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(jì)優(yōu)點(diǎn)

　　（1） 減少干擾對(duì)主回路的影響，可由副回路控制器予以校正。

　　（2） 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。

　　（3） 對(duì)控制閥特性的變化具有較好的魯棒性。

　　（4） 副回路可以按照主回路的需求對(duì)對(duì)象實(shí)施精確控制。

　　實(shí)際plc的控制程序采用主副回路進(jìn)行串級(jí)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(duì)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(dòng)操作完成。一般常見(jiàn)的過(guò)程控制應(yīng)用， 開(kāi)環(huán)回路控制就可以滿(mǎn)足大部份的應(yīng)用要求，但隨著使用時(shí)間、組件特性變化或受控負(fù)載或外界工作環(huán)境的變化，開(kāi)環(huán)回路控制因?yàn)闆](méi)有真實(shí)將受控程序的實(shí)際量反饋到控制器，因此控制結(jié)果可能與實(shí)際期望的結(jié)果會(huì)有些落差，閉環(huán)回路pid過(guò)程控制是用來(lái)克服并解決上述缺點(diǎn)的極佳選擇。fbs-plc提供軟件數(shù)字化的pid數(shù)學(xué)表達(dá)式，對(duì)于一般反應(yīng)的閉環(huán)回路過(guò)程控制就可應(yīng)付，但對(duì)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(píng)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(hù)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(xué)表達(dá)式如下：

　　mn：“n”時(shí)的控制輸出量

　　d4005：增益常數(shù)，默認(rèn)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(shí)的誤差=設(shè)定值（sp）-“n”時(shí)的過(guò)程變數(shù)值（pvn）

　　ki：積分常數(shù)（ 范圍：0～9999，相當(dāng)于0.00～99.99 repeats/minute）

　　td：微積分時(shí)間常數(shù)（范圍：0～9999，相當(dāng)于0.00～99.99minute）

　　pvn：“n”時(shí)的過(guò)程變數(shù)值

　　pvn-1：“n”時(shí)的上一次過(guò)程變數(shù)值

　　ts:pid運(yùn)算的間隔時(shí)間（范圍：1～3000，單位：0.01s）

　　bias：偏置輸出量（范圍：0～16383）

　　加上微分項(xiàng)的控制器，目的在于消除程控系統(tǒng)的過(guò)度反應(yīng)，進(jìn)而使程控系統(tǒng)能夠平穩(wěn)緩和達(dá)到穩(wěn)定。雖然微分項(xiàng)有上述優(yōu)點(diǎn)，但因其對(duì)輸出量的貢獻(xiàn)相當(dāng)靈敏，大部分的應(yīng)用不必使用微分項(xiàng)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(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過(guò)程的特性確定pid控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。pid控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來(lái)有兩大類(lèi)：一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過(guò)工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴(lài)工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)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(xiàn)法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過(guò)試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無(wú)論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行 后調(diào)整與完善。現(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行pid控制器參數(shù)的整定步驟如下：

　　（1） 首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作;

　　（2） 僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期;

　　（3） 在一定的控制度下通過(guò)公式計(jì)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(yùn)行的安全，在進(jìn)行自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)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(bào)警裝置，以保證水位和汽包壓力有雙重甚至三重報(bào)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(yǔ)

　　由于采用了plc進(jìn)行控制，系統(tǒng)功能完善，結(jié)構(gòu)先進(jìn)合理，能耗小，擴(kuò)展靈活，便于維護(hù)，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(jì)效益。該系統(tǒng)自動(dòng)化程度較高，大大降低了操作者勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了成本，經(jīng)過(guò)近2年的運(yùn)行，用戶(hù)給予了很高評(píng)價(jià)，認(rèn)為利用國(guó)產(chǎn)永宏plc開(kāi)發(fā)的控制系統(tǒng)功能完善，綜合性強(qiáng)，人機(jī)界面友好，實(shí)用性好。隨著國(guó)產(chǎn)優(yōu)秀可編程控制器和高速計(jì)算元件的快速發(fā)展，鍋爐控制系統(tǒng)將會(huì)更加完善。