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PLC Forum


PID che fa costui!!!


Fabio_C.

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Ciao a tutti,

cerco ,in maniera molto sintetica, informazioni sulla teoria e successiva pratica sull'uso del PID che nel mio

caso, dovrà gestire con un plc A&B delle valvole di mandata di una miscela di aria e gas metano per un forno.

Saluti a tutti e in bocca al lupo......

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Il discorso non è proprio brevissimo....

I regolatori PID vengono utilizzati nei sistemi di regolazione analogici ad anello chiuso, cioè con retroazione.

Il sistema ad anello chiuso è costituito da cinque blocchi principali:

- Un riferimento che decide il valore che dovrà avere la grandezza controllata

- Un blocco differenza che compara il segnale di riferimento con il segnale di retroazione che corrisponde al valore reale della grandezza controllata

- Il blocco adattatore (il regolatore PID ad esempio) che stabilizza il sistema e adatta i segnali

- Il blocco attuatore che comanda gli organi che dovranno agire sulla grandezza controllata

- La linea di retroazione che comprende gli elementi di rilevamento della grandezza controllata e di adattamento del segnale per renderlo comparabile con il riferimento.

Il sistema ad anello chiuso è utilizzato per rendere la grandezza controllata indipendente da disturbi vari o variazione dei parametri dei blocchi che pilotano il sistema.

Poichè il sistema controlla l'effettivo valore della grandezza, può intervenire per correggere eventuali errori che si vengano a creare, cosa impossibile con i sistemi ad anello aperto che regolano una grandezza senza tener conto del risultato.

Parametri importantissimi dei sistemi ad anello chiuso sono la stabilità, l'errore massimo a regime costante, la velocità di risposta.

Un accurato progetto del sistema dovrà ottimizzare questi parametri.

Per spiegare la funzione del regolatore PID (che poi è il regolatore analogico universale) considererò un esempio pratico.

Per rimanere in tema facciamo l'esempio del controllo del flusso del gas ad un forno, come hai accennato te.

Ammettiamo di avere a disposizione il gas da un impianto ad una certa pressione e di voler controllare la portata che avrà la tubazione di afflusso al forno. L'elemento di controllo sarà una valvola motorizzata proporzionale, mentre un misuratore di flusso restituirà al sistema il valore reale della portata della tubazione.

Tralasciamo in questa fase il rilevamento esatto della portata di massa di gas in funzione della temperature e della pressione. Supponiamo di avere un sensore che ci fornisce direttamente la portata della tubazione in kg/h.

Noi avremo un valore di riferimento da rispettare per il corretto funzionamento del forno, e per ottenere ciò il sistema dovrà agire sulla posizione della valvola.

Supponiamo il sistema già a regime, con flusso di gas costante e esattamente uguale al riferimento che abbiamo dato. Supponiamo anche che per ottenere questa portata la valvola sia posizionata a metà apertura. La pressione del gas nell'impianto è costante e il sistema è in equilibrio con errore nullo.

Supponiamo che una variazione di pressione nell'impianto provochi una variazione del flusso del gas che il sistema dovrà correggere al più presto. Ad esempio ci può essere un calo di pressione e quindi di flusso.

Bisognerà distinguere a seconda che il sistema sia proporzionale, integrativo o derivativo.

Sistema proporzionale:

Nel sistema proporzionale la grandezza controllata è proporzionale all'errore fornito dal blocco comparatore. Supponiamo che con errore nullo la valvola sia posizionata a metà corsa.

A regime iniziale tutto bene. Quando sopraggiunge la diminuzione di pressione il sistema rileva una diminuzione di flusso e proporziomalmente apre la valvola attenuando il disturbo.

Se la variazione di pressione dell'impianto è transitoria (cioè dopo un certo tempo ritorna al valore iniziale) il sistema attenuerà il disturbo per stabilizzarsi di nuovo sul valore iniziale.

Se la diminuzione di pressione si mantiene nel tempo il sistema dovrà correggersi aprendo maggiormante la valvola per mantenere costante il flusso. Ma non si potrà mai tornare nella condizione di errore zero poichè in tal caso il sistema proporzionale riporterebbe la valvola a metà corsa, mentre abbiamo detto che la valvola dovrebbe essere più aperta per compensare la diminuzione di pressione.

Il sistema risponderà quindi aprendo la valvola, ma non quanto sarebbe necessario per avere errore zero. Si deve mantenere infatti un certo errore che giustifichi la maggiore apertura della valvola. Il disturbo è attenuato ma è sempre presente a regime. Può essere diminuito a piacere aumentando la costante di amplificazione del sistema ma si può compromettere la stabilità del sistema.

Sistema integrativo:

Nel sistema integrativo la grandezza controllata è proporzionale all'integrale nel tempo dell'errore fornito dal blocco comparatore. Si può notare che in questo modo la grandezza controllata è stabile solo con errore nullo.

Quando sopraggiunge la diminuzione di pressione e quindi di flusso il sistema rileva l'errore e il blocco integratore comincia a muovere la valvola in apertura, arrestandosi solamente quando l'errore si è annullato. A questo punto il sistema si stabilizza nella nuova posizione e non vi sono errori nella grandezza controllata.

Il sistema è più preciso, ma è più lento e meno stabile. Infatti anche se l'errore si presenta istantaneamente il blocco integrativo ha bisogno di un certo tempo per variare il suo valore di uscita. Per contro, aumentando la velocità del blocco integratore, il sistema può oltrepassare la condizione finale di equilibrio e si possono innescare oscillazioni.

Sistema derivativo:

Nel sistema derivativo la grandezza controllata è proporzionale alla derivata dell'errore fornito dal blocco comparatore.

Si può notare quindi che il sistema è insensibile a errori costanti nel tempo (la cui derivata è zero). Il sistema agisce solo in caso di variazione dell'errore e la sua azione è tanto più energica quanto più rapida è la variazione dell'errore. Il sistema è quindi indicato per intervenire in caso di errori di notevole ampiezza e di rapida evoluzione, ma non può da solo controllare correttamente una grandezza.

Il sistema PID (proporzionale-integrativo-derivativo) è l'insieme dei tre sistemi sopracitati. L'azione del sistema è determinata dalle tre grandezze tramite tre costanti. Quando le tre costanti sono impostabili dall'esterno il regolatore si dice universale.

L'impostazione delle tre costanti permette di ottimizzare la velocità di risposta del sistema, la stabilità e l'errore a regime.

Oltre a questo possono essere possibili anche altre impostazioni, come la banda di non intervento (ciòe il valore massimo dell'errore entro il quale il sistema non interviene per nulla) e l'escursione massima degli organo di controllo.

Nell'analisi del sistema completo si dovrà considerare anche la caratteristica dell'attuatore che influirà nel sistema. Anche se questo non fa parte fisicamente del regolatore la sua caratteristica deve essere considerata parte integrante della caratteristica globale del regolatore. Tali parametri infatti influiscono sulle prestazioni del sistema e possono addirittura modificarlo nelle sue caratteristiche principali. Ad esempio una valvola motorizzata senza controllo di posizione trasformarà un sistema proporzionale in un sistema integrativo e renderebbe assolutamente instabile un regolatore integrativo.

Spero che tutto quello che ho scritto ti sia d'aiuto. Se sono stato poco chiaro chedi pure, vedrò se posso spiegarmi meglio. Ciao!

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