電子氣動(dòng)記錄調(diào)節(jié)器PID調(diào)節(jié)校驗(yàn)設(shè)計(jì)

滕加莊 畢學(xué)文

摘 要：通過(guò)對(duì)生產(chǎn)使用的電子氣動(dòng)調(diào)節(jié)器的PID調(diào)節(jié)校驗(yàn)設(shè)計(jì)，使得調(diào)節(jié)器的電子調(diào)節(jié)、記錄顯示、以及調(diào)節(jié)器的機(jī)械執(zhí)行三方面相互吻合，提高調(diào)節(jié)器的實(shí)際調(diào)節(jié)性能，更有利于對(duì)工藝過(guò)程參數(shù)的控制與計(jì)量，從而提高化工生產(chǎn)工藝的控制水平和產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：調(diào)節(jié)器 PID調(diào)節(jié) 校驗(yàn)設(shè)計(jì) 調(diào)節(jié)性能

中圖分類號(hào)：TH863 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）09（c）-0069-02

在化工生產(chǎn)中，儀表控制是準(zhǔn)確進(jìn)行工藝參數(shù)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，電子氣動(dòng)記錄調(diào)節(jié)器綜合了電子調(diào)節(jié)與機(jī)械調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，并對(duì)調(diào)節(jié)過(guò)程予以記錄，但該類型調(diào)節(jié)器在使用前、使用檢修的校驗(yàn)工作十分關(guān)鍵，只有良好的校驗(yàn)，才能消除電子控制回路的誤差，減小機(jī)械執(zhí)行的誤差，并使電子控制、顯示同機(jī)械調(diào)節(jié)與控制相匹配。下面以某化工廠電子氣動(dòng)記錄調(diào)節(jié)器的校驗(yàn)設(shè)計(jì)說(shuō)明對(duì)電子氣動(dòng)記錄調(diào)節(jié)器的PID調(diào)節(jié)校驗(yàn)方法。

1 電子氣動(dòng)記錄調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)與原理

該電子氣動(dòng)記錄調(diào)節(jié)器由自動(dòng)平衡電子電位計(jì)線路與比例積分微分（PID）作用的氣動(dòng)調(diào)節(jié)器組成，用來(lái)測(cè)量熱電偶的電勢(shì)，對(duì)被測(cè)溫度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。化工反應(yīng)中溫度控制是非常關(guān)鍵的，因此，該電子氣動(dòng)記錄調(diào)節(jié)器的使用前和檢修校驗(yàn)就顯得格外重要，因此，對(duì)其校驗(yàn)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。

調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)原理如1所示，結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

該電子氣動(dòng)記錄調(diào)節(jié)器使用220 V、50 Hz電源，配用EU/EA和IC熱電偶，調(diào)節(jié)比例度為0～200%，積分時(shí)間為0.1～50 min，微分時(shí)間為0.03～10 min，精度為±0.5%，靈敏度為0.15%，全刻度行程平衡時(shí)間為5 s，采用手動(dòng)、自動(dòng)、平衡和封閉四位控制，輸出壓力為0.02～0.10 MPa。

2 校驗(yàn)方法設(shè)計(jì)

2.1 測(cè)量部分的校驗(yàn)

對(duì)測(cè)量部分的校驗(yàn)，使用如圖3所示的設(shè)計(jì)校驗(yàn)回路。校驗(yàn)回路由單管壓力計(jì)、水銀溫度計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)電位計(jì)組成。

儀表采用220 V，50 Hz電源供電，輸入相應(yīng)儀表刻度50%的熱電勢(shì)（應(yīng)為冷端0℃時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)值減去水銀溫度計(jì)所示冷端溫度的電勢(shì)值），調(diào)整儀表的靈敏度和阻尼。首先調(diào)整儀表零點(diǎn)：輸入相應(yīng)儀表刻度0%的熱電勢(shì)，儀表指示應(yīng)為0%，否則進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整儀表零點(diǎn)微調(diào)螺絲使指針指示為0%的刻度上。調(diào)整零點(diǎn)微調(diào)螺絲可使指針移動(dòng)全刻度的±5%，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)零點(diǎn)微調(diào)螺絲，指針向增大方向移動(dòng)，反之亦然。

2.2 偏心調(diào)整

將比例度置于20%、積分、微分置于刻度最小值。測(cè)量指針置于50%，調(diào)整給定指針，使輸出壓力穩(wěn)定在0.06 MPa。改變比例度，由20%變化到200%，輸出壓力變化不應(yīng)該超過(guò)0.016 MPa，否則進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整方法：當(dāng)改變比例度時(shí)，輸出變化向增加的方向時(shí)，應(yīng)使偏心調(diào)整螺絲（反饋支點(diǎn)）順時(shí)針?lè)较驍Q動(dòng)，反之亦然。同時(shí)，也可以適當(dāng)調(diào)整噴嘴的初始位置，即擋板上的支點(diǎn)螺絲。一直到改變比例度輸出壓力變化不超過(guò)0.016 MPa為止。

2.3 控制點(diǎn)基本誤差校驗(yàn)

偏心調(diào)整合格后進(jìn)行控制點(diǎn)基本誤差的調(diào)整。首先將比例度置于20%、積分、微分置于刻度最小值，測(cè)量指針置于50%處，調(diào)整自動(dòng)給定旋鈕，使輸出壓力穩(wěn)定在0.06 MPa。給定指針與測(cè)量指針的偏差即為控制點(diǎn)偏差，其值不應(yīng)超過(guò)全刻度的1%，如不符可進(jìn)行調(diào)整?？刂泣c(diǎn)調(diào)整：使給定指針與測(cè)量指針在刻度50%處重合，調(diào)整控制點(diǎn)調(diào)整螺栓，使輸出壓力穩(wěn)定在0.06 MPa?？刂泣c(diǎn)調(diào)整后，將測(cè)量指針?lè)謩e給在20%、50%、80%三點(diǎn)，并分別使輸出壓力穩(wěn)定在0.03 MPa，0.06 MPa，0.8 MPa，各控制點(diǎn)偏差均不應(yīng)超過(guò)1%。

2.4 比例度校驗(yàn)

將比例度置于20%，積分、微分置于最小刻度，測(cè)量指針在刻度50%，調(diào)整給定指針，使輸出壓力穩(wěn)定在0.06 MPa。積分置于最大，比例度置于被測(cè)位置，改變給定指針到規(guī)定的分度，觀察輸出壓力的變化，并按下式計(jì)算出實(shí)際比例度：

%

式中：為測(cè)量指針相對(duì)給定指針位移、以滿刻度的百分?jǐn)?shù)（%）表示。

為位移時(shí)，輸出壓力變化值占最大變化值（0.08 MPa）的百分?jǐn)?shù)。

給定指針移動(dòng)的規(guī)定分度：

被測(cè)比例度：10%～40%時(shí)，移動(dòng)全刻度的5%；

40%～100%時(shí)，移動(dòng)全刻度的15%～25%；

100%～200%時(shí)，移動(dòng)全刻度的25%～40%。

可把給定偏差信號(hào)換算成每變化1 ℃折合的輸入壓力值。例如：200～600 ℃刻度，測(cè)量范圍400℃，壓力0.02～0.10 MPa，則每變化1℃折合輸入壓力值為0.0002 MPa/℃。此時(shí)，可用氣動(dòng)單元組合儀表的計(jì)算方法求得實(shí)際比例度為：

%

式中：為給定指針相對(duì)測(cè)量移動(dòng)的偏差折合的壓力值；

為輸出壓力的變化值。

2.5 積分時(shí)間校驗(yàn)

將比例度置于20%，積分、微分時(shí)間置于刻度最小值，使測(cè)量指針與給定指針在刻度50%處重合，使輸出壓力穩(wěn)定在0.06 MPa。積分時(shí)間置于最大，調(diào)整測(cè)量指針，使輸出壓力變化0.01 MPa（上升或下降都可），記錄電位計(jì)的信號(hào)變化值。重復(fù)前面方法使輸出穩(wěn)定在0.06 MPa，迅速改變測(cè)量信號(hào)到 0.01 MPa，輸出壓力由0.06 MPa變化到 0.01 MPa，（上升或下降）時(shí)開(kāi)動(dòng)秒表，在輸出壓力繼續(xù)均勻變化0.01 MPa（上升或下降）時(shí)停秒表。此時(shí)間即為實(shí)際積分時(shí)間。其實(shí)際積分時(shí)間與刻度時(shí)間誤差不應(yīng)超過(guò)±30%。如超差，可調(diào)整撥桿上偏心螺釘。

2.6 微分時(shí)間校驗(yàn)

2.6.1 微分放大倍數(shù)測(cè)量

比例度置于20%、積分、微分時(shí)間置于最小，在刻度50%處，測(cè)量指針和給定指針重合，即給定壓力P給1和測(cè)量壓力P測(cè)1均為0.02 MPa。將積分、微分置于最大，撥動(dòng)給定指針使輸出壓力穩(wěn)定在0.09 MPa（記為P給2）。將測(cè)量回路微分閥置于最小，調(diào)節(jié)其輸出壓力由0.09 MPa下降到0.03 MPa即P測(cè)2調(diào)整為0.03 MPa。此時(shí)可求微分放大倍數(shù)Kd：

2.6.2 微分時(shí)間測(cè)量

比例度置于20%、積分、微分時(shí)間置于最小，在刻度50%處，測(cè)量指針和給定指針重合，輸出壓力穩(wěn)定在0.02 MPa。將積分、微分置于最大，撥動(dòng)給定指針使輸出壓力穩(wěn)定在0.09 MPa（即P2）。開(kāi)動(dòng)秒表，使輸出壓力由0.09 MPa下降到0.030 MPa停秒表，測(cè)得時(shí)間常數(shù)T，則微分時(shí)間：

Td=Kd﹒T

微分時(shí)間的誤差為±30%，超差可調(diào)整撥桿上的偏心螺絲。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)電子氣動(dòng)記錄調(diào)節(jié)器的基本誤差校驗(yàn)、比例度校驗(yàn)、積分和微分時(shí)間校驗(yàn)，使調(diào)節(jié)器的指示與調(diào)節(jié)器的實(shí)際運(yùn)行調(diào)節(jié)量變化相互匹配，提高了調(diào)節(jié)器的使用控制精度。由于該溫度記錄調(diào)節(jié)器的校驗(yàn)效果好，提高了工藝生產(chǎn)的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量。

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