Overview
PID is an acronym for proportional band, integral and derivative. This control action allows a measurement (process variable) to be controlled at a desired set point by continuously adjusting a control output. These control parameters act on the error or deviation between set point and process variable.
P: Proportional Band in %
I: Integral Time in sec/repeat
D: Derivative Time in seconds
Proportional Control
With proportional band, the controller output changes in "proportion" to the error between process variable and set point. The amplitude of the change is adjustable from 1% to 999.9%.
Refer to Figure 1 below. This example of a temperature controller shows a proportional band setting of 5%.
Set point = 500°
Measurement range = 0-1000°
5% PB = 5% of 1000° = 50°
100% output at 475° (2.5% of 1000°)
0% output at 525° (2.5% of 1000°)
If the process variable equals the set point (500°), there is a 50% output. As the temperature decreases, the proportional band increases the output linearly toward 100% as the temperature falls toward 475°. The output decreases below 50% as the temperature rises toward 525°.
In this example, a small change in temperature provides a large change in output. If the setting is too small for the process dynamics, oscillations will occur and will not settle at set point. A large PB setting makes the controller act sluggish and will not respond adequately to upsets. Since proportional control does not incorporate the time that the error has existed, there will always be an offset from set point.
Typically, flow or pressure controllers have a much larger proportional setting due to a possible narrower measurement range and fast process reaction to a change in the control output. For example, a flow controller may have an input range of 0 to 60gpm and a set point of 30gpm.
Measurement range = 60gpm
Set point = 30gpm
100% PB = 100% of 60 = 60gpm
100% output at 0gpm
0% output at 60gpm
Proportional + Manual Reset
To eliminate the inherent offset observed with proportional control, a manual reset function can be used. Virtually no process requires precisely 50% output to maintain the process variable at the set point. An offset will be present. Manual reset allows the user to bias the output accordingly to compensate for the steady state offset using P only. Refer to Figure 2 below.
Proportional + Automatic Reset (Integral)
Automatic reset or integral action corrects for any offset between set point and process variable automatically by shifting the proportional band over a pre-defined time. The integral time repeats the proportional action over the time set. Integral redefines the output requirements at the set point until the process variable and set point are equal. Integral engineering units vary by controller manufacturer. Some use repeats/minute (reset rate), minutes/repeat or seconds/repeat. In Figure 3 below, seconds/repeat is used. The integral term is added as follows:
The smaller the integral number, the proportional action will be repeated more often. If integral is too small, the process variable will oscillate through set point and create erratic control action. If the number is too large, the action will be sluggish and unable to compensate for process upsets.
The integral number should be approximately 5 times the dead/lag time of the process variable. If the output is manually changed, dead time is defined as the time required for the process variable to initially react after the change. The length of time that it takes for the process variable to stabilize at a steady state is lag time.
Example: 40 sec (dead/lag) x 5 = 200 sec/repeat
Proportional + Integral + Derivative
Derivative action is used primarily in processes with long dead and lag times. This control function looks at the rate of change of the error and adjusts the control output based on that rate. The derivative term is added to the control algorithm as follows:
The amount of derivative added to the control output is based in time units. Figure 4 below shows how derivative acts on the proportional band. The dashed line shows a proportional only control due to a process variable error from set point.
Using derivative (solid line), the control output jumps up, rises in a ramp and then falls back to proportional control action when the error becomes constant. In essence, it applies the "brakes" on the process error by quickly shifting the proportional band. Derivative has no effect on the output if the error is not changing. The derivative term should be approximately ¼ the integral time.
Derivative is typically not used in control loops with short dead/lag time, e. g., flow or pressure. This is an anticipatory action that will contribute to the inherent instability of these fast acting control loops.
Industrias
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Bocas de pozo y separación
La boca de pozo proporciona la interfaz estructural y la presión que contiene para el equipo de perforación y producción. El control de la presión superficial es proporcionado por un ensamble de válvulas con medidores y obturadores (árbol de Navidad), que se instala en la parte superior de la boca de pozo. Las válvulas de aislamiento y los equipos de obstrucción controlan físicamente el flujo de los fluidos del pozo cuando el pozo está en producción. Varios paquetes de automatización se añaden al monitor local o remoto, controlan y optimizan la producción de cada pozo o almohadilla de múltiples pocillos. Los separadores de campos petroleros emplean un recipiente a presión para separar así los fluidos producidos en los pozos de petróleo y gas en componentes gaseosos y líquidos que se transfieren a continuación a las tuberías o almacenamiento localizados en función de la infraestructura de las zonas.
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En cubierta
Al igual que su equivalente en tierra, el procesamiento y manejo en cubierta en las plataformas de producción preparan hidrocarburos extraídos para transportación. Yokogawa ofrece soluciones de control integrado y de monitoreo que maximizan la productividad y la disponibilidad de las operaciones en cubierta.
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Energía
A mediados de la década de 1970, Yokogawa inició su participación en el negocio de la energía con el lanzamiento del Sistema de control eléctrico EBS. Desde entonces, Yokogawa ha continuado firmemente con el desarrollo de nuestras tecnologías y capacidades para proveer los mejores servicios y soluciones a nuestros clientes en todo el mundo.
Yokogawa ha operado la red de soluciones de energía globales para jugar un papel más activo en el dinámico mercado de energía global. Esto ha hecho un posible un trabajo en equipo más unido dentro de Yokogawa, el cual conjunta nuestros recursos globales y nuestra especialización en la industria. Los expertos en el sector de energía de Yokogawa trabajan juntos para brindar a cada cliente la solución que se adapta mejor a sus requerimientos sofisticados.
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Perforación
La perforación no convencional en la actualidad se usa comúnmente en la extracción de petróleo y gas natural. Hay un número creciente de programas de perforación de tipo multipaneles en varios sitios de perforación. Diferentes técnicas de perforación se utilizan para disminuir el tiempo de perforación, reducir el impacto ambiental y mejorar la recuperación inicial y estimada.
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Procesamiento y fraccionamiento
El procesamiento de gas natural está diseñado para controlar el punto de condensación del flujo de gas natural y separar los líquidos de gas natural para la venta y distribución. La eliminación de petróleo y condensados, la eliminación de agua, la separación de líquidos de gas natural y la eliminación de azufre y dióxido de carbono son procesos que se emplean para separar las impurezas en el alimentador que proviene de los yacimientos aguas arriba. En el proceso de fraccionamiento se extraen los efluentes líquidos de la planta de procesamiento de gas, que pueden estar compuestos de metano, propano, butano y pentano, para ser tratados en columnas de fraccionamiento separadas, y posteriormente pueden pasar a una planta de tratamiento de impurezas antes de ser vendidos como componentes separados.
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Producción flotante, almacenamiento y descarga (FPSO)
La unidad de Producción flotante, almacenamiento y descarga (FPSO) es una planta de producción flotante en altamar que almacena tanto el equipo de procesamiento como los hidrocarburos producidos. Las unidades de Producción flotante, almacenamiento y descarga (FPSO) son utilizadas por las compañías petroleras para lograr que sea económicamente viable producir petróleo en zonas remotas y en aguas más profundas.
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Terrestre
La industria de exploración, desarrollo y producción terrestre se enfrenta a exigencias cada vez más altas y mayores desafíos con entornos cada vez más difíciles y hostiles en las que debe funcionar.
A medida que las oportunidades de los recursos de gas natural no convencionales, en particular el gas de esquisto, están creciendo en América del Norte, la solución total de Yokogawa juega un papel importante al ayudar a los clientes a satisfacer los desafíos de reducir tanto el CAPEX como el OPEX, mientras que las tecnologías integradas mejoradas aumentan la producción. Nuestra experiencia global y local constituye la base de nuestras soluciones totales únicas para satisfacer las necesidades de esta industria. Con expertos en exploración, desarrollo y producción terrestre que trabajan en oficinas por todo el mundo, ofrecemos un soporte rápido y extenso para satisfacer las demandas de nuestros clientes.
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