一种分段PID规律控制系统设计及编程应用

一种分段PID规律控制系统设计及编程应用

刘渊;赵辉堂;廖永贞;刘中明;杨铁成;李公社

【摘要】物料加热液化分阶段进行升、恒温生产过程，物料温度作为主控变量，各阶段升温过程要求按规定速率进行升温、恒温过程要求按定时定值进行恒温；限值控制执行对主控变量控制存在关联性影响，从而产生升温超速与二次恒温问题。对此，采用温度设定、参数自整定、逻辑控制方法，设计了分段PID规律控制策略，并利用ST语言和FBD语言编程，由DCS系统实现设计的控制策略。该控制策略实现了生产过程控制要求，成功解决了该生产过程的复杂控制问题，并克服了升温超速与二次恒温问题，应用效果良好。%The production process of material heating liquefaction is the phased heating process including temperature rising stage and temperature holding constantly stage, and the temperature of material is used as the master control variable. Each temperature rising stage shall be controlled in accordance with specific rate, while the temperature holding stage shall be controlled in accordance with the setpoint and timing. By adopting temperature setting, parameter self-tuning and logic control methods, the segmented PID regulation control strategy is designed;and with ST language and FBD language programming, the control strategy is implemented by DCS. This control strategy implements the control requirements for the production process and successfully resolves the complicated control issue of such process and overcomes the temperature rising overspeed and secondary thermostatic problems.

【期刊名称】《自动化仪表》

【年(卷),期】2014(000)008

【总页数】4页(P40-43)

【关键词】分段PID规律;温度设定;参数整定;逻辑控制;ST语言;编程

【作者】刘渊;赵辉堂;廖永贞;刘中明;杨铁成;李公社

【作者单位】中核兰州铀浓缩有限公司，甘肃兰州 730065;中核兰州铀浓缩有限

公司，甘肃兰州 730065;中核兰州铀浓缩有限公司，甘肃兰州 730065;中核兰州铀浓缩有限公司，甘肃兰州 730065;中核兰州铀浓缩有限公司，甘肃兰州730065;中核兰州铀浓缩有限公司，甘肃兰州 730065

【正文语种】中文

【中图分类】TP273

随着我公司对有关产品的生产系统进行技术改造升级，工艺生产过程发生较大变化。生产系统采用集散控制系统（distributed control system，DCS）对生产过程实施监控。其中，物料加热液化过程作为关键生产过程，受控温度参数较多，其物料温度须连续控制，同时须对加热器表面和物料容器后端部表面温度进行限值控制，故温度控制系统采用开关型选择性控制系统［1］。物料温度通过调节加热器加热功率进行控制，限值控制由切断加热回路、停止加热实现。

物料温度参数作为主控变量进行连续控制，而物料加热液化分四个阶段进行升、恒温生产过程，各阶段升温过程按规定速率进行，恒温过程为定时定值进行。限值控制执行会导致升温过程的超速升温问题和恒温过程的二次恒温问题。对此，本文提出了分段PID规律控制策略，设计了DCS系统编程，实现了升、恒温生产过程的

分段PID规律控制。升温过程按规定速率进行，恒温过程以定时定值进行，升温

与恒温控制按不同整定的PID参数进行运算控制，消除了由限值控制作用影响所

形成的超速升温问题和二次恒温问题。该分段PID规律的温度控制系统自2011

年投入运行以来，控制过程及工艺参数控制均满足工艺生产需要，系统运行良好。物料加热液化过程分四阶段进行，每个阶段均包括升温、恒温两个过程。第一阶段，加热器启动加热，容器内物料温度由室温按规定速率升温至第一阶段恒温规定值，保持恒温至规定时间。第二阶段，容器内物料温度由第一阶段恒温规定值按规定速度升温至第二阶段恒温规定值，再保持恒温至规定时间。以相同过程至第四阶段，第四阶段的恒温过程完成后，以第四阶段的恒温规定值进行保温过程，并执行后续生产过程。

2.1 控制方式

物料容器采用压热罐装置，以电加热方式、分四阶段进行物料加热液化，每个阶段均包括升温、恒温两个过程，物料温度需连续控制，故作为被控变量；而压热罐加热器的加热功率为操纵变量，即通过调节加热器的加热功率进行物料温度控制。依据工艺过程要求，在每个阶段的升温过程，被控量按规定速率变化；而在每个阶段的恒温过程，被控变量在规定时间内保持不变。因而采用程序分段PID规律控制

方式，其设定值按程序自动设定变化，以实现对物料温度的连续控制。

2.2 控制系统组成

物料温度由热电阻检测；检测信号输入至DCS，与PID控制器的设定值进行比较；偏差信号经PID运算输出控制信号；控制信号输入至晶体管调压器，晶体管调压

器执行加热器的加热功率调节。控制系统组成如图1所示。

2.3 功能实现

2.3.1 温度设定

对各段物料温度进行设定，温度设定值按时间计算出相应值并赋予PID控制器的