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紡織行業:溫度控制器的應用

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紡織行業:

溫控在大熱慣量(化纖)設備中PID參數的整定

大熱慣量設備是指設備通電后溫度上升很慢,而且停止通電后溫度下降得更慢。我們在現場調試中就碰到過這樣的情況:這是一臺化纖加熱熔化設備,保溫性能特別好。容器為桶形,桶周圍及底部填了很厚的石棉保溫材料。光一個蓋就有十幾公分厚,里面充滿了保溫材料,蓋上蓋子后整個器密不透風。該設備設定溫度為260左右,從送電到設定溫度要三個多小時。如果蓋子不打開,停電以后到第二天打開蓋子,里邊還是熱乎乎的。我們如果采用自整定的話,需要在給定值上波動二次(見儀表說明書的自整定說明部分)才能計算出與設備相適應的PID參數。我們試過,從800上班開始自整定直至下午100自整定還沒有結束。而我們儀表設計一般在4小時自整定不能結束,則認為自整定失敗。因此,這樣的電爐根本無法去自整定,只能人工對PID參數進行修正。下面就人工整定PID參數的方法作一介紹:

首先,上海亞泰儀表有限公司對此類對象(設備)的數學模型作簡單的描述。當設備全功率加熱時,測量溫度將如圖中的升溫曲線逐步到達極高溫度Tmax(這是一個推斷值,真正達到這個溫度可能會燒壞設備),如圖9所示

 

當設備開始通電時,設備的測量溫度并無反應,要經過相當一段時間溫度才開始上升。這段時間我們稱為對象的純滯后(τ)往往有幾十分鐘甚至12個小時,而對象的飛升時間(T)往往長達幾個小時甚至十幾小時。由此估算,自整定的過程(t)可能是十幾小時以上,這些設備為了縮短實際使用的升溫時間又把功率設計得偏大,即提高加熱功率Pmax,這時達到設定值SP的實際所需功率僅為全部加熱功率的25%,甚至20%都不到,這可以在系統穩定后的輸出通斷時間反應出來:

Psp         Ton

=

  Pmax       Ton+Toff

其中:Psp —達到設定值所需加熱功率;

Pmax —設備設計的加熱功率;

Ton —一個通斷周期內的通電時間;

Ton+Toff —一個吸放周期。

例如,我們XMT-6411的控制周期為30秒,測量溫度達到設定溫度并穩定后,儀表的加熱時間為6秒。那么,這個設備達到設定值所需的實際功率僅為設備功率的6/30,即20%。我們把Pmax-Psp叫做剩余功率,也就是說這個設備的剩余功率為達到設定值所需功率的4倍。這樣的設計雖然加快了升溫速度,但是產生了新的問題:控制過程鐘溫度過沖太大,往往沖過設定值很多,而要再回到設定值的時間更長。

以上所說的純滯后時間(τ)太長,剩余功率(Pmax-Psp)太大對控制效果都是不利的,而且大慣性又往往造成自整定失敗。人工調整PID的話更是麻煩:P.I.D到底放多少合適。每調整一次參數,要看控制效果的時間更長。有時候調上幾天,控制效果還是不理想。碰到這樣棘手的問題真是讓人頭疼。

下面我們介紹一種比較實用的P.I.D參數人工整定方法:

如圖10所示,我們取SP'=1/2SP。例如實際工作溫度為260,我們先把SP'設為130左右,將儀表的P設為0I任意值,d也設為0(最小)。這時系統開始升溫,儀表全輸出。當儀表顯示達到130時,輸出關斷,記下此時的時間t1,此時測量溫度還會繼續上升,觀察儀表溫度上升到頂點并開始下降時,記下此時的時間t2和過沖值δ,有了過沖值δ和上拋時間tt2-t1),我們就可以粗略估算出P.I.D參數為了克服這類系統的超調(過沖現象),我們取D=I,這樣:

P=3δ        I=2t        d=2t

如果溫度有點波動,可以將P再放大1.5倍后視之,若波動還未消除,則將P放在不變,將Id放大1.5倍再視之,有時,P.I.D均放大后才是最佳PID參數,其好壞主要取決于拐點(A)的高低:A越低,效果越好。判斷拐點(A)高低的方法是:如果在130前有長的溫度勻速上升過程,這我們認為A較低;反之,A點較高,A點較高的設備會導致PID參數估算誤差太大,達不到較的控制效果,我們可以待其完全冷卻后或另換一臺同樣型號的設備,將SP'適當提高重新試驗,如將SP'=130提高到180左右再試之

 

 

 

 

 

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N-3000

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