控制系統(tǒng)構(gòu)成
蒸汽減壓自動(dòng)系統(tǒng)由壓力變送器、PID調(diào)節(jié)器和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥三部分組成，其控制原理為壓力變送器將壓力信號(hào)送入PID調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器將輸入信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算后輸出給電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥根據(jù)PID調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào)改變閥門開度使閥后蒸汽壓力穩(wěn)定在工藝要求的某個(gè)壓力值。
蒸汽減壓自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)構(gòu)成示意圖
本文不涉及閥門安裝、調(diào)節(jié)器安裝和壓力變送器安裝的知識(shí)，主要講述將蒸汽減壓自動(dòng)控制系統(tǒng)投自動(dòng)的步驟及要點(diǎn)。為了讓新手有一個(gè)清晰的思路，昌暉儀表工程師將整定PID參數(shù)、將系統(tǒng)投自動(dòng)的過(guò)程分為七個(gè)步驟，每個(gè)步驟都有其需要關(guān)注的重點(diǎn)和目的，有助于新手迅速上手。
實(shí)例：某廠需要將1.0MPa蒸汽用減壓控制系統(tǒng)減壓至0.4MPa壓力后供后續(xù)工序使用，新增電動(dòng)調(diào)節(jié)閥1臺(tái)(調(diào)節(jié)閥為AC220V供電，控制信號(hào)為4-20mA，閥位反饋輸出4-20mA)、壓力變送器1臺(tái)(量程0-1.6MPa，二線制4-20mA輸出)、PID調(diào)節(jié)器1臺(tái)(型號(hào)YR-GFD805-020-12-HL-P-T，4-20mA輸入，控制輸出4-20mA，帶DC24V饋電，儀表電源AC220V)。昌暉儀表結(jié)合這個(gè)實(shí)例與新手分享將蒸汽減壓自動(dòng)控制系統(tǒng)投入自動(dòng)的方法和步驟：
1、儀表接線
蒸汽減壓自動(dòng)控制系統(tǒng)接線包含壓力變送器-PID調(diào)節(jié)器、PID調(diào)節(jié)器-電動(dòng)調(diào)節(jié)閥兩個(gè)部分的接線，這一部分操作很簡(jiǎn)單，全部按照說(shuō)明書進(jìn)行，認(rèn)真即可很好完成，不再累述。在此重點(diǎn)說(shuō)說(shuō)如何簡(jiǎn)單判斷儀表接線是否正確？?jī)x表接線是否正確可從以下三個(gè)環(huán)節(jié)看出：
①PID調(diào)節(jié)器、壓力變送器和調(diào)節(jié)閥供電正常(表明儀表電源回路接線無(wú)誤)；
②PID調(diào)節(jié)器正常顯示壓力測(cè)量值(表明調(diào)節(jié)器和壓力變送器信號(hào)回路接線無(wú)誤)；
③將PID調(diào)節(jié)器置于手動(dòng)控制狀態(tài)，按“▲”鍵電動(dòng)調(diào)節(jié)閥能正常打開，按“▼”鍵電動(dòng)調(diào)節(jié)閥能正常關(guān)閉(表明調(diào)節(jié)器和調(diào)節(jié)閥控制回路接線無(wú)誤)
以上三個(gè)環(huán)節(jié)哪個(gè)環(huán)節(jié)有問題，應(yīng)針對(duì)性檢查和處理。
2、PID調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置
按型號(hào)為YR-GFD805-020-12-HL-P-T的傻瓜式PID調(diào)節(jié)器說(shuō)明書內(nèi)容，需要對(duì)以下參數(shù)進(jìn)行正確設(shè)置(本文未涉及的參數(shù)保持原出廠設(shè)置不變)，調(diào)節(jié)器才能進(jìn)入正常工作狀態(tài)。
①解鎖：在一級(jí)參數(shù)中將參數(shù)“CLK”設(shè)置為CLK=132
②輸入信號(hào)類型設(shè)置：在二級(jí)參數(shù)中將參數(shù)“Pn”設(shè)置為Pn=27(4-20mA輸入)
③小數(shù)點(diǎn)設(shè)置：在二級(jí)參數(shù)中將參數(shù)“dP”設(shè)置為dP=2(顯示××.××)
④控制方式設(shè)置：在二級(jí)參數(shù)中將參數(shù)“PIDM”設(shè)置為PIDM=PID(PID控制輸出)
⑤PID作用方式設(shè)置：在二級(jí)參數(shù)中將參數(shù)“Mode”設(shè)置為Mode=1(PID作用方式為反作用)
⑥測(cè)量量程下限設(shè)置：在二級(jí)參數(shù)中將參數(shù)“PL”設(shè)置為PL=壓力變送器量程下限=0.00(設(shè)定輸入信號(hào)的測(cè)量下限量程)
⑦測(cè)量量程上限設(shè)置：在二級(jí)參數(shù)中將參數(shù)“PH”設(shè)置為PH=壓力變送器量程上限=1.60(設(shè)定輸入信號(hào)的測(cè)量下限量程)
⑧算式類型設(shè)置：在二級(jí)參數(shù)中將參數(shù)“PID”設(shè)置為PID=1(PID控制算法適用于控制響應(yīng)速度迅速的系統(tǒng)，如調(diào)節(jié)閥對(duì)壓力、流量等物理量的控制系統(tǒng))
⑨控制目標(biāo)值設(shè)置：在實(shí)時(shí)測(cè)量狀態(tài)下按壓“設(shè)定鍵”5秒，進(jìn)入控制目標(biāo)值SV的設(shè)定狀態(tài)，將“SV”設(shè)置為SV=0.40(工藝所需要穩(wěn)定的壓力值)
設(shè)置好以上九個(gè)參數(shù)，這臺(tái)PID調(diào)節(jié)器即組態(tài)為適合本實(shí)例工況使用了，此時(shí)應(yīng)觀察調(diào)節(jié)器PV窗口顯示的壓力值與調(diào)節(jié)閥后壓力表的值是否一致，若不一致，則可能存在壓力變送器安裝時(shí)的靜壓差影響或調(diào)節(jié)器量程設(shè)置錯(cuò)誤的情況，視情況針對(duì)性調(diào)整。在控制系統(tǒng)投自動(dòng)過(guò)程中還需要設(shè)置P、I、D這三個(gè)參數(shù)，在以下內(nèi)容中繼續(xù)介紹。
3、初步判斷控制系統(tǒng)是否具備調(diào)試條件
現(xiàn)場(chǎng)是否具備調(diào)試條件，可從以下四個(gè)方面綜合判斷：
①電動(dòng)調(diào)節(jié)閥后蒸汽管道是否正常連接到后續(xù)工藝設(shè)備？如果沒有，管道內(nèi)的蒸汽處于放空狀態(tài)，則壓力變送器所測(cè)量的壓力為放空狀態(tài)蒸汽壓力，不是正常工作時(shí)所需關(guān)注的蒸汽壓力，不能進(jìn)行調(diào)試。
②電動(dòng)調(diào)節(jié)閥后的后續(xù)工序是否允許送入蒸汽？不允許則不能調(diào)試。
③電動(dòng)調(diào)節(jié)閥后的后續(xù)工序是否允許蒸汽壓力有加大波動(dòng)范圍？若工藝允許蒸汽壓力波動(dòng)，則調(diào)試過(guò)程可使用PID調(diào)節(jié)器參數(shù)自整定功能整定PID參數(shù)；若工藝只允許蒸汽壓力小范圍波動(dòng)，則使用人工整定PID調(diào)節(jié)器整定PID參數(shù)，不建議使用自整定功能整定PID參數(shù)。
④后續(xù)工序是否處于帶負(fù)荷的狀態(tài)？
⑤再次與后續(xù)工序認(rèn)真核實(shí)工藝所需蒸汽壓力值是否與已知數(shù)據(jù)一致。這關(guān)系到PID調(diào)節(jié)器控制目標(biāo)值是否正確，隨后的PID參數(shù)也是根據(jù)這個(gè)控制目標(biāo)值得出，控制目標(biāo)值變化后，原整定好的這組PID參數(shù)未必能達(dá)到預(yù)期的控制效果，往往需要重新整定PID參數(shù)。
4、簡(jiǎn)單判斷調(diào)試難易程度
對(duì)于新手在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試而言，遇到復(fù)雜情況往往手足無(wú)措，不知道如何應(yīng)對(duì)，為避免這種尷尬情況，建議新手在調(diào)試前對(duì)本次調(diào)試的難易程度做個(gè)簡(jiǎn)單評(píng)估，做到心中有數(shù)：假如自己搞不定，需要做好高手增援等應(yīng)急方案，別耽誤業(yè)主生產(chǎn)！同時(shí)也要避免讓業(yè)主輕看了你！其中道理你懂的。
簡(jiǎn)單判斷調(diào)試難易程度的方法
調(diào)節(jié)閥訂貨時(shí)需要計(jì)算CV值和確定流量特性等等，這是儀表常識(shí)，儀表工自然認(rèn)為每一臺(tái)調(diào)節(jié)閥都是按照準(zhǔn)確現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)訂購(gòu)回來(lái)的，現(xiàn)實(shí)并非完全如此：某些單位的調(diào)節(jié)閥就是按照介質(zhì)、口徑和公稱壓力采購(gòu)回來(lái)的，調(diào)節(jié)閥沒有按cv(調(diào)節(jié)閥流通能力)計(jì)算和加工，閥門加工成線性或等百分比就屬于萬(wàn)幸！所以搞儀表調(diào)試的人員有必要自己動(dòng)手簡(jiǎn)單看看調(diào)節(jié)閥的情況。
簡(jiǎn)單判斷電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的cv(調(diào)節(jié)閥流通能力)和流量特性是否適合本控制系統(tǒng)的方法：將PID調(diào)節(jié)器置于手動(dòng)工作狀態(tài)，每次手動(dòng)輸出增加1%-3%的值觀察調(diào)節(jié)閥動(dòng)作后調(diào)節(jié)器測(cè)量值跳變的情況，若閥門僅打開一點(diǎn)點(diǎn)調(diào)節(jié)閥后壓力就跳變到調(diào)節(jié)器控制目標(biāo)值，那么系統(tǒng)調(diào)節(jié)裕度很小，這樣配置的控制系統(tǒng)要順利投入自動(dòng)難度很大，新手需要有思想準(zhǔn)備。
新手遇到這樣的情況，可先嘗試調(diào)整調(diào)節(jié)閥前手動(dòng)閥開度，讓蒸汽進(jìn)氣壓力略高于本例中多需要的0.4MPa(通過(guò)觀察進(jìn)氣壓力測(cè)量的壓力表)，然后才做調(diào)試。這就是讓手動(dòng)閥做粗調(diào)，讓調(diào)節(jié)閥做細(xì)調(diào)，降低自動(dòng)控制系統(tǒng)投入自動(dòng)的難度。
5、整定PID調(diào)節(jié)器的PID參數(shù)
PID參數(shù)整定對(duì)于新手而言有難度，很多有多年工作經(jīng)驗(yàn)的老儀表工往往不屑調(diào)節(jié)器PID參數(shù)整定，也許是真正高手，也許他自己也沒有幾次成功將不同控制方案的控制系統(tǒng)投入自動(dòng)的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)歷，僅因?yàn)槌Ｒ娝哉J(rèn)為簡(jiǎn)單！新手投自動(dòng)需要一些知識(shí)積累，建議新手看看白志剛老師編著的《自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)解析與PID整定》一書，對(duì)新手成長(zhǎng)為高手很有幫助。
很多資料和論文都是說(shuō)PID調(diào)節(jié)器打開自整定功能即可以獲得最佳PID參數(shù)，不同品牌PID調(diào)節(jié)器在溫度控制系統(tǒng)中完全能夠?qū)崿F(xiàn)，不需要人工干預(yù)，但用在壓力或流量的過(guò)程控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器的自整定效果就會(huì)大打折扣，這是因?yàn)檫@種工況的曲線不收斂導(dǎo)致的！不認(rèn)同筆者說(shuō)法的朋友歡迎拍磚，在評(píng)論區(qū)結(jié)合實(shí)例和產(chǎn)品現(xiàn)身說(shuō)法。
①若后續(xù)工序允許蒸汽壓力大幅波動(dòng)情況下，新手可以打開PID調(diào)節(jié)器自整定功能整定PID參數(shù)(具體參數(shù)詳見說(shuō)明書)，但這種工況中獲得的參數(shù)并不是最優(yōu)，自整定可多次進(jìn)行，往往還需要人工調(diào)整。新手可致電調(diào)節(jié)器廠家技術(shù)，看能否從廠家獲得幾組經(jīng)驗(yàn)值直接用于此工況，如果有則事半功倍。
②若后續(xù)工序不允許蒸汽壓力大幅波動(dòng)，那就人工整定PID參數(shù)。新手具體怎樣去做，可在昌暉儀表網(wǎng)站內(nèi)搜索“PID參數(shù)整定”的相關(guān)文章。
③若新手對(duì)手動(dòng)整定PID參數(shù)完全不明白，那就需要高手的經(jīng)驗(yàn)和幫助了。此時(shí)最麻煩的是高手很難遠(yuǎn)程幫助新手完成調(diào)試，原因是調(diào)試過(guò)程需要全程觀察壓力實(shí)時(shí)測(cè)量值、PID輸出值和調(diào)節(jié)閥反饋等數(shù)據(jù)，就是遠(yuǎn)程視頻也不夠方便。簡(jiǎn)單粗暴的方法就是更換調(diào)試人員。
④衡量一個(gè)蒸汽減壓自動(dòng)控制系統(tǒng)質(zhì)量的好壞，主要是看在外界干擾產(chǎn)生后，壓力測(cè)量值偏離目標(biāo)設(shè)定值的情況，假如偏離了以后能很快平穩(wěn)地回復(fù)到給定值，且調(diào)節(jié)閥動(dòng)作次數(shù)盡量少時(shí)就認(rèn)為是好的。
6、調(diào)試記錄
調(diào)試完成后做好調(diào)試記錄，讓甲方負(fù)責(zé)人簽字確認(rèn)本控制系統(tǒng)已經(jīng)滿足工藝控制要求，為隨后收款和交工做好準(zhǔn)備。
7、竣工資料移交
將竣工資料整理交付業(yè)主方。新手如何不知道如何整理竣工資料，可參閱《儀表工程交工資料應(yīng)有哪些內(nèi)容》的文章。
