电子气动记录调节器PID调节校验设计

滕加庄 毕学文

摘 要：通过对生产使用的电子气动调节器的PID调节校验设计，使得调节器的电子调节、记录显示、以及调节器的机械执行三方面相互吻合，提高调节器的实际调节性能，更有利于对工艺过程参数的控制与计量，从而提高化工生产工艺的控制水平和产品质量。

关键词：调节器 PID调节 校验设计 调节性能

中图分类号：TH863 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（c）-0069-02

在化工生产中，仪表控制是准确进行工艺参数调节的关键环节。随着现代电子技术的发展，电子气动记录调节器综合了电子调节与机械调节的优点，并对调节过程予以记录，但该类型调节器在使用前、使用检修的校验工作十分关键，只有良好的校验，才能消除电子控制回路的误差，减小机械执行的误差，并使电子控制、显示同机械调节与控制相匹配。下面以某化工厂电子气动记录调节器的校验设计说明对电子气动记录调节器的PID调节校验方法。

1 电子气动记录调节器结构与原理

该电子气动记录调节器由自动平衡电子电位计线路与比例积分微分（PID）作用的气动调节器组成，用来测量热电偶的电势，对被测温度进行自动调节。化工反应中温度控制是非常关键的，因此，该电子气动记录调节器的使用前和检修校验就显得格外重要，因此，对其校验方法进行设计研究。

调节器结构原理如1所示，结构图如图2所示。

该电子气动记录调节器使用220 V、50 Hz电源，配用EU/EA和IC热电偶，调节比例度为0～200%，积分时间为0.1～50 min，微分时间为0.03～10 min，精度为±0.5%，灵敏度为0.15%，全刻度行程平衡时间为5 s，采用手动、自动、平衡和封闭四位控制，输出压力为0.02～0.10 MPa。

2 校验方法设计

2.1 测量部分的校验

对测量部分的校验，使用如图3所示的设计校验回路。校验回路由单管压力计、水银温度计和标准电位计组成。

仪表采用220 V，50 Hz电源供电，输入相应仪表刻度50%的热电势（应为冷端0℃时的标准电势值减去水银温度计所示冷端温度的电势值），调整仪表的灵敏度和阻尼。首先调整仪表零点：输入相应仪表刻度0%的热电势，仪表指示应为0%，否则进行调整。调整仪表零点微调螺丝使指针指示为0%的刻度上。调整零点微调螺丝可使指针移动全刻度的±5%，逆时针旋转零点微调螺丝，指针向增大方向移动，反之亦然。

2.2 偏心调整

将比例度置于20%、积分、微分置于刻度最小值。测量指针置于50%，调整给定指针，使输出压力稳定在0.06 MPa。改变比例度，由20%变化到200%，输出压力变化不应该超过0.016 MPa，否则进行调整。调整方法：当改变比例度时，输出变化向增加的方向时，应使偏心调整螺丝（反馈支点）顺时针方向拧动，反之亦然。同时，也可以适当调整喷嘴的初始位置，即挡板上的支点螺丝。一直到改变比例度输出压力变化不超过0.016 MPa为止。

2.3 控制点基本误差校验

偏心调整合格后进行控制点基本误差的调整。首先将比例度置于20%、积分、微分置于刻度最小值，测量指针置于50%处，调整自动给定旋钮，使输出压力稳定在0.06 MPa。给定指针与测量指针的偏差即为控制点偏差，其值不应超过全刻度的1%，如不符可进行调整。控制点调整：使给定指针与测量指针在刻度50%处重合，调整控制点调整螺栓，使输出压力稳定在0.06 MPa。控制点调整后，将测量指针分别给在20%、50%、80%三点，并分别使输出压力稳定在0.03 MPa，0.06 MPa，0.8 MPa，各控制点偏差均不应超过1%。

2.4 比例度校验

将比例度置于20%，积分、微分置于最小刻度，测量指针在刻度50%，调整给定指针，使输出压力稳定在0.06 MPa。积分置于最大，比例度置于被测位置，改变给定指针到规定的分度，观察输出压力的变化，并按下式计算出实际比例度：

%

式中：为测量指针相对给定指针位移、以满刻度的百分数（%）表示。

为位移时，输出压力变化值占最大变化值（0.08 MPa）的百分数。

给定指针移动的规定分度：

被测比例度：10%～40%时，移动全刻度的5%；

40%～100%时，移动全刻度的15%～25%；

100%～200%时，移动全刻度的25%～40%。

可把给定偏差信号换算成每变化1 ℃折合的输入压力值。例如：200～600 ℃刻度，测量范围400℃，压力0.02～0.10 MPa，则每变化1℃折合输入压力值为0.0002 MPa/℃。此时，可用气动单元组合仪表的计算方法求得实际比例度为：

%

式中：为给定指针相对测量移动的偏差折合的压力值；

为输出压力的变化值。

2.5 积分时间校验

将比例度置于20%，积分、微分时间置于刻度最小值，使测量指针与给定指针在刻度50%处重合，使输出压力稳定在0.06 MPa。积分时间置于最大，调整测量指针，使输出压力变化0.01 MPa（上升或下降都可），记录电位计的信号变化值。重复前面方法使输出稳定在0.06 MPa，迅速改变测量信号到 0.01 MPa，输出压力由0.06 MPa变化到 0.01 MPa，（上升或下降）时开动秒表，在输出压力继续均匀变化0.01 MPa（上升或下降）时停秒表。此时间即为实际积分时间。其实际积分时间与刻度时间误差不应超过±30%。如超差，可调整拨杆上偏心螺钉。

2.6 微分时间校验

2.6.1 微分放大倍数测量

比例度置于20%、积分、微分时间置于最小，在刻度50%处，测量指针和给定指针重合，即给定压力P给1和测量压力P测1均为0.02 MPa。将积分、微分置于最大，拨动给定指针使输出压力稳定在0.09 MPa（记为P给2）。将测量回路微分阀置于最小，调节其输出压力由0.09 MPa下降到0.03 MPa即P测2调整为0.03 MPa。此时可求微分放大倍数Kd：

2.6.2 微分时间测量

比例度置于20%、积分、微分时间置于最小，在刻度50%处，测量指针和给定指针重合，输出压力稳定在0.02 MPa。将积分、微分置于最大，拨动给定指针使输出压力稳定在0.09 MPa（即P2）。开动秒表，使输出压力由0.09 MPa下降到0.030 MPa停秒表，测得时间常数T，则微分时间：

Td=Kd﹒T

微分时间的误差为±30%，超差可调整拨杆上的偏心螺丝。

3 结论

通过对电子气动记录调节器的基本误差校验、比例度校验、积分和微分时间校验，使调节器的指示与调节器的实际运行调节量变化相互匹配，提高了调节器的使用控制精度。由于该温度记录调节器的校验效果好，提高了工艺生产的稳定性和产品质量。

参考文献

[1] 李腾扬.电子变送器的两步校验法[J]. 炼油化工自动化，1983（3）：44-46.

[2] 赵军，冯华江，孟伟勋.商用车制动气压调节器密封性检测系统设计[J].科技资讯，2012（32）.

[3] 吴强.仪表检修故障寻迹的理论和实践[J].上海电力，1999（4）：29-30.

[4] 成吾芳.气动仪表检修[J].自动化仪表1987（11）：35.

[5] 韩建勋.气动调节器调教中的一个问题[J].化工自动化及仪表，1985（2）：63-64.

[6] 曹润生.气动调节器控制点的闭环校验[J].炼油化工自动化，1983（4）：1-4.

[7] 徐彬.QTL—23型气动调节器的精度和稳定性[J].化工自动化及仪表，1982（6）：60-61.