空分产品放空-供气自动调节的PID控制方法 空分产品放空-供气自动调节的PID控制方法

空分产品放空-供气自动调节的PID控制方法

  • 期刊名字:现代科技(现代物业下旬刊)
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  • 论文作者:吴江
  • 作者单位:珠海共同机械设备有限公司
  • 更新时间:2020-03-23
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论文简介

2009年第8秦第7(恶第123)←技术创新空分产品放空一供气自动调节的PID控制方法吴江(珠海共同机械设备有限公司,广东珠海519090)摘要:本文使用一种分段控制方法,将空分产品管线的放空、供气阀门使用同一PD模块进行电流分段控制,从而解决了两阀门相关性问题,降低了控制成本,简化了控制难度关键词:PID控制;空分;供气;流量控制Abstract: This paper intruduce a segmentation control method to control the automatic vent and supply valves of Air SeparationUnit. This method can settle the problem of correlativity during the control of these two vavles and make the control system simplerKey words: PID Control; Air Separation Unit; Gas Supply; Flux Control中图分类号:TG1556文献标识码:A文章编号:1671-8089(2009)07-0082-02、引言存在稳态误差则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系在工程实际中,应用最为广泛的调节器控制规律为比例积统( System with Steady.- state Error)。为了消除稳态误差在控制分、微分控制简称PID控制,又称PID调节。PD控制是工业自器中必须引人“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分,随着动化控制中最为常见的一种反馈控制,它广泛应用于化工系统的时间的增加积分项会增大。这样,即便误差很小,积分项也会随各类单反馈、单输出控制。着时间的增加而加大,它推动控制器的输出增大使稳态误差进一在空分产品中供气管道经常会遇到诸如用户使用气量不均步减小,直到等于零。因此比例+积分(P)控制器,可以使系统在匀导致的压力波动,从而导致精馏塔压力波动而影响工况的情进入稳态后无稳态误差。况通常解决此类问题的方法是使用PD控制器,但由于一般产3微分(D)控制。在微分控制中控制器的输出与输入误差品管线都有产品放空以及产品供气两个自动阀门,且两只阀门相信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。自动控制系统在克服关性较大,如果对两只阀门分别使用PD控制控制难度相当大。误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在二、常规PD控制有较大惯性组件(环节)或有滞后( delay)组件,具有抑制误差的PD控制器问世至今已有近70年历史,它以其结构简单、稳作用,其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当的作用的变化“超前”,即在误差接近零时,抑制误差的作用就应被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到柿确的数学模型该是零。这就是说在控制器中仅引人“比例”项往往是不够的,比时控制理论的其它技术难以采用时,系统控制器的结构和参数例项的作用仅是放大误差的幅值,而目前需要增加的是“微分必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用PD控制技术最为方项”,它能预测误差变化的趋势,这样,其有比例+微分的控制器,便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象[或不能通过有效就能够提前使抑制误差的控制作用等于零甚至为负值从而避的测量手段来获得系统参数时最适合用PID控制技术。PD控免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象,制实际中也有P和PD控制。PD控制器就是根据系统的误差,比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的在空分设备中,通常使用的控制方式是PID闭环控制系统。参考输人闭环控制系统( closed- -loop control system)的特点是系统被PD控制器一被控对象控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出,形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈,若反馈信号与系统给定值信号相反,则称为负反馈( Negative Feedback),若极反馈信号性相同,则称为正反馈,一般闭环控制系统均采用负反馈,又称负反馈控制系统。图1PID控制逻辑模型三、PD系统在产量控制中的应用1、比例(P)控制。比例控制是一种最简单的控制方式。其控制1、控制系统需求。空气分离设备是一种利用空气不同成分沸器的输出与输人误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输点不同而使氧气氮气、氩气分离的装置。在空分系统中常规的出存在稳态误差( Steady- state error)产品气体一般分为氧气和氮气,而这两种气体都是来自精馏塔2积分(1)控制。在积分控制中控制器的输出与输入误差信中。由于精馏塔的精馏过程需要稳定的压力和温度这就要求产号的积分成正比关系。对一个自动控制系统如果在进入稳态后品气管线保持相对恒定的设计流量。然而对于下游用气产线很2009年第8第7期(恶第123期)多时候产品气的使用又有着不规律性(即存在使用波峰与波谷)。如果V>=50,AO=100,AO2=(V-50)×2因此在产品管线,一般会设置两个自动调节阀门,一个用于放空这样,假设初始值v=0,AI值小于设定值ST,PD系统会自另一个用于供气,这样就能在下游产线需要大量气体时(波峰)关动增大V此时氮气供气阀开始打开不断调节流量。当V增大到小放空阀开大供气阀,而在下游产线需要少量气体时(波谷)关50时,如果AI值仍然小于ST则说明下游产线需求较少,供气阀小供气阀开大放空阀以保证管线流出精馏塔的气量相对恒定。全开仍然不能将流量用完此时由于V>50氮气放空阀会逐渐打此时的操作原则是保证供气原则即在流量偏低的时候优先开大开,进行氮气放空保持系统稳定。相反,当A大于ST时PID系供气阀,当供气阀全开时如果流量仍然低于设定值则开始开大统会逐渐减小V值这样在V>50的情况下放空阀逐渐关闭,当放空阀;而当流量高于设定值时先关闭放空阀,当放空阀全关V-50时放空阀全关供气阀全开,此时如果A仍然大于ST,时,如果流量仍然高于设定值,再逐渐关小供气阀。V继续减小,相当于系统开始关小供气阀直至两阀全关。此方法由于是两个阀门分开控制,而两个阀门都与流量有相关性,由于是纯数字运算,并没有模拟量参与,所以不存在由于一个因此如果采用两个PD控制器分别控制两个阀门,会由于影响被PID控制器控制两个阀门而导致的控制精度减半的问题控参数的因素不唯一而导致控制逻辑紊乱。而要消除这些相关性Al需要做大量的辅助判断,不但使控制程序非常复杂,而且大大增加了出错的叮能。2、解决方案。为解决此问题我们一般采用分段控制的方法采用一个PD控制器,对于同一个反馈来源设置一个虚拟的输PD控制器出,对于此虚拟输出做出判断,选择受控阀门,并作出计算将计算结果分别输入相应阀门控制器,实现控制这样既解决了相关性问题,也减少了以个PID控制器的使用,节约了成本3、实例。下面笔者以一个实际项目为例进行说明。本项目是珠海共同机械设备有限公司给印尼石油公司配套的高纯氮+液化V>50?装置项目,项目整体控制系统采用西门子PC+上位机的准DCS控制系统,在PLC的选择上使用了西门子S7-200。CPU226+EM23+EM235*5+ADAM4017*4的模块配置,系统Aol=Vx2A02=(V-50)2中共计DB2个,DO32个,AI52个,AO5个,其中的一个A用于氮气流量显示,两个AO(这里记为AO1,AO2)用于对氮气供气阀图3控制原理图门以及氮气放空阀们的控制,CPU226的一个PD控制回路用于至此,控制逻辑结束,但由于实际情况中,AO1氮气供气阀是对氮气流量的PD控制。下图为控制系统的系统配置图。气开阀即随着AO1值增大,供气阀开度逐渐增大;而AO2氮气操作蛄员放空阀为气关阀,随AO2值增大,放空阀的开度反而会逐渐减喷墨打印机小。为解决这个问题,我们在系统中增加了一个简单的运算:F485AO2-R=100-AO2这样,实际的两个输出缓冲器为AO1以及AO2-R,解决问题4、调试结果。在将控制逻辑程序写好下载入PLC以及上位机后我们对氮气流量控制进行了PD参数调试调试结果表明,在PID参数调整结束后流量曲线较为平滑没有出现大的波动而在流量变化时,阀门相应较为迅速并没有出现预计可能出现的精度减半问题四、结语在空分系统中对产品气的控制看似问题较小,其实一旦控制不力会导致整个精馏工况紊乱直至崩溃,上文的控制方法较好的解决了产品气放空阀和供气阀的相互配合问题,并节约了成现场仪表现场仪丧本。该控制方式在我公司印尼项目2007年投产使用至今,系统一图2系统配置图切正常。在这个PID系统中输入反馈信号为AI,我们首先采用一个内部变量V作为输出信号然后将输出信号Ⅴ一份为二分别将参考文献:前一半信号经过处理赋予供气阀(A01),而后一半信号处理后赋[]S7-200可编程逻样控制器系统手册西门子公司,2007予(AO2)。即假设v的范围是0-100,AOI,AO2的调节范围也是[2]张运刚,宋小春郭武强从入门到精通:西门子S7-200100,则PLC技术与应用人民邮电出版社,2007如果<50,AOl=Vx2,AO2=0[3]俞金寿,蒋慰孙过程控制工程电子工业出版社,2007

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