El lazo PID es una manera de controlar la velocidad del variador. En donde el drive se autorregulará, acelerará y desacelerá, de manera tal que una variable del proceso mantenga un valor deseado a pesar de los cambios que se presenten en la aplicación.

El PID funciona realizando una resta entre la retroalimentación del proceso (sensor) y el valor deseado, la diferencia es conocida como error o desviación, acorde a esta desviación acelera/desacelera el motor con el fin de reducir el error a cero, es decir establecerse nuevamente en el valor deseado.

 La familia PowerFlex 520 posee dos topologías de PIDs, en este caso analizaremos el PID exclusivo es que el utilizado en sistemas de presión constante, tal como se explica en el apéndice F del manual de usuario de los PowerFlex 520 Publicación 520-UM001[1]

PID Exclusivo

Como se muestra en la imagen el Lazo PID define completamente la velocidad a la cual de girar la frecuencia/velocidad del motor. Es decir la salida del PID es igual al comando de velocidad del motor.

Figura 1. Lazo PID exclusivo en PowerFlex 520 [1]

Como se muestra en la imagen.  Considerando la siguiente definición de variables:

• Ref PID: Valor deseado o referencia del PID. Parámetro A459
• FB PID: Retroalimentación del proceso (sensor). Parámetro A460

Se tienen las siguientes relaciones:

• PID Error= Valor deseado – Retroalimentación del proceso.
• Frec Comando= PID Salida.

Un ejemplo es un sistema de presión constante en cual se desea que se mantenga la presión en cierto valor para garantizar que el agua potable se distribuya por todo el sitio de instalación. Por medio de cambios de velocidad logramos variar la presión del sistema para que se ajuste acorde al consumo.

Figura 2. Sistema de presión constante [1]

• En una aplicación de bombeo, la referencia PID es igual al punto de ajuste de presión del sistema deseado. Este normalmente es definido por ingeniero mécanico a cargo del diseño.
• La señal del transductor de presión proporciona retroalimentación PID al variador. Las fluctuaciones en la presión del sistema, debidas a cambios en el flujo, resultan en un valor de error PID.
• La frecuencia de salida del variador aumenta o disminuye para variar la velocidad del eje del motor con el fin de corregir el valor de error PID.
  

¿Cómo se configura el Lazo PID en un variador PowerFlex 525?

Las variables a definir son las siguientes

• Valor deseado del PID- [PID Ref Sel] Parámetro A459: En él se programa la variable desde donde se tomará el valor que variador deberá considerar como la presión deseada o requerida por el sistema a mantener constante.

Si se escoge la opción de Set point o punto fijo (opción 0 del parámetro A459), en el parámetro A464 se programa el valor deseado de presión como porcentaje de la señal del sensor.

Por ejemplo si el sensor es de 0 a 100 psi, si programamos el parámetro A459 en 0 y el parámetro A464 en 80, esto quiere decir que el valor deseador es 80% de 100 psi, es decir 80 psi.

Figura 3. Parámetro A549 referencia de PID [1]

Figura 4. Parámetro A464 valor del Set Point [1]

• Señal de retroalimentación [PID Fdback Sel] Parámetro A460: Se define la señal de retroalimentación del sistema. Se define si el sensor es de 0-10 Volts o de 4 a 20 mA.

Figura 5. Parámetro A464 define la señal de retroalimentación del PID. [1]

• Ganancias del PID: El controlador PID o Proporcional-Integral-Derivativo, recibe su nombre por sus ganancias, las mismas definen la repuesta del lazo ante la presencia de un error, es decir cuando la retroalimentación no es igual al valor deseado. Cada una de las ganancias aplican una función matemática a la función del Error.
  • Ganancia Proporcional A461: Esta función multiplica por una constante la función del error.
  • Ganancia Integral A462: Esta función calcular la integral de la función del error, le permite calcular el promedio de esta función. Con esta ganancia se logra reducir el error a cero.
  • Ganancia Derivativa A463: Está basado en la función matemática derivada, la derivada permite calcular la pendiente de una curva por tanto le permite a controlador estimar el valor futuro del proceso.

Figura 6. Parámetros para ajustar las ganancias del lazo PID. [1]

¿Cómo realizo la sintonización o ajuste de ganancias del PID?

Para una guía de cómo realizar ajustes de las ganancias para su aplicación consulte el apéndice F, página 220 del manual de usuario de la familia PowerFlex 520 publicación: 520-UM001. A continuación se brinda las recomendaciones de fábrica:

Figura 7. Procedimiento para sintonización del PID. [1]

Figura 8. Posibles tipos de repuestas durante sintonización de PID. [1]

En los siguientes videos de nuestro canal de YouTube podrá observar una explicación sobre la configuración de PID en los PowerFlex 525 y PowerFlex 753:

Video PowerFlex 525:

Canal de Youtube de Elvatron: HAGA CLICK AQUÍ

Bibliografía.

[1] Apéndice F, Manual de usuario: Variador de CA de frecuencia ajustable PowerFlex serie 520, Publicación 520-UM001, Rockwell Automation (Septiembre 2013): http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/um/520-um001_-es-e.pdf