PID手動設定值在燕家河煤礦洗煤廠密控系統中的應用

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

PID手動設定值在燕家河煤礦洗煤廠密控系統中的應用

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

密控系統在洗煤廠重介控制系統中起著非常重要的作用，洗煤產品質量與其調試完善程度有著直接的關系，而PID是密控系統的核心，通過其使密度值與加水開度形成對應關系，以達到對密度穩定性的控制。

密控系統；手動值；PID

1 概述

陜西燕家河煤礦洗煤廠原為生產動力煤，后改為生產煉焦煤，對產品灰分的精度提出很高的要求，而隨著其入洗量的增大，其工藝系統必須進行改擴建，需要加入一套密度自動控制系統對生產工藝進行控制與在線監測。

2 改造方案

重介系統中產品的灰分與密度密切聯系，密度不穩定的波動都會對灰分產生較大影響，從而影響產品的質量。重介系統理想狀態下是一個封閉的循環系統，但由于實際生產中跑、冒、滴、漏現象不可避免的發生和產品帶走的循環水和介質，這些因素都會對系統的穩定性造成一定的影響，所以要想使系統密度保持一個相對穩定狀態需對系統進行加水作業來進行控制，加水的作用是當系統密度增高通過加入循環水使系統密度下降，工業現場中一般用執行器配上閥門，通過控制閥門的開度對加水管道的流量進行控制，以達到密度的穩定。

3 控制原理

圖1

加水自動控制系統主要由密度計、加水執行器、可編程邏輯控制器（PLC）形成閉環控制系統，通過軟件中的PID來調節加水執行器的開度。

在PID調節系統中，其過程控制方式就是將被測量，如溫度、壓力、流量、成分、水位等，由傳感器變換成統一的標準信號送入調節器，在調節器中，與給定值進行比較，然后把比較出的差值進行PID運算。密度控制系統是把密度計的測量值送入可編程邏輯控制器（PLC），其值和洗煤設定的密度值進行比較，如果比較值大于設定的誤差值，可編程邏輯控制器（PLC）通過PID就會產生一個輸出信號對加水執行器閥門開度進行控制，從而通過控制循環水量的大小對密度進行調節。

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

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

控制原理為：密度測量值與密度設定值進行比較，其偏差值如果大于死區，則PID自動控制閥門的開度，其中：LMN_P＝GAIN * e（t）；即比例作用項P；

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

I參數越大，積分作用越弱，而D參數越大，微分作用越強。從現場的實際應用情況來看，通過采用PID對密度進行控制發現密度實際測量值在密度設定值上下進行波動，但波動超出了正常生產的范圍，由于采用的是介質桶上加水，水進入介質桶后需要一定的時間與桶內液體混合作用到介質管上，而密度計安裝在介質管上，從而使水量的控制出現滯后，產生超調現象，導致密度值波動偏大，從而使產品灰分達不到要求。

圖2

圖3

觀察實際生產中的密度測量值，發現之所以出現水量控制滯后現象是由于重介系統循環周期時間長，加水量的變化沒有及時使密度測量值發生改變，從而使密度與加水沒有產生對應的線性關系，PID的調節沒有及時與實際參數結合，分析原因是PID調節產生了延遲，觀察發現PID調節參數中可以設定手動值參數，那么通過適當方式加入手動值是否能解決延遲問題，通過這個思路決定在PID中加入手動值調節。

下面對PID系統進行了改進如圖3：

其原理為：圖2中首先對密度測量值與密度設定值進行比較，如果比較偏差在死區范圍內，則啟動PID手動值功能，圖3中加入了手動值設定DB3.DBD16，，當偏差在死區范圍內則開度的控制由手動值來控制，其手動值可根據實際情況進行設定，當偏差在死區范圍外則由PID進行自動控制。

4 改造效果

由于在PID控制中加入了手動值，使密度測量值剛進入死區時閥門的開度就根據設定的手動值進行了調整，當密度測量值偏離死區時，閥門開度從手動值開始進行調整，手動值的加入使PID產生了一個預判，有效控制水量的調節，從而使滯后現象得到明顯的改善，密度值的波動范圍滿足需要。手動值的加入使系統根據煤質的變化靈活的進行控制調節，使系統的適應性增強，對產品的產率有一定的提高。

洗煤廠密控系統需根據煤質、生產工藝進行適當的調節，具體問題具體分析，根據實際情況調節參數使系統達到穩定狀態，這樣洗煤的效果是最佳的。

[1]魏澤國，黃章，等著.自動控制原理[M].煤炭工業出版社.

[2]微型計算機控制技術.黃一夫主編[M].機械工業出版社.

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

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，主要從事自動控制領域方面的工作