控制系統(tǒng)構(gòu)成
蒸汽減壓自動系統(tǒng)由壓力變送器、PID調(diào)節(jié)器和電動調(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送入PID調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器將輸入信號進行運算后輸出給電動調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥根據(jù)PID調(diào)節(jié)器輸出的控制信號改變閥門開度使閥后蒸汽壓力穩(wěn)定在工藝要求的某個壓力值。
蒸汽減壓自動調(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，主要講述將蒸汽減壓自動控制系統(tǒng)投自動的步驟及要點。為了讓新手有一個清晰的思路，昌暉儀表工程師將整定PID參數(shù)、將系統(tǒng)投自動的過程分為七個步驟，每個步驟都有其需要關(guān)注的重點和目的，有助于新手迅速上手。
實例：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，新增電動調(diào)節(jié)閥1臺(調(diào)節(jié)閥為AC220V供電，控制信號為4-20mA，閥位反饋輸出4-20mA)、壓力變送器1臺(量程0-1.6MPa，二線制4-20mA輸出)、PID調(diào)節(jié)器1臺(型號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)合這個實例與新手分享將蒸汽減壓自動控制系統(tǒng)投入自動的方法和步驟：
1、儀表接線
蒸汽減壓自動控制系統(tǒng)接線包含壓力變送器-PID調(diào)節(jié)器、PID調(diào)節(jié)器-電動調(diào)節(jié)閥兩個部分的接線，這一部分操作很簡單，全部按照說明書進行，認(rèn)真即可很好完成，不再累述。在此重點說說如何簡單判斷儀表接線是否正確？儀表接線是否正確可從以下三個環(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誤)；
②PID調(diào)節(jié)器正常顯示壓力測量值(表明調(diào)節(jié)器和壓力變送器信號回路接線無誤)；
③將PID調(diào)節(jié)器置于手動控制狀態(tài)，按“▲”鍵電動調(diào)節(jié)閥能正常打開，按“▼”鍵電動調(diào)節(jié)閥能正常關(guān)閉(表明調(diào)節(jié)器和調(diào)節(jié)閥控制回路接線無誤)
以上三個環(huán)節(jié)哪個環(huán)節(jié)有問題，應(yīng)針對性檢查和處理。
2、PID調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置
按型號為YR-GFD805-020-12-HL-P-T的傻瓜式PID調(diào)節(jié)器說明書內(nèi)容，需要對以下參數(shù)進行正確設(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)器才能進入正常工作狀態(tài)。
①解鎖：在一級參數(shù)中將參數(shù)“CLK”設(shè)置為CLK=132
②輸入信號類型設(shè)置：在二級參數(shù)中將參數(shù)“Pn”設(shè)置為Pn=27(4-20mA輸入)
③小數(shù)點設(shè)置：在二級參數(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測量量程下限設(shè)置：在二級參數(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)定輸入信號的測量下限量程)
⑦測量量程上限設(shè)置：在二級參數(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)定輸入信號的測量下限量程)
⑧算式類型設(shè)置：在二級參數(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：在實時測量狀態(tài)下按壓“設(shè)定鍵”5秒，進入控制目標(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)置好以上九個參數(shù)，這臺PID調(diào)節(jié)器即組態(tài)為適合本實例工況使用了，此時應(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的靜壓差影響或調(diào)節(jié)器量程設(shè)置錯誤的情況，視情況針對性調(diào)整。在控制系統(tǒng)投自動過程中還需要設(shè)置P、I、D這三個參數(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)場是否具備調(diào)試條件，可從以下四個方面綜合判斷：
①電動調(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)，則壓力變送器所測量的壓力為放空狀態(tài)蒸汽壓力，不是正常工作時所需關(guān)注的蒸汽壓力，不能進行調(diào)試。
②電動調(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范圍？若工藝允許蒸汽壓力波動，則調(diào)試過程可使用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，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)未必能達到預(yù)期的控制效果，往往需要重新整定PID參數(shù)。
4、簡單判斷調(diào)試難易程度
對于新手在現(xiàn)場調(diào)試而言，遇到復(fù)雜情況往往手足無措，不知道如何應(yīng)對，為避免這種尷尬情況，建議新手在調(diào)試前對本次調(diào)試的難易程度做個簡單評估，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)！同時也要避免讓業(yè)主輕看了你！其中道理你懂的。
簡單判斷調(diào)試難易程度的方法
調(diào)節(jié)閥訂貨時需要計算CV值和確定流量特性等等，這是儀表常識，儀表工自然認(rèn)為每一臺調(diào)節(jié)閥都是按照準(zhǔn)確現(xiàn)場參數(shù)訂購回來的，現(xiàn)實并非完全如此：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回來的，調(diào)節(jié)閥沒有按cv(調(diào)節(jié)閥流通能力)計算和加工，閥門加工成線性或等百分比就屬于萬幸！所以搞儀表調(diào)試的人員有必要自己動手簡單看看調(diào)節(jié)閥的情況。
簡單判斷電動調(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)器置于手動工作狀態(tài)，每次手動輸出增加1%-3%的值觀察調(diào)節(jié)閥動作后調(diào)節(jié)器測量值跳變的情況，若閥門僅打開一點點調(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)閥前手動閥開度，讓蒸汽進氣壓力略高于本例中多需要的0.4MPa(通過觀察進氣壓力測量的壓力表)，然后才做調(diào)試。這就是讓手動閥做粗調(diào)，讓調(diào)節(jié)閥做細調(diào)，降低自動控制系統(tǒng)投入自動的難度。
5、整定PID調(diào)節(jié)器的PID參數(shù)
PID參數(shù)整定對于新手而言有難度，很多有多年工作經(jīng)驗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)投入自動的實戰(zhàn)經(jīng)歷，僅因為常見所以認(rèn)為簡單！新手投自動需要一些知識積累，建議新手看看白志剛老師編著的《自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)解析與PID整定》一書，對新手成長為高手很有幫助。
很多資料和論文都是說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程控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器的自整定效果就會大打折扣，這是因為這種工況的曲線不收斂導(dǎo)致的！不認(rèn)同筆者說法的朋友歡迎拍磚，在評論區(qū)結(jié)合實例和產(chǎn)品現(xiàn)身說法。
①若后續(xù)工序允許蒸汽壓力大幅波動情況下，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，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若新手對手動整定PID參數(shù)完全不明白，那就需要高手的經(jīng)驗和幫助了。此時最麻煩的是高手很難遠程幫助新手完成調(diào)試，原因是調(diào)試過程需要全程觀察壓力實時測量值、PID輸出值和調(diào)節(jié)閥反饋等數(shù)據(jù)，就是遠程視頻也不夠方便。簡單粗暴的方法就是更換調(diào)試人員。
④衡量一個蒸汽減壓自動控制系統(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)閥動作次數(shù)盡量少時就認(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。
