Termoregolatore Pid Caso Particolare Piastra Calda

[elcurny]

Salve, è da un pò di tempo che vago per il forum in cerca di una soluzione al problema che voglio proporvi.

Ho una piastra calda costituita di 2 parti in alluminio, una zona centrale quadrata ed una zona di guardia tutta intorno

le due parti non si toccano.

In entrambe le zone è presente una termocoppia collegata in ingresso ad un regolatore (on/off p/pi/pid).

L'obbiettivo che voglio raggiungere è questo: fornisco una corrente nota a delle resistenze nella zona centrale

innalzandone la temperatura, poi attraverso altre resistenze collegate al regolatore scaldo la zona di guardia intorno

fino a portarla il più possibile vicino alla zona centrale. Quindi per forza di cose nel regolatore ho un setpoint remoto

dalla termocoppia sulla parte centrale.

Ho qualche difficolta con la regolazione del sistema fino a regime stazionario, in quanto sono necessari tempi biblici per portare in temperatura il sistema.

Ho provato con una regolazione on/off ma è davvero molto lenta cosi ho provato a mettere le mani sul pid...ma ovviamente settarlo non è uno scherzo.

Praticamente gia dai primi settaggi mi sono accorto che se il pid è male regolato c'è un trasferimento di calore nella zona centrale che fa alzare la temperatura

della termocoppia setpoint ed inizia un ciclo che fa aumentare la temperatura...come un cane che si morde la coda...

Il regolatore di cui dispongo mi fa regolare i seguenti parametri per il funzionamento in pid

-banda morta (in gradi centigradi) per ora ho messo 0,5

-banda proporzionale (sempre in gradi centigradi) per ora è settato a 50 (domani vedo se va in instabilità)

-tempo integrale (secondi)

-tempo derivativo (secondi)

Attualmente il sistema è configurato cosi

P 50

I 0

D 0

In una precedente prova era:

P 50

I 8 minuti

D 2 Minuti

Il sistema convergeva molto rapidamente al setpoint che purtroppo continuava a crescere...

In pratica quello che vorrei ottenere è che la parte centrale si posizioni ad una temperatura poco piu grande di quella di quella della zona al contorno

Allego uno schema del problema...magari qualcuno ha voglia di darmi una mano...io comunque continuerò a postare i miei progressi!!

[Livio Orsini]

Per ottimizzare un regolatore sono necessarie, anzi indispensabili, due cose:

1. una buona conoscenza dei parametri del sistema fisico
   
2. una buona conoscenza del regolatore
   

Toccare e provare a casaccio si rischia di entrare in un tunnel senza fine; fortunatamente hai memorizzato i parametri di partenza.

Ti consiglio di provare ad agire solo sul guadagno proporzionale, aumentandolo sino al limite della stabilità. Il guadagno proporzionale agisce sull'errore istantaneo, mentre il tempodi integrazione, che giustamente gli yankee chiamano "reset", azzera l'errore a regime. Se aumenti il tempo di integrale, l'effetto può essere di veder "scappare" la variabile controllata, proprio come ti è successo.

L'azione derivativa è l'ultima cosa da toccare. Quando tutto il sistema è stato spremuto al massimo, si può inserire l'azione derivativa per migliorare la risposta la trnasitorio.

[claudio_p]

Ciao elcurny, forse è necessaria qualche altra informazione.

C'è un solo termoregolatore per entrambe le zone oppure sono due separati che comunicano in quache maniera (RS-485, bus proprietario, ecc)?

Tra i vari parametri, hai la possibilità di impostare una sorta di "rampa di riscaldamento" in funzione del tempo?

A quanto ho capito il tuo problema non è riferito al riscaldamento della piastra principale, ma una migrazione di calore tra le 2 piastre, ho capito bene?

Quanto deve essere accurato il processo di riscaldamento? nel senso se la temperatura supera il set fai dei danni o non succede niente di grave?

facci sapere.

Ciao

[ETR]

Ciao, oltre ai consigli di Livio e di elcurny ci sono un bel po' di altre cose da sapere (o ci sarebbero). Te ne elenco alcune basilari :

- Sarebbe utile conoscere il cosiddetto tempo morto del sistema cioè il tempo di risposta del sistema ad una consistente variazione dell'uscita regolante. Siamo nel ABC del PID, quindi puoi trovare i riferimenti in wiki o più facilmente nelle guide e nei suggerimenti di Livio, ma come mi è stato sempre insegnato, o si conosce un minimo il processo o chiedere parametri per un PID è semplicemente un giocare al lotto.

- Disposizione resistenze rispetto al sensore ?

- Poi si potrebbe discutere se realizzare una cascata tra i due loop (come l'hai descritto mi sembra di capire ce ne sono due)

Come nota, controllare la grandezza del PID perché mi sembra strano che ti venga fornito una valore in °C e non in % (e non è la stessa cosa per il calcolo matematico). Considera che sempre dal ABC, una base è di P = 5%, Ti = 5 min e Td = 1 min , (senza sapere NULLA, poi da qua cominci a giocare). Il P se applicato ad una PT100 ha un valore, se applicato una una Tc (la tua è, probabilmente K o J) ne ha un altro. Definirlo in valore assoluto è fuori da qualsiasi PID che abbia mai visto (HW e SW).

Una particolarità : in funzione anche del SP che devi raggiungere (sarebbe utile sapere anche quello), controlla che tu abbia utilizzato il cavo di compensazione corretto e se hai delle giunzioni di aver usato i morsetti compensati corretti. Alle basse temperatura gli scherzi delle giunzioni fredde sono notevoli.

Ciao

[elcurny]

Intanto grazie a tutti dei preziosi consigli, forse sono stato un po' troppo sintetico e confusionario nel post iniziale.

Da quando ho cominciato ad occuparmi del problema, la prima cosa che ho fatto é stata quella di informarmi il piú possibile sull'argomento, infatti dopo un primo tentativo ho capito subito che dovevo procedere per gradi...mi sono studiato molto bene il manuale del regolatore, le guide trovate qui sul forum ed in generale la teoria che c'é dietro i controlli pid...quindi posso dire che ora ho un quadro chiaro del problema e familiaritá con i concetti base.

Il sistema fisico lo conosco molto bene; ormai sono giorni che ci sto sopra.

Ora vi racconto i pochi passi che ho fatto perché purtroppo il sistema subisce variazioni molto molto lente ed é addirittura sensibile ha variazioni di un grado della temperatura ambiente.

Il manuale del termoregolatore nel descrivere la banda proporzionale dice: la banda proporzionale fa riferimento all'inerzia del processo ed é espressa in unita (ex gradi centigradi) e la fa settare tra (0 -3000 digit)

La prima cosa che ho fatto qualche giorno fa ormai é stata qquella di settare il termoregolatore con la sola banda proporzionale cioé in P

settando 50 purtroppo non é una percentuale a quanto pare. Poi ho atteso alcuni giorni che tutto si portasse a regime. La temperatura della zona centrale sale molto molto lentamente quindi diciamo che il regolatore gli sta dietro molto bene. in tutto il percorso fino a regime, l'errore cioé la differenza di temperatura tra setpoint e regolatore é costante a 0,8 gradi.

Fin qui tutto ok, adesso quello che voglio ottenere é cercare di minimizzare questo errore per cui sono sceso con la banda proporzionale a 20.

Il mio obiettivo é quello di raggiungere differenze di temperatura minime 0,1-0,2 gradi.

Non posso azzerare l'errore inserendo anche il tempo integrale perché data la delicata fisica del sistema si rischia troppo di far scappare la variabile controllata.

Credo di continuare cosi e poi definire un tempo derivativo in un secondo momento...se ce ne sará bisogno.

Che ne pensate? sto facendo progressi, o rischio di andare incontro ad un muro?

ah dimenticavo! L'impianto elettrico del sistema é a posto. Ho gia controllato prima di cominciare tutte le termocoppie (tipo j), non ci sono giunzioni parassite ed i cavi sono tutti compensati.

Il setpoint che voglio raggiungere viene dato da remoto dalle resistenze nella zona centrale cioé...vario la corrente e varia la temperatura da raggiungere, é un sistema molto flessibile. comunque mi interessa raggiungere temperature di 40-50 gradi al massimo...

[Livio Orsini]

Non posso azzerare l'errore inserendo anche il tempo integrale perché data la delicata fisica del sistema si rischia troppo di far scappare la variabile controllata.

No so se hai anche letto il mio tutorial sulle regolazioni, perchè spiego sin dall'inizio che con la sola componente proporzionale è impossiible azzerare l'errore.

Bisognerebbe avere un guadagno proporzionale infinito. Ammesso di poter avere un guadagno tendente all'infinito ci sarebbe il successivo ostacolo del amssimo guadagno ammesso dal sistema, guadagno che è molto lontano dall'infinito.

Altro problema. C'è un po' di confusione con i termini, specie sui manuali dei termoregolatori, spesso tradotti in modo approssimativo.

Se quella che definisci banda proporzionale è il guadagno, diminuirla significa diminuire il guadagno, quindi aumentare l'errore a regime. Invece se con "banda proporzionale" si intende la banda morta di regolazione allora diminuendola si può ridurre l'errore a regime, salvo avere oscillazioni nell'intorno dell'errore ninimo.

Su un sistema così lento l'idea che l'introduzione della componente integrale faccia "scappare" la variabile non è accettabile. Se il regolatore è appena degno di questo nome avrà previsto dei limiti impostabili per l'entità delle correzioni di ogni componente della regolazione. Si tratta quindi di stabilire l'entità della massima correzione di integrale ammessa.

Da come descrivi il sistema ritengo che la vera soluzione ottimale del problema sarebbe un regolatore che somma una componente diretta (feedforwar), alla componente in reazione (feedback).

[elcurny]

Intanto veramente grazie per la risposta rapida e dettagliatissima, il suo manuale mi é stato di grande aiuto fin qui.

Purtroppo il regolatore non é un gran che e neppure il suo manuale...ma devo far funzionare l'apparato con quello che ho a disposizione

La mia intenzione/esigenza non é di azzerare l'errore ma solo di minimizzarlo il piú possibile. Questo per avere un flusso di calore minimo, uscente dalla parte centrale verso quella di guardia (devo poterlo monitorare).

La banda proporzionale credo sia il reciproco del guadagno, infatti diminuendola (cioé aumentando il guadagno) ho ottenuto un miglioramento adesso sono tra 0,3-0,4 gradi di differenza tra processo e setpoint a regime.

Al momento la banda morta (cioé la zona di non intervento dell'azione pid se non sbaglio) é fissata o 0,1 gradi.

Purtroppo su questo sistema se la temperatura dell'anello di guardia sale sopra quella della parte centrale si instaura un flusso di calore entrante che fa alzare la temperatura di setpoit...questo devo assolutamente scongiurarlo, é per questo motivo che voglio mantenere un errore.

l'ultimo suggerimento che mi ha dato mi ha incuriosito, provo ad informarmi meglio!

[Livio Orsini]

La banda proporzionale credo sia il reciproco del guadagno,...

In effetti c'è anche chi usa questa denominazione...barbina.

Al momento la banda morta (cioé la zona di non intervento dell'azione pid se non sbaglio)

Si, in pratica si considera come zero un errore minore del valore di banda morta.

Non c'è modo di fissare un limite alla correzione integrale?

[elcurny]

Ho notato anche io che sulla definizione di banda proporzionale c'é parecchio disaccordo :-)

Il regolatore mi fa settare solo i 4 parametri fondamentali (banda morta, P, I, D) tutti gli altri purtroppo non sono inerenti.

É un termoregolatore piú adatto ad un forno industriale che a il mio tipo di esigenze, ma non posso usare di meglio per adesso.

Per ora procedo aumentando il guadagno poi si vedrá!

[ETR]

É un termoregolatore piú adatto ad un forno industriale che a il mio tipo di esigenze

Penso che se fosse tale avresti più strumenti di quelli che ci riferisci, prova a dare indicazione sulla marca e modello, cosi che qualcuno possa darti una mano altrimenti la tua situazione mi sembra un tantino "ostinata" (avrai notato anche le indicazioni di Livio che sono molto pertinenti e precise). Inoltre

ma non posso usare di meglio per adesso

quanto è l'investimento in ore, rispetto ad un regolatore, 48x48 oppure da guida DIN con un minimo di parametrizzazione ? Potresti approcciare anche il tutto con una soluzione più da laboratorio con degli strumenti su PC e apposite schede (se proprio vuoi impratichirti con la teoria, è meglio avere a disposizione più strumenti possibili, che essere imbrigliati in qualcosa che ti limita ed essere costretti a soluzioni empiriche.

Poi vedi tu, io dalla mia esperienza, con il senno del poi, è il consiglio che do sempre ai clienti : poi, tutti liberissimi di fare quello che vogliono, ma di solito, il loro risparmio iniziale, si traduce poi sempre nel doppio delle miei ore di messa a punto

Una piccola cosa poi : io non ho ancora capito se regoli con una PT100 o una TC e se regoli l'uscita con un uscita On-Off, PWM o modulante. Sono particolari anche questi nel bilanciamento del sistema.

Ciao

[elcurny]

Grazie ETR dei consigli, hai ragione piú strumenti si hanno prima se ne viene a capo...ma purtroppo nel mio caso, sono vincolato ad utilizzare soltanto quello che ho a disposizione... comunque aggiungo qualche altra informazione

Il termoregolatore é un Pixsys ATR620 la descrizione sul sito riporta: specificatamente realizzato per l'automazione di forni industriali, camere climatiche, essiccatoi...

Ho la possibilitá di monitorare il comportamento del regolatore, perché ho delle TC con le stesse posizioni collegate ad un PC...

Il mio forse é un problema un pó particolare, che richiede estrema precisione per essere messo a punto...ma penso si possa fare con questo regolatore

Sostanzialmente in ingresso ci sono 2 Termocoppie (posizioni in figura) il setpoint é dato dalla TC centrale, il regolatore riscalda l'anello intorno, fino a portarlo alla temperatura della parte centrale.

Riporto di seguito tutti i parametri configurabili nel regolatore:

P-28 Valore di fine modulazione ON/OFF (-999/3000 digit)

Questo parametro definisce la soglia al di sotto della quale il

regolatore modula in ON/OFF escludendo il P.I.D. Se si vuole

utilizzare il regolatore soltanto in ON/OFF sarà sufficiente

impostare questo parametro oltre il limite superiore della scala 1.

Al contrario se si vuole escludere questo tipo di modulazione

sarà sufficiente impostarlo al di sotto del limite inferiore della

scala1

P-29 Riservato

P-30 Tempo di ciclo o tempo di apertura servomotore (dichiarato

dal produttore) su zona 1 (1/120 sec).

Questo parametro definisce il tempo di ciclo per le uscite a

tempo proporzionale (PID o controllo manuale uscita).

Ex.: con P-30 a 10 sec. si ha il 60% di uscita quando questa

rimane attiva per 6.0 secondi e non attiva per 4.0 secondi, per

poi riattivarsi per altri 6.0 secondi e così via.

P-31 Limite segnale comando zona 1(10/100%)

Questo parametro definisce il limite massimo in percentuale del

segnale di comando.

Ex.: se in un forno elettrico non si vuole fornire più del 60% della

potenza massima alle resistenze riscaldanti, è sufficiente

impostare questo parametro a 60.

P-32 Riservato

P-33 Riservato

P-34 Riservato

P-35 Isteresi in ON/OFF; banda morta in P.I.D.(-99.9/300.0 digit)

P-36 Banda proporzionale (0-3000 digit). (con 0 P.I.D. escluso)

P-37 Tempo integrale (0/9999 sec). ( con 0 integrale esclusa)

P-38 Tempo derivativo (0.0/999.9 sec). (con 0 derivativo escluso)

Questi parametri definiscono la modulazione P.I.D. per il

Processo 1: La banda morta definisce l’intervallo di non

intervento dell’azione PID - La banda proporzionale fa riferimento

all’inerzia del processo ed è espressa in unità (ex. °C) - Il tempo

integrale fa riferimento all’inerzia del processo in secondi - Il

tempo derivativo ha una funzione di “smorzatore” e vale

normalmente ¼ del tempo integrale.

P-39 Limite inferiore Setpoint2 (-999/9999 digit).

P-40 Limite superiore Setpoint2 (-999/9999 digit).

Questi parametri definiscono i limiti superiore e inferiore del

Setpoint2. Fissa i limiti del setpoint quando sono attivi entrambi

gli ingressi, ma solo uno dei due fa riferimento alla curva

programmata (vedi P-05, 3ª Cifra) mentre il secondo si riferisce

ad un set fisso (appunto il Setpoint2).

P-41 Correzione offset per ingresso AN2 (-15.0/15.0 digit)

P-42 Correzione guadagno per ingresso AN2 (-10.0%…+10.0%)

Questi parametri servono a compensare eventuali errori della

sonda o a centrarne la precisione su un punto ben preciso della

scala.

Detto ció...non mi é molto chiaro cosa intende per banda proporzionale, magari con la vostra esperienza vi é piú facile capirlo.

[elcurny]

Sarebbe anche interessante capire come questa banda proporzionale é legata al guadagno...sará semplicemente il reciproco?