La messa a punto di un controllore proporzionale-integrale-derivato (controllore PID) è un’attività comune per gli ingegneri specializzati nel controllo di processo. In questo caso per “tuning” si intende la modifica dei parametri relativi alla banda proporzionale del regolatore, azione integrale e azione derivativa. Esistono diversi metodi per calcolare manualmente i parametri di ottimizzazione e numerosi pacchetti software che possono essere utilizzati per sintonizzare automaticamente i controller in un processo chimico. Prima di iniziare qualsiasi messa a punto, è fondamentale che il tecnico esamini il circuito di controllo da sintonizzare e l’impatto del circuito di controllo sull’intero sistema.
Le prestazioni di un controller automatico possono essere regolate e modificate modificando i parametri di regolazione del controller. Quando si sintonizza un controller PID, in genere ci sono tre impostazioni che possono essere modificate: la banda proporzionale, l’azione integrale e l’azione derivativa. Questi sono rappresentati dal primo, secondo e terzo termine nell’algoritmo PID classico, rispettivamente u = KP e + KI ∫ e dt + KD de/dt.
Il termine u rappresenta il segnale di ritorno; KP è il guadagno proporzionale; e è il termine di errore o offset, che rappresenta la differenza tra il valore attuale e il setpoint del regolatore; KI è il guadagno integrale, KD è il guadagno derivativo; e t è il tempo. La trasformata di Laplace di questa equazione può essere espressa come KP + KI/s + KDs.
Prima di mettere a punto un controller PID, un tecnico deve prima esaminare il processo da regolare per determinare se una messa a punto errata sta causando problemi o se esiste un’altra causa assegnabile, come un malfunzionamento o un guasto all’apparecchiatura. Le modifiche alla messa a punto significheranno molto poco se la vera causa della variabilità si scopre essere una valvola di controllo bloccata, strumenti rotti o errori nella logica del sistema di controllo. Solo quando il processo è stato esaminato a fondo e la funzionalità degli strumenti di campo è stata verificata, si dovrebbe prendere in considerazione la messa a punto.
Esistono diversi metodi utilizzati dagli ingegneri chimici, elettrici e degli strumenti per la messa a punto di un controller PID. Il metodo Ziegler-Nichols è uno di questi esempi che utilizza il guadagno finale e il periodo finale del processo per calcolare parametri di regolazione aggressivi per schemi di controllo solo P, solo PI e PID. Altri schemi di controllo, come il metodo Tyreus-Luyben, sono formulati per ridurre l’oscillazione del sistema. Il metodo utilizzato per la regolazione di un controller PID può essere dettato dalla natura del circuito di controllo stesso.
In generale, aumentando il tempo di guadagno di un controller, il controller agirà in modo più aggressivo. Un’azione più integrale aiuterà a ridurre l’offset tra il valore di stato stazionario e il setpoint desiderato, ma può portare a oscillazioni se viene utilizzato troppo. Il termine derivativo viene utilizzato per aiutare a fermare il movimento rapido del valore attuale del controller. Queste sono solo euristiche che forniscono un senso generale dell’effetto di ciascuno dei parametri di accordatura classici.
Molti pacchetti DCS (Distributed Control System) includono software che può essere utilizzato per regolare automaticamente i loop di controllo. Questi pacchetti software spesso ottimizzeranno i processi esaminando le prestazioni passate o eseguendo automaticamente i metodi di test descritti dalle procedure di ottimizzazione stabilite. Come per la maggior parte delle procedure, l’ingegnere deve effettuare la messa a punto fine e piccole regolazioni per adattarsi al processo dopo che la procedura di messa a punto principale è stata completata.