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纺织行业:温度控制器的应用

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纺织行业:

温控在大热惯量(化纤)设备中PID参数的整定

大热惯量设备是指设备通电后温度上升很慢,而且停止通电后温度下降得更慢。我们在现场调试中就碰到过这样的情况:这是一台化纤加热熔化设备,保温性能特别好。容器为桶形,桶周围及底部填了很厚的石棉保温材料。光一个盖就有十几公分厚,里面充满了保温材料,盖上盖子后整个器密不透风。该设备设定温度为260左右,从送电到设定温度要三个多小时。如果盖子不打开,停电以后到第二天打开盖子,里边还是热乎乎的。我们如果采用自整定的话,需要在给定值上波动二次(见仪表说明书的自整定说明部分)才能计算出与设备相适应的PID参数。我们试过,从800上班开始自整定直至下午100自整定还没有结束。而我们仪表设计一般在4小时自整定不能结束,则认为自整定失败。因此,这样的电炉根本无法去自整定,只能人工对PID参数进行修正。下面就人工整定PID参数的方法作一介绍:

首先,上海亚泰仪表有限公司对此类对象(设备)的数学模型作简单的描述。当设备全功率加热时,测量温度将如图中的升温曲线逐步到达最高温度Tmax(这是一个推断值,真正达到这个温度可能会烧坏设备),如图9所示

 

当设备开始通电时,设备的测量温度并无反应,要经过相当一段时间温度才开始上升。这段时间我们称为对象的纯滞后(τ)往往有几十分钟甚至12个小时,而对象的飞升时间(T)往往长达几个小时甚至十几小时。由此估算,自整定的过程(t)可能是十几小时以上,这些设备为了缩短实际使用的升温时间又把功率设计得偏大,即提高加热功率Pmax,这时达到设定值SP的实际所需功率仅为全部加热功率的25%,甚至20%都不到,这可以在系统稳定后的输出通断时间反应出来:

Psp         Ton

=

  Pmax       Ton+Toff

其中:Psp —达到设定值所需加热功率;

Pmax —设备设计的加热功率;

Ton —一个通断周期内的通电时间;

Ton+Toff —一个吸放周期。

例如,我们XMT-6411的控制周期为30秒,测量温度达到设定温度并稳定后,仪表的加热时间为6秒。那么,这个设备达到设定值所需的实际功率仅为设备功率的6/30,即20%。我们把Pmax-Psp叫做剩余功率,也就是说这个设备的剩余功率为达到设定值所需功率的4倍。这样的设计虽然加快了升温速度,但是产生了新的问题:控制过程钟温度过冲太大,往往冲过设定值很多,而要再回到设定值的时间更长。

以上所说的纯滞后时间(τ)太长,剩余功率(Pmax-Psp)太大对控制效果都是不利的,而且大惯性又往往造成自整定失败。人工调整PID的话更是麻烦:P.I.D到底放多少合适。每调整一次参数,要看控制效果的时间更长。有时候调上几天,控制效果还是不理想。碰到这样棘手的问题真是让人头疼。

下面我们介绍一种比较实用的P.I.D参数人工整定方法:

如图10所示,我们取SP'=1/2SP。例如实际工作温度为260,我们先把SP'设为130左右,将仪表的P设为0I任意值,d也设为0(最小)。这时系统开始升温,仪表全输出。当仪表显示达到130时,输出关断,记下此时的时间t1,此时测量温度还会继续上升,观察仪表温度上升到顶点并开始下降时,记下此时的时间t2和过冲值δ,有了过冲值δ和上抛时间tt2-t1),我们就可以粗略估算出P.I.D参数为了克服这类系统的超调(过冲现象),我们取D=I,这样:

P=3δ        I=2t        d=2t

如果温度有点波动,可以将P再放大1.5倍后视之,若波动还未消除,则将P放在不变,将Id放大1.5倍再视之,有时,P.I.D均放大后才是最佳PID参数,其好坏主要取决于拐点(A)的高低:A越低,效果越好。判断拐点(A)高低的方法是:如果在130前有长的温度匀速上升过程,这我们认为A较低;反之,A点较高,A点较高的设备会导致PID参数估算误差太大,达不到较的控制效果,我们可以待其完全冷却后或另换一台同样型号的设备,将SP'适当提高重新试验,如将SP'=130提高到180左右再试之

 

 

 

 

 

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N-3000

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