Automação de HVAC: Ajuste de parâmetros PID no local

Durante um trabalho de comissionamento, a temperatura do ar de insuflação da UTA (Unidade de Tratamento de Ar) foi definida para 18°C, mas o valor real oscilava entre 16°C e 21°C. Cada vez que ultrapassava o valor desejado, levava vários minutos para se recuperar. O engenheiro tentou aumentar o ganho proporcional, o que só piorou a oscilação; diminuí-lo tornou a resposta lenta, como se não estivesse reagindo. Depois de muito esforço, os parâmetros ficaram completamente desregulados.

01 Antes da afinação — Se esses dois itens não estiverem corretos, ajustar os parâmetros será uma perda de tempo.

Quando o ajuste do PID falha, o primeiro instinto da maioria das pessoas é modificar os parâmetros.

Pré-requisito 1: O sensor está no lugar certo?

O local de instalação do sensor de temperatura determina qual temperatura o controlador PID está efetivamente controlando. Se o sensor de temperatura do ar de insuflação da UTA (Unidade de Tratamento de Ar) estiver montado na parede oposta à saída de ar, ele medirá a temperatura do ar já misturado com o ar ambiente, e não a temperatura real do ar de insuflação. O atraso será significativo e o controlador PID inevitavelmente oscilará.

Localização correta: Dentro do duto de ar de suprimento, em um trecho reto do tubo, a 0,5 a 1 metro da saída de ar de suprimento. O mesmo vale para os sensores de pressão diferencial; se instalados incorretamente, as leituras não representarão a demanda real nas unidades terminais.

Pré-requisito 2: Conhecer a constante de tempo do objeto controlado.

Os sistemas de climatização (HVAC) têm uma resposta lenta. Do momento em que uma válvula de água gelada é acionada até a temperatura do ar de insuflação mudar efetivamente, geralmente há um atraso de 30 segundos a 3 minutos, dependendo do tamanho da serpentina, do volume de ar e da vazão de água. O simples fato de a válvula se mover não significa que a temperatura mude imediatamente; e o fato de a temperatura não ter mudado não significa que a válvula não esteja funcionando corretamente.

Antes de fazer o ajuste, aplique manualmente um sinal de degrau (por exemplo, passe a válvula diretamente de 20% para 80%) e observe quanto tempo leva para a temperatura do ar de insuflação começar a mudar e, eventualmente, estabilizar.

02 A "sensação" dos parâmetros P, I e D

P controla a velocidade, I elimina erros e D é basicamente inútil.

P - Proporcional: Quanto maior o erro, mais difícil será a ação. O valor de P determina quanta força aplicar com base na diferença entre a temperatura atual e o valor de ajuste. Um valor alto de P significa resposta rápida, mas propensa a ultrapassagens e oscilações; um valor baixo de P significa resposta lenta, porém estável.

I - Integral: Quanto mais tempo o erro se acumula, mais lentamente ele elimina a diferença. Confiar apenas em P resultará em um erro em regime permanente (a temperatura estará sempre ligeiramente diferente do ponto de ajuste). A função de I é acumular gradualmente esse pequeno desvio em uma ação até que o erro em regime permanente desapareça. Se I for muito forte, pode facilmente levar à saturação do integral e à ultrapassagem.

D - Derivativa: Antecipa e freia com base na tendência do erro. Analisa a taxa de variação do erro para reduzir proativamente a saída. Teoricamente, pode reduzir a ultrapassagem, mas os sinais de HVAC são ruidosos e a derivativa tende a amplificar esse ruído, fazendo com que as válvulas oscilem frequentemente.

Recomendação no local: Defina D como 0 primeiro. Considere adicioná-lo apenas em situações muito específicas.

03 Método de ajuste por observação in loco — Comece com P, um passo de cada vez

A regra de ouro da otimização é: altere apenas um parâmetro por vez e espere que ele se estabilize antes de passar para o próximo. Se você alterar dois parâmetros simultaneamente, não saberá qual deles causou o problema quando algo der errado.

Passo 1 : Desligue os canais I e D, sintonize apenas o canal P.

Defina o tempo integral para o seu valor máximo (ou defina o ganho I para 0) e defina a derivada para 0. O sistema torna-se um controle puramente proporcional. Desta forma, o efeito de P fica mais evidente.

Comece com um valor P relativamente pequeno (por exemplo, ganho P = 0,5 ou banda proporcional = 200%). Introduza uma perturbação (por exemplo, altere manualmente o ponto de ajuste em 2 °C) e observe a curva de temperatura:

Se a resposta for muito lenta e demorar uma eternidade para se aproximar do ponto de ajuste → P é muito pequeno, aumente-o ligeiramente.

Se a temperatura ultrapassar o valor definido e continuar oscilando → P é muito grande, diminua-o.

Objetivo: A temperatura deve convergir para perto do ponto de ajuste com uma sobreoscilação de 1 a 2 graus. Um pequeno erro em regime permanente é normal.

Etapa 2 : Assim que P estiver estável, adicione I lentamente para eliminar o erro de estado estacionário.

Sob controle puramente proporcional, a temperatura se estabilizará próxima ao ponto de ajuste, mas com um pequeno desvio (erro em regime permanente). Nesse ponto, ajuste o tempo de integração de um valor grande para um valor pequeno (ou aumente o ganho de I de um valor pequeno para um valor grande) para permitir que I elimine gradualmente o desvio.

Não defina o tempo integral muito pequeno de uma só vez. Diminua-o em 20% a 30% de cada vez e observe um ciclo de resposta completo.

Se o erro em regime permanente desaparecer, mas a temperatura começar a oscilar lentamente (oscilações de baixa frequência e grande amplitude) → I é muito forte, aumente ligeiramente o tempo de integração.

Se você observar o fenômeno de "windup" (a temperatura excede significativamente o ponto de ajuste por um longo período antes de retornar ao valor inicial) → Verifique se há uma configuração anti-windup ou aumente o tempo de integração.

Objetivo: A temperatura estabiliza dentro de uma faixa de ±0,5°C do valor definido, sem oscilações contínuas.

Etapa 3 : Deixe o componente D em paz nos cenários de HVAC.

Se o sistema estiver estável após o ajuste de P e I, basta deixar D em 0. Os sinais dos sensores do sistema HVAC têm ruído, e D amplificará esse ruído, fazendo com que a válvula oscile ligeiramente e com frequência, o que acelera o desgaste da válvula e não compensa o risco.

A única situação em que se deve considerar adicionar D é quando o sistema apresenta um tempo de resposta extremamente curto (por exemplo, controle de diferencial de pressão de alta precisão em certas salas limpas) e ainda há oscilações rápidas e evidentes após o ajuste de P+I. Mesmo assim, comece com um valor extremamente pequeno e aumente-o apenas ligeiramente a cada vez.

Etapa 4 : Verificação — Teste em diferentes condições de operação.

Os parâmetros ajustados para uma condição de operação não garantem um bom desempenho em outras. As cargas do sistema HVAC variam com as estações do ano. Após o ajuste, é necessário verificar os parâmetros em pelo menos duas condições típicas: carga alta e carga baixa.

Condição de alta carga: Alta temperatura externa, todas as unidades terminais totalmente abertas, alta pressão do sistema.

Condição de baixa carga: Durante a noite ou na entressafra, um grande número de terminais está fechado.

Somente quando os parâmetros apresentarem desempenho aceitável em ambas as condições é que o ajuste poderá ser considerado verdadeiramente completo.

Suzhou Pharma Machinery Co., Ltd.

2026/07/31

Gino