電子氣動記錄調節器PID調節校驗設計

滕加莊 畢學文

摘 要：通過對生產使用的電子氣動調節器的PID調節校驗設計，使得調節器的電子調節、記錄顯示、以及調節器的機械執行三方面相互吻合，提高調節器的實際調節性能，更有利于對工藝過程參數的控制與計量，從而提高化工生產工藝的控制水平和產品質量。

關鍵詞：調節器 PID調節 校驗設計 調節性能

中圖分類號：TH863 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（c）-0069-02

在化工生產中，儀表控制是準確進行工藝參數調節的關鍵環節。隨著現代電子技術的發展，電子氣動記錄調節器綜合了電子調節與機械調節的優點，并對調節過程予以記錄，但該類型調節器在使用前、使用檢修的校驗工作十分關鍵，只有良好的校驗，才能消除電子控制回路的誤差，減小機械執行的誤差，并使電子控制、顯示同機械調節與控制相匹配。下面以某化工廠電子氣動記錄調節器的校驗設計說明對電子氣動記錄調節器的PID調節校驗方法。

1 電子氣動記錄調節器結構與原理

該電子氣動記錄調節器由自動平衡電子電位計線路與比例積分微分（PID）作用的氣動調節器組成，用來測量熱電偶的電勢，對被測溫度進行自動調節。化工反應中溫度控制是非常關鍵的，因此，該電子氣動記錄調節器的使用前和檢修校驗就顯得格外重要，因此，對其校驗方法進行設計研究。

調節器結構原理如1所示，結構圖如圖2所示。

該電子氣動記錄調節器使用220 V、50 Hz電源，配用EU/EA和IC熱電偶，調節比例度為0～200%，積分時間為0.1～50 min，微分時間為0.03～10 min，精度為±0.5%，靈敏度為0.15%，全刻度行程平衡時間為5 s，采用手動、自動、平衡和封閉四位控制，輸出壓力為0.02～0.10 MPa。

2 校驗方法設計

2.1 測量部分的校驗

對測量部分的校驗，使用如圖3所示的設計校驗回路。校驗回路由單管壓力計、水銀溫度計和標準電位計組成。

儀表采用220 V，50 Hz電源供電，輸入相應儀表刻度50%的熱電勢（應為冷端0℃時的標準電勢值減去水銀溫度計所示冷端溫度的電勢值），調整儀表的靈敏度和阻尼。首先調整儀表零點：輸入相應儀表刻度0%的熱電勢，儀表指示應為0%，否則進行調整。調整儀表零點微調螺絲使指針指示為0%的刻度上。調整零點微調螺絲可使指針移動全刻度的±5%，逆時針旋轉零點微調螺絲，指針向增大方向移動，反之亦然。

2.2 偏心調整

將比例度置于20%、積分、微分置于刻度最小值。測量指針置于50%，調整給定指針，使輸出壓力穩定在0.06 MPa。改變比例度，由20%變化到200%，輸出壓力變化不應該超過0.016 MPa，否則進行調整。調整方法：當改變比例度時，輸出變化向增加的方向時，應使偏心調整螺絲（反饋支點）順時針方向擰動，反之亦然。同時，也可以適當調整噴嘴的初始位置，即擋板上的支點螺絲。一直到改變比例度輸出壓力變化不超過0.016 MPa為止。

2.3 控制點基本誤差校驗

偏心調整合格后進行控制點基本誤差的調整。首先將比例度置于20%、積分、微分置于刻度最小值，測量指針置于50%處，調整自動給定旋鈕，使輸出壓力穩定在0.06 MPa。給定指針與測量指針的偏差即為控制點偏差，其值不應超過全刻度的1%，如不符可進行調整。控制點調整：使給定指針與測量指針在刻度50%處重合，調整控制點調整螺栓，使輸出壓力穩定在0.06 MPa。控制點調整后，將測量指針分別給在20%、50%、80%三點，并分別使輸出壓力穩定在0.03 MPa，0.06 MPa，0.8 MPa，各控制點偏差均不應超過1%。

2.4 比例度校驗

將比例度置于20%，積分、微分置于最小刻度，測量指針在刻度50%，調整給定指針，使輸出壓力穩定在0.06 MPa。積分置于最大，比例度置于被測位置，改變給定指針到規定的分度，觀察輸出壓力的變化，并按下式計算出實際比例度：

%

式中：為測量指針相對給定指針位移、以滿刻度的百分數（%）表示。

為位移時，輸出壓力變化值占最大變化值（0.08 MPa）的百分數。

給定指針移動的規定分度：

被測比例度：10%～40%時，移動全刻度的5%；

40%～100%時，移動全刻度的15%～25%；

100%～200%時，移動全刻度的25%～40%。

可把給定偏差信號換算成每變化1 ℃折合的輸入壓力值。例如：200～600 ℃刻度，測量范圍400℃，壓力0.02～0.10 MPa，則每變化1℃折合輸入壓力值為0.0002 MPa/℃。此時，可用氣動單元組合儀表的計算方法求得實際比例度為：

%

式中：為給定指針相對測量移動的偏差折合的壓力值；

為輸出壓力的變化值。

2.5 積分時間校驗

將比例度置于20%，積分、微分時間置于刻度最小值，使測量指針與給定指針在刻度50%處重合，使輸出壓力穩定在0.06 MPa。積分時間置于最大，調整測量指針，使輸出壓力變化0.01 MPa（上升或下降都可），記錄電位計的信號變化值。重復前面方法使輸出穩定在0.06 MPa，迅速改變測量信號到 0.01 MPa，輸出壓力由0.06 MPa變化到 0.01 MPa，（上升或下降）時開動秒表，在輸出壓力繼續均勻變化0.01 MPa（上升或下降）時停秒表。此時間即為實際積分時間。其實際積分時間與刻度時間誤差不應超過±30%。如超差，可調整撥桿上偏心螺釘。

2.6 微分時間校驗

2.6.1 微分放大倍數測量

比例度置于20%、積分、微分時間置于最小，在刻度50%處，測量指針和給定指針重合，即給定壓力P給1和測量壓力P測1均為0.02 MPa。將積分、微分置于最大，撥動給定指針使輸出壓力穩定在0.09 MPa（記為P給2）。將測量回路微分閥置于最小，調節其輸出壓力由0.09 MPa下降到0.03 MPa即P測2調整為0.03 MPa。此時可求微分放大倍數Kd：

2.6.2 微分時間測量

比例度置于20%、積分、微分時間置于最小，在刻度50%處，測量指針和給定指針重合，輸出壓力穩定在0.02 MPa。將積分、微分置于最大，撥動給定指針使輸出壓力穩定在0.09 MPa（即P2）。開動秒表，使輸出壓力由0.09 MPa下降到0.030 MPa停秒表，測得時間常數T，則微分時間：

Td=Kd﹒T

微分時間的誤差為±30%，超差可調整撥桿上的偏心螺絲。

3 結論

通過對電子氣動記錄調節器的基本誤差校驗、比例度校驗、積分和微分時間校驗，使調節器的指示與調節器的實際運行調節量變化相互匹配，提高了調節器的使用控制精度。由于該溫度記錄調節器的校驗效果好，提高了工藝生產的穩定性和產品質量。

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