni e' bene impostare come range di lavoro della componente integrale i MIN e MAX del rispettivo attuatore comandato, in modo che sopra e sotto a questi valori il blocco di controllo si comporti come un "solo proporzionale".

Il sistema diventa piu' "pronto" e le pendolazioni "strane" si attenuano di molto.

[Livio Orsini]

Comunque, in queste situazioni, devo sinceramente ammettere di non essere riuscito a realizzare un controllo decente, neanche usando piu' blocchi di controlo PI/ PID o trucchetti con l' offset sul setpoint in modo da creare un effetto predittivo molto spartano.

Insomma, alla fine funzionava ma non mi dava l' idea di un qualcosa di fatto bene.

Questo è il problema tipico di quando si usano regolatori standard.

Progettando e realizzando un regoaltre ad hoc, magari usando unpiccolo PLC, si riesce con un unico PI(D) ad ottimizzare bene nelle varie situazioni.

...ho eliminato la componente integrale preferendo un controllo "solo proporzionale", ..

La componente proprozionale corregge esclusivamente l'errore istantaneo pertanto, usando solo questa componnet, si annullano gli effetti negativi dovuti al ritardo causato dall'integrale. In compenso non si può azzerare l'errore. Quell'instabilità che denunci è indice di una sovracompensazione; in altri termini il guadagno proporzionale è sato tenuto troppo elevato per cercare di ridurre al minimo l'errore.