PID手动设定值在古县飞龙煤化有限公司密控系统中的应用

庞庆楼 吕庞亮 张波

0.概述

古县飞龙煤化有限公司位于古县县城北3km里处的岳阳镇辛庄村，占地面积124亩，工业建筑面积1万余平。现有职工300余人。厂区外与沁洪线省级公路相接，经县城东南18km到旧县镇可达309国道，向南25km可达洪洞县，经洪洞县与南同薄铁路，大（同）——运（城）高速公路及霍（州）——侯（马）一级公路相接，交通便利。

古县飞龙煤化有限公司是沈煤集团域外发展的洗煤企业，为壮大主业、发展经济、合理开发煤炭资源深加工，起到至关重要的作用，是山西辽煤矿业有限公司经济效益的重要增长点。沈煤晋辽公司于2009年12月9日收购，2010年12月对原厂进行改扩建，引进和采用先进的生产工艺，对生产之各布局进行合理更新， 2011年3月份建成年入洗原煤150万吨的重介洗煤厂.日处理原煤6775.8t，小时处理原煤338.79t；然而洗煤厂车间控制系统与目前国内先进洗煤厂差距较大，主要体现在信息化、综合自动化水平；监测监控水平；目前，我国现代化选煤厂大都实现了基于可编程逻辑控制器（PLC） 的选煤厂集中控制，同时在跳汰、重介、浮选系统中也实现了过程控制的功能，部分选煤厂信息管理也由于计算机网络的引入实现了信息共享，重介技术逐渐占据主要市场；因此，为了完成洗煤厂设计的生产目标，重介密度控制系统需要有一套完整的自动检测、自动调节、远方操作、工艺讯号系统，完成生产过程中各项物理参数（如密度、阀位、压力）的显示，报警和调节，以保障生产过程运行可靠性、稳定性与连续性。

1.改造方案

重介系统中产品的灰分与密度密切联系，密度不稳定的波动都会对灰分产生较大影响，从而影响产品的质量。重介系统理想状态下是一个封闭的循环系统，但由于实际生产中跑、冒、滴、漏现象不可避免的发生和产品带走的循环水和介质，这些因素都会对系统的稳定性造成一定的影响，所以要想使系统密度保持一个相对稳定状态需对系统分流作业来进行控制。分流阀的作用是当系统密度增高通过分流介质到磁选机使系统密度下降，工业现场中一般用执行器配上阀门，通过控制阀门的开度对分流管道的流量进行控制，以达到密度的稳定。

2.控制原理

图1

分流自动控制主要由密度计、分流执行器、阀开度调节模块、可编程逻辑控制器（PLC）形成控制回路系统，通过软件中的PID来调节分流阀的开度。

在PID调节系统中，其过程控制方式就是将被测量如温度、压力、流量、水位、密度等，由传感器变成统一的标准信号送入调节器，在调节器中，与给定值进行比较，然后把比较出的差值进行PID 运算。密度控制系统是把密度计的测量值送入可编程逻辑控制器（PLC），其值和洗煤设定的密度值进行比较，如果比较值大于设定的误差值，可编程逻辑控制器（PLC）通过PID 就会产生一个输出信号对分流执行器阀门开度进行控制，从而通过控制分流阀的开度对密度进行调节。可编程逻辑控制器采用西门子S7-400，编程软件采用STEP7，其PID梯形图如上。

图1中DB3.DBD912为密度测量值、DB3.DBD106为密度设定值、P_SEL为比例（P） 控制、I_SEL 为积分（I） 控制、DEADB_W 为死区、LMN_HLM 为分流上限值、LMN_LLM 为阀分流下限值，DB3.DBD992 为阀门开度控制值。

控制原理为：密度测量值与密度设定值进行比较，其偏差如果大于死区，则PID自动控制阀门开度，其中：

LMN_P=GAIN*e（t）；即比例作用项P。

LMN_I=GAIN*e（t）*T/TI；即积分作用项I。

LMN_D=GAIN*e（t）*TD/T；即微分作用项D。

公式中，T=采样时间；e（t）=偏差值；TI=积分时间。

TD =微分时间；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 的运算输出是OUT（t）是比例作用项P（LMN_P）、积分作用项I（LMN_I），和微分作用项D（LMN_D）三项同时作用的总和。

I参数越大，积分作用越弱，而D 参数越大，微分作用越强。

从现场的实际应用情况来看，通过采用PID 对密度进行控制发现密度实际测量值在密度设定值上下进行波动，当波动在设定的死区范围内时，PID值保持不变，当波动超出范围时，PID值会发生比较大幅度变化，从而导致调节阀出现比较大的变化，因而在一次跳到稳定时需要较长时间，阀门在这段时间内不断改变开度，会造出阀门电机过热现象，观察发现PID 调节参数中可以设定手动值参数，那么通过适当方式加入手动值是否能解决延迟问题，通过这个思路决定在PID 中加入手动值调节。

下面对PID 系统进行了改进如图2：

图2

其原理为：图2 中首先对密度测量值与密度设定值进行比较，如果比较偏差在死区范围内，则启动PID 手动值功能，在图1 中加入手动值设定MAN，当偏差在死区范围内则开度的控制由手动值来控制，其手动值可根据实际情况进行设定，当偏差在死区范围外则由PID 进行自动控制。

3.改造结果

由于在PID 控制中加入了手动值，使密度测量值（下转第85页）（上接第6页）刚进入死区时阀门的开度就根据设定的手动值进行了调整，当密度测量值偏离死区时，阀门开度从手动值开始进行调整，手动值的加入使PID 产生了一个预判，有效控制分流水量的调节，既保护了阀门也有利于密度控制效果。

在重介洗选过程中加入了密度PID控制，使分流阀开度根据检测的密度值自动进行调整，当检测介质密度高时，PID自动整定进行打开阀门动作，可以有效控制分流量，对产品的产率有一定的提高。

洗煤厂密控系统需根据煤质、生产工艺进行适当的调节，具体问题具体分析，根据实际情况调节参数使系统达到稳定状态，这样洗煤的效果是最佳的。