PID手動設定值在燕家河煤礦洗煤廠密控系統(tǒng)中的應用

李一鑫，劉雁鵬

天地科技股份有限公司唐山分公司，河北唐山 063012

PID手動設定值在燕家河煤礦洗煤廠密控系統(tǒng)中的應用

李一鑫，劉雁鵬

天地科技股份有限公司唐山分公司，河北唐山 063012

密控系統(tǒng)在洗煤廠重介控制系統(tǒng)中起著非常重要的作用，洗煤產(chǎn)品質(zhì)量與其調(diào)試完善程度有著直接的關(guān)系，而PID是密控系統(tǒng)的核心，通過其使密度值與加水開度形成對應關(guān)系，以達到對密度穩(wěn)定性的控制。

密控系統(tǒng)；手動值；PID

1 概述

陜西燕家河煤礦洗煤廠原為生產(chǎn)動力煤，后改為生產(chǎn)煉焦煤，對產(chǎn)品灰分的精度提出很高的要求，而隨著其入洗量的增大，其工藝系統(tǒng)必須進行改擴建，需要加入一套密度自動控制系統(tǒng)對生產(chǎn)工藝進行控制與在線監(jiān)測。

2 改造方案

重介系統(tǒng)中產(chǎn)品的灰分與密度密切聯(lián)系，密度不穩(wěn)定的波動都會對灰分產(chǎn)生較大影響，從而影響產(chǎn)品的質(zhì)量。重介系統(tǒng)理想狀態(tài)下是一個封閉的循環(huán)系統(tǒng)，但由于實際生產(chǎn)中跑、冒、滴、漏現(xiàn)象不可避免的發(fā)生和產(chǎn)品帶走的循環(huán)水和介質(zhì)，這些因素都會對系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成一定的影響，所以要想使系統(tǒng)密度保持一個相對穩(wěn)定狀態(tài)需對系統(tǒng)進行加水作業(yè)來進行控制，加水的作用是當系統(tǒng)密度增高通過加入循環(huán)水使系統(tǒng)密度下降，工業(yè)現(xiàn)場中一般用執(zhí)行器配上閥門，通過控制閥門的開度對加水管道的流量進行控制，以達到密度的穩(wěn)定。

3 控制原理

圖1

加水自動控制系統(tǒng)主要由密度計、加水執(zhí)行器、可編程邏輯控制器（PLC）形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過軟件中的PID來調(diào)節(jié)加水執(zhí)行器的開度。

在PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，其過程控制方式就是將被測量，如溫度、壓力、流量、成分、水位等，由傳感器變換成統(tǒng)一的標準信號送入調(diào)節(jié)器，在調(diào)節(jié)器中，與給定值進行比較，然后把比較出的差值進行PID運算。密度控制系統(tǒng)是把密度計的測量值送入可編程邏輯控制器（PLC），其值和洗煤設定的密度值進行比較，如果比較值大于設定的誤差值，可編程邏輯控制器（PLC）通過PID就會產(chǎn)生一個輸出信號對加水執(zhí)行器閥門開度進行控制，從而通過控制循環(huán)水量的大小對密度進行調(diào)節(jié)。

可編程邏輯控制器采用西門子S7-300，編程軟件采用STEP7，其PID梯形圖如上。

圖1中DB3.DBD24為密度測量值、DB3.DBD0為密度設定值、DB3.DBD8為比例（P）控制、#I_TIME為積分（I）控制、DB3.DBD4為死區(qū)、DB3.DBD36為加水上限值、DB3.DBD40為加水下限值，MD230為閥門開度控制值。

控制原理為：密度測量值與密度設定值進行比較，其偏差值如果大于死區(qū)，則PID自動控制閥門的開度，其中：LMN_P＝GAIN * e（t）；即比例作用項P；

由此可知，PID的運算輸出是OUT（t）是比例作用項P（LMN_P）、積分作用項I（LMN_I），和微分作用項D（LMN_D）三項同時作用的總和。

I參數(shù)越大，積分作用越弱，而D參數(shù)越大，微分作用越強。從現(xiàn)場的實際應用情況來看，通過采用PID對密度進行控制發(fā)現(xiàn)密度實際測量值在密度設定值上下進行波動，但波動超出了正常生產(chǎn)的范圍，由于采用的是介質(zhì)桶上加水，水進入介質(zhì)桶后需要一定的時間與桶內(nèi)液體混合作用到介質(zhì)管上，而密度計安裝在介質(zhì)管上，從而使水量的控制出現(xiàn)滯后，產(chǎn)生超調(diào)現(xiàn)象，導致密度值波動偏大，從而使產(chǎn)品灰分達不到要求。

圖2

圖3

觀察實際生產(chǎn)中的密度測量值，發(fā)現(xiàn)之所以出現(xiàn)水量控制滯后現(xiàn)象是由于重介系統(tǒng)循環(huán)周期時間長，加水量的變化沒有及時使密度測量值發(fā)生改變，從而使密度與加水沒有產(chǎn)生對應的線性關(guān)系，PID的調(diào)節(jié)沒有及時與實際參數(shù)結(jié)合，分析原因是PID調(diào)節(jié)產(chǎn)生了延遲，觀察發(fā)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)參數(shù)中可以設定手動值參數(shù)，那么通過適當方式加入手動值是否能解決延遲問題，通過這個思路決定在PID中加入手動值調(diào)節(jié)。

下面對PID系統(tǒng)進行了改進如圖3：

其原理為：圖2中首先對密度測量值與密度設定值進行比較，如果比較偏差在死區(qū)范圍內(nèi)，則啟動PID手動值功能，圖3中加入了手動值設定DB3.DBD16，，當偏差在死區(qū)范圍內(nèi)則開度的控制由手動值來控制，其手動值可根據(jù)實際情況進行設定，當偏差在死區(qū)范圍外則由PID進行自動控制。

4 改造效果

由于在PID控制中加入了手動值，使密度測量值剛進入死區(qū)時閥門的開度就根據(jù)設定的手動值進行了調(diào)整，當密度測量值偏離死區(qū)時，閥門開度從手動值開始進行調(diào)整，手動值的加入使PID產(chǎn)生了一個預判，有效控制水量的調(diào)節(jié)，從而使滯后現(xiàn)象得到明顯的改善，密度值的波動范圍滿足需要。手動值的加入使系統(tǒng)根據(jù)煤質(zhì)的變化靈活的進行控制調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)的適應性增強，對產(chǎn)品的產(chǎn)率有一定的提高。

洗煤廠密控系統(tǒng)需根據(jù)煤質(zhì)、生產(chǎn)工藝進行適當?shù)恼{(diào)節(jié)，具體問題具體分析，根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)，這樣洗煤的效果是最佳的。

[1]魏澤國，黃章，等著.自動控制原理[M].煤炭工業(yè)出版社.

[2]微型計算機控制技術(shù).黃一夫主編[M].機械工業(yè)出版社.

[3](SIEMENS)西門子 S7-300/400 PLC編程軟件.西門子公司參考手冊.

TD8

A

1674-6708（2011）50-0184-02

李一鑫，工程師，工作單位：天地科技股份有限公司唐山分公司，主要從事自動控制領(lǐng)域方面的工作