李一鑫，劉雁鵬

天地科技股份有限公司唐山分公司，河北唐山 063012

PID手動(dòng)設(shè)定值在燕家河煤礦洗煤廠密控系統(tǒng)中的應(yīng)用

李一鑫，劉雁鵬

天地科技股份有限公司唐山分公司，河北唐山 063012

密控系統(tǒng)在洗煤廠重介控制系統(tǒng)中起著非常重要的作用，洗煤產(chǎn)品質(zhì)量與其調(diào)試完善程度有著直接的關(guān)系，而PID是密控系統(tǒng)的核心，通過(guò)其使密度值與加水開(kāi)度形成對(duì)應(yīng)關(guān)系，以達(dá)到對(duì)密度穩(wěn)定性的控制。

密控系統(tǒng)；手動(dòng)值；PID

1 概述

陜西燕家河煤礦洗煤廠原為生產(chǎn)動(dòng)力煤，后改為生產(chǎn)煉焦煤，對(duì)產(chǎn)品灰分的精度提出很高的要求，而隨著其入洗量的增大，其工藝系統(tǒng)必須進(jìn)行改擴(kuò)建，需要加入一套密度自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行控制與在線監(jiān)測(cè)。

2 改造方案

重介系統(tǒng)中產(chǎn)品的灰分與密度密切聯(lián)系，密度不穩(wěn)定的波動(dòng)都會(huì)對(duì)灰分產(chǎn)生較大影響，從而影響產(chǎn)品的質(zhì)量。重介系統(tǒng)理想狀態(tài)下是一個(gè)封閉的循環(huán)系統(tǒng)，但由于實(shí)際生產(chǎn)中跑、冒、滴、漏現(xiàn)象不可避免的發(fā)生和產(chǎn)品帶走的循環(huán)水和介質(zhì)，這些因素都會(huì)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成一定的影響，所以要想使系統(tǒng)密度保持一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行加水作業(yè)來(lái)進(jìn)行控制，加水的作用是當(dāng)系統(tǒng)密度增高通過(guò)加入循環(huán)水使系統(tǒng)密度下降，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中一般用執(zhí)行器配上閥門(mén)，通過(guò)控制閥門(mén)的開(kāi)度對(duì)加水管道的流量進(jìn)行控制，以達(dá)到密度的穩(wěn)定。

3 控制原理

圖1

加水自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由密度計(jì)、加水執(zhí)行器、可編程邏輯控制器（PLC）形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過(guò)軟件中的PID來(lái)調(diào)節(jié)加水執(zhí)行器的開(kāi)度。

在PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，其過(guò)程控制方式就是將被測(cè)量，如溫度、壓力、流量、成分、水位等，由傳感器變換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入調(diào)節(jié)器，在調(diào)節(jié)器中，與給定值進(jìn)行比較，然后把比較出的差值進(jìn)行PID運(yùn)算。密度控制系統(tǒng)是把密度計(jì)的測(cè)量值送入可編程邏輯控制器（PLC），其值和洗煤設(shè)定的密度值進(jìn)行比較，如果比較值大于設(shè)定的誤差值，可編程邏輯控制器（PLC）通過(guò)PID就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)對(duì)加水執(zhí)行器閥門(mén)開(kāi)度進(jìn)行控制，從而通過(guò)控制循環(huán)水量的大小對(duì)密度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

可編程邏輯控制器采用西門(mén)子S7-300，編程軟件采用STEP7，其PID梯形圖如上。

圖1中DB3.DBD24為密度測(cè)量值、DB3.DBD0為密度設(shè)定值、DB3.DBD8為比例（P）控制、#I_TIME為積分（I）控制、DB3.DBD4為死區(qū)、DB3.DBD36為加水上限值、DB3.DBD40為加水下限值，MD230為閥門(mén)開(kāi)度控制值。

控制原理為：密度測(cè)量值與密度設(shè)定值進(jìn)行比較，其偏差值如果大于死區(qū)，則PID自動(dòng)控制閥門(mén)的開(kāi)度，其中：LMN_P＝GAIN * e（t）；即比例作用項(xiàng)P；

由此可知，PID的運(yùn)算輸出是OUT（t）是比例作用項(xiàng)P（LMN_P）、積分作用項(xiàng)I（LMN_I），和微分作用項(xiàng)D（LMN_D）三項(xiàng)同時(shí)作用的總和。

I參數(shù)越大，積分作用越弱，而D參數(shù)越大，微分作用越強(qiáng)。從現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，通過(guò)采用PID對(duì)密度進(jìn)行控制發(fā)現(xiàn)密度實(shí)際測(cè)量值在密度設(shè)定值上下進(jìn)行波動(dòng)，但波動(dòng)超出了正常生產(chǎn)的范圍，由于采用的是介質(zhì)桶上加水，水進(jìn)入介質(zhì)桶后需要一定的時(shí)間與桶內(nèi)液體混合作用到介質(zhì)管上，而密度計(jì)安裝在介質(zhì)管上，從而使水量的控制出現(xiàn)滯后，產(chǎn)生超調(diào)現(xiàn)象，導(dǎo)致密度值波動(dòng)偏大，從而使產(chǎn)品灰分達(dá)不到要求。

圖2

圖3

觀察實(shí)際生產(chǎn)中的密度測(cè)量值，發(fā)現(xiàn)之所以出現(xiàn)水量控制滯后現(xiàn)象是由于重介系統(tǒng)循環(huán)周期時(shí)間長(zhǎng)，加水量的變化沒(méi)有及時(shí)使密度測(cè)量值發(fā)生改變，從而使密度與加水沒(méi)有產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的線性關(guān)系，PID的調(diào)節(jié)沒(méi)有及時(shí)與實(shí)際參數(shù)結(jié)合，分析原因是PID調(diào)節(jié)產(chǎn)生了延遲，觀察發(fā)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)參數(shù)中可以設(shè)定手動(dòng)值參數(shù)，那么通過(guò)適當(dāng)方式加入手動(dòng)值是否能解決延遲問(wèn)題，通過(guò)這個(gè)思路決定在PID中加入手動(dòng)值調(diào)節(jié)。

下面對(duì)PID系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)如圖3：

其原理為：圖2中首先對(duì)密度測(cè)量值與密度設(shè)定值進(jìn)行比較，如果比較偏差在死區(qū)范圍內(nèi)，則啟動(dòng)PID手動(dòng)值功能，圖3中加入了手動(dòng)值設(shè)定DB3.DBD16，，當(dāng)偏差在死區(qū)范圍內(nèi)則開(kāi)度的控制由手動(dòng)值來(lái)控制，其手動(dòng)值可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定，當(dāng)偏差在死區(qū)范圍外則由PID進(jìn)行自動(dòng)控制。

4 改造效果

由于在PID控制中加入了手動(dòng)值，使密度測(cè)量值剛進(jìn)入死區(qū)時(shí)閥門(mén)的開(kāi)度就根據(jù)設(shè)定的手動(dòng)值進(jìn)行了調(diào)整，當(dāng)密度測(cè)量值偏離死區(qū)時(shí)，閥門(mén)開(kāi)度從手動(dòng)值開(kāi)始進(jìn)行調(diào)整，手動(dòng)值的加入使PID產(chǎn)生了一個(gè)預(yù)判，有效控制水量的調(diào)節(jié)，從而使滯后現(xiàn)象得到明顯的改善，密度值的波動(dòng)范圍滿足需要。手動(dòng)值的加入使系統(tǒng)根據(jù)煤質(zhì)的變化靈活的進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)的適應(yīng)性增強(qiáng)，對(duì)產(chǎn)品的產(chǎn)率有一定的提高。

洗煤廠密控系統(tǒng)需根據(jù)煤質(zhì)、生產(chǎn)工藝進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，具體問(wèn)題具體分析，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，這樣洗煤的效果是最佳的。

[1]魏澤國(guó)，黃章，等著.自動(dòng)控制原理[M].煤炭工業(yè)出版社.

[2]微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù).黃一夫主編[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

[3](SIEMENS)西門(mén)子 S7-300/400 PLC編程軟件.西門(mén)子公司參考手冊(cè).

TD8

A

1674-6708（2011）50-0184-02

李一鑫，工程師，工作單位：天地科技股份有限公司唐山分公司，主要從事自動(dòng)控制領(lǐng)域方面的工作