供膠壓力波動(dòng)分析與預(yù)防措施探討

劉軍

摘 要 供膠壓力控制系統(tǒng)要求控制平穩(wěn)，壓力波動(dòng)超出要求范圍，將對紡絲造成嚴(yán)重的后果。因此分析找出影響供膠壓力波動(dòng)的因素和相應(yīng)的預(yù)防措施，對穩(wěn)定供膠壓力具有至關(guān)重要的作用。

關(guān)鍵詞 數(shù)字PID控制；CCP控制；DCS控制系統(tǒng)；變頻器；雙電源控制；壓力變送器

1 原液供膠壓力控制的應(yīng)用情況

原液供膠壓力控制直接對應(yīng)相應(yīng)的紡絲機(jī)臺(tái)，現(xiàn)有多套直接對應(yīng)紡絲機(jī)的供膠壓力控制系統(tǒng)，為了保證壓力控制的穩(wěn)定和可靠，壓力控制都采用雙泵運(yùn)行方式，以其中一套為例（壓力控制PIC-01），壓力控制PIC-01由P01-1A/B 2臺(tái)泵來執(zhí)行控制， 供膠壓力的控制是通過DCS 系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)）的數(shù)字PID控制來實(shí)現(xiàn)壓力的控制的。

2 原液供膠壓力控制方案

為了保證原液供膠壓力的平穩(wěn)控制，我們采用DCS和CCP雙控制系統(tǒng)互補(bǔ)控制，正常情況下采用DCS控制，在DCS控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)切換到CCP控制，在控制方案保障了；在電源控制上，采用雙電源設(shè)計(jì)，保證了供膠壓力DCS控制的可靠穩(wěn)定運(yùn)行；雙電源控制系統(tǒng)為DCS控制系統(tǒng)和CCP控制系統(tǒng)提供安全可靠的電源動(dòng)力，能很好地保證DCS和CCP控制系統(tǒng)的動(dòng)力。供膠壓力控制在原理上采用雙保險(xiǎn)控制方式，即DCS控制和CCP控制相結(jié)合控制方式，壓力變送器檢測供膠泵出口壓力，分別輸入到DCS系統(tǒng)和CCP系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)顯示，正常情況下DCS系統(tǒng)工作，DCS控制系統(tǒng)輸出輸送到變頻器，變頻器根據(jù)輸入指令控制粘膠泵的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到控制壓力的作用。在正常情況下，CCP控制系統(tǒng)輸出沒有被輸送到變頻器，只有在DCS出現(xiàn)故障不能輸出時(shí)，CCP輸出才起作用，將信號送到變頻器，CCP控制的作用為備用控制系統(tǒng)。

3 供膠壓力控制規(guī)律、參數(shù)及控制策略

供膠壓力控制采用傳統(tǒng)的數(shù)字PID控制，由于壓力控制需要平穩(wěn)控制，控制要求快速跟蹤工藝現(xiàn)場的壓力變化并且要求超調(diào)小。首先簡單介紹PID控制的原理。

3.1 PID參數(shù)的簡單介紹

PID是比例，積分，微分的縮寫，

Uo（N）=P*E（N） + I*[E（N）+E（N-1）+...+E（0）] + D*[E（N）-E（N-1）]（公式1）

E--誤差

P--改變P可提高響應(yīng)速度，減小靜態(tài)誤差，但太大會(huì)增大超調(diào)量和穩(wěn)定時(shí)間。

I--與P的作用基本相似，但要使靜態(tài)誤差為0，必須使用積分。

D--與P，I的作用相反，主要是為了減小超調(diào)，減小穩(wěn)定時(shí)間。

三個(gè)參數(shù)要綜合考慮，一般先將I，D設(shè)為0，調(diào)好P，達(dá)到基本的響應(yīng)速度和誤差，再加上I，使誤差為0，這時(shí)再加入D，三個(gè)參數(shù)要反復(fù)調(diào)試，最終達(dá)到較好的結(jié)果。

（1）考慮因素。采樣周期的選擇受多方面因素的影響，主要考慮的因素分析如下。

①香農(nóng)（Shannon）采樣定理

（Wmax--被采樣信號的上限角頻率）

給出了采樣周期的上限。滿足這一定理，采樣信號方可恢復(fù)或近似地恢復(fù)為原模擬信號，而不丟失主要信息。在這個(gè)限制范圍內(nèi)，采樣周期越小，采樣-數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)的性能越接近于連續(xù)-時(shí)間控制系統(tǒng)。②閉環(huán)系統(tǒng)對給定信號的跟蹤，要求采樣周期要小。③從抑制擾動(dòng)的要求來說，采樣周期應(yīng)該選擇得小些。④從執(zhí)行元件的要求來看，有時(shí)要求輸入控制信號要保持一定的寬度。⑤從計(jì)算機(jī)精度考慮，采樣周期不宜過短。⑥從系統(tǒng)成本上考慮，希望采樣周期越長越好。

綜合上述各因素，選擇采樣周期，應(yīng)在滿足控制系統(tǒng)的性能要求的條件下， 盡可能地選擇低的采樣速率。而我們采用的S-11壓力變送器采樣周期性能都比較優(yōu)異，完全可以滿足供膠壓力控制。

（2）整定步驟。實(shí)驗(yàn)湊試法的整定步驟為"先比例，再積分，最后微分"。①整定比例控制。將比例控制作用由小變到大，觀察各次響應(yīng)，直至得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線。②整定積分環(huán)節(jié)。若在比例控制下穩(wěn)態(tài)誤差不能滿足要求，需加入積分控制。

先將步驟（1）中選擇的比例系數(shù)減小為原來的50～80%，再將積分時(shí)間置一個(gè)較大值，觀測響應(yīng)曲線。然后減小積分時(shí)間，加大積分作用，并相應(yīng)調(diào)整比例系數(shù)，反復(fù)試湊至得到較滿意的響應(yīng)，確定比例和積分的參數(shù)。

4 預(yù)防措施

4.1 預(yù)防措施

（1）加強(qiáng)對紡絲供膠泵調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)的巡視以及現(xiàn)場電儀設(shè)備的跟蹤，主要包括：壓力變送器，變頻器，電機(jī)運(yùn)行頻率、電流值、電壓值、運(yùn)行溫度，抱剎線圈運(yùn)行電流（交流）等，跟蹤各個(gè)影響壓力變化的因素。

（2）優(yōu)化紡絲供膠泵等重要控制設(shè)備的控制參數(shù)的優(yōu)化，結(jié)合每個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的差異，摸索符合各調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制參數(shù)；通過摸索確定直接供紡絲的供膠系統(tǒng)的PID參數(shù)調(diào)節(jié)參數(shù)，把握響應(yīng)速度和控制穩(wěn)定性的關(guān)系。

（3）加強(qiáng)供膠系統(tǒng)應(yīng)急預(yù)案的學(xué)習(xí)和應(yīng)對方法的學(xué)習(xí)；

（4）制定表格記錄紡絲供膠系統(tǒng)的重要控制參數(shù)：壓力設(shè)定值，運(yùn)行輸出以及DCS控制系統(tǒng)和CCP柜上雙輸出控制器的控制參數(shù)記錄和檢查等。

4.2 信息反饋

①要求運(yùn)行人員巡檢到的情況及時(shí)工段，以便工段及時(shí)安排人員處理；②工段將處理結(jié)果及時(shí)反饋到值長、運(yùn)行班，便于運(yùn)行跟蹤維護(hù)；并將壓力可能可能出現(xiàn)的情況和相應(yīng)處理措施通告各運(yùn)行人員。