Taratura Regolatore Pid

[andgiugiulet]

Salve a tutti sono un nuovo ingresso.

Vorrei sottoporre il mio quesito:

Sto lavorando ad un sistema di pressurizzazione di una camera mediante un ventilatore.

Utilizzo un S7-200 ed ho fatto la taratura del sistema con l'assistente.

Inizialmente avevo utilizzato un sensore di pressione non velocissimo e per migliorare le prestazioni del sistema ne ho utilizzato uno più veloce.

Nonostante questo tutto sembra piuttosto lento, soprattutto se lo paragono al mio concorrente realizzato con una scheda a microcontrollore che lavora con un algoritmo "inseguitore" (regolatore P).

Qualcuno sa darmi indicazioni su quale aspetto curare o consigli sulla taratura del controllore?

Grazie.

[Livio Orsini]

1 - Se il regolatore è implementato con un micro dedicato sicuramente sarà sempre più veloce del regolatore realizzato con un S7-22x.

2 - Se il regolatore è semplicemte un Proporzionale mi sembra strano dover usare una scheda dedicata: devi solo moltiplicare l'errore per un cofficiente.

3 - Il termine "piuttosto lento" non significa nulla. Andare a regime in 10 msec può essere un tempo molto breve o molto lungo, dipende quale processo controlli.

4 - Usando la funzione PID di libreria del 200 non hai certamente il massimo della velocità, anche facendo il apragone con le prestazioni del 200. Con una funzione PID deicata e ben realizzata, è abbastanza facile chiudere l'anello ogni 10ms e, contemporaneamente, avanzare tempo di CPU per realizzare le varie funzioni di automazione.

5 - Prova a dare più dati relativi al tuo impianto e specificare le prestazioni che vuoi ottenere.

Modificato: 23 agosto 2008 da Livio Orsini

[Adelino Rossi]

Cosa utilizzi per regolare e mantenere la pressione, una valvola, una regolazione dei giri o altro?

[batta]

Sto lavorando ad un sistema di pressurizzazione di una camera mediante un ventilatore.

Per questo tipo di processo, secondo me, anche un campionamento a 50ms può essere considerato veloce, quindi non credo si possano imputare alla maggiore velocità di campionamento le migliori prestazioni ottenute con la scheda dedicata.

Io non lavoro con il 200 e non ho idea della qualità delle impostazioni fatte con l'assistente, ma penso che sia solo un problema di taratura del PID. L'assistente probabilmente ti porta ad impostazioni decenti, buone come punto di partenza per una ulteriore ottimizzazione.

Personalmente sono abituato a parametrizzare tutti i PID manualmente.

[andgiugiulet]

Il sistema in realtà è una camera di prova nella quale devo creare variazioni di pressione (senza eccessive sovraelongazioni) ed andare a regime in meno di 10 secondi, una volta eseguito il tuning, dal momento in cui "passo" il nuovo setpoint ottengo tempi di risposta almeno doppi. Sono tentato di realizzare un controllore ad inseguimento (tipo P). Il sistema è composto da una turbina trifase e relativo inverter, condotti con valvole, anemometri per la misura dei flussi e misuratore di pressione.

[Livio Orsini]

1 - Con un solo controllo proporzionale (P) non non andrai mai a regime, avrai sempre un'errore a mno di avere guadagno infinito.

2 - Con simili tempi di andata a regime, come ha scritto Batta, un tempo di campionamento di 50ms è anche troppo rapido, quindi la lentezza del sistema non dipende dal 200 ma, eventualmente, da come hai aggiustato i PID.

3 - Per un sistema come quello descritto il regolatore più efficace è un PI con feed forward ben tarato. Se fai le cose per bene dovresti avere un sistema che risponde con la massima velocità consentita dai componenti elettromeccanici senza sovraelongazioni.

[andgiugiulet]

Quello che dici è vero in effetti quello che ho fatto è tarare un PI con Tc=100 msec.

Il problema che non riesco a superare è quello legato alle variazioni del sistema composto da camera più elemento da provare.

Infatti quest'ultimo può cambiare la tenuta della camera rendendo inefficaci le operazioni di taratura. Credo che sia necessario tarare

il PID ogni volta che viene modificato il sistema turbina-camera-provino.

I setpoint di pressione vengono dati sotto forma di gradini e dunque è normale avere delle sovra o sotto-elongazioni.

Il sistema di regolazione a micro con cui mi confronto ha la possibilità di poter regolare il guadagno del regolatore nel caso in cui

si renda necessario, ma comunque sembrerebbe molto meno sensibile alla variazioni di cui parlavo dato che credo il guadagno proporzionale

non mi pare molto elevato dato che non presenta mai sovra elongazioni ma la risposta tende asintoticamente al valore di regime e con tempi

di risposta accettabili.

L'unica cosa per cui PLC e Micro potrebbero differire è la frequenza di campionamento (che per il micro potrebbe essere tranquillamente dell'ordine

del KHz e dunque, compatibilmente con i tempi di risposta meccanici-elettromeccanici, il PID in esso implementato potrebbe avere una prontezza

molto più spiccata).

Dopo le ultime modifiche introdotte nel programma sono riuscito a stabilizzare in maniera significativa il sistema, anche se non sono pienamente soddisfatto.

p.s. Quando parlo di taratura mi riferisco a quella ottenuta mediante assistente di taratura Siemens, anche se ho provato regolazioni manuali

che comunque, iterativamente, mi hanno riportato ai valori ottenuti con autotaratura.

[Adelino Rossi]

A mio parere l'applicazione dovrebbe avere uno sfiato regolato e una turbina di una capacità in grado di saturare la camera, più le perdite più una leggera sovrapressione che sarà sfiatata in modo regolato. La sovrapressione sarà in grado di compensare le variazioni di tenuta della camera.

[Savino]

Riduce il tempo di campionamento ed imposta l'integrale piu' veloce.

Se l'inseguitore P performa meglio, allora sbagli nelle correspondenze dei valori di taratua.

[Livio Orsini]

Per prima cosa dovresti misurare la risposta ad anello aperto. E' inutile far congetture sulla velocità del controllore se non sai come risponde il tuo sistema.

Affinchè il regolatore abbia una banda passante dell'rdine di 1kHz, dovresti campionare e chiudere l'anello con periodo <=0,5ms.

Però se hai una risposta ad anello aperto che non supera i 10 Hz a nulla serve questa velocità, anzi potrebbe creare problemi di taratura.

Per verificare la prontezza del sistema, dai un gradino di velocità al ventilatore, pari al 10% della velocità massima, e verifica in quanto tempo la pressione si stabilizza. Fai questa prova in aumento e diminuizione e la ripeti a differenti regimi del ventilatorie.

Forse, analizzando i risultati avrai qualche sorpresa.

Poi per tarare il PI usa il metodo classico, quello che si insegnava ai manutentori ancora decenni addietro.

Escludi Integrale e, ovviamente, Derivativo.

Poni un basso guadagno proporzionale e osserva la risposta al gradino. Aumenta il guadagno fino a che il siema accenna a diventare instabile. A questo punto riduci il guadagno di un 30% (valore indicativo).

Metti un integrale molto lento; poi esegui la procedura precedente velocizzando l'integrale sino all'acccenno di instabilità. Rallenta l'integrale.

A questo punto il PI è ottimizzato.

[Savino]

Riduce il tempo di campionamento ed imposta l'integrale piu' veloce.

Chiedo scuse, sembrerebbe piu' che altro un tentativo e non una risposta pensata bene.

Infatti, quoto in toto quello che ha detto Livio, commincia a far girare il regolatore solo col proporzionale e poi caso mai migliori l'offset di errore col integrale.

Comunque, continuo a pensare ancora, forse non riesci ad ottimizzare i valori di taratura del regolatore.. a volte richiede un po di tempo e pazienza.

[batta]

L'unica cosa per cui PLC e Micro potrebbero differire è la frequenza di campionamento (che per il micro potrebbe essere tranquillamente dell'ordine

del KHz e dunque, compatibilmente con i tempi di risposta meccanici-elettromeccanici, il PID in esso implementato potrebbe avere una prontezza

molto più spiccata).

Per il tuo processo la maggior velocità di campionamento del Micro non apporta nessun vantaggio.

Se col plc non riesci ad ottenere le stesse prestazioni, si tratta solo di parametri non ottimali.

Esegui la taratura del PID seguendo le indicazioni di Livio, e vedrai che arriverai velocemente ad un risultato buono. Poi, con un po' di pazienza, potrai migliorare ulteriormente questi parametri. In alcuni casi anche inserire un debole controllo derivativo aiuta. In particolare, con un po' di derivata si riesce a far lavorare il PID in modo sufficientemente stabile anche con una azione integrale più forte. Questo ti potrebbe permettere di arrivare più rapidamente al valore di set-point. Però mi raccomando: mai esagerare con l'azione derivativa.

[mf2hd]

Premetto che non uso plc siemens, che conosco pochissimo, e che gli impianti a cui ho lavorato dove e' controllata la pressione non sono cosi' sofisticati da richiedere una precisione molto elevata, uno scarto di 10/20 Pa in piu' o in meno e' tollerato.

Chiarito questo mi permetto di aggiungere qualche considerazione a quelle ottime che ti hanno gia' dato:

Il ventilatore, suppongo gestito con un inverter, non produce un "effetto" lineare rispetto al segnale di comando, nel senso che sino ad un certo valore (numero di giri) la "spinta" sara' irrilevante a causa della curva caratteristica del ventilatore stesso.

Facendo agire la componente integrale su tutta l' escursione del segnale pilota il sistema diventa "lungo" nel raggiungere il regime (setpoint).

Probabilmente risultera' molto stabile nel mantenimento ma non nelle variazioni di setpoint in quanto i parametri di banda prop. e tempo integrazione saranno facilmente "sovradimensionati" rispetto alle esigenze reali (sist. sovra-ammortizzato).

Solitamente, quando devo realizzare un controllo di pressione con un ventilatore, cerco prima di trovare con un po' di tentativi quel valore minimo di rotazione che permetta di avere un sistema piu' "pronto".

Ovviamente rispetto al campo di lavoro per cui il tutto e' stato progettato (minimo set pressione ).

Sotto tale "soglia minima" (di rotazione) il blocco di regolazione PI lo imposto come solo proporzionale, mentre sopra a questa comincia ad intervenire anche l' integrale.

Se l' inverter ha gia' dei parametri di "sicurezza" gia' impostati (rampe accelerazione/decelerazione, limitazioni, ...) puo' essere sufficiente solo un blocco di confronto ("maggiore" tra 2 valori) tra il segnale fornito dal blocco PI e il set "soglia minima".

In questo modo il segnale del PI comincera' a comandare solo dopo il superamento della "soglia minima", in pratica viene spostare il punto di partenza ( = "da qui inizia a regolare").

Valori di uscita inferiori non rappresenteranno "segnale di comando" in quanto esclusi dal blocco di confronto e nello stesso tempo il segnale del blocco PI non andra' per i fatti suoi mancando la componente di incremento/decremento (integrale).

Per evitare comportamenti "strani" alla partenza puo' essere utile disattivare la componente integrale a ventilatore fermo cosi' come far vedere un segnale di ingresso elevato (simulare una pressione elevata) al blocco di regolazione PI in modo che la sua uscita parta sempre da 0% dopo una fermata.

Modificato: 31 agosto 2008 da mf2hd

[Livio Orsini]

Il ventilatore, suppongo gestito con un inverter, non produce un "effetto" lineare rispetto al segnale di comando, nel senso che sino ad un certo valore (numero di giri) la "spinta" sara' irrilevante a causa della curva caratteristica del ventilatore stesso.

Esatto "mf2hd", proprio affinchè "andgiugiult" si redesse conto del fenomento l'ho invitato a verificare la risposta del sistema a anello aperto (cfr. #10)

Leggendo il tuo modo di operare mi permett di suggerirti un piccolo "inprovement". Prova a dare un riferimento di velocità diretto, proporzionale al set point di pressione (feed forward), al ventilatore mettendo l'uscita del regoaltore PI in somma algebrica a questo riferiemento. Se il feed forward è abbastanza centrato il valore d'integrale si mantiene molto piccolo, aumentando così la velocità di risposta del sistema. Ci sono anche metodi auto adattativi che permettono di correggere il feedforward, ma qui entriamo in particolari per cui le poche righe di un messaggio non sono sufficienti.

Flavio:

In particolare, con un po' di derivata..

Credo che questa applicazione non sia fatta per l'uso del derivativo ma, in alternativase proprio necessario, è meglio usare un anticipo sulla reazione o, in altri termini, una derivata della misura della variabile controllata.

Ai fini della prontezza di risposta gli effetti sono simili, però non hai quegli effetti dannosi tipici, in applicazioni come questa, di "botti" su variazioni di set point, specie se fatte a gradino.

[batta]

Mi capita abbastanza spesso di dover affrontare un problema simile. Si tratta di "isolatatori" (settore farmaceutico), ovvero camere che devono essere mantenute a pressione (positiva o negativa) costante di circa 30Pa.

Data la conformazione del sistema non è possibile adottare la tecnica del feed-forward, perché sono troppo variabili le condizioni di lavoro. Tutta la regolazione è lasciata quindi al PID. Il raggiungimento del valore di set point viene raggiunto in 10-15 secondi e mantenuto con tolleranza di +/- 1Pa.

Per esperienza posso affermare che una lieve azione derivativa spesso aiuta a migliorare la risposta del PID.

[Livio Orsini]

Per esperienza posso affermare che una lieve azione derivativa spesso aiuta a migliorare la risposta del PID.

Se hai tempo e voglia, alla prima occasione, prova a sostituire la derivata sull'errore con la derivata sulla reazione. Anche con un sistema "lento" come questo dovresti notare miglioramenti nelle prestazioni globali.

[Livio Orsini]

Per esperienza posso affermare che una lieve azione derivativa spesso aiuta a migliorare la risposta del PID.

Se non hai variazioni dis et point, come sembra essere nel tuo caso, non noti i principali effetti negativi del derivativo.

Però see hai tempo e voglia, alla prima occasione, prova a sostituire la derivata sull'errore con la derivata sulla reazione. Anche con un sistema "lento" come questo dovresti notare miglioramenti nelle prestazioni globali.

[Livio Orsini]

In caso invece di una brusca e rilevante variazione di set point, il calcolo della derivata sull'errore permette, a mio avviso, di lavorare con azioni proporzionale ed integrale più elevate e di evitare sovraregolazioni proprio nel momento della brusca variazione di set point.

No! E' esattamente il contrario. Una variazione a gradino del set point causa un gradino di errore, quindi un'elevato valore della sua derivata, con conseguente sovracorrezione istantanea. Nelle medesime condizioni l'anticipo di reazione rimane neutro, dando il suo contributo nelle fasi successive ed evitando così brusche variazioni del regolatore.

Comunque se il regolatore è ben ottimizzato non c'è influenza dell'azione derivativa sui coefficienti proporzionale ed integrale, mentre il tempo d'integrazione è influenzato dall'azione proprozionale per definizione.

Se analizzi le funzioni di trasferimento dei due tipi di regolatori gli effetti risultano evidenti.

Modificato: 3 settembre 2008 da Livio Orsini

[batta]

Proverò, ma non ne sono del tutto convinto.

La derivata calcolata sull'errore (come viene comunemente fatto nei PID) quando sei a regime praticamente non si sente.

Nel caso di brusche variazioni di SP permette invece di evitare sovraregolazioni, anche con PID con azioni proporzionale ed integrale piuttosto forti.

Insomma, io ne riscontro i benefici soprattutto quando devo usare PID piuttosto aggressivi.

[Livio Orsini]

Ci devessere qualche cosa che non ha funzionato nei messaggi, visto che ho citato parte di un messaggio di Batta che è "sparito" o è stato modificato dopo che ho iserito il mio, bhoh. Comunque il senso dei due messaggi non varia.

[andgiugiulet]

Grazie a tutti, per i consigli! La prossima settimana li metterò in atto per poi farvi sapere se sono riuscito a "domare" questa turbina.

[andgiugiulet]

In questi ultimi giorni ho avuto modo di provare il sistema di pressurizzazione, il problema delle sovra-elongazioni è legato al fatto che il sistema camera (camera ermetica + campione da provare) varia con il comportamento del provino, in particolare il provino spesso presenta un comportamento (perdite) spiccatamente diverso in pressione/depressione e tra provini diversi, come è logico che sia.

Quindi se "taro" il PID per un certo tipo di perdite non funziona più cambiando provino.

Conclusioni: occorre tarare il sistema con il provino inserito ed in pressione e depressione, per cui per P>0 avrò una configurazione diversa da quella di P<0, in alternativa potrei inserire (come suggerito) una valvola di sfiato (regolabile: ad es. regolare l'apertura in modo da avere una certa Prif di riferimento con un certo regime di giri Frif (frequenza azionamento)) a monte dei misuratori di flusso in modo che per il motore della turbina veda comunque lo stesso "tipo" di perdite in camera.

Cosa ne pensate? Quale potrebbe essere la soluzione tecnicamente più valida?

Saluti.

Andrea

[mf2hd]

Leggendo il tuo modo di operare mi permett di suggerirti un piccolo "inprovement". Prova a dare un riferimento di velocità diretto, proporzionale al set point di pressione (feed forward), al ventilatore mettendo l'uscita del regoaltore PI in somma algebrica a questo riferiemento. Se il feed forward è abbastanza centrato il valore d'integrale si mantiene molto piccolo, aumentando così la velocità di risposta del sistema.

Finalmente ho ritrovato questo thread...tra categorie e sottocategorie l' avevo perso.

Sempre disponibile ad imparare, ci mancherebbe altro...

Non ho ben capito quanto in quote percio' ho realizzato un disegno con due interpretazioni che ho dedotto:

Qual' e' delle due, anche se la 1 mi sembra un po' strana ???

Oppure se e' tutt' altro puoi gentilmente darmi qualche info in piu' per capire, la cosa mi interessa molto ma devo ammettere che spesso sono di coccio.

Grazie.

il sistema camera (camera ermetica + campione da provare) varia con il comportamento del provino, in particolare il provino spesso presenta un comportamento (perdite) spiccatamente diverso in pressione/depressione e tra provini diversi, come è logico che sia.

Ad essere sincero non ho capito... in pratica questo "provino" cos'e' ? un dispositivo attraversato da aria a cui deve arrivare una pressione costante ?

in modo che per il motore della turbina veda comunque lo stesso "tipo" di perdite in camera.

Forse cosi' perdi la "validita'" delle misure sul campione in quanto hai un qualcosa (sfiati,...) che cambia le caratteristiche della camera di test.

[Livio Orsini]

Qual' e' delle due, anche se la 1 mi sembra un po' strana ???

Sembrerebbe l'ipotesi 2.

[andgiugiulet]

Il Provino è.... diciamo un pezzo da provare, di cui si vuol quantificare la tenuta. Per quel che riguarda lo sfiato non ci sono problemi in quanto si troverebbe dopo la turbina e prima dei misuratori di flusso per cui l'effetto è semplicemente quello di far lavorare un po' di più il motore, ed inoltre consentirebbe di avere perdite (provino+camera con sfiato) costanti.