PLC在蒸汽鍋爐汽包液位PID控制系統(tǒng)的應(yīng)用分析
4.2 汽包水位PID控制設(shè)計優(yōu)點
?。?） 減少干擾對主回路的影響，可由副回路控制器予以校正。
?。?） 由于副回路的存在減少了相位滯后，從而改善了主回路的響應(yīng)速度。
?。?） 對控制閥特性的變化具有較好的魯棒性。
?。?） 副回路可以按照主回路的需求對對象實施精確控制。
實際PLC的控制程序采用主副回路進行串級控制，即主回路的輸出做為副回路的設(shè)定值，經(jīng)副回路輸出作用于被控對象。也可以不用副回路只用主回路形成單回路調(diào)解，或手動操作完成。一般常見的過程控制應(yīng)用， 開環(huán)回路控制就可以滿足大部份的應(yīng)用要求，但隨著使用時間、組件特性變化或受控負載或外界工作環(huán)境的變化，開環(huán)回路控制因為沒有真實將受控程序的實際量反饋到控制器，因此控制結(jié)果可能與實際期望的結(jié)果會有些落差，閉環(huán)回路PID過程控制是用來克服并解決上述缺點的極佳選擇。FBS-PLC提供軟件數(shù)字化的PID數(shù)學表達式，對于一般反應(yīng)的閉環(huán)回路過程控制就可應(yīng)付，但對于工業(yè)鍋爐這樣的需要有快速反應(yīng)的閉環(huán)回路控制要使用本功能需要事先評估是否可行。典型的閉環(huán)回路程控示意圖如圖6所示。
圖6 典型閉環(huán)回路程控示意圖
根據(jù)應(yīng)用要求，用戶將PID 控制器設(shè)定成比例+積分+微分控制器，其控制器的數(shù)字化數(shù)學表達式如下：
Mn：“n”時的控制輸出量
D4005：增益常數(shù)，默認值為1000;可設(shè)定范圍為1～ 5000
Pb：比例帶（范圍：1～5000，單位為0.1%; Kc（增益）=D4005/Pb）
En：“n”時的誤差=設(shè)定值（SP）-“n”時的過程變數(shù)值（PVn）
Ki：積分常數(shù)（ 范圍：0～9999，相當于0.00～99.99 Repeats/Minute）
Td：微積分時間常數(shù)（范圍：0～9999，相當于0.00～99.99Minute）
PVn：“n”時的過程變數(shù)值
PVn-1：“n”時的上一次過程變數(shù)值
Ts:PID運算的間隔時間（范圍：1～3000，單位：0.01S）
Bias：偏置輸出量（范圍：0～16383）
加上微分項的控制器，目的在于消除程控系統(tǒng)的過度反應(yīng)，進而使程控系統(tǒng)能夠平穩(wěn)緩和達到穩(wěn)定。雖然微分項有上述優(yōu)點，但因其對輸出量的貢獻相當靈敏，大部分的應(yīng)用不必使用微分項而將Td設(shè)定為0。PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實際運行中進行最后調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進行PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：
?。?） 首先預(yù)選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作;
?。?） 僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期;
?。?） 在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數(shù)。圖7是永宏可編程序控制器PID部分程序舉例。
圖7 永宏可編程序控制器PID部分程序圖
除此以外為保證鍋爐運行的安全，在進行自動化控制系統(tǒng)設(shè)計時，對鍋爐水位、鍋爐汽包壓力等重要參數(shù)應(yīng)設(shè)置常規(guī)儀表及報警裝置，以保證水位和汽包壓力有雙重甚至三重報警裝置，這是必不可少的，以免鍋爐發(fā)生重大事故。
5 結(jié)束語
由于采用了PLC進行控制，系統(tǒng)功能完善，結(jié)構(gòu)先進合理，能耗小，擴展靈活，便于維護，并且可靠性高，而且還極大地提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。該系統(tǒng)自動化程度較高，大大降低了操作者勞動強度，降低了成本，經(jīng)過近2年的運行，用戶給予了很高評價，認為利用國產(chǎn)永宏P(guān)LC開發(fā)的控制系統(tǒng)功能完善，綜合性強，人機界面友好，實用性好。隨著國產(chǎn)優(yōu)秀可編程控制器和高速計算元件的快速發(fā)展，鍋爐控制系統(tǒng)將會更加完善。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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