O que é um controlador PID
Um controlador PID mantém um processo em um valor de ajuste. Ele lê um sensor, compara a leitura com o valor digitado pelo operador e ajusta uma saída para fechar a diferença. Em uma máquina, é o instrumento que decide a quantidade de calor, refrigeração ou vazão que entra no processo, e é por isso que ele está em extrusoras, moldadoras, linhas de embalagem, estufas, banhos e câmaras de ensaio, e não apenas em laboratórios.
Vale separar o controlador dos instrumentos ao seu redor, porque as consultas costumam confundir todos eles. Um sensor de temperatura mede e produz um sinal. Um transmissor condiciona e repassa esse sinal. Um registrador de dados o registra. Um controlador age sobre ele. O controlador pode exibir o valor medido, e normalmente exibe, mas o que faz dele um controlador não é o display, e sim o laço fechado.
A seleção depende, portanto, de quatro perguntas: o que a entrada mede, qual saída a carga exige, quantos canais de alarme o processo precisa e quanto espaço de painel está disponível. Todo o resto decorre dessas respostas, e a ordem importa, porque em alguns instrumentos o tamanho do painel limita as saídas que podem sequer ser instaladas.
Como um controlador PID mede
A diferença entre um controlador PID e um termostato está no que acontece perto do valor de ajuste. O termostato liga a saída por completo até o valor de ajuste ser atingido e depois a desliga por completo, de modo que o processo ultrapassa o valor, recua e oscila em torno dele em vez de estabilizar. Um laço PID observa três coisas ao mesmo tempo: a distância do processo em relação ao valor de ajuste, há quanto tempo ele está fora dele e quão rápido se move. Ajusta então a saída de forma proporcional, e não em degraus, e um laço bem sintonizado estabiliza mais perto do valor de ajuste e ali permanece.
A forma de saída decide como esse ajuste chega até a carga. Um relé apenas liga e desliga, então um laço que aciona um relé varia a proporção de tempo em que o contato fica fechado dentro de um ciclo. O acionamento por estado sólido comuta em estado sólido e pode variar a proporção em um ciclo muito mais curto, o que convém a um processo térmico rápido. Uma saída linear de corrente ou tensão aciona um controlador de potência ou uma válvula, em vez de chavear a carga diretamente, e é a forma usada quando a carga é grande demais para um contato. Nada disso muda o algoritmo de controle; muda o refinamento com que a decisão pode ser aplicada.
Na maioria dos instrumentos de painel, o tipo de entrada é um item de menu, e não uma escolha de hardware, e isso é uma questão de comissionamento tanto quanto de pedido. Um controlador configurado para um tipo de termopar mostra um valor plausível, porém errado, quando outro sensor é conectado aos mesmos terminais, porque lineariza o sinal de milivolts recebido contra a curva errada. Ajustar o tipo de entrada para coincidir com o sensor realmente instalado faz parte da entrada em serviço do laço.
Opções de configuração
Grande parte da especificação é definida por essas decisões, e não pela classe de exatidão. Cada uma restringe a seguinte, e por isso elas são resolvidas em ordem.
| Configuração | Opções a definir | O que isso decide de fato |
| Tamanho e recorte do painel | Tamanhos DIN quadrados e retangulares comuns, do compacto à largura total | O espaço disponível no painel e, em alguns instrumentos, quais saídas podem ser instaladas, já que uma carcaça pequena não acomoda todas as combinações. |
| Tipo de entrada | Famílias de termopar e RTD, além de entradas analógicas de corrente e tensão | Quais sensores podem ser conectados sem um transmissor separado. A faixa de tipos costuma ser ampla, mas não universal, então vale conferir um sensor incomum em vez de partir do pressuposto. |
| Forma de saída | Contato de relé, acionamento por estado sólido, corrente ou tensão lineares, ou uma combinação | Com que refinamento a saída pode dosar e, portanto, com que rigor o controle se mantém em determinado processo. |
| Número de saídas | Saída única, ou uma segunda saída para refrigeração ou para uma segunda zona | Se um processo que precisa de aquecimento e refrigeração pode ser conduzido por um único instrumento, o que elimina um segundo controlador e sua fiação. |
| Canais de alarme | Uma ou duas saídas de alarme, ou nenhuma | Se o controlador pode sinalizar uma condição fora do limite independentemente da saída de controle, e se o alarme é absoluto ou relativo ao valor de ajuste. |
| Função de alarme | Tipos de desvio, faixa, absoluto, temporizador e falha do aquecedor | O que o alarme de fato detecta. Um alarme de falha do aquecedor detecta um elemento queimado, e não uma leitura alta, e precisa de seus dois parâmetros ajustados ao processo para funcionar. |
| Comunicação | Barramento serial, com ou sem sistema supervisor | Se valores de ajuste e leituras podem ser coletados centralmente e se uma troca de receita pode ser enviada a vários controladores ao mesmo tempo. |
| Alimentação e capacidade de chaveamento | Alimentação de rede ou de baixa tensão, e a corrente nominal do contato em saídas de relé | Se a carga pode ser chaveada diretamente ou exige um relé intermediário, arranjo usual para carga indutiva. |
Como escolher um controlador PID
| Fator | Por que isso decide a resposta | Como definir isso antes de cotar |
| Tipo e faixa do sensor | O tipo de entrada precisa coincidir com o sensor, e a faixa medida precisa ficar dentro da extensão de medição do instrumento | Informe o tipo de sensor e a faixa de temperatura ou de processo que ele cobrirá, incluindo os extremos, e não apenas o ponto normal. |
| A carga e sua corrente nominal | A forma de saída e a corrente nominal do contato decorrem do que está sendo chaveado | Informe o tipo de carga, sua corrente e se ela é resistiva ou indutiva. A corrente nominal de um contato não é a corrente nominal da carga. |
| Qualidade de controle necessária | Um processo que deve manter uma banda estreita exige dosagem proporcional mais fina do que aquele que apenas precisa permanecer dentro de uma janela ampla | Descreva a tolerância exigida e a consequência de ultrapassá-la, em vez de citar um tipo de controlador. |
| Exigência de alarme | Um alarme que detecta um aquecedor queimado é uma função diferente de um que detecta uma leitura alta | Diga o que o alarme deve detectar. Descreva a falha, não o nome do alarme. |
| Espaço e recorte do painel | O recorte normalmente já está definido pelo invólucro e não pode ser ampliado sem refazer o painel | Informe o recorte existente, ou o espaço disponível em painel novo. |
| Ambiente junto ao painel | Calor, pó e lavagem agem sobre a face frontal e sobre a vida útil do instrumento | Descreva onde o painel está, e não a planta em geral, e diga se a face frontal recebe jato de água. |
| Integração | Se o valor de ajuste é definido localmente ou enviado por um sistema supervisor decide se a comunicação é necessária | Diga o que, se algo, lê o controlador remotamente, e em qual protocolo. |
A extensão de medição do instrumento e a faixa de trabalho são números diferentes. Um controlador escolhido para a temperatura mais alta que o processo pode atingir se resolve pior na temperatura em que opera normalmente, por isso o ponto de trabalho é o que deve ser informado.
As alternativas mais próximas
Estes são os tipos em que uma consulta sobre um controlador PID normalmente se resolve, e o ponto em que a escolha realmente se decide.
| Alternativa mais próxima | Diferença em relação a um controlador PID |
| Sistemas PLC | Um controlador lógico programável só implementa um laço de controle se esse laço estiver escrito e se houver entradas e saídas analógicas instaladas; nesse caso ele trata muitos laços ao mesmo tempo como parte de um programa mais amplo. Um controlador PID é um instrumento autônomo para um ou dois laços, configurado e não programado, e continua funcionando como controlador ainda que o programa da máquina seja interrompido. |
| Conversores de sinal | Um conversor muda a forma ou a faixa de um sinal, por exemplo de termopar para 4-20 mA, sem agir sobre o processo. Um controlador PID mede, decide e aciona uma saída. Quando um medidor de painel ou um PLC precisa de um sinal padrão a partir de um sensor, é o conversor que fornece esse sinal. |
| Módulos de controle | Um módulo de controle é um bloco dentro de um sistema de controle maior, sem interface de operador própria. Um controlador PID é um instrumento de painel completo, com display, teclas e uma saída, e é o que o operador da máquina normalmente ajusta. |
| Sensores de temperatura | Um sensor produz um sinal e nada mais. É o controlador que decide o que fazer com o valor que ele informa. Os dois costumam ser especificados juntos, porque escolher o tipo de entrada sem considerar o sensor instalado é o motivo mais comum de um laço novo ler errado na primeira partida. |
| Registradores de dados industriais | Um registrador guarda o que aconteceu e serve para provar depois que o processo permaneceu dentro dos limites. Um controlador age no momento. Um processo que precisa ser controlado e documentado precisa dos dois, ou de um controlador com um sistema supervisor de registro por trás. |
O que incluir na solicitação
A primeira resposta pode ser um orçamento, e não um conjunto de perguntas, se a consulta trouxer esses dados. Quando um valor não for conhecido, envie a descrição da função e confirmaremos o que ela implica.
- Tipo de sensor que será conectado, e a designação de termopar ou RTD em caso de tipo incomum
- A faixa de processo a ser controlada, com o ponto de trabalho e também os extremos
- O que a saída aciona: contator, relé de estado sólido, unidade de tiristores ou válvula
- A corrente dessa carga e se ela é resistiva ou indutiva
- O recorte do painel, ou o espaço disponível se o painel ainda não foi feito
- O número de laços a controlar e se são necessários tanto o aquecimento quanto a refrigeração
- O que o alarme deve detectar, descrito como uma falha e não como um tipo de alarme
- Se algum sistema supervisor lê o controlador, e por qual protocolo
- Tensão de alimentação disponível no painel
- Se a documentação do processo é exigida separadamente do controle