PID在臺(tái)車爐控溫中的應(yīng)用

高志鵬

大連萬通工業(yè)裝備有限公司，遼寧大連 116023

0 引言

臺(tái)車爐主要供各類金屬結(jié)構(gòu)件和其它機(jī)件進(jìn)行熱處理之用。根據(jù)各類熱處理件的不同，對(duì)控溫精度和爐溫均勻性有不同的要求。在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常接觸到控溫精度要求在±5℃以內(nèi)，有效工作區(qū)溫度場均勻性在±10℃以內(nèi)的爐子。這樣往往對(duì)現(xiàn)場調(diào)試人員具有很高的要求。

1 自控系統(tǒng)

自動(dòng)控制系統(tǒng)是采用由上位機(jī)、智能控制儀表（包括溫度控制儀、溫度檢測儀和壓力控制儀表等）和可編程控制器（PLC）組成?？販胤绞讲捎枚鄥^(qū)段程序分區(qū)控制，采用具有與智能溫控儀表相連接的調(diào)溫、高速時(shí)間比例控制燃燒器方式控制加熱，具備手動(dòng)和自動(dòng)點(diǎn)火功能，并對(duì)火焰進(jìn)行檢測，各區(qū)主控儀表與上位機(jī)進(jìn)行雙向通信。原則上所有工藝的控制參數(shù)設(shè)定由上位機(jī)來完成，但作為直接控制裝置的可編程控制器也要求自身具備同時(shí)對(duì)溫度和時(shí)間統(tǒng)一編程的功能，具備獨(dú)立的溫度、時(shí)間的設(shè)定和測量顯示功能。當(dāng)上位機(jī)發(fā)生故障時(shí)，各區(qū)溫度主設(shè)定控制可獨(dú)立的完成工藝自動(dòng)控制。燒嘴采用天然氣亞高速燒嘴。通過實(shí)際爐溫信號(hào)及各燒嘴控制器返回的實(shí)際工作狀態(tài)信號(hào)，經(jīng)過計(jì)算處理，輸出控制各個(gè)燒嘴的啟動(dòng)停止以及工作時(shí)間。

智能溫控儀表的控制功能主要由控制算法來實(shí)現(xiàn)，可輸入各種控溫信號(hào)，往往本身具有PID模塊，可以對(duì)爐內(nèi)溫度進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，從而使?fàn)t膛內(nèi)溫度達(dá)到控制要求。PID就是比例微分積分的簡稱，由于其原理簡單，可靠性高，在現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用，調(diào)節(jié)這三個(gè)參數(shù)的值就可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的性能。比例參數(shù)主要是調(diào)節(jié)系統(tǒng)的響應(yīng)快慢，它的值越大達(dá)到設(shè)定值的速度就會(huì)越快，越小則越慢。比例的值越大則響應(yīng)速度越快，雖然達(dá)到設(shè)定值的速度會(huì)變快，但是往往會(huì)出現(xiàn)沖過頭的現(xiàn)象。 為了消除這種現(xiàn)象的發(fā)生，我們就會(huì)用到積分。積分主要是調(diào)節(jié)系統(tǒng)到達(dá)設(shè)定值后的穩(wěn)定性，它的值越大則穩(wěn)定性就越好，但是所有的事物都是有兩面性的，越穩(wěn)定說明要改變?cè)O(shè)定值就會(huì)需要更長的時(shí)間來反應(yīng)。為了使設(shè)定值變化后改變的更快，在控制系統(tǒng)中又加入了微分。微分值越大，穩(wěn)定后設(shè)定值改變變化的就越快。三個(gè)參數(shù)相互影響相互制約，一般都是先調(diào)節(jié)比例然后在加入積分，最后是微分。

2 分段PID參數(shù)

但常規(guī)PID控制也有許多不足之處，最突出的一點(diǎn)就是有關(guān)PID參數(shù)的問題。首先，常規(guī)PID無自適應(yīng)能力。PID控制器的參數(shù)必須相對(duì)于某一模型已知、系統(tǒng)參數(shù)已知的系統(tǒng)。而且PID參數(shù)一旦整定完畢，便只能固定地實(shí)用于一種工況。但實(shí)際的大多數(shù)生產(chǎn)過程都具有非線性，且特性隨時(shí)間的變化而變化，顯然固定的一組參數(shù)是不能滿足這種變化的。其次，常規(guī)PID的參數(shù)只能為滿足生產(chǎn)過程控制目標(biāo)的某一方面要求而整定的。而之中人們要求的“設(shè)定值跟蹤特性”和“干擾抑制特性”卻往往滿足不了要求，使控制效果達(dá)不到最佳

物件的熱處理工藝曲線基本上都是由升溫、保溫和降溫3種形式來組成的。根據(jù)熱處理件的不同，組成不同的工藝曲線。調(diào)試過程中筆者發(fā)現(xiàn)，在升溫階段將PID參數(shù)整定好后在保溫和降溫時(shí)，溫度往往控制的不是很好，在保溫階段修改PID參數(shù)又導(dǎo)致前面升溫階段控溫出現(xiàn)偏差，反復(fù)調(diào)試多次都不能在整個(gè)工藝過程中始終達(dá)到很好的控溫效果。經(jīng)過反復(fù)研究發(fā)現(xiàn)每段工藝都有自己獨(dú)立的特性，每段都設(shè)一個(gè)PID參數(shù)就可以在各自的控溫過程中達(dá)到較好的控溫效果，于是筆者在工藝運(yùn)行在各個(gè)工藝段時(shí)，由PLC將特定參數(shù)賦予智能控制儀表中，從而達(dá)到每個(gè)分段都有自己的PID控制參數(shù)。由于各個(gè)不同階段都賦予了相對(duì)應(yīng)的控制參數(shù)，因此，經(jīng)現(xiàn)場反復(fù)測試，每個(gè)控制段都能達(dá)到很好的控制效果，運(yùn)行效果良好。

3 限幅控制

由于外界對(duì)爐內(nèi)溫度會(huì)有不同程度的干擾，偶爾會(huì)出現(xiàn)溫度波動(dòng)超出范圍的現(xiàn)象，因此，在程序中加入限幅控制，即當(dāng)溫度大于一定的值時(shí)，繞過智能溫控儀表，不由其PID控制燒嘴，而是將燒嘴直接關(guān)閉，當(dāng)溫度小于一定的值時(shí)強(qiáng)制開啟燒嘴進(jìn)行加熱，這樣可以保證智能溫控表在其控制的有效范圍內(nèi)發(fā)揮最好的控溫效果，消除了較大的溫度波動(dòng)對(duì)控制造成的影響，使系統(tǒng)運(yùn)行更穩(wěn)。

4 系統(tǒng)運(yùn)行效果

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)試發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過PID參數(shù)分段控制和對(duì)溫度大波動(dòng)進(jìn)行的限幅控制后，熱處理工藝曲線控制效果相當(dāng)良好，完全能過達(dá)到控溫精度要求在±5℃以內(nèi)，有效工作區(qū)溫度場均勻性在±10℃以內(nèi)的要求。如圖1所示設(shè)定曲線和實(shí)際曲線基本重合，很好的滿足了工藝曲線。

圖1 現(xiàn)場生產(chǎn)曲線

5 結(jié)論

合理利用PID調(diào)節(jié)的特性，根據(jù)實(shí)際情況分別賦予不同的調(diào)節(jié)參數(shù)，并通過限幅控制，讓其在最優(yōu)范圍內(nèi)工作，從而達(dá)到了較為理想的控制效果。

[1]徐愛鈞.智能化測量控制儀表原理與設(shè)計(jì)[M].2版.北京航空航天大學(xué)出版社.

[2]陶永華.新型PID 控制及其應(yīng)用[M].2版.機(jī)械工業(yè)出版社.