一起PID調節器故障

朱 飛

NAKAKITA氣動PID調節器（以下簡稱調節器）廣泛應用于船舶，常用于主機缸套水溫、主機滑油溫度、燃油粘度等參數的控制。其PID參數設置是否正確，影響到整個系統的穩定性。

一次，主機起動運行加速時，主機缸套水溫度從85℃升至90℃（控制單元的紅色指針設定值為85℃），調節器的控制單元一直沒有輸出信號，直到93℃左右才開始有輸出。如果主機加速過快，導致缸套水溫上升較快時，還需要人為調節設定值，拉大設定值與測量值之間的偏差，才能使控制單元有輸出，之后控制單元能夠根據偏差進行自動調節輸出，使主機缸套水溫保持在設定值。

故障分析與處理

根據故障現象，除了主機運行加速使缸套水溫上升過快，調節器不能及時調節外，其他時間都是可以正常調節的，可以判斷出調節器控制單元的靈敏度不夠，有偏差時，控制單元無法立即輸出，導致調節不夠及時。

檢查控制面板上的PID旋鈕設置值：比例帶125%，Reset Time0.5分鐘，Rate Time0.15分鐘。比例帶在調節作用中起主導作用，比例帶越大，其調節作用就越小，所以比例帶設置成125%，其作用也比較小，將導致調節不夠及時，出現上述故障現象。

根據說明書的調節方法，并按照控制對象為溫度時的經驗設置，將比例帶設置在60%。因積分只是用來消除靜態偏差，作用不需要很強，將Reset Time設置為2分鐘。Rate Time設置為1分鐘。

主機再次啟動運行加速，主機缸套水溫有上升的趨勢時，調節器的控制單元立即有輸出，保持缸套水溫穩定在設定值。在主機轉速恒定運行時，主機缸套水溫也非常平穩，沒有出現明顯的波動，說明控制單元的PID旋鈕設定值正確。

通過正確設置調節器控制單元PID旋鈕的設定值，解決了主機缸套水溫調節器故障。

調節器的組成

1、調節器由四個基本單元組成：控制單元、執行機構、控制對象、測量單元。將這四個單元組合起來就成了閉式反饋控制系統（如圖1所示）。

圖1 調節器的閉式反饋控制系統圖

調節器的控制單元與執行機構實物圖（如圖2所示）。

圖2 控制單元與執行機構實物圖

2、調節器的工作原理：當測量單元的測量值與控制單元的設定值存在偏差時，控制單元將輸出一個信號至執行機構，執行機構動作后，使控制對象產生變化，從而使測量值與設定值一致。

3、在實際工作中，執行機構與測量單元發生故障的幾率很小，控制對象是固定的，所以調節器的維護保養主要在控制單元。

調節器的控制單元

1、控制單元組成（如圖3所示）：

圖3 控制單元實物圖

由噴嘴擋板、氣動功率放大器、比例波紋管、積分波紋管、積分氣室、微分波紋管、微分氣室、各用途杠桿等部件組成，結構緊湊而復雜。

控制單元左側有一黑一紅兩個指針，紅指針代表設定值，黑指針代表測量值。

控制單元上部的比例帶旋鈕中間有一個螺釘，拆出之后可以清通內部噴嘴擋板。

控制單元的氣動功率放大器左側有個小按鈕，按下之后用來清潔節流孔。

控制單元的右下角表盤有兩個指針，右側指針為氣源的輸入壓力，通過調壓閥調節壓力，保持壓力不變。左側指針為控制單元的輸出氣壓，作為執行機構輸入信號。

控制單元上部有三個旋鈕，用來實現PID功能，最左側旋鈕為比例帶Proportional Band，中間旋鈕為Reset Time（即I積分時間），最右側旋鈕為Rate Time（即D微分時間）。

2、了解控制單元PID旋鈕的功能

（1）比例帶旋鈕：其作用是使控制單元的輸出與偏差同步變化，對系統的控制比較及時。缺點是當控制對象受到擾動后，測量值最后只能在設定值上下波動，不能回到設定值上，存在靜態偏差。當控制對象慣性大時，會導致調節不夠及時。比例帶旋鈕可以在正作用與反作用之間進行切換。比例帶在控制單元中的調節是起主導作用。比例帶越小，其作用就越強；越大，作用就越弱。

（2）Reset Time旋鈕：調節積分時間，其作用是消除靜態偏差。積分在控制單元中的調節起輔助作用。比例帶中加入積分，正好可以克服比例帶存在靜態偏差的缺點。積分時間越小，其作用就越強；越大，作用就越弱。

（3）Rate Time旋鈕：調節微分時間，其作用是提前控制。微分在控制單元中的調節也是起輔助作用。比例帶中加入積分，正好可以克服比例帶在調節慣性大的控制對象時，無法及時調節的缺點。微分時間越小，其作用就越弱；越大，作用就越強。

3、將控制單元PID旋鈕的設定值調至最優的方法

（1）Reset Time調至最大20分鐘，Rate Time調至最小0.05分鐘。

（2）將比例帶從250%至10%方向調節，當測量值開始波動時記下此時的比例帶大小，最優的比例帶為該比例帶的2～4倍。比如比例帶在25%時，測量值開始波動，則最優的比例帶為50%～100%。

（3）比例帶設置好以后，將Reset Time慢慢調小，測量值開始波動時，再將Reset Time往回調大一點點。

（4）Rate Time一 般 設 置為1/4至1/2的Reset Time。

（5）經驗設置

對于溫度及粘度的控制：比例帶50%，Reset Time 1分鐘，Rate Time 0.1分鐘。

對于壓力的控制：比例帶25%，Reset Time 0.5分鐘，Rate Time 0.05分鐘。

4、控制單元的維護

控制單元內部結構緊湊復雜，可靠性高，維護簡單。

（1） 需要注意的是避免控制單元受到震動，防止內部連接機構、波紋管等受到損傷。

（2） 保證控制單元的氣源干燥，定期通過減壓閥下部的放殘閥進行放殘，確保氣源無油、無水。

（3） 定期通過比例帶上的噴嘴擋板清潔孔進行清潔。

（4） 定期按下氣動功率放大器上的小按鈕，清潔節流孔。