4.1 AÇÕES DE CONTROLE
Pode ser reversa ou direta. Define genericamente a atuação aplicada à MV na ocorrência de variações da PV.
Ação Reversa: Se PV aumenta, MV diminui. Tipicamente utilizada em controles de aquecimento.
Ação Direta: Se PV aumenta, MV aumenta. Tipicamente utilizada em controles de refrigeração.
4.2 CONTROLE ON-OFF (LIGA-DESLIGA)
É o regime pelo qual se permite controlar um processo qualquer, a partir da atuação em 0 ou 100% da sua saída de controle, onde a variável manipulada (MV) é rapidamente mudada do seu valor mínimo (0%), para o seu valor máximo (100%). Para evitar acionamentos muito frequentes da saída existe a Histerese que define uma diferença entre o valor de PV em que a saída liga e desliga:
Para ação de controle reversa: Para ação de controle direta:
Se PV >= SV, MV = 0% Se PV >= SV + Histerese, MV = 100%
Se PV <= SV – Histerese, MV = 100% Se PV <= SV, MV = 0%
Tabela 1- Ação do controle ON-OFF
O controle ON-OFF se caracteriza por sempre apresentar oscilação de PV ao redor de SV, com amplitude dependente da histerese e de características do processo. A escolha de um valor muito alto para a histerese resulta em uma amplitude de oscilação muito grande. A escolha de um valor muito baixo de histerese pode causar acionamentos muito rápidos e frequentes da saída, podendo resultar em danos ao elemento de chaveamento (relés, contatoras, válvulas).
A implementação do controle ON-OFF é de fácil configuração, uma vez que demanda apenas configuração de dois parâmetros (setpoint e histerese),porém, na prática muitos processos não conseguem ser sintonizados a partir desta técnica, logo é necessário adotar outra estratégia para o controle. Esta outra estratégia é o PID!
4.3 CONTROLE PID
A técnica de controle PID consiste em calcular um valor de atuação sobre o processo a partir das informações do valor desejado e do valor atual da variável do processo. Este valor de atuação sobre o processo é transformado em um sinal adequado ao atuador utilizado (válvula, motor, relé), a fim de garantir um controle estável e preciso.
O PID é a composição de 3 ações, conforme apresentado na tabela abaixo:
P
CORREÇÃO PROPORCIONAL AOSe o erro está variando muito rápido, o termo D atua com maior intensidade, a fim de evitar oscilações.
Tabela 2 - Ação do controle PID
4.3.1 CONTROLE PROPORCIONAL
No controle Proporcional, o valor de MV é proporcional ao valor do desvio (SV-PV, para ação reversa de controle), ou seja, para desvio zero (SV=PV), MV=0; à medida que o desvio cresce, MV aumenta até o máximo de 100%. O valor de desvio que provoca MV=100% define a Banda Proporcional (Pb). Com Pb alta, a saída MV só irá assumir um valor alto para corrigir o processo se o desvio for alto. Com Pb baixa, a saída MV assume valores altos de correção para o processo mesmo para pequenos desvios. Em resumo, quanto menor o valor de Pb, mais forte é a ação proporcional de controle.
4.3.2 CONTROLE INTEGRAL
O integral não é, isoladamente, uma técnica de controle, pois não pode ser empregado separadamente de uma ação proporcional. A ação integral consiste em uma resposta na saída do controlador (MV) que é proporcional à variações de PV, evitando que se eleve ou reduza muito rapidamente. O derivativo só atua quando há variação no erro. Se o processo está estável, seu efeito é nulo. Durante perturbações ou na partida do processo, quando o erro está variando, o derivativo sempre atua no sentido de atenuar as variações, sendo, portanto, sua principal função melhorar o desempenho do processo durante a ocorrência de transitórios.
4.3.4 AÇÃO PROPORCIONAL + INTEGRAL + DERIVATIVA (PID)
A associação das três ações de controle permite obter um tipo de controle que reúne todas as vantagens individuais de cada um deles e por isto, virtualmente ela pode ser utilizada para controle de qualquer condição do processo. A proporcional elimina as oscilações, a integral elimina o desvio de off-set, enquanto a derivativa fornece ao sistema uma ação antecipativa evitando previamente grandes desvios no processo.
4.4 SINTONIA DOS PARÂMETROS PID
A sintonia dos parâmetros de controle PID no controlador pode ser realizada de forma automática e adaptativa. A sintonia automática é iniciada sempre por requisição do operador, enquanto que a sintonia auto-adaptativa é iniciada pelo próprio controlador sempre que o desempenho do controle piora.
4.4.1 SINTONIA AUTOMÁTICA encontrado após a sintonia anterior, em outras palavras, significa dizer que o controlador atua continuamente avaliando métricas de desempenho do processo, e inicia automaticamente um novo processo de auto-sintonia se identificado uma piora no desempenho deste processo. A esta característica de sintonia de processos, é o que chamamos de PID Auto-Adaptativo.
O operador deve selecionar através do parâmetro ATUN (Ciclo de sintonia), o tipo de sintonia desejada dentre as seguintes opções:
OFF: Modos de sintonia do controlador desabilitado.
FAST: O controlador realiza o processo de sintonia automática uma única vez, retornando ao modo OFF quando concluída. A sintonia neste modo é concluída em menor tempo, mas não é tão precisa quanto no modo FULL.
FULL: Mesmo que o modo FAST, porém a sintonia é mais precisa e demorada, resultando em melhor desempenho do controle PID.
SELF: O desempenho do processo é monitorado e a sintonia auto-adaptativa é automaticamente iniciada pelo controlador sempre que o desempenho piora.
rSLF: Realiza a sintonia automática e retorna para o modo SELF. Tipicamente utilizado para forçar uma sintonia automática imediata de um controlador que estava operando no modo SELF, retornando a este modo no final.
TGHT: Semelhante ao modo SELF, mas além da sintonia auto-adaptativa, executa também a sintonia automática sempre que o controlador é colocado em RUN = Yes ou o controlador é ligado.
Abaixo, os exemplos de sintonia automática (Figura 5) e sintonia auto-adaptativa (Figura 6)
Figura 5 - Sintonia PID Figura 6 - Sintonia PID Auto-Adaptativa
4.4.3 PROCEDIMENTO PARA A SINTONIA AUTOMÁTICA DO PID
Durante a sintonia automática, o processo é controlado sob regime ON-OFF no Set Point (SP) configurado.
Dependendo das características do processo, além de grandes oscilações, pode-se levar muitos minutos para a conclusão da sintonia.
O procedimento recomendado para a execução é o seguinte:
− Inibir o controle do processo no Ciclo de operação: run = no;
− Programar operação em modo automático na tela Ciclo de operação: Ctrl = Auto;
− Programar valor diferente de zero para Pb (Banda Proporcional) no Ciclo de sintonia;
− Desabilitar a Função de Soft Start, no Ciclo de sintonia: SFST = 0;
− Desligar a função de Rampas e Patamares, no Ciclo de Operação: E Pr = 0 e programar SP para um valor diferente do atual valor da PV e próximo ao valor em que operará o processo após sintonizado;
− Habilitar a sintonia automática, no Ciclo de sintonia: Atun = FAST;
− Habilitar o controle do processo no Ciclo de operação: run = Yes.
Recomenda-se não desligar o equipamento e não alterar o valor de setpoint durante o processo de sintonia PID.
O sinalizador “TUNE” permanecerá ligado durante o processo de sintonia.
No caso de saída PWM ou pulso, a qualidade da sintonia dependerá também do tempo de ciclo previamente ajustado pelo usuário.
Se a sintonia não resultar em controle satisfatório, a Tabela 3 apresenta orientação em como corrigir o comportamento do processo.
PARÂMETRO PROBLEMA VERIFICADO SOLUÇÃO
Banda Proporcional (Pb) Resposta Lenta Diminuir
Grande Oscilação Aumentar
Taxa de Integração (Ir) Resposta Lenta Aumentar
Grande Oscilação Diminuir
Tempo Derivativo (dT) Resposta Lenta ou Instabilidade Diminuir
Grande Oscilação Aumentar
Tabela 3 - Ajuste Fino dos Parâmetros PID