工业技术
88 2015年53期基于PID算法的炉温控制系统的设计与实现 王江涛
身份证：3213211989****5495
摘要：随着社会的发展，在生活和工业中已经广泛的使用温度控制，而现代化炉温控制已经开始自动化PID控制时代了。控制炉温恒定是满足生产、提高效率和节能减耗的关键技术，其具有很多优势，能够进一步提高控制精度，同时使得加热时间大大降低，不短提高能源的利用，因此也是越来越受到重视。为了更好的确保加热炉的安全运行，因此加强炉温控制系统的设计与实现的研究非常有必要。基于此本文分析了基于PID算法的炉温控制系统的设计与实现。
uvlo电路关键词：PID算法；炉温控制系统；设计；实现
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671-5810（2015）53-0088-02
1 概述
1.1 PID算法手啤机
比例积分微分的一个简称——PID控制器，在很多工业控制应用中，控制效果良好，精度高，易于控制，不仅具有较强的适应性和鲁棒性也很好。 PID控制器一般形式的公式为：
实际过程控制中可将PID的数学模型写作：比较两式可知Ki=KP/Ti，Kd=KPTd，经过拉普拉斯变换可得出一个式子：Gc（S）=Kp（1+1/TiS+TdS），这是针对PID的一个传递函数，其中各个字母代表的意义是：Kp-比例系数；Ti-积分时间常数；Td-微分时间常数；Ki和Kd 分别为积分系数和微分系数。PID通过控制信号控制被控目标的数学原理主要也是依赖对这几个系数的运算，控制信号也是经过加权得出的，加权的对象就是系统的误差信号和相应的积分与微分量。
1.2 炉温控制原理
随着自动控制理论与传感技术的发展，炉温控制实现了自动化。采用代替手动控制中人工观察、比较、分析处理的变送器、比较器、控制器和执行器的自动控制系统如图1所示。热电偶因冷热端温差而产生的输出电压经变送器转换为温度值；比较器用于计算目标温度和测量温度的差值，用偏差值信号通过控制器来控制执行器，调节加热电压使温度偏差趋于零，从而使炉温稳定于目标温度上。
图1 炉温自动控制系统图
根据控制原理，用图2所示的控制流程框图来表示图1所示的温度控制，它是一个闭环反馈控制系统，其中每个流程框代表一个装置。其中各量的含义：r为目标温度；y为被控制量；uf为反馈量；e为偏差值；u为控制量；x为执行器操作量；D为扰动量。
控制器按照目标值与反馈值的偏差值来进行分析、运算处理并发出控制量u。e与u的函数关系决定了控制器的控制规律。
根据加热方式不同，执行机构可采用电动、液动和气动活塞执行机构；检测元件将感受的被控制量y（即炉温）经变送器转换为检测信号（即反馈信号uf）；比较器是用来将反馈信号uf与输入信号r（要求温度值）作比较，其差值e 作为控制器的输入信号。
图2 炉温控制与条件系统
2 基于PID算法的炉温控制系统模型设计
在现场操作工程里，调节系统一般需要的调节时间较多，现针对这样的系统，我们追求的则是减低超调量甚至让超调量为零，还要尽量保证调节时间结束之前经过尽量多的采样周期。PID控制器实际上就是把一个比例积分器直接连接在被控对象上，它具有比例、积分、微分三种作用。基于PID 算法的炉温控制模型如下图3所示。
图3 基于PID算法的炉温控制模型系统
模拟PID与受控目标组成模拟控制系统，重要的几个参数值分别是e（t）-偏差值；r（t）-给定值；c（t）-输出的实测值，其中e（t）是由r（t）与c（t）做差得来，而系统的控制量是由偏差的P、I、D经线性组合而成，然后再控制受控目标，所以称之为PID控制器。
3 炉温控制系统的PID算法及仿真
3.1 增量式PID算法程序设计
钣金专用工具消息推送服务增量式PID是指数字控制器的输出只是控制量的增量Δu（k）。采用增量式算法时，计算机输出的控制量Δu（k）对应的是本次执行机构位置的增量，而不是对应执行机构的实际位置，因此要求执行机构必须具有对控制量增量的累积功能，才能完成对被控对象的控制操作。执行机构的累积功能可以采用硬件的方法实现；也可以采用软件来实现。
3.2 MATLAB仿真结果
SIMULINK工具箱是MATLAB软件的扩展，主要是动态系统的仿真。SIMULINK模块库中提供啦系统建模所需要的大部分模块，进入MA TLAB环境后，只需要键入SIMULINK命令就可以打开该模块库，用户可以很据自己的需要的模块，用鼠标将其拖至自己的系统模型中，再划线连起来，构成系统的SIMU
电子智能印章LINK描述。
系统模型建好后，用户可以根据系统的不同需要，设置或更改模块的参数，然后打开仿真菜单，设置仿真的参数，启动仿真的过程，仿真结束后用户可以通过示波器（scope）或plot绘图函数观察系统仿真的输出。
4 PID参数的整定
在现场实践应用里，最多用的是理论指导做铺垫以后经
中国科技期刊数据库 工业C
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过实践考验之后得出的工程整定，主要几种用的多的整定方法是：（1）一种开环整定法；（2）稳定边界法，一种闭环整定方法；（3）衰减曲线法。无论是通过上述任何一种方法得出的调节器参数都必须在现场进行测试、调试。
在实际控制过程，很多现场工作人员可以比较熟练地利用其经验进行整定，根据现场具体情况尝试一
烧结线组觉得差不多的调节参数，然后开启控制系统，随之再有意地加入一些阶跃扰动，然后我们需要注意的是观察被调量或者调节器输出的阶跃响应曲线，经过一组参数尝试之后，在根据各个参数对调节过程影响的大小，适当修整相应参数，然后反复进行调试运行最后得出理想的阶跃响应曲线即可。
经过仿真波形可以得知PID 控制器控制炉温可以提高相应速度，使调节时间变小，但却有一定程度的超调量。
总之，加热炉是目前工业生产和生活中应用较广的热力设备，加热温度是控制的一个最重要技术参数，本文分析了PID 算法的炉温控制系统的设计，以期为自动动控制系统设计提供依据。
参考文献
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[2]付春艳.基于PID 控制算法的炉温恒温控制系统的设计[J ].电脑知识与技术，2011（27）：6768-6770.
[3]汤占军，冯丽辉，胡兴亮.基于虚拟仪器的炉温PID 控制系统的实现[J ].昆明理工大学学报（理工版），2007（4）：17-19.
度，实现自动化仪表控制的高效操作。
3.3 通过深化仪表的误差修正功能，加强对生产实践的有效控制
自动化仪表控制被广泛运用于在石油化工生产过程中，有助于发挥对生产实践进行管控的作用。在自动化仪表系统实现与石油化工生产过程中各工艺参数的有效搭接之后，应当充分利用完备的计算机系统对化工生产中的各类优势数据、资料以及工艺参数等进行收集、整理与分析，逐步建立起科学统一的数据模型。在此基础上，要继续深化自动化控制仪表对测量值误差等的实时修正功能，借助于具有误差修正功能的微处理器，使其依据一定的数据模型，及时修正各种误差，排除干扰性因素，以有效提高仪表控制的精密度，加强对石油化工生产过程的有效控制。
4 结论
综上所述，在我国石油化工行业生产实践中，必须高度重视各种测量仪表的应用，同时进一步强化其自动化控制技术水平，以此来实现对生产过程中的动态监测与控制，并最大限度消除生产安全隐患，从整体上推动石油化工行业的可持续发展，使之获得经济、社会效益的最大化。
参考文献
[1]唐勇.石油化工自动化控制历程和技术应用前景[J ].科技创新与应用，2014（28）：105.
[2]马巧玲.石油化工自动化控制仪表常见故障的原因探究[J ].硅谷，2014（12）：102.
[3]于芳菲.石油化工仪表中的自动化控制技术分析[J ].化工管理，2014（33）：79.
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