PID参数整定培训

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,PID,参数整定原理培训,2,什么是,PID,控制,?,它是比例、积分和微分控制的简称：,Proportional-Integral-Differential Controller,反馈控制根据偏差进行的控制,作用：使被控对象,(,如罐子液位、温度等,),的值保持在一定范围。,PID,调节器,阀门,被控对象,测量变送器,设定值,偏差,PID,调节概述,1,、纯比例调节器,纯比例调节器的输出与输入成比例，即：,其中,K,为比例系数，,P,为过程值，,S,为设定值，则有：,一般而言，设定值为常数，对上式求导，有：,也有用增益的倒数表示,=1/k,(,称为比例,带,),；若测量仪表,的量程为,100,则,50%,就表示被调量需要变化,50,才能使调节阀从全关到全开。,K,越小，,值越大，作用越弱；,K,越大，,值越小，作用越强。,通过上述两式，对于一个纯比例调节系统，在设定值不变的情况下，我们可以得到如下几点结论：,对于正作用的调节器，调节器输出曲线与被调量曲线波峰、波谷出现在同一时刻，其走势完全一致；,对于反作用的调节器，被调量的曲线出现波谷时，调节器输出曲线出现波峰；被调量的曲线出现波峰时，调节器输出曲线出现波谷，其走势完全相反；,被调量变化是调节器输出变化的充要条件；,纯比例调节是有静态偏差,(,与期望值有偏差,),的调节。,纯比例调节器,2,、纯积分调节器,积分作用存在的情况下，只要调节器的输入偏差不等于零，调节器的输出就会一直累积下去。纯积分调节器的输出与输入关系如下：,其中,Ti,为积分时间，,P,为过程值，,S,为设定值。对上式两边同时求导，有：,当设定值为常数的情况下，通过上述式我们可以得到关于纯积分调节器的如下结论：,对于正作用的调节器，偏差大于,0,时，调节器输出增大，偏差小于,0,时，调节器输出减小，反作用的调节器则反之；,调节器输出的变化率与偏差的绝对值有关，偏差的绝对值越大，调节器的输出变化越剧烈，其曲线波形越陡峭。；,偏差达到极值时，调节器输出的变化趋势不变，速率开始减缓；,偏差等于零时，调节器输出达到极值，即其曲线达到波峰或波谷，。,无论被调量如何变化，调节器输出始终不会出现显著的阶跃变化；,只要偏差存在，调节器的输出就会变化，直至消除偏差为止，因此从理论上讲，纯积分调节是无差的调节。,纯积分调节器,3,、微分调节,微分调节一般只与偏差的变化成比例，偏差变化越剧烈，调节输出作用越强。从而及时抑制偏差增长，提高系统稳定性。,微分调节主要用于调节对象有大的传递滞后和容量滞后。（例如温度与大容量液位）,微分一般用微分时间表示，单位,S,，用,TD,表示。在实际使用过程中，值越大作用越强。增大微分时间,D,有利于加快系统的响应速度，使系统超调量减小，稳定性增加，但系统对扰动的抑制能力减弱。,要注意，微分调节器不能单独作用，必须配合使用，并且微分调节无法消除余差，只对偏差变化速度有反应，与偏差大小无关。,对参数调整实行先比例、后积分，再微分的整定步骤。,微分调节,通知单内容：,2016-03-01 8TEP006RF,频繁触发,8TEP568KA,报警，怀疑,8TEP408VN,调节性能不佳，请处理。,核实趋势如下图,1,：核实为,8TEP408MT,温度低于,35,时，触发,568KA,报警。,如下图（二）为现场制硼工艺蒸发段,:002EV,为蒸发器，,006RF,为冷却器，硼酸溶液排放至,007BA,，汽水分离后的蒸馏水排放至,005,和,006BA,。系统打循环，一段时间排放硼酸溶液，一段时间排放蒸馏水；排放蒸馏水期间关闭,290VN,，导致阀门不处于自动调节状态。,现场工艺结合,图（一）：,8TEP408MT,趋势图,图（二）：制硼蒸发工艺,实例分析,1.1,现象描述,2012,年,6,月,11,日，宁德核电,1,号机凝汽器水位投入自动调节控制，但当,1CEX022VD,（凝汽器补水阀）投入自动后，出现,1CEX022VD,全开全关且凝汽器水位震荡、阀门频繁全开全关的现象，如图,1,所示。其中调节器的比例系数（,Kp,）为,2.25,、积分时间（,Ti,）为,10,、微分时间（,Td,）为,0,且为反作用。,1,、凝汽器水位控制震荡问题分析,图,1,凝汽器水位投入自动控制后趋势,宁德核电,1,号机凝汽器水位控制原理图如图,2,所示：,在图,1,中对凝汽器水位投自动后一个周期的趋势进行分析，如图所标注的,1,、,2,、,3,、,4,时间段趋势。其中凝汽器水位的设定值为,900mm,，被标注的趋势线为凝汽器水位测量值，其中,A,、,F,点为分析时间段内凝汽器水位测量值的波峰，,C,点为波谷，,B,、,E,点水位测量值等于设定值。分析此现象的大体思路为：先将调节器的比例作用、积分作用单独进行分析其对调节器输出的影响，然后再将两者进行整合，根据调节器的输出趋势，判断哪个的作用更强。首先分析图,3.2.1,中的,第,4,时间段,，水位测量值在,A,点（波峰）时，此时因水位测量值变化率,0,，根据之前纯比例、纯积分作用对调节器输出影响的分析，在设定值不变的情况下，比例作用此时图将出现拐点，即由之前使调节器输出减小（关阀）变为使调节器输出增加（开阀）；积分作用的变化率最大且其作用使调节器的输出减小（关阀）（因为水位测量值大于设定值），但因调节器的输出（阀位指令）此时已经为,0%,，根据调节器自身的设计，当,调节器输出达到上下限时切除积分作用，所以此时积分作用是切除的。,随后水位测量值开始下降，因调节器为反作用，所以比例作用会使调节器的输出增加（开阀）。但只要调节器的输出增加，其输出离开下限，积分作用开始起作用且使调节器的输出减小，因为,此时积分作用比比例作用强，所以阀门马上又会关闭，关闭后积分作用又会被切除，如此循环，所以出现了,4,时间段内调节器的输出（阀位命令）出现毛刺的现象,。,直到快到,B,点前的某一时刻，此时由于比例作用比积分作用强,，调节器的输出（阀位命令）开始慢慢增加，阀门开始慢慢开启，此阀门开启的时间点离,B,点太近是由于积分作用过强导致的。在,B,点前后调节器的输出（阀位命令）出现一段平滑的趋势是因为水位测量值与设定值的偏差处于死区范围内调节器的输出保持不变。接着分析,第,3,时间段,，水位测量值在,B,点时，因此时偏差,=0,，所以积分作用的变化率为,0,，是积分作用出现拐点的时刻即由之前使调节器输出减小（关阀）变为使调节器输出增加（开阀）。因水位测量值此时还是下降的，所以比例作用还是使调节器的输出增加。,但过了,B,点出现了调节器的输出（阀门命令）急剧增加，且阀门出现全开的现象，此时是因为过程值小于设定值，所以积分作用使调节器的输出（阀门命令）增加,，与比例作用相加后产生了此时的现象。所以从这一点我们能够看出，当积分作用使调节器的输出（阀门命令）增加后，阀门命令命令就急剧增加至全开，是典型的积分饱和现象，所以此现象是由于积分作用过强导致的。从另外一方面阀门在全开和全关位置停留的时间过长这个现象，我们也可以看出此调节器的积分作用过强。,1,和,2,时间段的分析同理,3,、,4,时间段，就不进行分析了。,1.2,原因分析,PID,参数整定培训,PID,参数整定培训,图,2,凝汽器水位控制原理图,从上述一个震荡周期的分析，可以得出当,1CEX022VD,（凝汽器补水阀）自动投入后，出现,1CEX022VD,全开全关且凝汽器水位震荡现象是由于调节器的积分作用太强导致，得出此结论主要基于以下三个方面：,阀门开启的时间点离,B,点很近；,过了,B,点出现了调节器的输出（阀门命令）急剧增加，且阀门出现全开的现象；,阀门在全开和全关位置停留的时间过长。,PID,参数整定培训,1.3,结论,PID,参数整定培训,在,2012,年,12,月,7,日，将凝汽器水位调节器的积分时间由,10,修改为,310,，比例由,2.25,修改为,1,后，进行,5%,设定值扰动其趋势如图,3,所示。,1.4,后续行动,图,3,调节器参数修改后设定值扰动趋势,PID,参数整定培训,2,、,1SRI060VD,投自动后震荡问题分析,2.1,现象描述,2012,年,11,月,7,日，宁德核电,1,号机常规岛闭路冷却水流量投入自动调节控制，但当,1SRI060VD,（常规岛闭路冷却水流量调节阀）投入自动后，出现,1SRI060VD,阀门震荡、冷却水流量波动的现象，如图,4,所示。其中调节器的比例系数（,Kp,）为,0.25,、积分时间（,Ti,）为,30,、微分时间（,Td,）为,0,且为反作用。,图,4,常规岛闭路冷却水流量投入自动控制后趋势,2.2,原因分析,宁德核电,1,号机闭路冷却水流量控制原理图如图,5,所示：,在图,4,中对常规岛闭路冷却水流量控制投自动后一个周期的趋势进行分析，其中冷却水流量设定值为,1800m3/h,，如图所标注,A,、,B,、,C,、,D,、,E,、,F,，其中,A,、,E,点为分析时间段内闭路冷却水测量值的波峰、,C,点为波谷；,B,、,F,点调节器输出（冷却水流量调节阀命令）的波谷、,D,点为波峰。从图,4,中可以看出如下现象：,冷却水流量出现,A,、,E,点的时刻分别与调节器输出（冷却水流量调节阀命令）出现,B,、,F,点的时刻几乎一致；,冷却水流量出现,C,点的时刻与调节器输出（冷却水流量调节阀命令）出现,D,点的时刻几乎一致。,由于调节器为反作用，可以看出上述现象与纯比例调节器特征基本一致即被调量的曲线出现波谷时，调节器输出曲线出现波峰；被调量的曲线出现波峰时，调节器输出曲线出现波谷。,PID,参数整定培训,2.3,结论,从上述一个震荡周期的分析，可以得出,1SRI060VD,（常规岛闭路冷却水流量调节阀）投入自动后，出现,1SRI060VD,阀门震荡、冷却水流量波动的现象是由于调节器的比例作用太强导致。,PID,参数整定培训,PID,参数整定培训,2.4,后续行动,将调节器的比例系数由,0.25,修改为,0.01,，,Ti,由,30,修改为,15,后，进行,5%,流量的扰动试验，试验合格，未出现调节器输出发散的现象，如图,6,所示。,图,6,调节器参数修改后的趋势,1,、调节器参数整定前需要添加的曲线,单回路调节系统：设定值曲线、调节器输出曲线、被调量曲线；例如凝汽器水位调节系统需添加凝汽器水位设定值、凝汽器水位测量值、调节器输出（阀门命令）三条曲线。,串级调节系统：主调节器设定值曲线、主调节器被调量曲线、主调节器输出曲线、副调节器被调量曲线、副调节器输出曲线。例如稳压器水位调节系统需添加稳压器水位设定值、稳压器水位测量值、主调节器的输出（副调节器设定值）、下泄流量（前馈信号）、上充流量（副调节器过程值）、副调节器输出（阀位指令）六条曲线。,PID,参数整定培训,总结,2,、调节器参数设置时需考虑哪些因素,量纲对调节器参数设置的影响,因目前非安全级,DCS,系统未对被调量进行归一化处理，所以在预设调节器参数时需考虑量纲的影响。例如,GSS,系统的疏水罐液位控制，其液位使用的量纲为,mm,，比例系数不能设置的太大，否则出现扰动时，会使的阀门忽开忽关；而除氧器的液位控制，其液位使用的量纲为,m,，比例系数不能设置的太小，否则出现扰动时，阀门响应会很慢。,控制对象特性对调节器参数设置的影响,我们预设调节器参数时，需考虑被控对象自身的特性，例如,RCV,下泄压力控制，下泄压力对调节阀动作很敏感，所以在预设调节器参数时，应先把调节器的的比例积分作用由弱到强进行设置，避免投自动后下泄压力的波动；再如凝汽器水位控制，凝汽器液位对调节阀的动作很不敏感，那么我们预设调节器参数时，积分作用就不能设置的太大，否则会出现阀门全开全关的现象。,PID,参数整定培训,总结,3,、调节器参数整定过程中需要注意哪些事项,要熟悉调节系统的工艺流程，明确被控对象的保护定值；,与操作员保持良好的沟通；,预设完调节器参数后，进行扰动试验