高志鵬

大連萬通工業(yè)裝備有限公司，遼寧大連 116023

0 引言

臺車爐主要供各類金屬結(jié)構(gòu)件和其它機(jī)件進(jìn)行熱處理之用。根據(jù)各類熱處理件的不同，對控溫精度和爐溫均勻性有不同的要求。在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常接觸到控溫精度要求在±5℃以內(nèi)，有效工作區(qū)溫度場均勻性在±10℃以內(nèi)的爐子。這樣往往對現(xiàn)場調(diào)試人員具有很高的要求。

1 自控系統(tǒng)

自動控制系統(tǒng)是采用由上位機(jī)、智能控制儀表（包括溫度控制儀、溫度檢測儀和壓力控制儀表等）和可編程控制器（PLC）組成?？販胤绞讲捎枚鄥^(qū)段程序分區(qū)控制，采用具有與智能溫控儀表相連接的調(diào)溫、高速時間比例控制燃燒器方式控制加熱，具備手動和自動點(diǎn)火功能，并對火焰進(jìn)行檢測，各區(qū)主控儀表與上位機(jī)進(jìn)行雙向通信。原則上所有工藝的控制參數(shù)設(shè)定由上位機(jī)來完成，但作為直接控制裝置的可編程控制器也要求自身具備同時對溫度和時間統(tǒng)一編程的功能，具備獨(dú)立的溫度、時間的設(shè)定和測量顯示功能。當(dāng)上位機(jī)發(fā)生故障時，各區(qū)溫度主設(shè)定控制可獨(dú)立的完成工藝自動控制。燒嘴采用天然氣亞高速燒嘴。通過實(shí)際爐溫信號及各燒嘴控制器返回的實(shí)際工作狀態(tài)信號，經(jīng)過計(jì)算處理，輸出控制各個燒嘴的啟動停止以及工作時間。

智能溫控儀表的控制功能主要由控制算法來實(shí)現(xiàn)，可輸入各種控溫信號，往往本身具有PID模塊，可以對爐內(nèi)溫度進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，從而使?fàn)t膛內(nèi)溫度達(dá)到控制要求。PID就是比例微分積分的簡稱，由于其原理簡單，可靠性高，在現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用，調(diào)節(jié)這三個參數(shù)的值就可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的性能。比例參數(shù)主要是調(diào)節(jié)系統(tǒng)的響應(yīng)快慢，它的值越大達(dá)到設(shè)定值的速度就會越快，越小則越慢。比例的值越大則響應(yīng)速度越快，雖然達(dá)到設(shè)定值的速度會變快，但是往往會出現(xiàn)沖過頭的現(xiàn)象。 為了消除這種現(xiàn)象的發(fā)生，我們就會用到積分。積分主要是調(diào)節(jié)系統(tǒng)到達(dá)設(shè)定值后的穩(wěn)定性，它的值越大則穩(wěn)定性就越好，但是所有的事物都是有兩面性的，越穩(wěn)定說明要改變設(shè)定值就會需要更長的時間來反應(yīng)。為了使設(shè)定值變化后改變的更快，在控制系統(tǒng)中又加入了微分。微分值越大，穩(wěn)定后設(shè)定值改變變化的就越快。三個參數(shù)相互影響相互制約，一般都是先調(diào)節(jié)比例然后在加入積分，最后是微分。

2 分段PID參數(shù)

但常規(guī)PID控制也有許多不足之處，最突出的一點(diǎn)就是有關(guān)PID參數(shù)的問題。首先，常規(guī)PID無自適應(yīng)能力。PID控制器的參數(shù)必須相對于某一模型已知、系統(tǒng)參數(shù)已知的系統(tǒng)。而且PID參數(shù)一旦整定完畢，便只能固定地實(shí)用于一種工況。但實(shí)際的大多數(shù)生產(chǎn)過程都具有非線性，且特性隨時間的變化而變化，顯然固定的一組參數(shù)是不能滿足這種變化的。其次，常規(guī)PID的參數(shù)只能為滿足生產(chǎn)過程控制目標(biāo)的某一方面要求而整定的。而之中人們要求的“設(shè)定值跟蹤特性”和“干擾抑制特性”卻往往滿足不了要求，使控制效果達(dá)不到最佳

物件的熱處理工藝曲線基本上都是由升溫、保溫和降溫3種形式來組成的。根據(jù)熱處理件的不同，組成不同的工藝曲線。調(diào)試過程中筆者發(fā)現(xiàn)，在升溫階段將PID參數(shù)整定好后在保溫和降溫時，溫度往往控制的不是很好，在保溫階段修改PID參數(shù)又導(dǎo)致前面升溫階段控溫出現(xiàn)偏差，反復(fù)調(diào)試多次都不能在整個工藝過程中始終達(dá)到很好的控溫效果。經(jīng)過反復(fù)研究發(fā)現(xiàn)每段工藝都有自己獨(dú)立的特性，每段都設(shè)一個PID參數(shù)就可以在各自的控溫過程中達(dá)到較好的控溫效果，于是筆者在工藝運(yùn)行在各個工藝段時，由PLC將特定參數(shù)賦予智能控制儀表中，從而達(dá)到每個分段都有自己的PID控制參數(shù)。由于各個不同階段都賦予了相對應(yīng)的控制參數(shù)，因此，經(jīng)現(xiàn)場反復(fù)測試，每個控制段都能達(dá)到很好的控制效果，運(yùn)行效果良好。

3 限幅控制

由于外界對爐內(nèi)溫度會有不同程度的干擾，偶爾會出現(xiàn)溫度波動超出范圍的現(xiàn)象，因此，在程序中加入限幅控制，即當(dāng)溫度大于一定的值時，繞過智能溫控儀表，不由其PID控制燒嘴，而是將燒嘴直接關(guān)閉，當(dāng)溫度小于一定的值時強(qiáng)制開啟燒嘴進(jìn)行加熱，這樣可以保證智能溫控表在其控制的有效范圍內(nèi)發(fā)揮最好的控溫效果，消除了較大的溫度波動對控制造成的影響，使系統(tǒng)運(yùn)行更穩(wěn)。

4 系統(tǒng)運(yùn)行效果

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)試發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過PID參數(shù)分段控制和對溫度大波動進(jìn)行的限幅控制后，熱處理工藝曲線控制效果相當(dāng)良好，完全能過達(dá)到控溫精度要求在±5℃以內(nèi)，有效工作區(qū)溫度場均勻性在±10℃以內(nèi)的要求。如圖1所示設(shè)定曲線和實(shí)際曲線基本重合，很好的滿足了工藝曲線。

圖1 現(xiàn)場生產(chǎn)曲線

5 結(jié)論

合理利用PID調(diào)節(jié)的特性，根據(jù)實(shí)際情況分別賦予不同的調(diào)節(jié)參數(shù)，并通過限幅控制，讓其在最優(yōu)范圍內(nèi)工作，從而達(dá)到了較為理想的控制效果。

[1]徐愛鈞.智能化測量控制儀表原理與設(shè)計(jì)[M].2版.北京航空航天大學(xué)出版社.

[2]陶永華.新型PID 控制及其應(yīng)用[M].2版.機(jī)械工業(yè)出版社.