plc在蒸汽鍋爐汽包液位pid控制系統的應用分析

　　4.2 汽包水位pid控制設計優點

　　（1） 減少干擾對主回路的影響，可由副回路控制器予以校正。

　　（2） 由于副回路的存在減少了相位滯后，從而改善了主回路的響應速度。

　　（3） 對控制閥特性的變化具有較好的魯棒性。

　　（4） 副回路可以按照主回路的需求對對象實施精確控制。

　　實際plc的控制程序采用主副回路進行串級控制，即主回路的輸出做為副回路的設定值，經副回路輸出作用于被控對象。也可以不用副回路只用主回路形成單回路調解，或手動操作完成。一般常見的過程控制應用， 開環回路控制就可以滿足大部份的應用要求，但隨著使用時間、組件特性變化或受控負載或外界工作環境的變化，開環回路控制因為沒有真實將受控程序的實際量反饋到控制器，因此控制結果可能與實際期望的結果會有些落差，閉環回路pid過程控制是用來克服并解決上述缺點的極佳選擇。fbs-plc提供軟件數字化的pid數學表達式，對于一般反應的閉環回路過程控制就可應付，但對于工業鍋爐這樣的需要有快速反應的閉環回路控制要使用本功能需要事先評估是否可行。典型的閉環回路程控示意圖如圖6所示。

圖6 典型閉環回路程控示意圖

　　根據應用要求，用戶將pid 控制器設定成比例+積分+微分控制器，其控制器的數字化數學表達式如下：

　　mn：“n”時的控制輸出量

　　d4005：增益常數，默認值為1000;可設定范圍為1～ 5000

　　pb：比例帶（范圍：1～5000，單位為0.1%; kc（增益）=d4005/pb）

　　en：“n”時的誤差=設定值（sp）-“n”時的過程變數值（pvn）

　　ki：積分常數（ 范圍：0～9999，相當于0.00～99.99 repeats/minute）

　　td：微積分時間常數（范圍：0～9999，相當于0.00～99.99minute）

　　pvn：“n”時的過程變數值

　　pvn-1：“n”時的上一次過程變數值

　　ts:pid運算的間隔時間（范圍：1～3000，單位：0.01s）

　　bias：偏置輸出量（范圍：0～16383）

　　加上微分項的控制器，目的在于消除程控系統的過度反應，進而使程控系統能夠平穩緩和達到穩定。雖然微分項有上述優點，但因其對輸出量的貢獻相當靈敏，大部分的應用不必使用微分項而將td設定為0。pid控制器的參數整定是控制系統設計的核心內容。它是根據被控過程的特性確定pid控制器的比例系數、積分時間和微分時間的大小。pid控制器參數整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。它主要是依據系統的數學模型，經過理論計算確定控制器參數。這種方法所得到的計算數據未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經驗，直接在控制系統的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。pid控制器參數的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減法。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經驗公式對控制器參數進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數，都需要在實際運行中進行 后調整與完善。現在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進行pid控制器參數的整定步驟如下：

　　（1） 首先預選擇一個足夠短的采樣周期讓系統工作;

　　（2） 僅加入比例控制環節，直到系統對輸入的階躍響應出現臨界振蕩，記下這時的比例放大系數和臨界振蕩周期;

　　（3） 在一定的控制度下通過公式計算得到pid控制器的參數。圖7是永宏可編程序控制器pid部分程序舉例。

　　圖7 永宏可編程序控制器pid部分程序圖

　　除此以外為保證鍋爐運行的安全，在進行自動化控制系統設計時，對鍋爐水位、鍋爐汽包壓力等重要參數應設置常規儀表及報警裝置，以保證水位和汽包壓力有雙重甚至三重報警裝置，這是必不可少的，以免鍋爐發生重大事故。

5 結束語

　　由于采用了plc進行控制，系統功能完善，結構先進合理，能耗小，擴展靈活，便于維護，并且可靠性高，而且還極大地提高了企業的生產效率和經濟效益。該系統自動化程度較高，大大降低了操作者勞動強度，降低了成本，經過近2年的運行，用戶給予了很高評價，認為利用國產永宏plc開發的控制系統功能完善，綜合性強，人機界面友好，實用性好。隨著國產優秀可編程控制器和高速計算元件的快速發展，鍋爐控制系統將會更加完善。