plc在蒸汽锅炉汽包液位pid控制系统的应用分析

　　4.2 汽包水位pid控制设计优点

　　（1） 减少干扰对主回路的影响，可由副回路控制器予以校正。

　　（2） 由于副回路的存在减少了相位滞后，从而改善了主回路的响应速度。

　　（3） 对控制阀特性的变化具有较好的鲁棒性。

　　（4） 副回路可以按照主回路的需求对对象实施精确控制。

　　实际plc的控制程序采用主副回路进行串级控制，即主回路的输出做为副回路的设定值，经副回路输出作用于被控对象。也可以不用副回路只用主回路形成单回路调解，或手动操作完成。一般常见的过程控制应用， 开环回路控制就可以满足大部份的应用要求，但随着使用时间、组件特性变化或受控负载或外界工作环境的变化，开环回路控制因为没有真实将受控程序的实际量反馈到控制器，因此控制结果可能与实际期望的结果会有些落差，闭环回路pid过程控制是用来克服并解决上述缺点的极佳选择。fbs-plc提供软件数字化的pid数学表达式，对于一般反应的闭环回路过程控制就可应付，但对于工业锅炉这样的需要有快速反应的闭环回路控制要使用本功能需要事先评估是否可行。典型的闭环回路程控示意图如图6所示。

图6 典型闭环回路程控示意图

　　根据应用要求，用户将pid 控制器设定成比例+积分+微分控制器，其控制器的数字化数学表达式如下：

　　mn：“n”时的控制输出量

　　d4005：增益常数，默认值为1000;可设定范围为1～ 5000

　　pb：比例带（范围：1～5000，单位为0.1%; kc（增益）=d4005/pb）

　　en：“n”时的误差=设定值（sp）-“n”时的过程变数值（pvn）

　　ki：积分常数（ 范围：0～9999，相当于0.00～99.99 repeats/minute）

　　td：微积分时间常数（范围：0～9999，相当于0.00～99.99minute）

　　pvn：“n”时的过程变数值

　　pvn-1：“n”时的上一次过程变数值

　　ts:pid运算的间隔时间（范围：1～3000，单位：0.01s）

　　bias：偏置输出量（范围：0～16383）

　　加上微分项的控制器，目的在于消除程控系统的过度反应，进而使程控系统能够平稳缓和达到稳定。虽然微分项有上述优点，但因其对输出量的贡献相当灵敏，大部分的应用不必使用微分项而将td设定为0。pid控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定pid控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。pid控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。pid控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行 后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行pid控制器参数的整定步骤如下：

　　（1） 首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作;

　　（2） 仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期;

　　（3） 在一定的控制度下通过公式计算得到pid控制器的参数。图7是永宏可编程序控制器pid部分程序举例。

　　图7 永宏可编程序控制器pid部分程序图

　　除此以外为保证锅炉运行的安全，在进行自动化控制系统设计时，对锅炉水位、锅炉汽包压力等重要参数应设置常规仪表及报警装置，以保证水位和汽包压力有双重甚至三重报警装置，这是必不可少的，以免锅炉发生重大事故。

5 结束语

　　由于采用了plc进行控制，系统功能完善，结构先进合理，能耗小，扩展灵活，便于维护，并且可靠性高，而且还极大地提高了企业的生产效率和经济效益。该系统自动化程度较高，大大降低了操作者劳动强度，降低了成本，经过近2年的运行，用户给予了很高评价，认为利用国产永宏plc开发的控制系统功能完善，综合性强，人机界面友好，实用性好。随着国产优秀可编程控制器和高速计算元件的快速发展，锅炉控制系统将会更加完善。