如何在煙草行業中應用PID控制技術`

摘要：面對著激烈的市場競爭，煙草行業的發展面臨著嚴峻的形式，實現自動化生產已經是大勢所趨，而在自動化生產的過程中，如何運用新技術，優化生產流程，提高生產效率已經成為擺在煙草行業面前的發展難題。本文中，筆者著重探究了PID控制技術在煙草行業生產中的應用問題，希望能對煙草行業的發展起到一定的積極作用。

關鍵詞：煙草 PID控制 原理 預置 應用

PID：Proportional Integral Derivative，比例、積分、微分控制。PID控制器是實際工業控制過程中應用最廣泛、最成功的一種控制方法。對偏差信號e（t）進行比例、積分和微分運算變換后形成的一種控制規律。比例、積分、微分作用可根據需要進行不同組合，如 P控制、PI控制、PD控制、PID控制。在工業生產過程中，PID控制算法占85%～90%。PID控制技術原理簡單，使用方便，它適應性強，可以廣泛應用于化工、熱工、冶金、煉油以及造紙、建材等各種生產部門，并且魯棒性強，即其控制品質對被控對象特性的變化不大敏感，對模型依賴少，按 PID控制進行工作的自動調節器早已商品化。

1.PID控制的原理和特點

PID控制，又稱PID調節。當我們不完全了解一個系統和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統參數時，最適合用PID控制技術。PID控制，實際中也有PI和PD控制。PID是一種線性控制器，它根據給定值rin（t）與實際輸出值yout（t）構成控制方案： PID的控制規律為：

PID控制器就是根據系統的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。 PID控制器各校正環節的作用是：比例環節，成比例地反映控制系統的偏差信號e（t），偏差一旦產生，控制器立即產生控制作用，以減小偏差；積分環節：主要用于消除靜差，提高系統的無差度。積分作用的強弱取決于積分時間常數T，T越大，積分作用越弱，反之則越強；微分環節，反映偏差信號的變化趨勢，并能在偏差信號變得太大之前，在系統中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統的動作速度，減少調節時間。

在過程控制中，絕大部分都采用 PID控制。例外的情況有兩種。一種是被控對象易于控制而控制要求又不高的，可以采用更簡單的開關控制方式。另一種是被控對象特別難以控制而控制要求又特別高的情況，這時如果 PID控制難以達到生產要求就要考慮采用更先進的控制方法。

2.P /I/ D參數的預置研究

比例增益 。變頻器的 PID功能是利用目標信號和反饋信號的差值來調節輸出頻率的，一方面，我們希望目標信號和反饋信號無限接近，即差值很小，從而滿足調節的精度：另一方面，我們又希望調節信號具有一定的幅度，以保證調節的靈敏度。解決這一矛盾的方法就是事先將差值信號進行放大。比例增益 P就是用來設置差值信號的放大系數的。任何一種變頻器的參數P都給出一個可設置的數值范圍，一般在初次調試時，P可按中間偏大值預置.或者暫時默認出廠值，待設備運轉時再按實際情況細調。

積分時間。比例增益 P 越大，調節靈敏度越高，但由于傳動系統和控制電路都有慣性，調節結果達到最佳值時不能立即停止，導致“超調”，然后反過來調整，再次超調，形成振蕩。為此引入積分環節I，其效果是，使經過比例增益P放大后的差值信號在積分時間內逐漸增大 或減小 ，從而減緩其變化速度，防止振蕩。但積分時間I太長，又會當反饋信號急劇變化時，被控物理量難以迅速恢復。因此，I的取值與拖動系統的時間常數有關：拖動系統的時間常數較小時，積分時間應短些；拖動系統的時間常數較大時，積分時間應長些。

微分時間。微分時間D是根據差值信號變化的速率，提前給出一個相應的調節動作，從而縮短了調節時間，克服因積分時間過長而使恢復滯后的缺陷。D的取值也與拖動系統的時間常數有關：拖動系統的時間常數較小時，微分時間應短些；反之，拖動系統的時間常數較大時， 微分時間應長些。

P/I/D 參數的預置是相輔相成的，運行現場應根據實際情況進行如下細調：被控物理量在目標值附近振蕩，首先加大積分時間 I，如仍有振蕩，可適當減小比例增益P。被控物理量在發生變化后難以恢復，首先加大比例增益 P，如果恢復仍較緩慢，可適當減小積分時間 I，還可加大微分時間 D。

3.PID控制在煙草生產中的應用

現在的PID控制在煙草行業的應用大部分是多閉環控制，解決了料頭料尾及生產過程中內在質量的不穩定現象，把外界干擾因素對生產所造成的影響降到最低。在生產過程中，由于來自外界的各種擾動不斷產生，要想達到現場控制對象值保持恒定的目的，控制作用就必須不斷的進行。若擾動出現使得現場控制對象值發生變化，現場檢測元件就會將這種變化記錄并傳送給PID控制器，改變過程變量值，經變送器送至PID控制器的輸入端，并與其給定值進行比較得到偏差值，調節器按此偏差并以我們預先設定的整定參數控制規律發出控制信號，去改變調節器的開度，使調節器的開度增加或減少，從而使現場控制對象值發生改變，并趨向于給定值，以達到控制目的。這里主要以制絲生產線RCC回潮機為例，著重介紹現在PID控制在煙草行業中的應用。RCC的出口水份如何控制呢，RCC的功能是在一定的溫度下，根據要求對煙絲進行再回潮，回潮后的煙絲水份就是烘絲系統HXD入口煙絲的水份，這個水份的穩定性如何將直接影響HXD的出口水份，所以控制好RCC出口水份，是HXD出口水份穩定的前提。

RCC的加水PID控制是先根據公式算出初始的加水量L0，其公式是：L0=煙絲流量*[（100-入料水份設定值）/（100 - 出口水份設定值 + 噴射蒸汽含水率）]-煙絲流量

當RCC出口的水分儀檢測到煙絲實際水份與出口水份設定值有偏差時，控制器輸入端對偏差值經過對L0進行修正，修正值為L1，即過程加水量的設定值為L=L0+L1。而PID控制器根據由流量變送器傳來的實際流量值，發出控制信號去調節氣動閥的開度，解決了現場擾動因素，保證實際加水量趨向于過程加水量的設定值，從而確保了煙絲出口水分的穩定性。

隨著社會的發展，人們對煙草質量的要求越來越高，需求量也是越來越大，社會對煙草企業的發展要求也是越來越高。控制卷煙產品感官質量的穩定性，不僅要在原料上保證配方的準確性，而且要保證加工過程工藝參數的穩定。煙草生產線上采用了大量的PID參與控制，在安全、節能、環保、穩定生產、改善勞動條件、提高產品的產、質量等方面都有非常重要的作用。

參考文獻：

[1]張桉齊.PLC及PID技術在煙草薄片水份控制系統上的應用[J].自動化技術與應用，2013（4）

[2]呂蒙.PID控制在煙草行業中的應用[J].浙江煙草，2013（2）

作者簡介：河北盧龍人 （1980-6-， 燕山大學，計算機科學與技術專業畢業，研究方向，電氣自動化控制。