1、執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作次數(shù)
執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作次數(shù)不能過(guò)頻，過(guò)頻則容易燒壞電機(jī)。動(dòng)作次數(shù)與比例積分微分作用都有關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，合適的比例帶使得系統(tǒng)波動(dòng)較小，調(diào)節(jié)器的輸出波動(dòng)也就小，執(zhí)行器波動(dòng)也少；如果輸入偏差不為零，積分作用就會(huì)讓輸出一直向一個(gè)方向積下去。積分過(guò)強(qiáng)的話，會(huì)讓執(zhí)行器一次只動(dòng)作一點(diǎn)，但是頻繁地一點(diǎn)點(diǎn)向一個(gè)方向動(dòng)作；微分作用會(huì)讓執(zhí)行器反復(fù)波動(dòng)。
一般來(lái)說(shuō)，國(guó)產(chǎn)DKJ系列的執(zhí)行器的電機(jī)耐堵轉(zhuǎn)特性較好，其他性能不一。電機(jī)在剛得電動(dòng)作的時(shí)候，電流大約是正常運(yùn)轉(zhuǎn)電流的5-10倍。電機(jī)頻繁動(dòng)作很容易升溫，從而燒壞電機(jī)。另外對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)部件也有較大磨損。
一般來(lái)說(shuō)，不管對(duì)于直行程還是角行程，對(duì)于國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口，對(duì)于智能還是簡(jiǎn)單的執(zhí)行器，動(dòng)作次數(shù)不大于10次/分鐘。對(duì)于一些進(jìn)口執(zhí)行器，尤其是日本的，次數(shù)還要減少。
對(duì)于執(zhí)行機(jī)構(gòu)是變頻調(diào)節(jié)的(這里是說(shuō)純變頻調(diào)節(jié)，而不是指執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用變頻電機(jī))，可以讓參數(shù)快點(diǎn)，因?yàn)樽冾l器始終處于運(yùn)行狀態(tài)。需要注意的是，變頻器轉(zhuǎn)速線性不能太陡，否則變頻器輸出電流大幅度變化，影響變頻壽命。
2、PID死區(qū)問(wèn)題
為了減少執(zhí)行器動(dòng)作次數(shù)，一般都對(duì)PID調(diào)節(jié)器設(shè)置死區(qū)。在死區(qū)范圍內(nèi)，都認(rèn)為輸入偏差為0。當(dāng)超過(guò)死區(qū)后，輸入偏差才從0開(kāi)始計(jì)算。死區(qū)可以有效減少執(zhí)行器的動(dòng)作次數(shù)。但是死區(qū)過(guò)大的話又帶來(lái)了新的問(wèn)題：調(diào)節(jié)精度降低，不過(guò)對(duì)于一般的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，不要求調(diào)節(jié)精度過(guò)高，精度高意義也不大。
圖1 PID死區(qū)=3時(shí)被調(diào)量的波動(dòng)
圖2 PID死區(qū)=2時(shí)被調(diào)量的波動(dòng)馬上減小
提高死區(qū)降低精度的同時(shí)，也會(huì)降低調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性。因?yàn)樗斐闪苏{(diào)節(jié)滯后。這一點(diǎn)不大容易被人理解。圖2表明了死區(qū)過(guò)大帶來(lái)的調(diào)節(jié)滯后。上面圖1和圖2兩個(gè)圖片，前半部分都是死區(qū)過(guò)大帶來(lái)調(diào)節(jié)滯后，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。后半部分降低了死區(qū)，調(diào)節(jié)效果馬上有了大幅度的好轉(zhuǎn)。
對(duì)于串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主調(diào)的死區(qū)可以降低甚至取消。設(shè)置副調(diào)的死區(qū)就可以降低執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作次數(shù)了。
3、調(diào)節(jié)裕度問(wèn)題
調(diào)節(jié)系統(tǒng)要有一個(gè)合適的調(diào)節(jié)裕度。如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)經(jīng)常處于關(guān)閉或者開(kāi)滿狀態(tài)，那么調(diào)節(jié)裕度就很小，調(diào)節(jié)質(zhì)量就受到影響。一般來(lái)說(shuō)，閥門在80%以上，流量已經(jīng)達(dá)到最大，所以執(zhí)行機(jī)構(gòu)經(jīng)常開(kāi)度在80%也可以說(shuō)裕度減小了。
這里所說(shuō)的閥門，包括了各種調(diào)節(jié)工質(zhì)流量的機(jī)構(gòu)，包括閥門、泵的調(diào)速部分等。
4、通流量問(wèn)題
調(diào)節(jié)閥門的孔徑都是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格計(jì)算的。不過(guò)也存在計(jì)算失誤的時(shí)候。通流量過(guò)大，執(zhí)行機(jī)構(gòu)稍微動(dòng)作一點(diǎn)就可能發(fā)生超調(diào)；反之執(zhí)行機(jī)構(gòu)大幅度動(dòng)作還不能抑制干擾。所以這個(gè)問(wèn)題也是個(gè)重要問(wèn)題。如果通流量不合適，有些系統(tǒng)甚至不可能穩(wěn)定運(yùn)行。
圖3 表明了通流量過(guò)小，輸出波動(dòng)較大，系統(tǒng)難以達(dá)到理想穩(wěn)態(tài)的現(xiàn)象。
5、空行程問(wèn)題
在一定的開(kāi)度內(nèi)，調(diào)節(jié)器輸出有變化，執(zhí)行器也動(dòng)作了，可是閥門流量沒(méi)變化，這屬于空行程問(wèn)題。空行程有的是執(zhí)行器產(chǎn)生的，也有閥門產(chǎn)生的。一般的機(jī)構(gòu)都存在這個(gè)問(wèn)題。空行程一般都比較小，可以忽略?？墒侨绻^(guò)大，就不得不重視這個(gè)問(wèn)題了。
解決空行程的辦法有很多，一般都在DCS內(nèi)完成。當(dāng)然，如果執(zhí)行器和閥門能夠解決的，要以硬件解決為主。
6、線性問(wèn)題
一般來(lái)說(shuō)閥門開(kāi)度與流量的關(guān)系都成平滑的線性關(guān)系。這些線性關(guān)系包括直線型、等百分比型、拋物線型等。如果閥門使用時(shí)間長(zhǎng)，或者閥門受到損傷線性就會(huì)改變。線性問(wèn)題可以有多種解決辦法，既有參數(shù)整定的，也有控制策略的。當(dāng)然最根本的解決辦法在于對(duì)線性惡化的治理。如果是比較貴重的調(diào)速泵線性惡化，難以治理更換，那只好從調(diào)節(jié)系統(tǒng)尋找解決辦法了
還有一個(gè)普遍存在的問(wèn)題：調(diào)節(jié)閥的線性惡化這基本上是個(gè)頑疾。因?yàn)檎{(diào)節(jié)閥動(dòng)作頻繁，經(jīng)常在完全關(guān)閉和打開(kāi)之間反復(fù)波動(dòng)，相當(dāng)多的閥門線性都很不好，而且還伴隨著空行程偏大的問(wèn)題。兩個(gè)問(wèn)題加起來(lái)，給自動(dòng)調(diào)節(jié)帶來(lái)很大的困難。本站在其他技術(shù)文章會(huì)專門談到怎么從自動(dòng)控制方面解決線性惡化問(wèn)題。
7、耦合問(wèn)題
一個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)或者執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)，對(duì)另一個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，或者是兩個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)間互為干擾，產(chǎn)生直接耦合。解耦的辦法是先整定主動(dòng)干擾的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，再整定被動(dòng)系統(tǒng)。也可以在主動(dòng)干擾的輸出乘以一個(gè)系數(shù)，作為被動(dòng)干擾的前饋。
還有一種間接耦合。這個(gè)現(xiàn)象在協(xié)調(diào)控制中比較明顯：負(fù)荷與汽壓的關(guān)系是互為耦合。解決問(wèn)題的辦法有兩種：一種是互為修正前饋，這個(gè)解決辦法的應(yīng)用比較普遍，效果不是太好；更有效的辦法是整定參數(shù)，效果要比前者優(yōu)越得多，抗干擾能力也很大，可惜擅長(zhǎng)此道的人太少。
上述的七個(gè)問(wèn)題，除調(diào)節(jié)裕度、調(diào)節(jié)閥通流量無(wú)法用參數(shù)解決且只能用參數(shù)緩解以外，其他問(wèn)題都可以通過(guò)控制策略、甚至僅僅靠整定參數(shù)就可以解決。舉個(gè)例子：鍋爐蒸發(fā)量430t/h。給水執(zhí)行器平均每2min動(dòng)作1次。一次發(fā)生意外，左側(cè)主汽門突然關(guān)閉，蒸汽流量瞬間下降100t/h，負(fù)荷由130MW下降到80MW，蒸汽壓力下降1MPa。而汽包水位自動(dòng)沒(méi)有退出，波動(dòng)范圍是-49～73mm，設(shè)定值是39mm。我們的控制策略就是很簡(jiǎn)單很普遍的三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，沒(méi)有做任何修改。
作者：白志剛
