如何在煙草行業(yè)中應(yīng)用PID控制技術(shù)`

摘要：面對著激烈的市場競爭，煙草行業(yè)的發(fā)展面臨著嚴(yán)峻的形式，實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)已經(jīng)是大勢所趨，而在自動化生產(chǎn)的過程中，如何運(yùn)用新技術(shù)，優(yōu)化生產(chǎn)流程，提高生產(chǎn)效率已經(jīng)成為擺在煙草行業(yè)面前的發(fā)展難題。本文中，筆者著重探究了PID控制技術(shù)在煙草行業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用問題，希望能對煙草行業(yè)的發(fā)展起到一定的積極作用。

關(guān)鍵詞：煙草 PID控制 原理 預(yù)置 應(yīng)用

PID：Proportional Integral Derivative，比例、積分、微分控制。PID控制器是實(shí)際工業(yè)控制過程中應(yīng)用最廣泛、最成功的一種控制方法。對偏差信號e（t）進(jìn)行比例、積分和微分運(yùn)算變換后形成的一種控制規(guī)律。比例、積分、微分作用可根據(jù)需要進(jìn)行不同組合，如 P控制、PI控制、PD控制、PID控制。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，PID控制算法占85%～90%。PID控制技術(shù)原理簡單，使用方便，它適應(yīng)性強(qiáng)，可以廣泛應(yīng)用于化工、熱工、冶金、煉油以及造紙、建材等各種生產(chǎn)部門，并且魯棒性強(qiáng)，即其控制品質(zhì)對被控對象特性的變化不大敏感，對模型依賴少，按 PID控制進(jìn)行工作的自動調(diào)節(jié)器早已商品化。

1.PID控制的原理和特點(diǎn)

PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。當(dāng)我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。PID是一種線性控制器，它根據(jù)給定值rin（t）與實(shí)際輸出值yout（t）構(gòu)成控制方案： PID的控制規(guī)律為：

PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。 PID控制器各校正環(huán)節(jié)的作用是：比例環(huán)節(jié)，成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號e（t），偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減小偏差；積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時間常數(shù)T，T越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)；微分環(huán)節(jié)，反映偏差信號的變化趨勢，并能在偏差信號變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調(diào)節(jié)時間。

在過程控制中，絕大部分都采用 PID控制。例外的情況有兩種。一種是被控對象易于控制而控制要求又不高的，可以采用更簡單的開關(guān)控制方式。另一種是被控對象特別難以控制而控制要求又特別高的情況，這時如果 PID控制難以達(dá)到生產(chǎn)要求就要考慮采用更先進(jìn)的控制方法。

2.P /I/ D參數(shù)的預(yù)置研究

比例增益 。變頻器的 PID功能是利用目標(biāo)信號和反饋信號的差值來調(diào)節(jié)輸出頻率的，一方面，我們希望目標(biāo)信號和反饋信號無限接近，即差值很小，從而滿足調(diào)節(jié)的精度：另一方面，我們又希望調(diào)節(jié)信號具有一定的幅度，以保證調(diào)節(jié)的靈敏度。解決這一矛盾的方法就是事先將差值信號進(jìn)行放大。比例增益 P就是用來設(shè)置差值信號的放大系數(shù)的。任何一種變頻器的參數(shù)P都給出一個可設(shè)置的數(shù)值范圍，一般在初次調(diào)試時，P可按中間偏大值預(yù)置.或者暫時默認(rèn)出廠值，待設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時再按實(shí)際情況細(xì)調(diào)。

積分時間。比例增益 P 越大，調(diào)節(jié)靈敏度越高，但由于傳動系統(tǒng)和控制電路都有慣性，調(diào)節(jié)結(jié)果達(dá)到最佳值時不能立即停止，導(dǎo)致“超調(diào)”，然后反過來調(diào)整，再次超調(diào)，形成振蕩。為此引入積分環(huán)節(jié)I，其效果是，使經(jīng)過比例增益P放大后的差值信號在積分時間內(nèi)逐漸增大 或減小 ，從而減緩其變化速度，防止振蕩。但積分時間I太長，又會當(dāng)反饋信號急劇變化時，被控物理量難以迅速恢復(fù)。因此，I的取值與拖動系統(tǒng)的時間常數(shù)有關(guān)：拖動系統(tǒng)的時間常數(shù)較小時，積分時間應(yīng)短些；拖動系統(tǒng)的時間常數(shù)較大時，積分時間應(yīng)長些。

微分時間。微分時間D是根據(jù)差值信號變化的速率，提前給出一個相應(yīng)的調(diào)節(jié)動作，從而縮短了調(diào)節(jié)時間，克服因積分時間過長而使恢復(fù)滯后的缺陷。D的取值也與拖動系統(tǒng)的時間常數(shù)有關(guān)：拖動系統(tǒng)的時間常數(shù)較小時，微分時間應(yīng)短些；反之，拖動系統(tǒng)的時間常數(shù)較大時， 微分時間應(yīng)長些。

P/I/D 參數(shù)的預(yù)置是相輔相成的，運(yùn)行現(xiàn)場應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行如下細(xì)調(diào)：被控物理量在目標(biāo)值附近振蕩，首先加大積分時間 I，如仍有振蕩，可適當(dāng)減小比例增益P。被控物理量在發(fā)生變化后難以恢復(fù)，首先加大比例增益 P，如果恢復(fù)仍較緩慢，可適當(dāng)減小積分時間 I，還可加大微分時間 D。

3.PID控制在煙草生產(chǎn)中的應(yīng)用

現(xiàn)在的PID控制在煙草行業(yè)的應(yīng)用大部分是多閉環(huán)控制，解決了料頭料尾及生產(chǎn)過程中內(nèi)在質(zhì)量的不穩(wěn)定現(xiàn)象，把外界干擾因素對生產(chǎn)所造成的影響降到最低。在生產(chǎn)過程中，由于來自外界的各種擾動不斷產(chǎn)生，要想達(dá)到現(xiàn)場控制對象值保持恒定的目的，控制作用就必須不斷的進(jìn)行。若擾動出現(xiàn)使得現(xiàn)場控制對象值發(fā)生變化，現(xiàn)場檢測元件就會將這種變化記錄并傳送給PID控制器，改變過程變量值，經(jīng)變送器送至PID控制器的輸入端，并與其給定值進(jìn)行比較得到偏差值，調(diào)節(jié)器按此偏差并以我們預(yù)先設(shè)定的整定參數(shù)控制規(guī)律發(fā)出控制信號，去改變調(diào)節(jié)器的開度，使調(diào)節(jié)器的開度增加或減少，從而使現(xiàn)場控制對象值發(fā)生改變，并趨向于給定值，以達(dá)到控制目的。這里主要以制絲生產(chǎn)線RCC回潮機(jī)為例，著重介紹現(xiàn)在PID控制在煙草行業(yè)中的應(yīng)用。RCC的出口水份如何控制呢，RCC的功能是在一定的溫度下，根據(jù)要求對煙絲進(jìn)行再回潮，回潮后的煙絲水份就是烘絲系統(tǒng)HXD入口煙絲的水份，這個水份的穩(wěn)定性如何將直接影響HXD的出口水份，所以控制好RCC出口水份，是HXD出口水份穩(wěn)定的前提。

RCC的加水PID控制是先根據(jù)公式算出初始的加水量L0，其公式是：L0=煙絲流量*[（100-入料水份設(shè)定值）/（100 - 出口水份設(shè)定值 + 噴射蒸汽含水率）]-煙絲流量

當(dāng)RCC出口的水分儀檢測到煙絲實(shí)際水份與出口水份設(shè)定值有偏差時，控制器輸入端對偏差值經(jīng)過對L0進(jìn)行修正，修正值為L1，即過程加水量的設(shè)定值為L=L0+L1。而PID控制器根據(jù)由流量變送器傳來的實(shí)際流量值，發(fā)出控制信號去調(diào)節(jié)氣動閥的開度，解決了現(xiàn)場擾動因素，保證實(shí)際加水量趨向于過程加水量的設(shè)定值，從而確保了煙絲出口水分的穩(wěn)定性。

隨著社會的發(fā)展，人們對煙草質(zhì)量的要求越來越高，需求量也是越來越大，社會對煙草企業(yè)的發(fā)展要求也是越來越高。控制卷煙產(chǎn)品感官質(zhì)量的穩(wěn)定性，不僅要在原料上保證配方的準(zhǔn)確性，而且要保證加工過程工藝參數(shù)的穩(wěn)定。煙草生產(chǎn)線上采用了大量的PID參與控制，在安全、節(jié)能、環(huán)保、穩(wěn)定生產(chǎn)、改善勞動條件、提高產(chǎn)品的產(chǎn)、質(zhì)量等方面都有非常重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：河北盧龍人 （1980-6-， 燕山大學(xué)，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)，研究方向，電氣自動化控制。