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YR-GFD模糊PID调节器在氯碱行业中的应用

2020/4/4 0:14:54 人评论 次浏览 分类:二次仪表  文章地址:http://kuni9218.com/tech/2973.html

介绍了YR-GFD模糊PID调节器的特点及其在化工生产中的应用,模糊PID调节器兼具运算、线性化、零漂处理、误差修正、监控于一体的优势,并使得PID控制集中体现了智能化、数字化,在现代工业领域的重要作用,对化工生产的优化探讨及技改措施、节能降耗起到了良好的促进作用。

近年来,调节器以其功能强大、可靠性高、集成度高、功耗低、体积小、性价比高等优点在工业控制领域得到广泛应用。工业过程控制领域仍有90%的回路在应用PID控制策略。对于生产装置的温度、液位、流量、压力等工艺变量常常要求维持在工艺指标定值上,或按一定的规律变化,以满足生产工艺的要求。PID调节器是根据PID控制原理对整个控制系统进行偏差调节,从而使被控变量的实际值与工艺要求的预定值一致。不同的控制规律适用于不同的生产过程,必须合理选择相应的控制规律,否则PID调节器将达不到预期的控制效果。此PID调节技术已经发展成为涉及控制理论、系统辨识、信号处理和概率统计等多门学科的交叉综合技术,通常被称为控制回路的性能监控与评估、控制器的性能监控与评估、性能评估等。正是这些优势,使得PID控制成功控制多种生产装置,且控制效果极为理想。


1、化工生产工艺现状及控制的常规模式

化工生产工艺控制中,目前以DCS或PLC控制较多,但因其价格较为昂贵,在大型生产与工艺的集成控制中,应用极为广泛,从自动化控制系统问世以来,已经广泛的应用于工业、国防、通讯、家庭生活等各个领域,它具有集成度高、功能强等特点,适用于当前社会生产过程中要求越来越高及复杂的生产场所。但是,对于一些小型企业及简单的控制回路,使用传统模拟测量及PID调节器控制也是可取的。将现有简单控制改造为PID控制促进其数字化、智能化、多功能化是一条快捷且适宜的简单工业化控制模式。通过采用PID控制的相关测量,同时兼具运算、线性化、零漂处理、误差修正、监控于一体,使得PID控制集中体现了智能化、数字化在现代工业领域的重要作用。

2、YR-GFD系列模糊PID调节器的特点

YR-GFD系列模糊PID调节器采用模糊PID控制算法,傻瓜式操作,0.3%测量精度、可支持33种信号输入功能,适用温度、压力、流量、液位、湿度等工业过程量的监测,并配合各种执行器对电加热设备和电磁、电动调节阀进行PID调节和控制。支持2路报警功能,支持1路控制输出或支持采用标准 MODBUS协议的RS485通讯接口,1路DC24V馈电,输入端、输出端、电源端光电隔离,100-240VAC/DC或20-29VAC/DC开关电源供电,标准卡入式安装,工作环境温度在0-50℃;且相对湿度5%-85%RH无凝结。

3、模糊PID调节器的设置与使用

模糊PID调节器中的“PID”是以其3种纠正算法而命名的。这3种算法都是用加法调整被控制模拟量数值。而实际上这些加法运算大部分变成了减法运算是因为算法的不同。尽管不同类型的调节器因其结构、原理各不相同,但是基本控制规律只有3个:比例(P)控制、积分(I)控制和微分(D)控制。这几种控制规律可以单独使用也可以因使用场合不同而进行组合使用。如比例(P)控制、比例-积分(PI)控制或比例-积分-微分(PID)控制等等。

YR-GFD系列模糊PID调节器在工作状态下,按压"确定"键PV显示LOC,SV显示参数字符:按增加、减少键来进行设置。系统PID参数具备自整定功能:当系统调试时,可利用自整定功能,极快地找到系统最佳的PID参数,提高调节品质。在设置好控制目标值SV后,在仪表测量状态下,进入一级参数设定,设定自动模式AUTO="On",按键确认后退至测量状态,仪表开始自整定。如图1,PID参数和自整定对比图所示的AUT0启动时,SV显示AUTO闪烁,在测量PV值到达SV值设定值后,将自动造成对系统二、三次扰动。根据超振荡的大小和恢复的周期,自动算出系统的PID参数。AUTO整定完成,SV显示目标值,系统即可正常使用。一般对于正常系统自整定只需整定一次或两次,自整定时如遇断电或复位,仪表将以自整定前的设定值为准进行控制。自整定时的其他操作被禁止。自整定完毕后,可根据现场实际情况手动修改自整定后的参数设定值,以达到理想控制效果。当手动修改完设定值,转到自动状态时,长按“确定”键仪表复位后才能实现PID跟踪效果。系统PID参数和自整定对比图见图1。

系统PID参数和自整定对比图

4、YR-GFD系列模糊PID调节器的温度控制应用

以氯碱行业氢处理岗位操作的应用举例,从电解工段来的80-85℃的湿氢气进入氢气洗涤塔下部与塔上部喷淋下来的冷却水逆流接触洗涤冷却至≤40℃。(氢气洗涤塔的喷淋冷却水是由循环水池的循环水泵供出,经冷却器冷却后,进入氢气洗涤塔上部,喷淋循环使用,多余的水打去离子膜)。

从塔顶出来的氢气进入氢气压缩机加压至0.06-0.12MPa后。进入冷却器冷却到≤18℃,经氢气水雾分离器除水后,输送到用氢部门。


在上述工艺控制中,氢气压缩机加压至0.06-0.12MPa、冷却器冷却到≤18℃、冷却水逆流接触洗涤冷却至≤40℃是3个重要的控制参数,由于远程控制中现场操作人员无法更快捷的了解生产情况,故在现场设置了YR-GFD模糊PID调节器,在傻瓜式模糊PID调节器基础设置完成后,投入使用后控制可靠稳定、运行良好。


5、存在的常规问题及解决方式

上述工艺控制中氢气压缩机压力参数、冷却器冷却温度、冷却水逆流接触洗涤温度是3个重要的控制参数,当参数控制偏差较大,此时可依据实际经验,对PID表中P值进行调整,接着可对积分与微分进行微调。积分控制存在着控制不及时的缺点,虽然能消除余差,但因为积分输出的累积是渐进的,而不是适时跟踪,其产生的控制作用总是落后于偏差的变化,不能及时有效地克服干扰的影响,因此有时难以使控制系统稳定下来。所以,实用中一般不单独使用积分控制,而是和比例控制作用结合起来,构成比例积分控制。有经验的操作人员,即可根据偏差的大小来改变阀门的开度(比例作用),又可根据偏差变化的速度大小来预计将要出现的情况,提前进行过量控制,进行预控控制或“超前”控制作用的微分控制。微分控制器输出的大小取决于输入偏差变化的速度,从而可以在控制中取其二者之长,互相弥补,既有比例控制作用的迅速及时,又有积分控制作用消除余差的能力。因此,比例积分控制可以实现较为理想的过程控制。

另外,在模糊PID调节器的基础参数设置中,CUT值测量小信号切除,此功能仅对电压、电流开方信号有效,公式为输入信号(输入信号下限+输入信号上限-输入信号下限)X设定百分比例,从而可以显示测量量程下限。


还有,对于模糊PID调节器的基础参数设置中,工艺参数的调整与控制作用方向极为关键。当在MODE设置中,PID使用信号MODE=0,PID作用方式为正作用,MODE=1,PID作用方式为反作用。当此作用方向设置为反,会对生产产生非常重大的影响,因此要精确设置。


经过一段时间的运行,整体上提高了现场控制能力,实现了智能化生产。在特殊情况下,如果需要人工进行调节和控制时,可以通过手动控制模式进行操作。这样,实现了智能化与手动操作相结合,优化了生产的工艺控制。


这种模糊PID调节器已可靠运行三年,为稳定生产、节能降耗取得更加高效的发展起到推动作用。当前,信息技术及网络的发展,为氯碱企业提供了良好的开放交流平台,从中可以吸取不同行业、不同企业的先进技术,提高操作技能,确保生产更高效、稳定运行。

模糊PID调节器
作者:张俊平,天津华景化工新技术开发有限公司。原文以《YR-GFD模糊PID调节器在化工生产中的应用》为标题发表在《中国氯碱》2019年01期

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