２０１０年１０月 贵 州 化工 ・４５・ 第３５卷第５期 ＧｕｉｚｈｏｕＣｈｅｍｉｃａＵｎｄｕｓｔｒｙ Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ ＤＣＳ控制回路ＰＩＤ参数整定方法介绍 廖声立 （贵州天福化工有限责任公司，贵州福泉５５０５０１） 摘要以ｈｏｎｅｙｗｅＨ ＰＫＳ系统ＰＩＤ参数的组成为依据，介绍ｈｏｎｅｙ＇ｗｅｎ ＰＫＳ系统的ＰＩＤ参数整定方法。 关键词ＰＫＳ ＰＩＤ串级控制 比例控制 中图分类号ＴＰ３０６ 文献标识码Ｂ 引 言 贵州天福合成氨及二甲醚项目ＤＣＳ系统采用 美国Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ公司生产的ＥＰＫＳ Ｒ３ｏ０系统。采用 的是最先进的系统硬件（Ｃ３０ｏ控制器）、计算机硬件 以及先进的操作系统软件。该系统承担整个装置工 艺的实时控制、报警管理、历史数据和事件的存储、 过程操作、第三方系统（ＰＬＣ）的监控、以及Ｈａｒｔ仪表 的管理等其它功能。该系统能满足各种自动化应用 要求，为过程控制、ＳＣＡＤＡ等应用提供一个完全开 放的平台。由于种种原因，目前国内绝大多数装置 仪表回路自控率比较低，大部分的回路都是手动操 作，这样不但增加了操作员的工作量，而且对产品质 量也有一定的影响，经过查阅ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ ＤＣＳ手册以 及在赤天化纸业、贵州天福化工有限公司现场实际 调试。根据调试过程中的一些经验，特整理编制了 此ＰＩＤ参数整定方法。供大家分享。 ｌ 修改ＰＩＤ参数必须有“ＭＮＧＲ”及以上管 理权限 在ＳＴＡＴＩＯＮ画面下打开要修改的控制回路点 细目画面，如图１所示的画面，即可出现需要修改 ＰＩＤ控制回路整定的三个参数Ｋ，Ｔｌ，Ｔ２； 上图点细目画面所示，但此时还不能对Ｋ、Ｔ１、 进行修改，其管理权限如图２右下角所示为“Ｏ． ｐｅｒ”，即当前管理权限仅为操作员权限，此时操作人 员如果想要进行ＰＩＤ参数修改，则需要将管理权限 更改为“ＭＮＧＲ”，如图３所示： 此时，在当前画面下，操作人员即可修改相应的 ＰＩＤ参数。 ２ Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ ＰＫＳ系统ＰＩＤ参数代表的含义 Ｋ：比例增益（放大倍数），范围为０．０—２４０．０； Ｔ１：积分时间，范围为０．０～１４４０．０，单位为分 文章编号１００８—９４１１（２０１０）０５—００４５—０３ 强ｔ 。ｏｏ Ｌｏ曩 而Ｅ —ｌ 。 圃％ ’ ＭＡＮ薯 ０ ———面 ？０ ０．３５ ｒ 枷 ｏ．ｏｏ － 。 图１控制回路点细目画面 图２改变管理权限前的管理权限画面 ｌ，ｌ ｌ０ Ｆ ≯一誊§＊ ｜ ∞ｔ０ 矗 。 ０ ｌｌ一巍 。ｌ０ ０；“ 一琏 ０ ０｜ｎＥ鼍 ｊ０萋 々 图３改变管理权限后的管理权限画面 钟，０．０代表没有积分作用； Ｔ２：微分时间，范围为Ｏ．０～１４４０．０，单位为分 钟，０．０代表没有微分作用。 ３ Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ ＰＫＳ系统ＰＩＤ参数的作用 （１）比例调节的特点：①调节作用快，系统一出 现偏差，调节器立即将偏差放大Ｋ倍输出；②系统存 在余差。 贵 州 化 工 ・２０１０年１Ｏ月 ４６・ ＧｕｉｚｈｏｕＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙ 第３５卷第５期 Ｋ越小，过渡过程越平稳，但余差越大；Ｋ增大， （３）ＰＩＤ控制器的选择：它适用于负荷变化大， 余差将减小，但是不能完全消除余差，只能起到粗调 作用，但是Ｋ过大，过渡过程易振荡，Ｋ太大时，就可 能出现发散振荡。 容量滞后较大，控制质量要求又很高的控制系统，比 如温度控制系统。 ０ ０ 一 一州Ｔ盯帅 批Ｃ （２）积分调节的特点：积分调节作用的输出变 化与输入偏差的积分成正比，积分作用能消除余差， 但降低了系统的稳定性，Ｔ１由大变小时，积分作用 ６ Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ ＰＫＳ系统ＰＩＤ参数整定的方法 ＰＩＤ参数整定的常用方法：经验凑试法；衰减曲 线法；临界比例度法；反应曲线法等。我公司ＰＩＤ参 由弱到强，消除余差的能力由弱到强，只有消除偏 差，输出才停止变化。 数在整定时候最先采用经验凑试法。经验凑试法也 最为实用。在整定参数时，必须认真观察系统响应 情况，根据系统的响应情况决定调整那些参数。观 （３）微分调节的特点：微分调节的输出是与被 调量的变化率成正比，在引人微分作用后能全面提 高控制质量，但是微分作用太强，会引起控制阀时而 全开时而全关，因此不能把１ｒ２取的太大，当 由小 到大变化时，微分作用由弱到强，对容量滞后有明显 的作用，但是对纯滞后没有效果。 ４控制回路的作用方式 可以进入控制回路的点细目画面，进入图４所 示页面： Ｍａｉｎ ｉ １００ ０ ８０ Ｏ ６００ ２０１０ ６．８ ９ ３７：００ ２０１０＿６・８ ９：３８：００ ２一 ．－ｓ． ． 。。。 ・ ： 一～ｊ 丽 —■ 圈４控制回路点细目之回路整定ｌ里Ｊ面 如图所示，其中“Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｃｔｉｏｎ”代表控制器作用 方式，“ＲＥＶＥＲＳＥ”表示反作用，“ＤＩＥＲＣＴ”代表正作用。 ５ Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ ＰＫＳ系统控制器的选择方法 （１）Ｐ控制器的选择：它适用于控制通道滞后较 小，负荷变化不大，允许被控量在一定范围内变化的 系统； （２）ＰＩ控制器的选择：它适用于滞后较小，负荷 变化不大，被控量不允许有余差的控制系统； 察系统响应效果，可以通过查看控制回路点细目画 面中的实时趋势曲线，衰减曲线最好是４：１，即前一 个峰值与后一个峰值的比值为４：１。 经验值：在实际调试中，只能先大致设定一个经 验值，然后根据调节效果修改，这里的Ｐ代表比例 度，Ｐ＝Ｉ／Ｋ。 液位 ２０％～ １．２５～ ８Ｏ％ ５．Ｏ 压力 ３０％一 １．４３～ ７Ｏ％ ３．４ ０．４—３—— 流量 ４０％一 １．０～ ｌｏｏ％ ２．５ ０．１—１—— 温度 ２Ｏ％一 ６０％ １．７～５ ３～ｌＯ Ｏ．３～１ 总之，在整定时不能让系统出现发散振荡，如出 现发散振荡，应立即切为手动，等系统稳定后减小放 大倍数、增大积分时间或减小微分时问，重新切换到 自动控制。 放大倍数越小，过渡过程越平稳，但余差越大。 放大倍数越大，过渡过程容易发生振荡。积分时间 越小，消除余差就越快，但系统振荡会较大，积分时 间越大，系统消除余差的速度较慢。微分时间太大， 系统振荡次数增加，调节时间增加，微分太小，系统 调节缓慢。 控制器参数凑试法的步骤： 因为比例作用是基本的控制作用，因此，首先把 比例度凑试好，待过渡过程已基本稳定，然后加积分 作用消除余差，最后加入微分作用进一步提高控制 质量，基本步骤如下： ①对Ｐ控制器，将放大倍数放在较小的位置，逐 ２ｏｍ１ｏ￣５卷．＃－１ 第３第５期廖声立：Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ ＤＣＳ控制回路ＰＩ。参数整定方法介绍 ．４７． 渐增大Ｋ，观察被控量的过渡过程曲线，直到曲线满 意为止； 节功能。串级调节系统的参数可以分二步来整定： 第一步在主回路闭合的情况下，将主调的比例增益 按经验值先设为１、积分时间按经验值设先设为 ②对ＰＩ控制器，先置Ｔ１＝０，按纯比例作用整定 放大倍数使之达到４：ｌ衰减曲线；然后将Ｋ缩小 （１０％～２０％），将积分时间Ｔ１由大到小逐步加入， 直到获得４：１衰减过程； ③对ＰＩＤ控制器，将Ｔ２＝０；先按ＰＩ作用凑试程 序整定Ｋ，Ｔ１参数，然后将放大倍数增大到比原值 ０．３５ｍｉｎ、微分时间按经验值先设为０．２，用４：１衰减 曲线法整定副调；第二步用同样的方法整定主调。 （２）比值调节系统 对于比值调节系统首先应弄清楚主动物料与从 动物料、比值关系和逻辑关系，有否动态补偿。 大（１０％一２０％）位置，Ｔｌ也适当减小之后，再把 由小到大逐步加入，观察过渡曲线，直到获得满意的 过渡过程。 整定参数时要认真观察系统输出及被调量的变 化情况，再根据具体情况适当修改ＰＩＤ参数。可以 说，只要技术员人员多花点时间，大多数控制系统采 用ＰＩＤ调节都能满足要求。 ７ Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ ＰＫＳ系统复杂控制回路整定 （１）串级调节系统： 串级调节系统一般用于如下几种工况： ①被调对象的调节通道纯滞后时间较长，用单 回路调节不能满足质量指标的系统； ②对象的容量滞后比较大，用单回路调节过渡 时间长、超调量大、参数回复慢，不能满足质量指标 的系统； ③调节系统内存在变化激励且幅值很大的干扰 的系统； ④调节对象具有较大非线性，而负荷变化有较 大的系统。 也就是说，串级调节系统主要作用一是能改善 对象特性，起了超前的作用；二是能改善对象动态特 性，提高了工作频率；三是能提高调节功能总放大倍 数，增强了抗干扰能力；四是具有一定的自适应能 力，适应负荷和操作条件的变化等。 串级调节系统中正、反作用的确定，假定： ＦＣ（气开阀）为＋Ａ，ＦＯ（气关阀）为一Ａ； 阀开大，副被调参数上升为＋Ｂ、下降为一Ｂ； 阀开大，主被调参数上升为＋ｃ、下降为一Ｃ， 则： Ａ Ｂ＝“＋”副调节功能应为反作用； Ａ Ｂ＝“一”副调节功能应为正作用； Ａ Ｂ Ｃ＝“＋”主调节功能应为反作用； Ａ Ｂ Ｃ＝“一”主调节功能应为正作用。 串级调节系统调节规律的选择主要是依据工艺 要求、对象特性和干扰性质而定。一般情况下主回 路选用ＰＩ或ＰＩＤ调节功能，副回路选用Ｐ或ＰＩ调 主物料与从物料的调节回路虽都是流量的单回 路调节系统，但两者的任务不同，从动物料回路的任 务是使从动物料迅速准确的跟踪主动物料变化，故 是个随动调节回路；主动物料回路的任务是使主物 料尽量稳定，故是个定值调节回路。因而应将从动 物料回路的过渡过程整定成非周期临界情况，这时 过渡过程既不振荡而反应有比较快。但整定时，往 往是在改定值加阶跃干扰，则调节作用可正定得较 强，甚至使过程接近４：１衰减，因为实际的改定值一 主动物料是作非周期变化的，这样实际调节过程才 能接近非周期临界情况。至于主动物料回路的过渡 过程则希望进行的慢些，使从动物料能跟上，故应为 非周期过程，而不是４：ｌ衰减过程。 总之，Ｐ作用是最基本的控制作用，加入Ｉ作用 后可做到无差控制，提高控制精度，加人Ｄ作用能全 面提高控制质量。 ８ 注意事项 （１）参数整定前要先校验传感器和执行器，保 证现场仪表是正常的，可以先手动控制试一下，手动 状态测量参数应该是稳定可靠的。 （２）按经验值设定ｌＫ参数，暂时关掉积分调节 试着切换到自动观察阶跃响应，此时应特别注意控 制器的输出，一定要判断一下回路是不是负反馈的 （检查设计和接线是否有漏洞，新系统调试的时候会 遇到这种情况，如：需要关开度的时候，调节器偏偏 是放大开度）； （３）在整定参数时要保证工艺稳定，当影响到 产品质量和工艺参数时要立即切到手动控制，待工 艺生产稳定后再投自动修改ＰＩＤ参数。 （４）如果是串级、比例控制回路，要先一个回路 一个回路的整定，还应注意先内环后外环的原则。 在手动切到自动的时候，在ＤＣＳ编程组态时候 选择ＰＶ跟踪功能，一旦选择ＰＶ跟踪功能则在手动 时给定值是自动跟踪测量值的，从而避免了工艺人 员在手动切换到自动时出现工艺大幅波动。 （下转第５Ｏ页） 贵 州 化工 ２０１０年ｌＯ月 ・５０・ ＧｕｉｚｈｏｕＣｈｅｍｉｃａｌｌｎｄｕｓｔｒｙ 第３５卷第５期 料位计虚假料位在成料位控制系统误动作的问题。 ～２０１． 自２００９年度大修改造开车以来一年多时问内，超声 （收稿日期２０１０—０６—２９） 波料位计再也没有出现过故障，在很大程度上降低 作者简介： 了电仪维护人员与工艺操作人员的劳动强度，提高 程刚，助理工程师，２０００年毕业于贵州工业大学自动 了生产效率，降低了经济损失，对成品尿素包装生产 化专业，现在赤天化股份公司电仪工程公司从事电仪维护工 的安全、稳定运行有着积极的作用。 作。 参考文献 朱应群，助理工程师，１９９５年毕业于四川化工职业技术 学院工业仪表及自动化专业，现在赤天化股份公司电仪工程 ［１］朱炳兴．仪表工试题集．现场仪表分册．北京：化学工业出 公司从事电仪管理工作。 版社，２００２，４（４）１２７—１２８． ［２］西门子一妙声力公司的技术及操作手册．德国，２００５，１８５ Ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｌｅｖｅｌ ｍｅｔｅｒ ｔｏ ｏｐｅｒａｔｅ ｓｔａｂｌｙ ａｎｄ ｉｔｓ ｓｏｌｕｔｉＯＨＳ Ｃｈｅｎｇ ｇ ｚｈｕ ｙｉｎｇ ｑｕｎ ｚｈａｏｊｉｅ （Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｃｈｉｔｉａｎｈｕａ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｃｈｉｓｈｕｉ，Ｇｕｉｚｈｏｕ ５６４７０７） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｒｅａｓｏｎ ｆｏｒ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｈｔｅ ｓｔａｂｌｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｌｅｖｅｌ ｍｅｔｅｒ．Ｉｔ ａｌ— ＳＯ ａｄｖａｎｃｅｓ ｓｏｍｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ，ｔｈｅｎ，ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｒａｔｅ ｏｆ ｕｌｒｔａｓｏｎｉｃ ｌｅｖｅｌ ｍｅｔｅｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｌｅｖｅｌ Ｍｅｔｅｒ；Ｕｒｅａ ｓｔｏｒａｇｅ ｓｉｌｏ；Ｓｔａｂｌｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ （上接第４７页） １ｅａｓｅ３０１．２ ９结论 ［２］Ｅｘｐｅｒｉｏｎ ＰＫＳ Ｒ３００ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ Ｋｎ ｒｌｅ姆Ｂｕｉｌｄｅｒ 我公司在车间全体专业技术人员的努力下，用 ［３］王骥程，祝和云主编．化工过程控制工程，第二版［Ｍ］． 以上Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ ＰＫＳ系统ＰＩＤ参数整定方法，经过开 北京：化学工业出版社 车调试期间反复对各个仪表控制回路进行“ＰＩＤ”参 （收稿１３期２０１０－０６—２１） 数整定，到目前为止，基本所有仪表控制回路均为自 作者简介： 动控制，实现了工艺的自动操作。这样不但减少了 廖声立，男，１９７４年２月出生，生于贵州赤水市，２００２年 操作员的工作量，而且对产品质量的提高也起到很 毕业于哈尔滨理工大学，测控技术及仪器专业，助理工程师， 大的促进作用。 现任贵州天福化工有限责任公司仪修车间技术组组长，一直 从事化工仪表自动化维护和技术管理工作。 参考文献 ［１］Ｅｘｐｅｒｉｏｎ ＰＫＳ Ｍｉｇｒａｔｉｏｎ Ｕｓｅｒ ｓ Ｇｕｉｄｅ ＥＰ—ＤＣＸ２７４ Ｒｅ． Ｔｕｎｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ＰＩＤ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｎ Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ ＤＣＳ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｌｏｏｐ Ｌｉａｏ Ｓｈｅｎｇｌｉ （Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｔｉａｎｆｕ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．Ｆｕｑｕａｎ Ｇｕｉｚｈｏｕ ５５０５０１） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＰＩＤ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ ＰＩＥＳ ｓｙｓｔｅｍ ｔｏ ｄｅｓｃｒｉｂｅ ｉｔｓ ｔｕｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＰＫＳ；ＰＩＤ；Ｃａｓｃａｄｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ；Ｒａｔｉｏ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｔｃ
