Usando o Controle de Malha Fechada No MM4 - 0807[1]

MICROMASTER 4 Usando o Controle de Malha Fechada (PID)

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Edição 08.2007

A&D CS – Suporte Técnico Drives HotLine

s MM4 - Usando o Controle de Malha Fechada (PID)

HotLine s – (11) 3833-4040 Página 2 de 9

Índice 1. Introdução 1.1 O que é controle de malha fechada (closed-loop control)? 1.2 Observações Importantes 2. Controlador PI/PID 2.1 Componentes Proporcional e Integral (PI) 2.2 Componente Diferencial (D) 2.3 PID Autotuning (Otimização Automática) 2.4 Tempos de Rampa (controlador PID) 2.5 Habilitação do controle PI/PID 3. Exemplo de aplicação 3.1 Ajustando o controle PI/PID 3.1.1 Setpoint 3.1.2 Feedback 4. Diagramas 4.1 Diagrama do controle PI (MM420)

4.2 Diagrama do controle PID (MM430/MM440)



Usando o Controle de Malha Fechada (PID) 1. Introdução 1.1 O que é controle de malha fechada (closed-loop control)?

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 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.

É interessante resaltar que o controle de malha fechada presente no MM420, tem

apenas as componentes PI (Proporcional e Integral), o que o diferencia do controle de malha fechada do MM430/MM440, que possui as componentes PID (Proporcional, Integral e Derivativo). Sua habilitação é semelhante ao controle do MM430/MM440, através do P2200=1, bem como os parâmetros que definem as fontes de setpoint, P2253 e feedback P2264. 1.2 Observações Importantes

Não é possível realizar a comutação do modo velocidade do conversor, para controle PI ou PID, com o conversor em funcionamento. O controle de Malha Fechada pode, por exemplo, ficar dependente de uma entrada digital, porém só terá seu funcionamento ativo quando do desligamento do conversor, habilitação do controle PI e nova partida.

O controle PI (ou PID) mesmo sem estar habilitado como controle principal do motor

(P2200=0), tem suas funcionalidades disponíveis, ou seja, mesmo desabilitado é possível inserir valores de setpoint e feedback e gerenciar seu erro. Desta maneira é possível utilizá-lo como um setpoint adicional, utilizando sua saída, r2294 (P1075=2294). Não disponível para MM410. 2. Controlador PI/PID 2.1 Componentes Proporcional e Integral (PI)

O usuário pode ajustar o desempenho do controlador PI para se adaptar ao comportamento do processo ajustando as componentes P e I, P2280 e P2285, respectivamente. A característica do processo determinará o tipo de resposta, de uma resposta rápida (com



overshoot), até uma resposta amortecida. Ajustando os parâmetros P e I, é possível alcançar diferentes tipos de resposta.

Assim como nos reguladores de velocidade, devemos realizar a otimização de nosso

controlador, afim de obter o melhor desempenho de nosso sistema.

Dica: Durante a colocação em funcionamento, é comum haver desarmes por sobrecorrente (F0001). Este fato ocorre devido à falta de otimização de nosso controlador, principalmente quanto ao ajuste da componente Integral do sistema. Normalmente, na primeira partida não temos nenhum valor de feedback, consequentemente, teremos 0 na leitura do valor real de pressão. Como nosso controlador PI trabalha em função do erro gerado entre setpoint e feedback, teremos como situação inicial um valor de 50% de setpoint, conforme nosso exemplo, e 0 de feedback, gerando então um erro de 100%. Como o ajuste de fábrica para o tempo de integral é 0 (P2285=0), o conversor tentará corrigir o erro em 0 segundos, causando um pico de corrente na partida e desarme por F0001. 2.2 Componente Diferencial (D)

A componente diferencial (D) é ajustada em P2274. A componente D é particularmente útil para aplicações onde o setpoint de PI é constante e o erro deve reagir rapidamente (exemplo: um braço de dançarino que controla tração). Opção disponível apenas para MM430 e MM440. 2.3 PID Autotuning (Otimização Automática)

É possível realizar a otimização automática do controlador PI, através do parâmetro P2350, seguido de um comando de liga. O conversor ajusta automaticamente os ganhos proporcional e integral. Podemos tomar estes valores como ajustes iniciais, mas normalmente será necessário ainda um ajustes “manual” para estes parâmetros. Disponível apenas para o MM440.

Esta otimização deve ser realizada com o sistema em funcionamento, pois necessita de

variação em seu feedback, para ajuste automático dos ganhos proporcional e integral do sistema. 2.4 Tempos de Rampa (controlador PID)

Quando é habilitado o controle PI usando P2200, as rampas de aceleração e desaceleração (P1120 e P1121) são desabilitadas. O setpoint do controle PID tem seus próprios tempos de rampa, P2257 e P2258. A rampa de aceleração, P2257, é ativada quando o setpoint do PID é mudado ou quando um comando LIGA é ativado. A rampa de desaceleração, P2258 só é utilizada quando o setpoint PID é alterado. As rampas de desaceleração utilizadas após os comandos OFF1 e OFF3 são respectivamente ajustadas em P1121 e P1135. \



2.5 Habilitação do controle PI/PID

Conforme informado anteriormente, o parâmetro para habilitação do controle PI é o parâmetro P2200. É necessário ajustá-lo em 1 (P2200=1), para que a função PI seja habilitada como setpoint principal do motor.

É possível realizar a habilitação do controle PI através, por exemplo, de uma entrada

digital. Basta utilizarmos as funções Bico, disponíveis tanto nos modelos MM430/MM440 quanto no MM420 (atentar as observações citadas no início deste guia, quanto à comutação do controle PI, com o conversor em funcionamento).

No exemplo abaixo utilizamos a entrada digital 2 (borne 6) como habilitação de nosso

controlador:

P702=99 (função bico) P2200=722.1 (endereço Bico de nosso entrada digital 2)

3. Exemplo de aplicação

Uma aplicação muito utilizada é o controle de pressão em uma linha, onde existe uma

bomba controlada por nosso MM4, onde devemos manter a pressão sempre constante. Neste exemplo temos um pressostato, que nos retorna o valor atual de pressão

(feedback), variando de 0 a 10bar, através de um sinal de 4 a 20mA, 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.

3.1 Ajustando o controle PI/PID

Definidos os valores de trabalho, o próximo passo é efetuar o ajuste dos parâmetros do nosso controle PI/PID.

3.1.1 Setpoint

Verificamos anteriormente que nosso valor de setpoint é 50%. Existem diversas formas de se inserir este valor no canal de setpoint (P2253), e, devido as diferenças entre MM430/MM440 e o MM420, os exemplos abaixo estarão separados de acordo com os modelos:



- Ajuste do setpoint (MM430/MM440): A forma mais comum é a utilização dos conectores fixos, P2889 e P2890, onde é possível inserir valores e utilizá-los na função desejada. Utilizando esta função o ajuste do setpoint ficará da seguinte forma:

P2253= 2889 ou 2890 P2889 ou P2890 (de acordo com o ajuste de P2253)= 50% (valor desejado de setpoint)

- Ajuste do setpoint (MM420): Neste modelo os parâmetros P2889 e P2890, não estão disponíveis, a forma mais simples de se ajustar o valor do setpoint é mostrada abaixo: P2253=1 (O ajuste 1, corresponde a 100% de setpoint) P2255=50 (Este parâmetro limita o valor disponível para o setpoint, neste caso 50%, ver diagrama do PID). Este ajuste em P2255, dos 100% ajustados em P2253=1, utilizaremos apenas 50%. Caso o setpoint desejado fosse 80%, bastaria ajustarmos P2255=80. 3.1.2 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). Caso exista dúvida no ajuste destes parâmetros, favor consultar nosso guia de entradas/saídas analógicas, disponível em nosso site (www.siemens.com.br/acionamentos).

Depois de ajustada, basta conectar a entrada analógica ao parâmetro de feedback P2264, conforme abaixo:

P2264=755.0 (Entrada analógica 1)

Observação: Nos modelos MM440 e MM430, 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 a entrada analógica 2, o ajuste de P2264, deverá ficar da seguinte forma:

P2264=755.1 (Entrada analógica 2) 4. Diagramas

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4.1 Diagrama do controle PI (MM420)



4.2 Diagrama do controle PID (MM430/MM440)



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