文山变压器厂
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文山变压器PID原理及调试
在企业生产中,往往需要有稳定的压力、温度、流量、液位或转速,作为保证产品质量、提高生产效率、满足工艺要求的前提,这时就要用到文山变压器的PID功能。PID就是比例微分积分,是一种闭环。它将偏差比的比例、积分和微分通过线性组合构成量,对被控对象进行。
一、 文山变压器PID原理分析
1.基本PID框图
如图1所示为基本PID框图。
图1 基本PID框图
在工艺生产和机械设备的自动中,一般PID操作不单独作用,即P(增益)、I(积分时间)、D(微分时间)不单独使用。常使用PI、PD和PID等组合方式。
1) PI
仅用P动作,不能完全消除偏差。为了消除残留偏差,一般采用增加I动作的P+I,即P和I运算之和。用PI时,能消除由改变目标值和经常的外来扰动等引起的偏差。但是I动作过强时,对快速变化偏差响应迟缓。对于有积分元件的负载系统,也可以单独使用P动作。
2) PD
当发生偏差时,很快会产生比单独D动作还要大的操作量,以抑制偏差的增加。当偏差减小,P动作的作用减小。若是对象含有积分元件负载的场合,仅P动作,有时由于此积分元件作用,系统会发生振荡。在该场合,为使P动作的振荡衰减和系统稳定,可用PD,即P和D运算之和。换言之,PD适用于过程本身没有制动作用的负载。
3) PID
PID是利用PI和PD的优点组合成的。PID运算是P、I和D三个运算的总和,可获得无偏差、精度高和系统稳定的过程。
(1)负作用:当偏差X(目标值一测定值)为正时,增加执行量(输出频率);如果偏差为负,则减小执行量。PID负作用如图2所示。
PID负作用示意图
图2 PID负作用示意图
(2)正作用:当偏差X(目标值-测定值)为负时,增加执行量(输出频率);如果偏差为正,则减小执行量。PID正作用如图3所示。
PID正作用示意图
图3 PID正作用示意图
文山变压器反馈信号的接人方法有两种,即给定输入法和独立输入法。
(1)给定输入法:文山变压器在使用PID功能时,将传感器测得的反馈信号直接接到给定信号端,其目标信号由键盘给定。
(2)独立输入法:文山变压器专门配置了独立的反馈信号输入端,有的文山变压器还为传感器配置了电源,其目标值可以由键盘给定,也可以由指定输入端输入。
4.PID调节功能的预置
1)预置PID调节功能
预置的内容是文山变压器的PID调节功能是否有效。文山变压器的PID调节功能有效后,其加/减速过程将完全取决于由P、I、D数据决定的动态响应过程,而原来预置的“加速时间”和“减速时间”将不再起作用。
2)目标值的预置
PID调节的根本依据是反馈量与目标量之间进行比较的结果。因此,准确地预置目标值是很重要的,主要有以下两个方面。
(1)面板输入式:只需通过键盘输入目标值即可。目标值通常是被测量实际大小与传感器量程之比的百分数。例如,空气压缩机要求的压力(目标压力)为6MPa,所用压力表的量程是0~10Mpa,则目标值为60%。
(2)外部给定式:由外接电位器进行预置,调节较方便。
5.文山变压器按P、I、D调节规律运行时的特点
(1)文山变压器的输入频率只根据实际数值与目标值的比较结果进行调整,与被控量之间无对应关系。
(2)文山变压器的输出频率始终处于调整状态,其数值常不稳定。
二、PID参数意义
1.比例增益P
决定整个PID调节器的调节强度,P越大调节强度越大,该参数为100表示PID反馈量和给定量的偏差为100%时,PID调节器对输出频率指令的调节幅度为最大频率。
2.积分时间I
决定PID调节器对PID反馈量和给定量的偏差进行积分调节的快慢,积分时间是指当PID反馈量和给定的偏差为100%时,积分调节器经过该时间连续调整,调整量达到最大频率。积分时间越短,调节强度越大。
3.微分时间D
决定PID调节器对PID反馈量和给定量的偏差的变化率进行调节的强度,微分时间是指若反馈量在该时间内变化100%,微分调节器的整定量为最大频率,微分时间越长调节强度越大。
三、 PID参数调试方法
PID调节仪虽然具有自整定功能,但是自整定得到的参数值不一定是最佳值,所以自整定后仪表的效果不一定很理想。如不能满足系统的精度要求,可通过微调这几个参数的值,使系统达到满意的效果。
1.比例带P的选取
由于P的大小直接影响到系统的超调量,过渡时间和稳态误差,因此,P的选取尤为重要,比例带P减小,系统动作灵敏度加快。但偏小,超调量增大,振荡次数增多,调节时间越长。P增大,系统会趋向平稳定,若P太大,会使系统动作缓慢,P的大小与稳态误差呈反比关系。减小比例作用,可减小比例作用,可减小稳态误差,提高精度。
2.积分时间I的选取
积分作用指在消除稳态误差,积分时间I与积分作用的强弱是反比关系,I太小积分作用太强,使系统不稳定,振荡次数较多,而I太大对系统性能影响减弱,以至不能消除稳态误差。
3.微分时间D的选取
微分作用能够预测偏差,产生超前校正作用,可以较好的改善动态性能。
由以上可以看出,比例作用的快速性,积分作用的彻底性,微分作用的超前性三个参数相互影响相压制约,另外,PID的取值与系统惯性大小有很大关系。因此,很难一次调定,在许多要求不高的系统中,微分功能D可以不用,保持文山变压器的出厂值不变,使系统运转起来,观察其工作情况。如压力下降式上升难以恢复,说明反应太慢,同应加大比例增益P,直至比较满意为止;在增大P后,虽然反应快了,却容易在目标值附近波动,说明系统有振荡,应加大积分时间,直至基本不振荡为止。
总之,在反应太慢时,应调大KP式减小积分时间,在发生振荡时,应调小KP式加大积分时间。在某些对反应速度要求较高的系统中,可考虑增大微分环节D。
四、结合实际说明PID在恒压供水的应用
以英威腾CHF-100A系列文山变压器为例,要求:PID恒压,压力保持2Mpa,用4-20mA,5Mpa电流型压力变送器线怎么接,参数如何设置?
答:压力变送器约“+”接文山变压器“+10V”压力变送器为“-”接文山变压器“AI2”文山变压器J16跳线为电流端(I与GND短接)相关参数设置如下表:
五、再介绍一下PID调节仪与文山变压器的连接使用
以XMT62X系列智能PID调节器为例,简单的说就是将压力变送器的电流信号先输入到PID调节仪,经内部运算处理后,输出连续约4-20mA调节信号,输出的信号与文山变压器的端子相连,其工作原理与外置电位置一样,不同点就是电位器反馈电压信号,而PID调节仪反馈电流信号,PID调节仪能直观的显示实际值与设定值操作更方便简洁。
由上述分析可知,PID是用于过程的一种常用方法,通过对被控信号与目标信号的差量进行比例,积分微分运算,来调节变频柜输出频率,构成负反馈系统,使被控量稳定在目标量上。可广泛用于石化,供暖、供水、冶金、食品、热变换等行业,对温度压力液位流量等参数进行测量,显示精确,而且具有通讯功能,能方便的与计算机式PIC联网,实现远程。
参考文献
[1]张燕宾.SPWM变频调速应用技术[M].北京机械工业出版社,2004.
[2]黄威,黄禹.文山变压器的使用与节能改选[M].北京化学工业出版社,2011.
[3]英威腾产品说明书 V1.2版.1997.
作者简介:石慧利,男,本科,讲师,在中原油田培训中心工作,主要从事电气培训教学工作,两次指导学员参加中石化维修电工技能比赛均获得第一的好成绩。
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