Overshoot (sobressinal) no controlador de temperatura: por que acontece na partida e como evitar

Overshoot, ou sobressinal, é quanto a temperatura passa do setpoint antes de se acomodar. Acontece quase sempre na partida. Para reduzir o pico, o PID precisa ser calculado para aquele processo e a derivativa precisa frear antes da chegada. Quando o produto não aceita pico, entra a rampa de setpoint. Na West, a série Plus (West 6100+, 8100+ e 4100+) tem a pré-sintonia, e os CAL 3300 e 9300, a função dAC.

O que é overshoot e por que ele custa caro?

É o pico acima do setpoint logo depois da subida. Se o setpoint é 200 °C e a estufa chega a 215 °C antes de voltar, o sobressinal foi de 15 °C. A temperatura que sobe e desce o tempo todo é outro problema, tratado em temperatura oscilando no controlador.

O pico passa, mas o estrago fica: peça em retrabalho na estufa de cura, filme queimado na seladora, material degradado na extrusora, linha parada pelo limitador do forno.

Por que a temperatura passa do ponto na partida?

1. Atraso térmico. A resistência fica mais quente que o ponto do sensor: quando ele lê o setpoint, ainda há calor a caminho. Quanto mais longe da resistência está o sensor, maior o atraso.
2. PID de outro processo. O controlador novo sai com os valores de fábrica, que não conhecem a sua máquina. Trocar de produto, de carga ou de resistência também muda o PID certo.
3. Integral acumulada. Numa subida longa, a ação integral soma o erro o tempo todo e, no setpoint, ainda empurra potência.
4. Liga-desliga. A saída só desliga quando a temperatura cruza o setpoint. Segundo a West, alguma oscilação é inevitável nesse modo. O controlador PID dosa a potência antes da chegada.

Como a pré-sintonia do 6100+ e do 8100+ reduz o sobressinal?

Na série Plus, a pré-sintonia calcula o PID na partida. Segundo o manual, o controlador dá potência total até a temperatura fazer mais ou menos metade do caminho até o setpoint. Aí corta a potência (em aquecimento e resfriamento, liga o resfriamento total). Passado o pico dessa oscilação provocada, calcula a banda proporcional, a integral e a derivativa. Segundo a West, isso limita a possibilidade de sobressinal quando o controlador é novo ou a aplicação mudou. Ela roda uma vez e se desliga.

Ela não roda no liga-desliga, com o setpoint em rampa nem com o processo a menos de 5% da faixa de entrada do setpoint (numa escala de 0 a 400 °C, a menos de 20 °C). Por isso é feita com a máquina fria.

Depois, se ligada, a autossintonia recalcula o PID a cada oscilação do processo.

No painel, as duas ficam no modo de sintonia automática (Atun): ponha Ptun ou Stun em On. O LED AT pisca na pré-sintonia e fica aceso na autossintonia. Senha e telas estão no passo a passo do 6100+ em português.

Como o dAC dos CAL 3300 e 9300 freia a chegada?

Nos CAL 3300, 9300 e 9400, a derivativa só age numa faixa em volta do setpoint: a banda proporcional multiplicada pelo dAC, que vai de 0,5 a 5. Quanto maior o dAC, mais longe do setpoint a derivativa começa a frear, e menor o sobressinal. Vem em 1,5, o ajuste médio para sobressinal mínimo, segundo a West. No exemplo dela, com banda de 20 graus e dAC de 2,5, a derivativa age numa faixa de 50 graus, em geral 25 abaixo e 25 acima do setpoint.

O autotune ajusta o dAC no modo Tune, que parte com a carga na temperatura ambiente ou perto dela. A 75% do setpoint, ele perturba o processo e provoca um sobressinal para medir, e a West pede que esse pico seja seguro para o processo. O Tune at Setpoint (At.SP) não mexe no dAC. É o indicado em quatro casos: processo já no setpoint e controlando mal; setpoint abaixo de 100 °C; nova sintonia depois de uma troca grande de setpoint; multizona ou aquecimento e resfriamento.

No painel: entre na programação (▲ e ▼ juntos por 3 segundos); na tela tunE : oFF, segure ✱ e aperte ▲ até aparecer on ou At.SP; saia do mesmo jeito. O LED de SP1 pisca durante a sintonia. Mais na ficha do CAL 9300.

O que ajustar à mão quando ainda passa do ponto?

O manual da série Plus indica o ajuste fino:

• aumente a banda proporcional (Pb_P) se o processo passa do ponto ou oscila demais;
• diminua a derivativa (rATE) se ele passa do ponto, para cima ou para baixo, ou oscila demais;
• baixe o reset manual (biAS, que vem em 25%): segundo a West, valores menores ajudam a reduzir o sobressinal na partida; se depois ele ficar abaixo do setpoint, suba o biAS;
• espere o processo responder antes do próximo ajuste.

O manual também ensina uma sintonia à mão que faz o processo oscilar em liga-desliga. Segundo a West, ela só serve para processo que aguenta variação grande de temperatura. Antes, confira os limites do setpoint e use um setpoint mais baixo se o pico puder causar dano.

E quando o pico não pode acontecer?

A rampa sobe o setpoint aos poucos, a partir da temperatura atual. Use uma velocidade que a máquina acompanhe: rampa mais rápida que o processo perde o efeito. Na série Plus, a velocidade fica no rP, de 1 a 9999 unidades por hora, e vem desligada. Com rampa, a pré-sintonia não roda, e a autossintonia só começa quando a rampa termina. Nos CAL, a rampa vai de 0 a 9995 graus por hora (SPrr), ligada no SPrn.

A sintonia reduz o pico, mas não protege contra falha: um SSR em curto aquece com qualquer PID. Onde o excesso pode queimar o lote ou causar incêndio, entra um limitador com sensor próprio, que corta a resistência por fora do SSR do controlador e trava até o rearme. O alarme do controlador não basta: o manual dos CAL manda não usar o SP2 como único alarme onde há risco de ferimento ou dano. Veja quando usar controlador de limite.

Qual West escolher contra o sobressinal?

Fora isso, escolha pela aplicação: o 6100+ tem entrada universal e até 3 saídas em cartões de encaixe; o CAL 9300 lê termopar ou PT100 a 2 fios e tem até 2 saídas. A Comander é distribuidor oficial da West e fornece os quatro. Os controladores West têm garantia de 3 anos.

O que mandar para cotar o controlador da máquina que passa do ponto?

• a máquina e o que estraga quando a temperatura passa do ponto;
• o setpoint de trabalho e quanto o produto aceita acima dele;
• o sensor (tipo de termopar ou PT100) e onde ele fica;
• o que a saída comanda: contator, SSR ou válvula;
• se precisa de rampa, de resfriamento ou de limitador separado;
• a foto da etiqueta do controlador de hoje, se for troca.

Com isso, a equipe da Comander confere o código e a aplicação antes da cotação.

Perguntas frequentes

A autossintonia sozinha resolve o overshoot da partida?

Nem sempre. Na série Plus, ela só calcula depois de ver uma oscilação completa, e os valores guardados podem não valer com controlador novo ou processo mudado. Aí, segundo a West, entra a pré-sintonia.

Por que o Ptun fica em OFF?

Porque a pré-sintonia não pode rodar: setpoint em rampa, controle em liga-desliga (banda proporcional em zero) ou processo a menos de 5% da faixa de entrada do setpoint. Espere a máquina esfriar, desligue a rampa (rP em Off, que o display mostra em branco) ou saia do liga-desliga.

O autotune do CAL deu tunE : FAiL. O que fazer?

Logo no começo: falta setpoint ou o SP1 está em liga-desliga (on.oF no CYC.t); ponha o setpoint ou passe para o modo proporcional. No meio do ciclo: a carga passou dos limites do algoritmo, e o manual manda mudar as condições, por exemplo subindo o setpoint (com o pico ainda seguro), ou tentar o At.SP.

Resumo

Tem uma máquina passando do ponto ou um projeto novo? Mande o setpoint, quanto a temperatura passou dele e a foto da etiqueta pelo WhatsApp ou pelo formulário desta página.