近年來(lái)，調(diào)節(jié)器以其功能強(qiáng)大、可靠性高、集成度高、功耗低、體積小、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域仍有90%的回路在應(yīng)用PID控制策略。對(duì)于生產(chǎn)裝置的溫度、液位、流量、壓力等工藝變量常常要求維持在工藝指標(biāo)定值上，或按一定的規(guī)律變化，以滿足生產(chǎn)工藝的要求。PID調(diào)節(jié)器是根據(jù)PID控制原理對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行偏差調(diào)節(jié)，從而使被控變量的實(shí)際值與工藝要求的預(yù)定值一致。不同的控制規(guī)律適用于不同的生產(chǎn)過(guò)程，必須合理選擇相應(yīng)的控制規(guī)律，否則PID調(diào)節(jié)器將達(dá)不到預(yù)期的控制效果。此PID調(diào)節(jié)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為涉及控制理論、系統(tǒng)辨識(shí)、信號(hào)處理和概率統(tǒng)計(jì)等多門(mén)學(xué)科的交叉綜合技術(shù)，通常被稱為控制回路的性能監(jiān)控與評(píng)估、控制器的性能監(jiān)控與評(píng)估、性能評(píng)估等。正是這些優(yōu)勢(shì)，使得PID控制成功控制多種生產(chǎn)裝置，且控制效果極為理想。
1、化工生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀及控制的常規(guī)模式
化工生產(chǎn)工藝控制中，目前以DCS或PLC控制較多，但因其價(jià)格較為昂貴，在大型生產(chǎn)與工藝的集成控制中，應(yīng)用極為廣泛，從自動(dòng)化控制系統(tǒng)問(wèn)世以來(lái)，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于工業(yè)、國(guó)防、通訊、家庭生活等各個(gè)領(lǐng)域，它具有集成度高、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，適用于當(dāng)前社會(huì)生產(chǎn)過(guò)程中要求越來(lái)越高及復(fù)雜的生產(chǎn)場(chǎng)所。但是，對(duì)于一些小型企業(yè)及簡(jiǎn)單的控制回路，使用傳統(tǒng)模擬測(cè)量及PID調(diào)節(jié)器控制也是可取的。將現(xiàn)有簡(jiǎn)單控制改造為PID控制促進(jìn)其數(shù)字化、智能化、多功能化是一條快捷且適宜的簡(jiǎn)單工業(yè)化控制模式。通過(guò)采用PID控制的相關(guān)測(cè)量，同時(shí)兼具運(yùn)算、線性化、零漂處理、誤差修正、監(jiān)控于一體，使得PID控制集中體現(xiàn)了智能化、數(shù)字化在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域的重要作用。
2、YR-GFD系列模糊PID調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)
YR-GFD系列模糊PID調(diào)節(jié)器采用模糊PID控制算法，傻瓜式操作，0.3%測(cè)量精度、可支持33種信號(hào)輸入功能，適用溫度、壓力、流量、液位、濕度等工業(yè)過(guò)程量的監(jiān)測(cè)，并配合各種執(zhí)行器對(duì)電加熱設(shè)備和電磁、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行PID調(diào)節(jié)和控制。支持2路報(bào)警功能，支持1路控制輸出或支持采用標(biāo)準(zhǔn) MODBUS協(xié)議的RS485通訊接口，1路DC24V饋電，輸入端、輸出端、電源端光電隔離，100-240VAC/DC或20-29VAC/DC開(kāi)關(guān)電源供電，標(biāo)準(zhǔn)卡入式安裝，工作環(huán)境溫度在0-50℃；且相對(duì)濕度5%-85%RH無(wú)凝結(jié)。
3、模糊PID調(diào)節(jié)器的設(shè)置與使用
模糊PID調(diào)節(jié)器中的“PID”是以其3種糾正算法而命名的。這3種算法都是用加法調(diào)整被控制模擬量數(shù)值。而實(shí)際上這些加法運(yùn)算大部分變成了減法運(yùn)算是因?yàn)樗惴ǖ牟煌?。盡管不同類(lèi)型的調(diào)節(jié)器因其結(jié)構(gòu)、原理各不相同，但是基本控制規(guī)律只有3個(gè)：比例(P)控制、積分(I)控制和微分(D)控制。這幾種控制規(guī)律可以單獨(dú)使用也可以因使用場(chǎng)合不同而進(jìn)行組合使用。如比例(P)控制、比例-積分(PI)控制或比例-積分-微分(PID)控制等等。
YR-GFD系列模糊PID調(diào)節(jié)器在工作狀態(tài)下，按壓"確定"鍵PV顯示LOC，SV顯示參數(shù)字符：按增加、減少鍵來(lái)進(jìn)行設(shè)置。系統(tǒng)PID參數(shù)具備自整定功能：當(dāng)系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，可利用自整定功能，極快地找到系統(tǒng)最佳的PID參數(shù)，提高調(diào)節(jié)品質(zhì)。在設(shè)置好控制目標(biāo)值SV后，在儀表測(cè)量狀態(tài)下，進(jìn)入一級(jí)參數(shù)設(shè)定，設(shè)定自動(dòng)模式AUTO="On"，按鍵確認(rèn)后退至測(cè)量狀態(tài)，儀表開(kāi)始自整定。如圖1，PID參數(shù)和自整定對(duì)比圖所示的AUT0啟動(dòng)時(shí)，SV顯示AUTO閃爍，在測(cè)量PV值到達(dá)SV值設(shè)定值后，將自動(dòng)造成對(duì)系統(tǒng)二、三次擾動(dòng)。根據(jù)超振蕩的大小和恢復(fù)的周期，自動(dòng)算出系統(tǒng)的PID參數(shù)。AUTO整定完成，SV顯示目標(biāo)值，系統(tǒng)即可正常使用。一般對(duì)于正常系統(tǒng)自整定只需整定一次或兩次，自整定時(shí)如遇斷電或復(fù)位，儀表將以自整定前的設(shè)定值為準(zhǔn)進(jìn)行控制。自整定時(shí)的其他操作被禁止。自整定完畢后，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況手動(dòng)修改自整定后的參數(shù)設(shè)定值，以達(dá)到理想控制效果。當(dāng)手動(dòng)修改完設(shè)定值，轉(zhuǎn)到自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，長(zhǎng)按“確定”鍵儀表復(fù)位后才能實(shí)現(xiàn)PID跟蹤效果。系統(tǒng)PID參數(shù)和自整定對(duì)比圖見(jiàn)圖1。
4、YR-GFD系列模糊PID調(diào)節(jié)器的溫度控制應(yīng)用
以氯堿行業(yè)氫處理崗位操作的應(yīng)用舉例，從電解工段來(lái)的80-85℃的濕氫氣進(jìn)入氫氣洗滌塔下部與塔上部噴淋下來(lái)的冷卻水逆流接觸洗滌冷卻至≤40℃。(氫氣洗滌塔的噴淋冷卻水是由循環(huán)水池的循環(huán)水泵供出，經(jīng)冷卻器冷卻后，進(jìn)入氫氣洗滌塔上部，噴淋循環(huán)使用，多余的水打去離子膜)。
從塔頂出來(lái)的氫氣進(jìn)入氫氣壓縮機(jī)加壓至0.06-0.12MPa后。進(jìn)入冷卻器冷卻到≤18℃，經(jīng)氫氣水霧分離器除水后，輸送到用氫部門(mén)。
在上述工藝控制中，氫氣壓縮機(jī)加壓至0.06-0.12MPa、冷卻器冷卻到≤18℃、冷卻水逆流接觸洗滌冷卻至≤40℃是3個(gè)重要的控制參數(shù)，由于遠(yuǎn)程控制中現(xiàn)場(chǎng)操作人員無(wú)法更快捷的了解生產(chǎn)情況，故在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置了YR-GFD模糊PID調(diào)節(jié)器，在傻瓜式模糊PID調(diào)節(jié)器基礎(chǔ)設(shè)置完成后，投入使用后控制可靠穩(wěn)定、運(yùn)行良好。
5、存在的常規(guī)問(wèn)題及解決方式
上述工藝控制中氫氣壓縮機(jī)壓力參數(shù)、冷卻器冷卻溫度、冷卻水逆流接觸洗滌溫度是3個(gè)重要的控制參數(shù)，當(dāng)參數(shù)控制偏差較大，此時(shí)可依據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)PID表中P值進(jìn)行調(diào)整，接著可對(duì)積分與微分進(jìn)行微調(diào)。積分控制存在著控制不及時(shí)的缺點(diǎn)，雖然能消除余差，但因?yàn)榉e分輸出的累積是漸進(jìn)的，而不是適時(shí)跟蹤，其產(chǎn)生的控制作用總是落后于偏差的變化，不能及時(shí)有效地克服干擾的影響，因此有時(shí)難以使控制系統(tǒng)穩(wěn)定下來(lái)。所以，實(shí)用中一般不單獨(dú)使用積分控制，而是和比例控制作用結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成比例積分控制。有經(jīng)驗(yàn)的操作人員，即可根據(jù)偏差的大小來(lái)改變閥門(mén)的開(kāi)度(比例作用)，又可根據(jù)偏差變化的速度大小來(lái)預(yù)計(jì)將要出現(xiàn)的情況，提前進(jìn)行過(guò)量控制，進(jìn)行預(yù)控控制或“超前”控制作用的微分控制。微分控制器輸出的大小取決于輸入偏差變化的速度，從而可以在控制中取其二者之長(zhǎng)，互相彌補(bǔ)，既有比例控制作用的迅速及時(shí)，又有積分控制作用消除余差的能力。因此，比例積分控制可以實(shí)現(xiàn)較為理想的過(guò)程控制。
另外，在模糊PID調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置中，CUT值測(cè)量小信號(hào)切除，此功能僅對(duì)電壓、電流開(kāi)方信號(hào)有效，公式為輸入信號(hào)(輸入信號(hào)下限+輸入信號(hào)上限-輸入信號(hào)下限)X設(shè)定百分比例，從而可以顯示測(cè)量量程下限。
還有，對(duì)于模糊PID調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置中，工藝參數(shù)的調(diào)整與控制作用方向極為關(guān)鍵。當(dāng)在MODE設(shè)置中，PID使用信號(hào)MODE=0，PID作用方式為正作用，MODE=1，PID作用方式為反作用。當(dāng)此作用方向設(shè)置為反，會(huì)對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)生非常重大的影響，因此要精確設(shè)置。
經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行，整體上提高了現(xiàn)場(chǎng)控制能力，實(shí)現(xiàn)了智能化生產(chǎn)。在特殊情況下，如果需要人工進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制時(shí)，可以通過(guò)手動(dòng)控制模式進(jìn)行操作。這樣，實(shí)現(xiàn)了智能化與手動(dòng)操作相結(jié)合，優(yōu)化了生產(chǎn)的工藝控制。
這種模糊PID調(diào)節(jié)器已可靠運(yùn)行三年，為穩(wěn)定生產(chǎn)、節(jié)能降耗取得更加高效的發(fā)展起到推動(dòng)作用。當(dāng)前，信息技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，為氯堿企業(yè)提供了良好的開(kāi)放交流平臺(tái)，從中可以吸取不同行業(yè)、不同企業(yè)的先進(jìn)技術(shù)，提高操作技能，確保生產(chǎn)更高效、穩(wěn)定運(yùn)行。
作者：張俊平，天津華景化工新技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司。原文以《YR-GFD模糊PID調(diào)節(jié)器在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用》為標(biāo)題發(fā)表在《中國(guó)氯堿》2019年01期
