HoneywellDCS控制回路PID参数整定方法

HoneywellDCS系统PID参数整定方法第1页，共10页HoneywellDCS控制回路PID参数整定方法PID中的正反作用是针对：“现场值的变化趋势”与“PID控制输出值变化趋势”之间的关系。例一：用PID调节器控制恒温炉的炉温。这是一个典型的反作用调节。如果炉温下降（现场值下降趋势），我们PID控制输出要增加输出量，来增加功率。是增加的趋势。两个趋势相反。所以，是反作用。例二：用PID调节器来控制冰库的温度。如果冰库的温度在上升，我们PID调节的输出也要增加，增加制冷的功率。两个趋势是相同的。这就是正作用。鉴于目前一联合装置仪表回路自控率比较低，大部分的回路都是手动操作，这样不但增加了操作员的工作量，而且对产品质量也有一定的影响，特编制了此PID参数整定方法。一、修改PID参数必须有“SUPPERVISOR”及以上权限权限，用键盘钥匙可以切换权限，钥匙已送交一联合主任陈胜手中；二、打开要修改的控制回路细目画面，翻到下图所示的页面，修改PID控制回路整定的三个参数K，T1，T2；HoneywellDCS系统PID参数整定方法第2页，共10页三、PID参数代表的含义K：比例增益（放大倍数），范围为0.0～240.0；T1：积分时间，范围为0.0～1440.0，单位为分钟，0.0代表没有积分作用；T2：微分时间，范围为0.0～1440.0，单位为分钟，0.0代表没有微分作用。四、PID参数的作用（1）比例调节的特点：1、调节作用快，系统一出现偏差，调节器立即将偏差放大K倍输出；2、系统存在余差。K越小，过渡过程越平稳，但余差越大；K增大，余差将减小，但是不能完全消除余差，只能起到粗调作用，但是K过大，过渡过程易振荡，K太大时，就可能出现发散振荡。（2）积分调节的特点：积分调节作用的输出变化与输入偏差的积分成正比，积分作用能消除余差，但降低了系统的稳定性，T1由大变小时，积分作用由弱到强，消除余差的能力由弱到强，只有消除偏差，输出才停止变化。（3）微分调节的特点：微分调节的输出是与被调量的变化率成正比，在引入微分作用后能全面提高控制质量，但是微分作用太强，会引起控制阀时而全开时而全关，因此不能把T2取的太大，当T2由小到大变化时，微分作用由弱到强，对容量滞后有明显的作用，但是对纯滞后没有效果。五、如果要知道控制回路的作用方式，可以进入控制回路的细目画面，进入下图所示页面：HoneywellDCS系统PID参数整定方法第3页，共10页其中“CTLACTN”代表控制器作用方式，“REVERSE”表示反作用，“DIRECT”代表正作用。六、控制器的选择方法（1）P控制器的选择：它适用于控制通道滞后较小，负荷变化不大，允许被控量在一定范围内变化的系统；（2）PI控制器的选择：它适用于滞后较小，负荷变化不大，被控量不允许有余差的控制系统；（3）PID控制器的选择：它适用于负荷变化大，容量滞后较大，控制质量要求又很高的控制系统，比如温度控制系统。七、PID参数整定的方法一般在工程应用中采用经验凑试法。经验凑试法在实践中最为实用。在整定参数时，必须认真观察系统响应情况，根据系统的响应情况决定调整那些参数。观察系统响应效果，可以通过查看控制回路细目画面中的实时趋势曲线，衰减曲线最好是4：1，即前一个峰值与后一个峰值的比值为4：1。HoneywellDCS系统PID参数整定方法第4页，共10页经验值：在实际调试中，只能先大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改，这里的P代表比例度，P＝1/K。参数范围控制系统P（1/K）KT1/MinT2/Min液位20％～80％1.25～5.0————压力30％～70％1.43～3.40.4～3——流量40％～100％1.0～2.50.1～1——温度20％～60％1.7～53～100.3～1总之，在整定时不能让系统出现发散振荡，如出现发散振荡，应立即切为手动，等系统稳定后减小放大倍数、增大积分时间或减小微分时间，重新切换到自动控制。放大倍数越小，过渡过程越平稳，但余差越大。放大倍数越大，过渡过程容易发生振荡。积分时间越小，消除余差就越快,但系统振荡会较大，积分时间越大，系统消除余差的速度较慢。微分时间太大，系统振荡次数增加，调节时间增加，微分太小，系统调节缓慢。控制器参数凑试法的步骤：因为比例作用是基本的控制作用，因此，首先把比例度凑试好，待过渡过程已基本稳定，然后加积分作用消除余差，最后加入微分作用进一步提高控制质量，基本步骤如下：（A）对P控制器，将放大倍数放在较小的位置，逐渐增大K，观察被控量的过渡过程曲线，直到曲线满意为止；11/4etHoneywellDCS系统PID参数整定方法第5页，共10页（B）对PI控制器，先置T1=0，按纯比例作用整定放大倍数使之达到4：1衰减曲线；然后将K缩小（10～20％），将积分时间T1由大到小逐步加入，直到获得4：1衰减过程；（C）对PID控制器，将T2＝0；先按PI作用凑试程序整定K，T1参数，然后将放大倍数增大到比原值大（10～20％）位置，T1也适当减小之后，再把T2由小到大逐步加入，观察过渡曲线，直到获得满意的过渡过程。一句话：整定参数时要认真观察系统输出及被调量的变化情况，再根据具体情况适当修改PID参数。可以说，只要工艺技术员多花点时间，大多数控制系统采用PID调节都能满足要求。八、串极控制回路整定串极控制回路的整定可以采用两步法，即先整定副回路，再整定主回路；也可以采用一步法，即同时整定主副回路。（1）在采用一步法整定时副回路的经验值为以下值，一般副回路只采用比例控制：副变量放大倍数（K）比例度（P）温度5.0～1.720％～60％压力3.0～1.430％～70％流量2.5～1.2540%～80%液位5.0～1.2520%～80%（2）将串极控制回路系统投入运行，然后按单回路控制系统参数整定方法，整定主控制器的参数；（3）如果在整定过程中出现“共振”，只需减小主、副控制器的放大倍数就可以消除，如果共振太剧烈，可先切换到手动，待生产稳定后，重新投运，重新整定。总之：P作用是最基本的控制作用，加入I作用后可做到无差控制，提高控制精度，加入D作用能全面提高控制质量。九、注意事项HoneywellDCS系统PID参数整定方法第6页，共10页（1）参数整定前要先校验传感器和执行器，保证现场仪表是正常的，可以先手动控制试一下，手动状态测量参数应该是稳定可靠的。（2）按经验值设定K参数，暂时关掉积分调节试着切换到自动观察阶跃响应，此时应特别注意控制器的输出，一定要判断一下回路是不是负反馈的（检查设计和接线是否有漏洞，新系统调试的时候会遇到这种情况，如：需要关开度的时候，调节器偏偏是放大开度）；（3）在整定参数时要保证工艺稳定，当影响到产品质量和工艺参数时要立即切到手动控制，待工艺生产稳定后再投自动修改PID参数。（4）如果是串级、比例控制回路，要先一个回路一个回路的整定，还应注意先内环后外环的原则。（5）在手动切到自动的时候，要保证给定值与测量值近乎一致，但对于一联合HoneywellDCS不存在这个问题，在手动时给定值是自动跟踪测量值的。十、PID参数整定速记法参数整定找最佳，从小到大顺序查先是比例后积分，最后再把微分加曲线振荡很频繁，放大倍数要放小曲线漂浮绕大湾，放大倍数往大扳曲线偏离回复慢，积分时间往下降曲线波动周期长，积分时间再加长曲线振荡频率快，先把微分降下来动差大来波动慢，微分时间应加长理想曲线两个波，前高后低4比1一看二调多分析，调节质量不会低十一、典型控制回路1、单回路控制：HoneywellDCS系统PID参数整定方法第7页，共10页控制器控制阀被控对象测量变送-+给定值（1）控制阀作用方式选择原则：控制阀按作用方式分气开、气关两种。气开阀即随着信号压力的增加而开度加大，无信号时，阀处于全关状态；反之，随着信号压力的增加，阀逐步关闭，无信号时，阀处于全开状态即为气关阀。选择原则主要是：从生产的安全出发、从保证产品质量、从降低原料和动力的损耗、从介质特点这几方面考虑。（2）控制器作用方式选择：选择原则：使整个单回路构成负反馈系统。规定：控制阀：气开式为“＋”，气关式为“－”；控制器：正作用为“＋”，反作用为“－”；对象：当通过控制阀的物料或能量增加时，按工艺机理分析，若被控量随之增加为“＋”，随之降低为“－”；变送器：一般视为正环节。则控制器正、反作用选择判别式为：（控制器“±”）（控制阀“±”）（对象“±”）＝“－”2、串级回路控制：副控制器控制阀副被控对象副测量变送-+给定值主控制器主被控对象主测量变送+-在单回路控制系统中已指出，控制器正、反作用方式的选择原则是使整个控制系统构成HoneywellDCS系统PID参数整定方法第8页，共10页负反馈系统，并且给出了“乘积为负”的判别式。这一判别式同样适用于串级控制系统主、副控制器正、反作用方式选择。（1）主控制器作用方式选择：（主控制器±）（副对象±）（主对象±）＝（—）因此：当主、副变量同向变化时，主控制器应选反作用方式，反向变化则应选正作用方式。（2）副控制器作用方式选择：（副控制器±）（控制阀±）（副对象±）＝（—）（3）串级控制回路投运：所谓投运，就是通过适当的步骤使主、副控制器从手动工作状态转到工作状态。串级控制系统的投运方法，总的说来有两种：一是先投副环后投主环；另一种是先投主环后投副环。目前普遍采用的投运方法是第一种，投运的时候要保证无扰动切换，由于HoneywellDCS带PV自动跟踪功能所以基本上可以做到无扰动切换，而且投运实现比较简单。3、分程控制系统分程控制系统是一个控制器的输出信号去控制两台或以上的控制阀，每一个控制阀仅在输出信号整个范围的某段信号内工作。即多阀而且分程。实现方法主要用两种：一是通过每个控制阀上的阀门定位器实现，二是通过DCS软件实现，在采用DCS控制的情况下我们一般通过DCS组态实现。控制器控制阀（B）被控对象测量变送-+给定值控制阀（A）在分程控制系统中，按照控制阀的气开与气关作用方式可分为两类：一类是阀门同向动作，即随着控制阀输入信号的增大或减少，阀门都开大或都开小，另一类是阀门异向动作，即随着控制阀输入信号的增大或减少，阀门总是按一台阀HoneywellDCS系统PID参数整定方法第9页，共10页关而另一台阀开的方向动作。控制阀的同向或异向动作的选择全由工艺的需要来确定。具体如下图：0.020.060.10100%压力/Mpa开度AB0.020.060.10100%压力/Mpa开度ABa、气开式b、气关式同向动作的分程控制阀0.020.060.10100%压力/Mpa开度AB0.020.060.10100%压力/Mpa开度ABa、气关－气开式b、气开－气关式异向动作的分程控制阀00004、比值控制回路比值控制回路是把两种或两种以上的物料量自动地保持一定比例的控制系统，使从物料量随着主物料量按一定比值变化，比如余热锅炉的瓦斯和进风量成比例关系，使锅炉燃烧效果达到最佳。（1）比值控制系统的类型：下图中：Q1为主物料量，Q2为从物料量，两变量满足Q2＝KQ1的要求，即当Q1在某一时刻由于干扰作用而发生变化时，比值器通过运算，按比例发出信号使Q2重新与Q1保持原有的比例关系。A、开环比值控制系统HoneywellDCS系统PID参数整定方法第10页，共10页比值器控制阀测量变送-+给定值Q1开环比值控制系统Q2B、单闭环比值控制系统控制器控制阀（B）副被控对象副测量变送-+测量变送比值器Q1Q2单闭环比值控制系统C、双闭环比值控制系统主控制器控制阀（A）主被控对象主测量变送-+Q1双闭环比值控制系统副控制器控制阀（B）副被控对象副测量变送-+Q2比值器给定值