PID流量控制在净化过滤机上的应用

曾艳华，李 磊

(1.上海宇能自控技术有限公司，江西南昌 330029；2.江西瑞林装备有限公司，江西南昌 330031）

PID流量控制在净化过滤机上的应用

曾艳华1，李 磊2

(1.上海宇能自控技术有限公司，江西南昌 330029；2.江西瑞林装备有限公司，江西南昌 330031）

分析了西门子S7-300连续PID控制块FB41结合变频调速在电解液净化过滤系统中做PID流量调节的应用，介绍了PID参数的整定等细节。实践证明，采用PLC结合变频调速进行流量控制效果快速、稳定、准确，故障率低,满足系统要求。

净化过滤机;PID流量控制;变频调速;电解液净化;西门子S7-300

0 前言

电解液净化过滤机在湿法冶金电解工段占有重要地位。随着控制技术和变频技术的飞速发展，使得一些与PID控制对象相关的技术变得容易实现[1]。本文拟通过对西门子S7-300结合变频调速在电解液净化过滤系统中实现PID流量调节的应用介绍，探讨PID流量控制在类似工程中的应用。

1 净化过滤装置的流量控制特点

电解液净化过滤设备主要用于过滤电解液和上清液，使过滤后液的悬浮物少于10 mg/L，以确保电解的效率稳定。该设备年运行时间在350 d左右，除了维护时间，基本维持在连续运行状态，因此一旦出现故障，或者过滤流量不稳定，将导致电解液的成分波动较大，严重影响生产效率；且随着过滤的不断进行，附着在过滤机内部滤布上的渣质也会不断增加。此时，若采用定频控制流量，由于泵距离过滤机出口有个10 m的落差，在低频下滤液会出现压不上来的现象。另一方面，由于泵类负载定频对应着定流量，但是伴随着阀门开关动作，过滤机内部压力的变化较大，会导致流量波动很大。基于此，采用PLC加变频器做流量控制的方法，可实现连续可调的稳定的流量控制，满足生产需要[2-3]。

2 PID流量控制的实现

2.1 系统概述

系统主要工艺过程如下：将从电解槽流回到循环槽的液体通过净化过滤机过滤再回到循环槽，渣质在系统运行到阻力大时由反洗排出。电解液净化过滤电控系统主要由一套西门子S7-300控制系统、一个MP277触摸屏、一台110 kW变频器(西门子MM440)、两台90 kW滤液泵(一备一用)组成。控制回路图如图1。

图1 电解液净化过滤电控系统控制回路

S7-300采集由安装在滤液泵出口处电磁流量计送来的4～20 mA流量信号，作为PID流量反馈值。PID流量设定值来自人机界面MP277(可实时更改)，经过PID运算输出频率信号给变频器驱动泵来调节流量，实现反馈值（即实际流量）跟随设定值[4]。

2.2 变频器接线及相关设置

变频器接线设置见图2，变频器主要参数设置见表1。

图2 变频器接线设置

表1 变频器主要参数设置

2.3 PID功能编程

采用西门子S7-300的连续PID控制功能块FB41来实现流量的PID控制。FB41是已经模块化的PID控制块，用户只需调整好其控制参数以及设定值和反馈值即可投入使用[5]。PID功能编程主要参数描述见表2。

表2 PID功能编程主要参数

表2只是FB41的部分常用值，为了让FB41实现PID控制，还必须将其在PLC中周期性调用，这里采用OB35定时中断调用FB41。另外，需要注意的是PID设定值SP_INT与PV_IN必须为同一量纲，例如设定值为300 m3/h，那么反馈值也必须通过量程变换的方法转换成m3/h的数值，否则PID运算不正确。另外PID的输出是一个以1为基准的百分数，同样需要量程变换后输出给变频器。这里选择了PI调节器,在调节器整定的时候,可以先只投入P调节,将设定值设定在满量程的80%左右,启动变频器,观测系统的动态响应和稳态情况。调整P参数,使得系统收敛以及响应速度合适。当系统收敛、响应速度满足要求后,开始投入积分。积分参数先设大一点，防止系统不稳定。一开始投入40 s，结果上升曲线呈现阶梯状爬升现象，而且一直无明显趋近设定值的迹象。减小积分时间到30 s后，现象依旧。之后调整到15 s,系统超调严重，达到100%。停车后,减小P参数到1，增加I参数到20 s，投入运行后系统运行正常,超调量在15%,上升时间在4 s左右。连续多次启停操作,观测系统运行状况正常后,投入正式运行。

3 结束语

实践证明，利用西门子S7-300结合变频器很容易实现流量的PID控制,控制效果快速、稳定、准确。该系统投入生产后运行良好,流量调节稳定,故障率低,满足系统要求。在祥光铜业、云南锡业、梧州有色等地应用以来获得了用户的一致好评。另外,随着变频技术的发展，很多变频器本身都已经集成PID控制功能，采用变频器本身来实现PID控制是工业技术中的又一重要手段，值得在类似工程应用上推广。

[1]周 军,海 心.电气控制及PLC[M].北京:机械工业出版社,2001: 90-135.

[2]肖 磊，谢菊芳.一种基于PLC的PID流量控制设计[J].湖北大学学报(自然科学版),2007,29(1):44-46.

[3]吴 麒，王诗宓.自动控制原理[M].2版.北京:清华大学出版社,2006: 336-390.

[4]张运刚，宋小春，郭武强.从入门到精通——西门子S7-300/400PLC技术与应用[M].北京：人民邮电出版社,2007:400-407.

[5]焦作华.由入门到精通——吃透PID[EB/OL].(2010-10-24)[2013-07-15].http://wenku.baidu.com/view/e1e2afa6f524ccbff12184fe.html.

Application of PID Flow Control in Purifying Filter

ZENG Yan-hua1,LI Lei2
(1.Shanghai Yuneng Auto-control Tech.Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330029,China; 2.Jiangxi Nerin Equipment Manufacturing Co.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

The paper analyzes application of PID flow control of Siemens S7-300 continuous PID control block FB41 in electrolyte purification and filtration system by using frequency speed control,and introduces setting of PID parameters and so on.It proves in practice that flow control has the properties of rapid effect,stability,accuracy and low fault rate by using PLC with frequency speed control.

purifying filter;PID flow control;frequency speed control;electrolyte purification;Siemens S7-300

TP273

B

1004-4345（2014）01-0028-02

2013-07-18

曾艳华（1985—），男，主要从事自动控制系统以及变频调速系统设计、编程、调试工作。