PID控制電動焦爐煤氣蝶閥壓力調(diào)節(jié) 淺談變參數(shù)PID在焦爐煤氣主管壓力控制中的應(yīng)用。
之前介紹自力式壓力調(diào)節(jié)閥在化工行業(yè)應(yīng)用，現(xiàn)在介紹針對一次性整定得到的PID控制參數(shù)難以保證系統(tǒng)控制效果始終處于優(yōu)化狀態(tài)的問題,探討了一種基于參數(shù)自整定的模糊PID控制器.該控制器將模糊控制與經(jīng)典PID控制技術(shù)相結(jié)合,借助對控制器參數(shù)的在線模糊自整定,在系統(tǒng)性能發(fā)生改變并超出了一定范圍后,自動啟動PID控制參數(shù)的整定過程,實時地修改PID的控制參數(shù).重新整定的PID控制參數(shù)可以使系統(tǒng)始終保持在優(yōu)化狀態(tài),取得良好的控制效果.以煙廠生產(chǎn)工藝對環(huán)境溫度的中央空調(diào)控制為例進行研究.實際系統(tǒng)仿真測試數(shù)據(jù)說明,基于參數(shù)自整定的模糊PID控制器提高了系統(tǒng)的控制精度與穩(wěn)定性.研究表明該控制器可滿足實際系統(tǒng)的強魯棒性與高精度控制的工況需求.電動煤氣蝶閥屬于煤氣蝶閥的一種，一般廣泛應(yīng)用于石油、煤氣、化工、水處理等工業(yè)，還應(yīng)用于熱電站的冷卻水系統(tǒng)，主要適用文檔在300℃以下，可見這種閥門產(chǎn)品的使用多么的廣泛了吧！如果要求煤氣蝶閥作為流量控制使用，主要的是正確選擇閥門的類型和尺寸。蝶閥的結(jié)構(gòu)原理尤其適合制作大口徑閥門。 電動煤氣蝶閥的啟閉件是一中圓形的閥板，其適合使用在各種的管道的液料的控制，同時這種閥門具有許多種類的尺寸，我們可以根據(jù)管道尺寸選擇合理的煤氣閥門。蝶閥的蝶片是橢圓形的，分別連接在閥片兩端，然后閥門工作的時候閥片就會根據(jù)這個連接為中心然后旋轉(zhuǎn)，當閥門被*打開的時候具有大的流體通過量，這個時候閥片就和閥體的框架呈現(xiàn)九十度的夾角。
工業(yè)用電動煤氣蝶閥的大特點可以耐受高溫，閥板的密封圈采用的是金屬環(huán)替代了傳統(tǒng)的橡膠環(huán)，這樣保證了密封的質(zhì)量。
煤氣蝶閥具有良好的流體控制特性。它處于*開啟位置時，蝶板厚度是介質(zhì)流經(jīng)閥體時的阻力，因此通過該閥門所產(chǎn)生的壓力降很小，故具有較好的流量控制特性。它有彈密封和金屬的密封兩種密封型式。彈性密封閥門，密封圈可以鑲嵌在閥體上或附在蝶板周邊。采用金屬密封的閥門一般比彈性密封的閥門壽命長，但很難做到*密封。金屬密封能適應(yīng)較高的工作溫度，彈性密封則具有受溫度限制的缺陷。 
1PID控制電動焦爐煤氣蝶閥壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)特性分析
1.1焦爐煤氣供應(yīng)系統(tǒng)
在正常的焦爐加熱生產(chǎn)中，焦爐煤氣主管為焦爐供氣分為焦側(cè)供氣和機側(cè)供氣。由交換機自動控制每30min交換一次方向，其中每次換向過程持續(xù)30s左右。每次換向過程中，當關(guān)閉煤氣時，焦爐煤氣主管壓力迅速上升，可達4kPa以上，當打開煤氣時，焦爐煤氣主管壓力又迅速下降至1.6kPa左右、在這么短的時間內(nèi)主管壓力發(fā)生了很人的變化，在換向結(jié)束時，由于慣性的作用，壓力哲時小會停留在給定值上。換向的存在，使得焦爐煤氣主管壓力產(chǎn)生周期性波動，特別是由于各焦爐煤氣主管相距較近，相鄰主管換向產(chǎn)生的周期性快速強烈波動必然會通過焦爐煤氣總管影響到木焦爐的壓力值穩(wěn)定，造成焦爐煤氣的大量浪費。
一、PID控制電動焦爐煤氣蝶閥壓力調(diào)節(jié)文件的查驗
煤氣閥門安裝前必須查驗質(zhì)量證明文件，煤氣閥門上應(yīng)有生產(chǎn)廠家銘牌，銘牌和閥體上應(yīng)有制造廠名稱、閥門型號、公稱壓力、公稱通徑等標識，且應(yīng)符合《通用閥門標志》GB 12220的規(guī)定。
二、PID控制電動焦爐煤氣蝶閥壓力調(diào)節(jié)外觀檢查
煤氣閥門安裝前必須進行外觀檢查
1、閥門運輸時的開閉位置應(yīng)符合下列要求
·閥門、截止閥、節(jié)流閥、調(diào)節(jié)閥、蝶閥、底閥等閥門應(yīng)處于全關(guān)閉位置
·旋塞閥、球閥的關(guān)閉件均應(yīng)處于全開啟位置
·隔膜閥應(yīng)處于關(guān)閉位置，且不可關(guān)得過緊，以防止損壞隔膜
·PID控制電動焦爐煤氣蝶閥壓力調(diào)節(jié)止回閥的閥瓣應(yīng)關(guān)閉并予以固定
2、閥門不得有損壞、缺件、腐蝕、銘牌脫落等現(xiàn)象，且閥體內(nèi)不得有臟污
3、閥門兩端應(yīng)有保護。手柄或手輪操作應(yīng)靈活輕便，不得有卡澀現(xiàn)象
4、閥體為鑄件時，其表面應(yīng)平整光滑，無裂紋、鎖孔、砂眼、氣孔、毛刺等缺陷；閥體外鍛件時，其表面應(yīng)無裂紋、夾層、重皮、斑疤等缺陷
5、止回閥的閥瓣或閥芯動作靈活準確，無偏心、位移或歪斜現(xiàn)象
6、彈簧式安全閥應(yīng)具有鉛封，杠桿式安全閥應(yīng)有重錘的定位裝置
7、襯膠、襯搪瓷及襯塑料的閥體內(nèi)表面應(yīng)平整光滑，襯層與基體結(jié)合牢固，無裂痕、鼓泡等缺陷，用高頻電火花發(fā)生器逐個檢查襯層表面，以未發(fā)現(xiàn)襯層被擊穿（產(chǎn)生白色閃光現(xiàn)象）為合格
8、閥門法蘭密封面應(yīng)符合要求，且不得有徑向劃痕 
1.2PID控制電動焦爐煤氣蝶閥壓力調(diào)節(jié)蝶閥流量特性測量
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥為了解蝶閥在實際使用中的流量特性，實地測定了安裝后蝶閥的流量特性曲線。首先通過定位器將閥門的開度設(shè)定在某一值(如5%)，測量并記錄蝶閥后壓，將閥門開度增加5%，再次記錄蝶閥后壓。然后繼續(xù)改變閥門開度，采用同樣的方法測量10%一100%的蝶閥后壓。 焦爐煤氣壓力控制系統(tǒng)采用PID的控制方式對蝶閥進行開度調(diào)節(jié)以達到穩(wěn)定壓力的目的，而傳統(tǒng)PID控制是典型的線性調(diào)節(jié)，但蝶閥實際工作狀態(tài)的特性為快開特性，蝶閥的主要工作范圍為10%}50%，在此區(qū)段蝶閥開度變化40，壓力相對變化63%，這會導(dǎo)致控制系統(tǒng)的超調(diào)，使控制系統(tǒng)的輸出變得不可預(yù)計?？偣軌毫υ诓煌膲毫Ψ秶鷷r，蝶閥對應(yīng)的開度范圍不同，閥位調(diào)節(jié)靈敏度不同，導(dǎo)致整個壓力控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)不穩(wěn)定。
2變參數(shù)PID控制系統(tǒng)
為了消除各種因素對焦爐煤氣主管壓力的影響，達到改善控制效果的目的，我們采用變參數(shù)PID控制。木系統(tǒng)的功能主要是按照焦爐煤氣壓力在不同工況下的變化特點把控制過程細分，運行時根據(jù)現(xiàn)場工況計算相應(yīng)的PID參數(shù)進行控制，根據(jù)蝶閥開度反饋、偏差e和偏差變化率e。自行調(diào)整PID控制器的參數(shù)，當發(fā)生異常情況時，系統(tǒng)可以進行手動/自動切換，控制系統(tǒng)原理圖。
PID調(diào)試一般原則 ：
a.在輸出不振蕩時，增大比例增益P。
b.在輸出不振蕩時，減小積分時間常數(shù)Ti。
c.在輸出不振蕩時，增大微分時間常數(shù)Td。
PID控制電動焦爐煤氣蝶閥壓力調(diào)節(jié)PID參數(shù)設(shè)置及調(diào)節(jié)方法
方法一：
PID參數(shù)的設(shè)定：是靠經(jīng)驗及工藝的熟悉,參考測量值跟蹤與設(shè)定值曲線,從而調(diào)整P\I\D的大小。
PID控制器參數(shù)的工程整定,各種調(diào)節(jié)系統(tǒng)中P.I.D參數(shù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)以下可參照：
溫度T: P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s
壓力P: P=30~70%,T=24~180s,
液位L: P=20~80%,T=60~300s,
流量L: P=40~100%,T=6~60s。 PID控制電動焦爐煤氣蝶閥壓力調(diào)節(jié)方法二：
1．PID調(diào)試一般原則
a.在輸出不振蕩時，增大比例增益P。
b.在輸出不振蕩時，減小積分時間常數(shù)Ti。
c.在輸出不振蕩時，增大微分時間常數(shù)Td。 
2．PID控制電動焦爐煤氣蝶閥壓力調(diào)節(jié)一般步驟
a.確定比例增益P 確定比例增益P 時，首先去掉PID的積分項和微分項，一般是令Ti=0、Td=0（具體見PID的參數(shù)設(shè)定說明），使PID為純比例調(diào)節(jié)。輸入設(shè)定為系統(tǒng)允許的大值的60%~70%，由0逐漸加大比例增益P，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩；再反過來，從此時的比例增益P逐漸減小，直至系統(tǒng)振蕩消失，記錄此時的比例增益P，設(shè)定PID的比例增益P為當前值的60%~70%。比例增益P調(diào)試完成。 b.確定積分時間常數(shù)Ti
比例增益P確定后，設(shè)定一個較大的積分時間常數(shù)Ti的初值，然后逐漸減小Ti，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，之后在反過來，逐漸加大Ti，直至系統(tǒng)振蕩消失。記錄此時的Ti，設(shè)定PID的積分時間常數(shù)Ti為當前值的150%~180%。積分時間常數(shù)Ti調(diào)試完成。
c.確定積分時間常數(shù)Td
積分時間常數(shù)Td一般不用設(shè)定，為0即可。若要設(shè)定，與確定 P和Ti的方法相同，取不振蕩時的30%。
d.系統(tǒng)空載、帶載聯(lián)調(diào)，再對PID參數(shù)進行微調(diào)，直至滿足要求
3PID控制電動焦爐煤氣蝶閥壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)實現(xiàn)
(1)硬件實現(xiàn)
由安裝在蝶閥后壓處的壓力變送器將蝶閥后壓壓力值轉(zhuǎn)換成4}20mA的電流信號，經(jīng)信號線傳送到DCS，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的工程量，作為壓力反饋值，蝶閥開度反饋信號也經(jīng)信號線輸送至DCS，主控根據(jù)蝶閥后壓設(shè)定值和壓力反饋值計算偏差和偏差變化率，再結(jié)合實時的蝶閥開度反饋信號，由變參數(shù)PID控制程序計算PID參數(shù)，并由AO模塊輸出蝶閥開度控制信號，經(jīng)信號線輸送至電氣轉(zhuǎn)換器，驅(qū)動蝶閥動作，進而實現(xiàn)焦爐煤氣壓力的調(diào)節(jié)。
(2)軟件實現(xiàn)
系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)框，DCS實時采集蝶閥后壓，閥位開度反饋信號。首先判斷是否有異常情況，確定是否需要進行手/自動切換;然后根據(jù)焦爐煤氣蝶閥后壓設(shè)定值和實測值計算偏差和偏差變化率;后，依據(jù)閥門開度反饋、偏差和偏差變化率來計算PID控制器參數(shù)由此實現(xiàn)蝶閥后壓的穩(wěn)定控制。
4PID控制電動焦爐煤氣蝶閥壓力調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)分析
沙鋼全液壓壓平機系統(tǒng)中采用ibaPDA高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)模塊，采樣周期為0.01 m s ,采樣的數(shù)據(jù)類型為實數(shù)。現(xiàn)場調(diào)試階段試驗鋼板寬度為1250m，厚度為2000m m)數(shù)據(jù)分析軟件采用ibaAnalyzer，可對采集來的數(shù)據(jù)信號進行處理、合并、計算和創(chuàng)建新的信號。
本文主要研究的內(nèi)容是壓平機壓頭機電禍合系統(tǒng)的無沖擊壓下的控制，將現(xiàn)場調(diào)試階段采集回的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理。橫軸表示公用的時間軸，縱軸根據(jù)不同的變量采用不同的量程和單位。條曲線為壓頭的位置曲線，單位為mm，數(shù)值越大表示壓頭所處的位置越遠離上橫梁(初始位置);第二條曲線為壓平機壓平工作過程中壓頭的位置曲線，存在的上下波動表示在工作過程中存在一定范圍的震動;第三條曲線為壓平機為壓頭提供的壓力曲線，單位為kN，數(shù)值越大表示提供的壓力越大。與本文相關(guān)的論文：自力式煤氣調(diào)壓閥組
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