
在上图的液位自动控制中,采用出料控制液位。由于来料较少,而且PID参数不合适,调节阀一直在从全关到某个输出之间振荡。
工艺人员根据物料平衡,将PID控制器输出范围限制在[-5 3],然后又减小到[-5 1]。通过控制器输出限幅,改变约束条件,让自动控制可行,是工艺人员应该想到和经常要用到的方法。能简单解决问题,让自动控制回路自动正常使用的方法,都是好方法。
对于工艺人员而言,改变工艺指标、改变上下游、改变范围、改变工艺设备都是常用的解决控制问题的方法。就算是使用先进控制,对操作人员而言最主要的操作也是改变范围。先进控制的一个优势是可以随时修改控制范围。
对控制工程师而言,控制器输出限幅解决问题并不够本质。根据前面的响应曲线,可以看出绿色的控制器输出在顶点时,蓝色的过程变量正好在设定值附近。而且又是一个积分对象,所以是积分作用太强引起的异相位振荡。这个液位控制的PID参数从1/2.5/0调整到1/10/0再到2/20/0。液位控制的振荡逐渐消失。
对于控制工程师而言,改变PID参数、改变控制方案、更换仪表都是常用的解决控制问题的方法。如果使用先进控制,控制工程师的主要工作就是修改模型和参数。先进控制的一个优势是可以随时修改控制模型和参数。
通过PID参数也调节可以减少调节阀振荡引起的过度磨损,也能实现连续出料。在冬季由于不能连续出料,为了防止管线被冻住,甚至增加了伴热。
在控制回路振荡后,应该分析根因解决问题,控制器输出限幅尽管简单常用,但是只是一个不得已的办法。如果是异相位振荡,增加积分时间,减弱积分作用,只要幅度足够大就能解决。如果是同相位振荡还要分情况:
1、如果是PV方波和OP锯齿波,则是执行机构非线性引起的,应该维修更换;
2、如果同相位没有规律,则是比例作用还不够强引起的,大幅度增强比例作用就会奏效;
3、如果同相位且有规律,手动时振荡消失,则大幅度减小比例作用就能解决问题。
4、如果同相位且有规律,手动时振幅更大则是外部干扰引起的,去干扰源解决问题。
总结
1、把振荡看作问题是解决问题的重要一步。用简单的方法不是不可以,至简至优解决问题更彻底。
2、在现代流程工业振荡会在系统内传播,既磨损设备也不利于安全和效益。振荡有百害而无一利。
3、液位自动控制,因为积分作用太强,引起的异相位振荡,是流程工业很常见的不合理PID参数。
在文章《从医生的视角看液位控制振荡问题的处理》中大家会得到一些启示,去看看。
作者:冯少辉博士
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