PID手動設(shè)定值在古縣飛龍煤化有限公司密控系統(tǒng)中的應(yīng)用

龐慶樓 呂龐亮 張波

0.概述

古縣飛龍煤化有限公司位于古縣縣城北3km里處的岳陽鎮(zhèn)辛莊村，占地面積124畝，工業(yè)建筑面積1萬余平?，F(xiàn)有職工300余人。廠區(qū)外與沁洪線省級公路相接，經(jīng)縣城東南18km到舊縣鎮(zhèn)可達309國道，向南25km可達洪洞縣，經(jīng)洪洞縣與南同薄鐵路，大（同）——運（城）高速公路及霍（州）——侯（馬）一級公路相接，交通便利。

古縣飛龍煤化有限公司是沈煤集團域外發(fā)展的洗煤企業(yè)，為壯大主業(yè)、發(fā)展經(jīng)濟、合理開發(fā)煤炭資源深加工，起到至關(guān)重要的作用，是山西遼煤礦業(yè)有限公司經(jīng)濟效益的重要增長點。沈煤晉遼公司于2009年12月9日收購，2010年12月對原廠進行改擴建，引進和采用先進的生產(chǎn)工藝，對生產(chǎn)之各布局進行合理更新， 2011年3月份建成年入洗原煤150萬噸的重介洗煤廠.日處理原煤6775.8t，小時處理原煤338.79t；然而洗煤廠車間控制系統(tǒng)與目前國內(nèi)先進洗煤廠差距較大，主要體現(xiàn)在信息化、綜合自動化水平；監(jiān)測監(jiān)控水平；目前，我國現(xiàn)代化選煤廠大都實現(xiàn)了基于可編程邏輯控制器（PLC） 的選煤廠集中控制，同時在跳汰、重介、浮選系統(tǒng)中也實現(xiàn)了過程控制的功能，部分選煤廠信息管理也由于計算機網(wǎng)絡(luò)的引入實現(xiàn)了信息共享，重介技術(shù)逐漸占據(jù)主要市場；因此，為了完成洗煤廠設(shè)計的生產(chǎn)目標，重介密度控制系統(tǒng)需要有一套完整的自動檢測、自動調(diào)節(jié)、遠方操作、工藝訊號系統(tǒng)，完成生產(chǎn)過程中各項物理參數(shù)（如密度、閥位、壓力）的顯示，報警和調(diào)節(jié)，以保障生產(chǎn)過程運行可靠性、穩(wěn)定性與連續(xù)性。

1.改造方案

重介系統(tǒng)中產(chǎn)品的灰分與密度密切聯(lián)系，密度不穩(wěn)定的波動都會對灰分產(chǎn)生較大影響，從而影響產(chǎn)品的質(zhì)量。重介系統(tǒng)理想狀態(tài)下是一個封閉的循環(huán)系統(tǒng)，但由于實際生產(chǎn)中跑、冒、滴、漏現(xiàn)象不可避免的發(fā)生和產(chǎn)品帶走的循環(huán)水和介質(zhì)，這些因素都會對系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成一定的影響，所以要想使系統(tǒng)密度保持一個相對穩(wěn)定狀態(tài)需對系統(tǒng)分流作業(yè)來進行控制。分流閥的作用是當系統(tǒng)密度增高通過分流介質(zhì)到磁選機使系統(tǒng)密度下降，工業(yè)現(xiàn)場中一般用執(zhí)行器配上閥門，通過控制閥門的開度對分流管道的流量進行控制，以達到密度的穩(wěn)定。

2.控制原理

圖1

分流自動控制主要由密度計、分流執(zhí)行器、閥開度調(diào)節(jié)模塊、可編程邏輯控制器（PLC）形成控制回路系統(tǒng)，通過軟件中的PID來調(diào)節(jié)分流閥的開度。

在PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，其過程控制方式就是將被測量如溫度、壓力、流量、水位、密度等，由傳感器變成統(tǒng)一的標準信號送入調(diào)節(jié)器，在調(diào)節(jié)器中，與給定值進行比較，然后把比較出的差值進行PID 運算。密度控制系統(tǒng)是把密度計的測量值送入可編程邏輯控制器（PLC），其值和洗煤設(shè)定的密度值進行比較，如果比較值大于設(shè)定的誤差值，可編程邏輯控制器（PLC）通過PID 就會產(chǎn)生一個輸出信號對分流執(zhí)行器閥門開度進行控制，從而通過控制分流閥的開度對密度進行調(diào)節(jié)。可編程邏輯控制器采用西門子S7-400，編程軟件采用STEP7，其PID梯形圖如上。

圖1中DB3.DBD912為密度測量值、DB3.DBD106為密度設(shè)定值、P_SEL為比例（P） 控制、I_SEL 為積分（I） 控制、DEADB_W 為死區(qū)、LMN_HLM 為分流上限值、LMN_LLM 為閥分流下限值，DB3.DBD992 為閥門開度控制值。

控制原理為：密度測量值與密度設(shè)定值進行比較，其偏差如果大于死區(qū)，則PID自動控制閥門開度，其中：

LMN_P=GAIN*e（t）；即比例作用項P。

LMN_I=GAIN*e（t）*T/TI；即積分作用項I。

LMN_D=GAIN*e（t）*TD/T；即微分作用項D。

公式中，T=采樣時間；e（t）=偏差值；TI=積分時間。

TD =微分時間；GAIN=比例增益。

e（t）=SP（t）-PV（t）。

OUT（t）=GAIN*e（t）*（1+* T/TI+TD/T）或 OUT（t）

=LMN_P+LMN_I+LMN_D

由此可知，PID 的運算輸出是OUT（t）是比例作用項P（LMN_P）、積分作用項I（LMN_I），和微分作用項D（LMN_D）三項同時作用的總和。

I參數(shù)越大，積分作用越弱，而D 參數(shù)越大，微分作用越強。

從現(xiàn)場的實際應(yīng)用情況來看，通過采用PID 對密度進行控制發(fā)現(xiàn)密度實際測量值在密度設(shè)定值上下進行波動，當波動在設(shè)定的死區(qū)范圍內(nèi)時，PID值保持不變，當波動超出范圍時，PID值會發(fā)生比較大幅度變化，從而導致調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)比較大的變化，因而在一次跳到穩(wěn)定時需要較長時間，閥門在這段時間內(nèi)不斷改變開度，會造出閥門電機過熱現(xiàn)象，觀察發(fā)現(xiàn)PID 調(diào)節(jié)參數(shù)中可以設(shè)定手動值參數(shù)，那么通過適當方式加入手動值是否能解決延遲問題，通過這個思路決定在PID 中加入手動值調(diào)節(jié)。

下面對PID 系統(tǒng)進行了改進如圖2：

圖2

其原理為：圖2 中首先對密度測量值與密度設(shè)定值進行比較，如果比較偏差在死區(qū)范圍內(nèi)，則啟動PID 手動值功能，在圖1 中加入手動值設(shè)定MAN，當偏差在死區(qū)范圍內(nèi)則開度的控制由手動值來控制，其手動值可根據(jù)實際情況進行設(shè)定，當偏差在死區(qū)范圍外則由PID 進行自動控制。

3.改造結(jié)果

由于在PID 控制中加入了手動值，使密度測量值（下轉(zhuǎn)第85頁）（上接第6頁）剛進入死區(qū)時閥門的開度就根據(jù)設(shè)定的手動值進行了調(diào)整，當密度測量值偏離死區(qū)時，閥門開度從手動值開始進行調(diào)整，手動值的加入使PID 產(chǎn)生了一個預(yù)判，有效控制分流水量的調(diào)節(jié)，既保護了閥門也有利于密度控制效果。

在重介洗選過程中加入了密度PID控制，使分流閥開度根據(jù)檢測的密度值自動進行調(diào)整，當檢測介質(zhì)密度高時，PID自動整定進行打開閥門動作，可以有效控制分流量，對產(chǎn)品的產(chǎn)率有一定的提高。

洗煤廠密控系統(tǒng)需根據(jù)煤質(zhì)、生產(chǎn)工藝進行適當?shù)恼{(diào)節(jié)，具體問題具體分析，根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)，這樣洗煤的效果是最佳的。