¿Cómo configurar el control PID en un variador de frecuencia trifásico?

Como proveedor de variadores de frecuencia (VFD) trifásicos, a menudo me preguntan cómo configurar el control PID en estos variadores. PID, que significa Proporcional-Integral-Derivado, es un algoritmo de control que desempeña un papel crucial en el mantenimiento de un funcionamiento estable y preciso en diversas aplicaciones industriales. Entonces, profundicemos y exploremos cómo se puede configurar el control PID en un VFD trifásico.

Comprender los conceptos básicos del control PID

Antes de comenzar con el proceso de configuración, es importante tener una comprensión básica de qué se trata el control PID. El algoritmo PID utiliza tres componentes principales (el término proporcional, el término integral y el término derivativo) para calcular una salida que ajusta el sistema para alcanzar el punto de ajuste deseado.

• Término proporcional (P): Este término proporciona una salida que es proporcional al error entre el punto de ajuste y la variable de proceso real. Una ganancia proporcional más alta puede dar lugar a una respuesta más rápida, pero también puede provocar un sobreimpulso.
• Término Integral (I): El término integral acumula el error a lo largo del tiempo y ayuda a eliminar errores de estado estacionario. Corrige la deriva a largo plazo del sistema.
• Término derivado (D): El término derivada predice errores futuros en función de la tasa de cambio del error. Ayuda a amortiguar las oscilaciones y mejorar la estabilidad del sistema.

Preparación para la configuración PID

Lo primero es lo primero: debe asegurarse de que su VFD trifásico esté correctamente instalado y encendido. Asegúrese de que todas las conexiones de cableado necesarias estén seguras y que la potencia de entrada esté dentro del rango especificado. Además, recopile la siguiente información:

• Variable de proceso: Este es el parámetro que desea controlar, como la temperatura, la presión o la velocidad.
• Punto de ajuste: El valor deseado de la variable de proceso.
• Solenoide: El dispositivo que será controlado por el VFD, como un motor o una bomba.

Configuración inicial de parámetros PID en el VFD

La mayoría de los VFD trifásicos modernos tienen funciones de control PID integradas. Para iniciar el proceso de configuración, acceda al menú de configuración de parámetros del VFD. Los pasos exactos para acceder al menú pueden variar según la marca y el modelo de su unidad.

1. Habilitar control PID: Busque un parámetro que habilite la función de control PID. Colóquelo en la posición "ON".
2. Establecer la fuente de la variable de proceso: Seleccione la fuente de entrada para la variable de proceso. Podría ser una señal de entrada analógica de un sensor, como un sensor de temperatura o un transductor de presión.
3. Definir el punto de ajuste: Ingrese el valor deseado de la variable de proceso. Generalmente puede configurar el punto de ajuste usando el teclado del VFD o mediante una interfaz de comunicación.

Ajuste de los parámetros PID

Ajustar los parámetros PID es un paso crítico para obtener un rendimiento óptimo de su VFD. Existen varios métodos para ajustar los parámetros PID y aquí se muestran algunos de los más comunes:

1. Ziegler-Método Nichols

Este es un método popular para el ajuste inicial. Siga estos pasos:

• Deshabilitar los términos integral y derivada.: Establezca la ganancia integral (Ki) y la ganancia derivada (Kd) en cero.
• Aumente gradualmente la ganancia proporcional (Kp): Hasta que el sistema comience a oscilar de manera constante. Anote el valor de Kp en el que esto ocurre (Kp_crítico) y el período de oscilación (T_crítico).
• Calcular los parámetros PID:
  • Ganancia proporcional (Kp) = 0,6 * Kp_crítico
  • Ganancia integral (Ki)= 1,2 * Kp_crítico / T_crítico
  • Ganancia derivada (Kd) = 0,075 * Kp_crítico * T_crítico

2. Sintonización manual

Si no desea utilizar el método Ziegler-Nichols o el sistema es demasiado complejo, puede intentar el ajuste manual. He aquí cómo:

• Comience con ganancias conservadoras: Establezca la ganancia proporcional (Kp) en un valor bajo y establezca las ganancias integral (Ki) y derivada (Kd) en cero.
• Ajustar la ganancia proporcional: Aumente Kp gradualmente hasta que el sistema responda rápidamente a los cambios en el punto de ajuste sin sobrepasar excesivamente.
• Suma el término integral: Si hay un error de estado estable, aumente lentamente la ganancia integral (Ki). Esté atento a la respuesta del sistema, ya que demasiada ganancia integral puede provocar oscilaciones.
• Añade el término derivado: Si el sistema oscila o la respuesta es demasiado lenta para alcanzar el punto de ajuste, agregue una pequeña ganancia derivada (Kd). Esto ayudará a amortiguar las oscilaciones.

Prueba de la configuración PID

Una vez que haya ajustado los parámetros PID, es hora de probar la configuración. Aquí hay algunos pasos a seguir:

• Ejecute una prueba de pasos: Cambie el punto de ajuste repentinamente y observe cómo responde el sistema. La variable del proceso debe alcanzar el nuevo punto de ajuste rápidamente sin sobrepasos ni oscilaciones excesivos.
• Verificar la estabilidad: Supervise el sistema durante un período de tiempo para garantizar que permanezca estable. Si hay signos de inestabilidad, como oscilaciones continuas o respuesta lenta, vuelva a ajustar los parámetros PID.

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Referencias

• Dorf, RC y Bishop, RH (2016). Sistemas de control modernos. Pearson.
• Åström, KJ y Hägglund, T. (2006). Control PID avanzado. ISA.