搜索

几种主流DCS系统PID调节的比较!

[复制链接]
学社贴贴学历认证 发表于 2019-10-7 16:35 | 显示全部楼层 打印 上一主题 下一主题
1.吃透PID0 y# I$ F4 e6 r$ `2 j  h) l2tech.cn

6 z/ I  a, Q5 l今天,我们来认识一下和利时M6、新华(上海和GE)、南京科远NT600、浙大中控ECS700、艾默生Ovation这五种DCS系统在PID 运算中的思路。PID在自动化控制中处于技术层面的顶层,PID参数的整定对于任何自控人来说都是需要攻克的难题。' C6 {0 m& A& [2 Y2tech.cn
8 [3 q  A7 I3 ^$ ~. o8 \" W, d1 ~2tech.cn
目前,火电机组使用PID控制的执行器(执行系统)主要包括主给水调节(汽包水位调节)、汽包压力调节、除氧器水位调节、除氧器压力调节、高低加水位调节、凝汽器水位调节、(过热器、再热器)减温水调节、汽轮机转速调节(转速控制)、发电机负荷调节(功率控制)、汽轮机阀门调节(阀位控制)、CCS调节(锅炉主控制器、汽机主控制器、燃料主控制器)、炉膛压力调节等等!而这些PID调节,组合在一起,就构成了一台火电机组的模拟量控制系统。
. K  x3 u9 i3 ~% w* f3 x# \2 j: `8 m" Y2tech.cn
PID调节诞生的目的是提高调节的稳定性、精确度和速率,降低运行人员的劳动强度。而一套合格的PID控制系统,最重要的是正确的控制策略以及参数整定。一般情况下,不管你使用的哪家DCS,基本的控制策略是相同的,比如汽包水位调节一般使用主给水调节阀或者给水泵控制进水流量,蒸汽量作为前馈,汽包水位作为被调量,这样构成一个完整的三冲量串级闭环调节。在这个闭环调节中,有两套PID系统构成,一个在外回路,我们称之为主调,一个在内回路,我们称之为副调。大体的控制策略如下:
7 e8 S. M( J( k! |4 b; L
. Q7 G, f+ n2 e7 Z 环境学社2.jpg
7 M3 N7 ~7 [" L# A; o7 |. d+ b9 u$ U) x* \- q; b2 m) [2tech.cn
我们简单分析一下这个双PID的控制逻辑,在汽包水位的调节中,水位肯定是被调量,它处于整个调节回路的中心,作为主调的过程值。主调调节的参考值是给水流量,作为跟踪值,而蒸汽流量作为整个调节回路的补偿量,也就是前馈值。副调直接与执行器相关联,主调的输出作为副调的设定值,而执行器的反馈作为副调的跟踪量。
* f: ?# F8 u2 l  q' o% s  p: i: M- f7 g2tech.cn
先说主调节器,当汽包水位实际值与设定值的偏差为0或者允许范围内时,主调节器保持当前的输出,给水流量也就保持当前的输出。此时,副调给水流量的实际值与设定值偏差为0,那么执行器的指令保持当前输出。也就是说,这是个反馈调节,也是个闭环调节。+ M7 B; d. S% m2tech.cn
& R' C5 b& L( s0 }2tech.cn
在这个过程中,PID参数的设定,影响了调节器调节的幅度、快慢和精度,也就是前文我们所说的稳定性、精确度和速率。至于PID参数是如何影响这几个要素的,我们按照日常使用的几套DCS系统PID的计算公式来简单分析!
' F% K8 M3 F/ @0 n1 T0 {
4 n3 E, p, a1 q2.和利时M6系统$ E5 e! \4 Z, i8 |6 M* l4 j: C+ `2tech.cn
3 w8 E' D, y5 v8 Y8 O) V0 t# d2tech.cn
AV(K)=AV(K-1)+du+OC+dk
* h* a/ K( @  N2 ^) P$ E1 p( W2 n8 R! R7 d# Y4 N/ |2tech.cn
式中du=(100/PT )*∆E(k)+(1/TI)*E(k)* j5 x9 ~4 b( n2tech.cn
       dk=[TD/(CP+TD)]*[dk_1+KD*∆(∆E(K))]- G: P! e$ B/ I  s  V; _, U1 K  z. X2tech.cn
       du:本次计算得到的比例+积分项
3 l) `( h4 p; A/ p6 s0 s% D0 F/ t3 [       dk:本次计算得到的微分项2 D) ~9 f7 d5 J7 ]) W2tech.cn
      OC:输出补偿项6 j1 {& H$ M5 L2tech.cn

! J/ H! Q8 p# t  A根据这个公式,每个周期的输出值=上个周期输出值+PID运算值。式中PT是比例带,我们可以看出,当PT越大时,(100/PT )将越小,此时作用于偏差变化值∆E(k)上的系数越小,比例作用则越强。根据这一步,我们知道,比例作用是作用于偏差变化值上的,E(K)是输入值与设定值的偏差,∆E(k)是两个周期偏差的差值。* ]3 i$ I* Y* W- V3 V2tech.cn
2 _, q% k8 n6 g  b2tech.cn
我们可以想一下,当水位实际值与设定值偏差逐渐变小的时候,那么(100/PT )*∆E(k)值也必将逐渐变小,当两个周期没有偏差变化的时候,比例作用的输出将保持不变。所以说,两个周期的偏差值越大,比例作用输出就越大,比例作用越强。根据这个分析,我们可以得出比例作用的一个特点,只要是水位变化,那么输出就会发生变化,水位如果不变化,不管水位实际值和设定值偏差多大,输出都不变化。
" [6 c1 t' R& x. x' \
& c  J' T' R: R0 X5 W% F我们再分析积分作用,(1/TI)*E(k)是积分的计算输出公式,式中TI是积分时间,根据公式,当积分时间越长的时候,积分作用是越弱的。E(K)是被调量实际值与设定值的偏差。这样,我们可以很好的得出,只要实际值与设定值存在偏差,(1/TI)*E(k)计算项就不会为0,积分作用就会始终有输出。我们平常说的积分作用能消除静差,怎么消除的,就是在存在偏差时始终有输出消除的。
6 |2 y, X# P0 J$ L, j1 ~4 T3 @6 R% ?2tech.cn
我们在分析微分作用,微分对于很多人来说了解的不如比例和积分多。那么微分作用是什么?我们平常说微分是用来超前调节,怎么超前调节呢?
+ ~$ r" m! ~0 H$ T5 X* V) O9 y% ]5 f% g4 G, A2tech.cn
dk=[TD/(CP+TD)]*[dk_1+KD*∆(∆E(K))]是微分的计算输出公式,这个公式比较复杂,我们进行详细分解。3 @2 A( n  R: a9 O* k2tech.cn
  L/ e+ w& u1 C% z/ w  J- S2tech.cn
TD是微分时间,KD是微分增益(部分DCS的PID参数设置只有微分时间,增益是个常数)。( ~) H! k8 z$ `% }5 T! k% @$ g. F- Y2tech.cn

' j' {' K1 X$ W首先,当TD越大,[TD/(CP+TD)]这个计算结果越趋近于1,这个值的范围也是(0~1),因此,当微分时间越长的时候,我们可以认为微分作用越强。
/ s9 ^8 G( X- z5 r- X
0 S- U0 y+ V. {[dk_1+KD*∆(∆E(K))]是微分增益作用,在这个公式中,微分增益是作用于∆(∆E(K)。之前我们分析了,E(K)是被调量实际值与设定值的偏差,∆E(K)则是两个周期偏差的差值,那么∆(∆E(K)则是偏差差值的比较,也就是偏差的一种变化速率。
. M  c7 f/ Z+ g* O; b+ s- H" l
9 d! s) w* w# s+ ^5 x: ?7 W所以说微分与被调量的大小没有关系,只是与被调量的变化速率有关系。微分时间是微分作用的时间长短,微分增益代表的是微分作用输出的强弱,这一点已经很明确了。
$ I3 A0 U/ ]6 j) G; y  W4 t6 V
8 Q, i! L+ |: a; j6 ~3.南京科远NT6000系统
6 O& b" w! o/ j1 t( @
$ ~) ~6 Z" u5 y6 H; y8 y计算公式5 v# w* Q! F; [3 w' Q2tech.cn
8 @6 L& f: x9 w9 E; b2tech.cn
OP(n)=OP(n-1)+Kp*(error(n)-error(n-1))+Ki(error(n)+Kd*[(error(n)-error(n-1))-(error(n)-error(n-1))]*(HROP-HLOP)+(FF(n)-FF(n-1))
" w1 d( }- O8 b, e$ I  \! U  q. c) z+ m: ?2 u2 a& E, \# ?7 x( r2tech.cn
根据这个公式,可以更清楚的看出,比例是作用于两个周期的偏差,积分是作用于偏差,而微分是作用于两个周期偏差的偏差。这一点与和利时是相同的,不同的是NT6000的比例为比例系数,微分只有微分时间。
; Y2 q; y% w# M  ^1 b6 c) V& G/ K, y
- }% H' A+ ~* |4.新华(上海或GE)DCS2 I7 @+ ^( N2 a2tech.cn
+ E1 S! K9 R3 E$ o* }2tech.cn
计算公式
  i' y4 |; r; T( m0 G% `8 q- ^9 `; b2 E& k& m2tech.cn
Y(S)=[Kp+1/(Ti*S)+Kd*Td*S/(Td*S+1)]*E(s)+FF(s)。
* k1 ~' @& [* g1 n% l9 h
, t2 `( ~7 t% q, \1 Q公式中E(s)是某一周期的输入偏差,S我们可以把它当作计算周期,这个公式稍微不明确,但是可以得出的是,他的比例是比例增益,存在微分时间和微分增益。( E& P/ c: l3 T5 m" `2 m4 {) ^2tech.cn

9 l  X+ [6 Z# m# b5.浙大中控ECS700
$ _6 k9 L9 R( q  x4 m% a; q  W! t! }# y" Z2tech.cn
计算公式
5 x9 q" v2 ]! d7 b. A- l) w. l# w; s9 [. L( I: j2tech.cn
环境学社3.jpg : S: T& p  Z  c# ?" e2tech.cn

% {3 h8 c, j. v& g根据公式,我们可以得出,中控的比例作用是通过设置比例带来实现,而与其他DCS不同的是,他的比例作用是作用在整个系统之上的,也就是说比例作用是作用于积分和微分叠加后的输出值上。这一点,与其他DCS完全不同,当然中控也提供了其他种类的PID控制策略,这是它的标注策略。
( A; A" `4 s! }. r  Z6 o
& A3 Q: Q- u; b4 I/ Z; c6.艾默生Ovation系统
: E5 }+ H9 U: t* X: E
+ V+ n9 j) X7 b/ x1 q; V* C9 g6 M计算公式2 ~" z5 b2 o  z* M# o8 c& a2tech.cn

9 n0 D: @6 n1 ]) q" N 环境学社4.jpg
9 o) K& x/ H" H5 \* W* q( u' A1 |, H$ w. a* o& l: A' u7 B2tech.cn
Ovation与其他DCS基本相同,比例是一种增益或者系数,然后它的微分设置的微分增益和时间,这一点也需要注意。; G: W* p& Z1 Q2tech.cn

  U$ b' E8 t( q7.总结* b9 ^- ^* Q& g2tech.cn

9 n, B# Z: Q' h' b* [& M/ T( K关于PID的文章之前也发过很多了,具体调节还需要现场多实践。很多人问某个系统的PID参数设置多少,可以肯定的回答是,这个是没有定数的。一般设置比例带的话,我们以100为起点进行设置,比例系数或者增益就在1上下设置;积分时间可以在10左右进行调整,微分时间我们在10以内进行调整,微分增益尽量在1以内。这是个大体的参数范围,具体的参数大家在调节自动的时候可以参考一下厂家意见,然后再按照自己的思路进行整定。" a6 r& }/ S3 A$ W$ F- U2tech.cn
$ H$ b% ]9 [9 [/ H" k2tech.cn

© 声明:本文仅表作者或发布者个人观点,与环保学社[2TECH.CN]无关。其原创性及陈述文字、内容、数据及图片均未经证实,对本文及其全部或部分内容、图片、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或承诺,仅做参考并自行核实。如有侵权,请联系我们处理,在此深表歉意。

您需要登录后才可以回帖 马上登录 | 中文注册

本版积分规则

技术话题

关于我们
关于我们
友情链接
联系我们
帮助中心
网友中心
购买须知
支付方式
服务支持
资源下载
售后服务
定制流程
关注我们
官方微博
官方空间
官方微信
快速回复返回顶部 返回列表