PID在台车炉控温中的应用

摘 要 针对台车炉热处理性变化较大，各工艺段温度较难控制，如在高温和低温或加热和制冷时特性的不同，采用分段PID参数控制。并在温度变化较大时采用限幅控制。实际运用中发现效果良好，达到控制精度的要求。

关键词 台车炉；分段PID参数；限幅控制

中图分类号TP27 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）64-0081-01

0 引言

台车炉主要供各类金属结构件和其它机件进行热处理之用。根据各类热处理件的不同，对控温精度和炉温均匀性有不同的要求。在实际应用中经常接触到控温精度要求在±5℃以内，有效工作区温度场均匀性在±10℃以内的炉子。这样往往对现场调试人员具有很高的要求。

1 自控系统

自动控制系统是采用由上位机、智能控制仪表（包括温度控制仪、温度检测仪和压力控制仪表等）和可编程控制器（PLC）组成。控温方式采用多区段程序分区控制，采用具有与智能温控仪表相连接的调温、高速时间比例控制燃烧器方式控制加热，具备手动和自动点火功能，并对火焰进行检测，各区主控仪表与上位机进行双向通信。原则上所有工艺的控制参数设定由上位机来完成，但作为直接控制装置的可编程控制器也要求自身具备同时对温度和时间统一编程的功能，具备独立的温度、时间的设定和测量显示功能。当上位机发生故障时，各区温度主设定控制可独立的完成工艺自动控制。烧嘴采用天然气亚高速烧嘴。通过实际炉温信号及各烧嘴控制器返回的实际工作状态信号，经过计算处理，输出控制各个烧嘴的启动停止以及工作时间。

智能温控仪表的控制功能主要由控制算法来实现，可输入各种控温信号，往往本身具有PID模块，可以对炉内温度进行PID调节，从而使炉膛内温度达到控制要求。PID就是比例微分积分的简称，由于其原理简单，可靠性高，在现代工业控制领域被广泛的应用，调节这三个参数的值就可以调节系统的性能。比例参数主要是调节系统的响应快慢，它的值越大达到设定值的速度就会越快，越小则越慢。比例的值越大则响应速度越快，虽然达到设定值的速度会变快，但是往往会出现冲过头的现象。 为了消除这种现象的发生，我们就会用到积分。积分主要是调节系统到达设定值后的稳定性，它的值越大则稳定性就越好，但是所有的事物都是有两面性的，越稳定说明要改变设定值就会需要更长的时间来反应。为了使设定值变化后改变的更快，在控制系统中又加入了微分。微分值越大，稳定后设定值改变变化的就越快。三个参数相互影响相互制约，一般都是先调节比例然后在加入积分，最后是微分。

2 分段PID参数

但常规PID控制也有许多不足之处，最突出的一点就是有关PID参数的问题。首先，常规PID无自适应能力。PID控制器的参数必须相对于某一模型已知、系统参数已知的系统。而且PID参数一旦整定完毕，便只能固定地实用于一种工况。但实际的大多数生产过程都具有非线性，且特性随时间的变化而变化，显然固定的一组参数是不能满足这种变化的。其次，常规PID的参数只能为满足生产过程控制目标的某一方面要求而整定的。而之中人们要求的“设定值跟踪特性”和“干扰抑制特性”却往往满足不了要求，使控制效果达不到最佳

物件的热处理工艺曲线基本上都是由升温、保温和降温3种形式来组成的。根据热处理件的不同，组成不同的工艺曲线。调试过程中笔者发现，在升温阶段将PID参数整定好后在保温和降温时，温度往往控制的不是很好，在保温阶段修改PID参数又导致前面升温阶段控温出现偏差，反复调试多次都不能在整个工艺过程中始终达到很好的控温效果。经过反复研究发现每段工艺都有自己独立的特性，每段都设一个PID参数就可以在各自的控温过程中达到较好的控温效果，于是笔者在工艺运行在各个工艺段时，由PLC将特定参数赋予智能控制仪表中，从而达到每个分段都有自己的PID控制参数。由于各个不同阶段都赋予了相对应的控制参数，因此，经现场反复测试，每个控制段都能达到很好的控制效果，运行效果良好。

3 限幅控制

由于外界对炉内温度会有不同程度的干扰，偶尔会出现温度波动超出范围的现象，因此，在程序中加入限幅控制，即当温度大于一定的值时，绕过智能温控仪表，不由其PID控制烧嘴，而是将烧嘴直接关闭，当温度小于一定的值时强制开启烧嘴进行加热，这样可以保证智能温控表在其控制的有效范围内发挥最好的控温效果，消除了较大的温度波动对控制造成的影响，使系统运行更稳。

4 系统运行效果

经现场调试发现，经过PID参数分段控制和对温度大波动进行的限幅控制后，热处理工艺曲线控制效果相当良好，完全能过达到控温精度要求在±5℃以内，有效工作区温度场均匀性在±10℃以内的要求。如图1所示设定曲线和实际曲线基本重合，很好的满足了工艺曲线。

5 结论

合理利用PID调节的特性，根据实际情况分别赋予不同的调节参数，并通过限幅控制，让其在最优范围内工作，从而达到了较为理想的控制效果。

参考文献

[1]徐爱钧.智能化测量控制仪表原理与设计[M].2版.北京航空航天大学出版社.

[2]陶永华.新型PID 控制及其应用[M].2版.机械工业出版社.