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摘 要:以北京和利时公司的SmartPro控制系统为例,讲述P、I、D参数的作用和整定方法,以及在实际中的具体应用。
关键词:PID参数,整定,应用
近年来,中国氯碱工业迅速发展,原有氯碱企业纷纷扩大了生产能力,一些新的企业也相继投产,产能快速提升,氯碱工业呈现出加速向规模化,高技术含量方面发展的态势。中国氯碱工业在产能迅速提升的同时,技术也获得了长足发展,规模化装置增多,装置技术水平提高,中国氯碱工业呈规模化、高技术化发展态势。
冀东氯碱公司为了降低生产成本,提高市场竞争力,在采用新技术、新工艺、新设备不断扩大生产规模的同时,对原有生产工艺与设备进行了进一步的完善与挖潜,积极进行技术改进与改造,提高了生产装置的整体技术水平,取得了较好的经济效益和社会效益。
为了“节能降耗”,利用现有的生产装置,使用先进的控制方法,采用DCS自控系统来连续生产,来提高烧碱产量,是企业实现少投入、多产出获得最大经济效益的一个捷径。
冀东氯碱公司采用了北京和利时公司的SmartPro控制系统,根据工艺及设备的要求,该控制系统共有290多个控制点。其具体说明如下:模拟量输入(4~20mA)65点;模拟量输入(JIS Pt100)112点;数字量输出48点;模拟量输出(4~20mA)65点;备用控制点10点。
组态了起始畫面、系统流程图、状态检测画面、仪表参数画面、PID调节画面、历史信息画面、系统设置画面及退出运行。其中退出运行设置了9级口令保护,除了系统管理员外,任何人都不能退出。
调节画面中可进行调节回路的手/自动切换、改变设定值、PID参数设定,手动时可改变阀位的输出等,同时可以看到调节过程的趋势。
下面具体谈谈SmartPro系统中PID参数的调节。
在自动调节系统中,E=SP-PV。其中,E为偏差、SP为给定值、PV为测量值。当SP大于PV时为正偏差,反之为负偏差。
1) 比例调节作用的动作与偏差的大小成正比;当比例度为100时,比例作用的输出与偏差按各自量程范围的1∶1动作。当比例度为10时,按10∶1动作。即比例度越小,比例作用越强。比例作用太强会引起振荡。太弱会造成比例欠调,造成系统收敛过程的波动周期太多,衰减比太小。其作用是稳定被调参数。
2) 积分调节作用的动作与偏差对时间的积分成正比。即偏差存在积分作用就会有输出。它起着消除余差的作用。积分作用太强也会引起振荡,太弱会使系统存在余差。
3) 微分调节作用的动作与偏差的变化速度成正比。其效果是阻止被调参数的一切变化,有超前调节的作用。对滞后大的对象有很好的效果。但不能克服纯滞后。适用于温度调节。使用微分调节可使系统收敛周期的时间缩短。微分时间太长也会引起振荡。
经验法是简单调节系统应用最广泛的整定方法,是一种凑试法。它通过参数预先设置和反复试凑来实现。参数的预置值要根据对象的特性和仪表的量程决定。在凑试时,可参考以上参数对控制过程的影响趋势,对参数实行先比例,后积分,再微分的整定步骤。
在整定调节系统的P、I、D参数前,要保证一个闭环调节系统必须是负反馈,即Ko*Kv*Kc>0。
在整定调节系统的P、I、D参数时,先投自动后串级,先投副环后主环,副环粗,主环细。在操作站CRT上,打开调节器的整定调整画面窗口,改变给定值SP或输出值OP,给出一个工艺允许的阶跃信号,观察测量值PV变化和趋势图,不断修定PID参数,往往反复几次,直至平稳控制。实际中,一般能达到工艺满意的一阶特性即可。
三个基本参数P、I、D在实际控制中的作用:
(1) 比例调节作用:系统一旦出现了偏差,比例调节立即按比例产生作用减少偏差。增大比例系数一般将加快系统的响应,有利于减小静差。但过大的比例系数会使系统有较大的超调量,并产生振荡,使稳定性下降。
(2) 积分调节作用:能使系统消除稳态误差,提高无差度。系统有误差,积分调节就工作,直至无差,积分调节停止,输出为常数。积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti,Ti越小,积分作用就越强,有利于减小超调,减小振荡,使系统更加稳定,但系统静差的消除将随之减慢。积分作用常与另两种调节规律结合,组成PI调节器或PID调节器。
(3)微分调节作用:微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。因此,可以改善系统的动态性能。在微分时间选择恰当的情况下,可以减少超调,缩短调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的微分调节,对系统抗干扰不利。此外,微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为零。微分作用不能单独使用,需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID调节器
举个例子来说一下。对于加温的温度控制可以采用调节电磁阀门开度或在一定时间循环周期内的供电时间比例来实现,一般前者比较简单,也是常用的方法。以调节电磁阀门开度为例:设定一个标准的加温周期,例如2分钟,调节输出,使电磁阀门开度恒定,在整个周期内都加温。根据计算结果让电磁阀门开度在0—100%内变化,比如计算所得在这个周期内电磁阀门开度应该打开到50%,两分钟以后再测量控制对象温度,通过计算阀门开度应该打开到49%,依此类推,阀门开度随周期变化而更改,不断地修正输出量,以达到对温度的有效控制。
实际中,有时一个调节系统工艺过程对象或阀门(定位器)存在问题,也能靠改变PID参数予以克服,使自动投入。投自动需要耐心观察、不断修正。实践中能否投入自动,最关键的是阀门(定位器)、执行器好用,动作灵活。
从以上可以看出,生产中要保证工艺指标,安全稳定运转,节能降耗以及优化操作和改善生产管理的关键,就是调节系统能否投入自动。因此,PID参数的整定就显得相当重要了。
通过实践证明:该工艺自动化控制系统在实际运行中,PID控制精确,DCS对保障设备安全平稳运行起到了良好的效果。
关键词:PID参数,整定,应用
近年来,中国氯碱工业迅速发展,原有氯碱企业纷纷扩大了生产能力,一些新的企业也相继投产,产能快速提升,氯碱工业呈现出加速向规模化,高技术含量方面发展的态势。中国氯碱工业在产能迅速提升的同时,技术也获得了长足发展,规模化装置增多,装置技术水平提高,中国氯碱工业呈规模化、高技术化发展态势。
冀东氯碱公司为了降低生产成本,提高市场竞争力,在采用新技术、新工艺、新设备不断扩大生产规模的同时,对原有生产工艺与设备进行了进一步的完善与挖潜,积极进行技术改进与改造,提高了生产装置的整体技术水平,取得了较好的经济效益和社会效益。
为了“节能降耗”,利用现有的生产装置,使用先进的控制方法,采用DCS自控系统来连续生产,来提高烧碱产量,是企业实现少投入、多产出获得最大经济效益的一个捷径。
冀东氯碱公司采用了北京和利时公司的SmartPro控制系统,根据工艺及设备的要求,该控制系统共有290多个控制点。其具体说明如下:模拟量输入(4~20mA)65点;模拟量输入(JIS Pt100)112点;数字量输出48点;模拟量输出(4~20mA)65点;备用控制点10点。
组态了起始畫面、系统流程图、状态检测画面、仪表参数画面、PID调节画面、历史信息画面、系统设置画面及退出运行。其中退出运行设置了9级口令保护,除了系统管理员外,任何人都不能退出。
调节画面中可进行调节回路的手/自动切换、改变设定值、PID参数设定,手动时可改变阀位的输出等,同时可以看到调节过程的趋势。
下面具体谈谈SmartPro系统中PID参数的调节。
在自动调节系统中,E=SP-PV。其中,E为偏差、SP为给定值、PV为测量值。当SP大于PV时为正偏差,反之为负偏差。
1) 比例调节作用的动作与偏差的大小成正比;当比例度为100时,比例作用的输出与偏差按各自量程范围的1∶1动作。当比例度为10时,按10∶1动作。即比例度越小,比例作用越强。比例作用太强会引起振荡。太弱会造成比例欠调,造成系统收敛过程的波动周期太多,衰减比太小。其作用是稳定被调参数。
2) 积分调节作用的动作与偏差对时间的积分成正比。即偏差存在积分作用就会有输出。它起着消除余差的作用。积分作用太强也会引起振荡,太弱会使系统存在余差。
3) 微分调节作用的动作与偏差的变化速度成正比。其效果是阻止被调参数的一切变化,有超前调节的作用。对滞后大的对象有很好的效果。但不能克服纯滞后。适用于温度调节。使用微分调节可使系统收敛周期的时间缩短。微分时间太长也会引起振荡。
经验法是简单调节系统应用最广泛的整定方法,是一种凑试法。它通过参数预先设置和反复试凑来实现。参数的预置值要根据对象的特性和仪表的量程决定。在凑试时,可参考以上参数对控制过程的影响趋势,对参数实行先比例,后积分,再微分的整定步骤。
在整定调节系统的P、I、D参数前,要保证一个闭环调节系统必须是负反馈,即Ko*Kv*Kc>0。
在整定调节系统的P、I、D参数时,先投自动后串级,先投副环后主环,副环粗,主环细。在操作站CRT上,打开调节器的整定调整画面窗口,改变给定值SP或输出值OP,给出一个工艺允许的阶跃信号,观察测量值PV变化和趋势图,不断修定PID参数,往往反复几次,直至平稳控制。实际中,一般能达到工艺满意的一阶特性即可。
三个基本参数P、I、D在实际控制中的作用:
(1) 比例调节作用:系统一旦出现了偏差,比例调节立即按比例产生作用减少偏差。增大比例系数一般将加快系统的响应,有利于减小静差。但过大的比例系数会使系统有较大的超调量,并产生振荡,使稳定性下降。
(2) 积分调节作用:能使系统消除稳态误差,提高无差度。系统有误差,积分调节就工作,直至无差,积分调节停止,输出为常数。积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti,Ti越小,积分作用就越强,有利于减小超调,减小振荡,使系统更加稳定,但系统静差的消除将随之减慢。积分作用常与另两种调节规律结合,组成PI调节器或PID调节器。
(3)微分调节作用:微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。因此,可以改善系统的动态性能。在微分时间选择恰当的情况下,可以减少超调,缩短调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的微分调节,对系统抗干扰不利。此外,微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为零。微分作用不能单独使用,需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID调节器
举个例子来说一下。对于加温的温度控制可以采用调节电磁阀门开度或在一定时间循环周期内的供电时间比例来实现,一般前者比较简单,也是常用的方法。以调节电磁阀门开度为例:设定一个标准的加温周期,例如2分钟,调节输出,使电磁阀门开度恒定,在整个周期内都加温。根据计算结果让电磁阀门开度在0—100%内变化,比如计算所得在这个周期内电磁阀门开度应该打开到50%,两分钟以后再测量控制对象温度,通过计算阀门开度应该打开到49%,依此类推,阀门开度随周期变化而更改,不断地修正输出量,以达到对温度的有效控制。
实际中,有时一个调节系统工艺过程对象或阀门(定位器)存在问题,也能靠改变PID参数予以克服,使自动投入。投自动需要耐心观察、不断修正。实践中能否投入自动,最关键的是阀门(定位器)、执行器好用,动作灵活。
从以上可以看出,生产中要保证工艺指标,安全稳定运转,节能降耗以及优化操作和改善生产管理的关键,就是调节系统能否投入自动。因此,PID参数的整定就显得相当重要了。
通过实践证明:该工艺自动化控制系统在实际运行中,PID控制精确,DCS对保障设备安全平稳运行起到了良好的效果。