谈如何整定PID参数
谈如何整定PID参数
各种工艺装置采用DCS系统主要实现生产过程的自动化控制，DCS系统在各类生产装置工艺过程中占有举足轻重的地位，它好比工艺生产过程的眼睛，是指挥和控制生产过程的大脑和神经中枢，是各类生产装置保证工艺指标、安全稳定运转、节能降耗及优化操作和改善生产管理的关键，DCS能否发挥应有的作用和取得用户满意的效果，其中自控率是一项很重要的指标，调节系统能否投入自动，PID参数整定很关键。
- 调节器正/反作用的确定方法
调节系统投自动：往往在控制方案确定好且判断出调节器的正/反作用后，最关键的是P、I、D参数如何整定，根据多年的现场工作经验，谈谈如何整定调节系统的P、I、D参数，请大家在工程中参考。
在整定调节系统的P、I、D参数前，要保证一个闭环调节系统必须是负反馈，即Ko*Kv*Kc ＞0。
单回路PID调节系统方框图
- 调节对象Ko：阀门、执行器开大，测量PV增加，则Ko＞0；反之，则Ko＜0；
- 调节阀门Kv：阀门正作用（气开、电开），则Kv＞0；阀门反作用（气关、电关），则Kv＜0；
Ko、Kv的正负由工艺对象和生产安全决定，根据Ko、Kv的正负和Ko*Kv*Kc ＞0，我们可以确定Kc的正负，
- 调节器Kc：若Kc＞0，则调节器为反作用；若Kc＜0，则调节器为正作用；软件组态中要设置正确,在装置调试和开车及P、I、D参数整定前，调节器的正/反作用务必检查，且正确无误。
- 在整定调节系统的P、I、D参数前，要保证测量准确、阀门动作灵活；
- 在整定调节系统的P、I、D参数时，打好招呼，要求用户工艺操作密切注意生产运行状况，确保安全生产；
- 在整定调节系统的P、I、D参数时，先投自动后串级，先投副环后主环，副环粗，主环细。在操作站CRT上，打开调节器的整定调整画面窗口，改变给定值SP或输出值OP，给出一个工艺允许的阶跃信号，观察测量值PV变化和趋势图，不断修定PID参数，往往反复几次，直至平稳控制。实际中，一般能达到工艺满意的一阶特性即可。
二、经验PID整定参数预置
对介质为流体（气体、液体）情况，经验PID整定参数参考如下，（在出所前最好在软件组态中要设置好，到现场再细调或不动）：
- 对流量调节（F）：
- 一般P=120～200%，I=50～100S，D=0S；
- 对防喘振系统：一般P=120～200%，I=20～40S，D=15～40S；
- 对压力调节（P）：
- 一般P=120～180%，I=50～100S，D=0S；
- 对放空系统：一般P=80～160%，I=20～60S，D=15～40S；
- 对液位调节（L）：
- 1]、大容器（直径4米、高2米以上塔罐）：一般P=80～120%，I=200～900S，D=0S；
- 2]、中容器（直径2--4米、高1.5--2米塔罐）：一般P=100～160%，I=80～400S，D=0S；
- 3]、小容器（直径2米、高1.5米以下塔罐）：一般P=120～300%，I=60～200S，D=0S；
- 对温度调节（T）：一般P=120～260%，I=50～200S，D=20～60S；
上述参数是经验性的东西，不是绝对的。另外实际中，有时一个调节系统工艺过程对象或阀门（定位器）存在问题，也能靠改变PID参数予以克服，使自动投入。投自动需要耐心观察、不断修正。实践中能否投入自动，最关键的是阀门（定位器）、执行器好用，动作灵活。
在一个串级调节系统（例如：有2个调节器）中，整个内环（副调，其Ko1*Kv1*Kc1 ＞0）相当于主环的Kv，它始终为正。PID参数整定的结果：观察曲线，一般为一阶特性即可（当然理论上为二阶衰减特性）。
三、自动回路投入注意事项
1、基本原则：
装置在运行时自动回路的投入应保证各工段的平稳运行，主要参数不能出现较大的波动，其它辅助设备的压力、液位、温度等参数也不能出现影响装置正常运行的过大波动。
2、同工艺操作人员的配合：
自动回路的投入属于自动化改造工程调试工作。若是我方人员负责投自动回路，在进行此项工作时，应先向用户操作人员讲清我方的工作内容，需要工艺操作人员如何配合，有何影响及出现意外情况应如何处理，调试结束后应通知工艺操作人员。自动回路首次投入前应要求工艺操作人员将该部分工况尽量调至相对稳定状态。
3、控制系统具体注意事项：
所有自动回路的组态在出所前都应经过严格测试。若其组态在现场有改动，在投入自动前应仔细检查组态的信号流向及逻辑的正确性，信号切换部分要注意切换逻辑的时序问题。组态应做到自动回路至现场的出口有可做人工干预的简单逻辑部分，以便万一有组态错误可以人工停止自动回路对现场的作用。
投自动时可先将PID模块的比例带、积分时间的数值放大，将PID模块输出上限、输出下限放至PID模块当前跟踪输出值附近的一个可允许变动范围内，将PID模块输出变化率放小。投入自动后，观察PID模块的动作方向是否正确，PID模块输入偏差的变化是否在正常范围之内，确认后再将PID模块的几种输出限制相继放开，恢复其正常作用，再根据调节品质调节PID模块各项的参数。
四、PID参数整定方法
1、基础知识
在自动调节系统中，E=SP-PV。其中，E为偏差、SP为给定值、PV为测量值。当SP大于PV时为正偏差，反之为负偏差。
- 比例调节作用的动作与偏差的大小成正比；当比例度为100时，比例作用的输出与偏差按各自量程范围的1：1动作。当比例度为10时，按10：1动作。即比例度越小，比例作用越强。比例作用太强会引起振荡。太弱会造成比例欠调，造成系统收敛过程的波动周期太多，衰减比太小。其作用是稳定被调参数。
- 积分调节作用的动作与偏差对时间的积分成正比。即偏差存在积分作用就会有输出。它起着消除余差的作用。积分作用太强也会引起振荡，太弱会使系统存在余差。
- 微分调节作用的动作与偏差的变化速度成正比。其效果是阻止被调参数的一切变化，有超前调节的作用。对滞后大的对象有很好的效果。但不能克服纯滞后。适用于温度调节。使用微分调节可使系统收敛周期的时间缩短。微分时间太长也会引起振荡。
- 整定方法
经验法是简单调节系统应用最广泛的整定方法，是一种试凑法。它通过参数预先设置和反复试凑来实现。参数的预置值要根据对象的特性和仪表的量程决定。仪表量程大的PID参数要适当加强作用。四类被调参数的一般范围如下：
|
被调参数 |
比例度% |
积分时间min |
微分时间min |
|
流量 |
100~300 |
0.1~1 |
|
|
温度 |
100~200 |
3~30 |
0.5~3 |
|
压力 |
100~300 |
0.4~3 |
|
|
液位 |
80~200 |
实际情况可能超出此范围。
临界比例度法是采用纯比例将系统投入自动，此时积分时间放最大，微分时间放0。逐渐减小比例度，使系统刚刚出现等幅振荡，记下这时的比例度Pbc和振荡周期Tc，然后按下式计算PID的比例度和积分时间：P=2.2Pbc；T=0.85Tc。
对于纯滞后时间和时间常数较大的对象，MACS的PID不宜使用临界比例度法，其较难找到Pbc。
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