PID性能评估与整定软件在常减压装置中的应用①

熊佐松

(中国石油化工股份有限公司武汉分公司)

PID性能评估与整定软件在常减压装置中的应用①

熊佐松

(中国石油化工股份有限公司武汉分公司)

介绍PID控制器原理、PID回路性能评估与整定原理。在常减压装置中的应用结果表明，对所有中和差状态下的问题回路进行性能评估与整定后，各回路均能够投用自动，且回路性能评估达到良级别以上。

PID性能评估 参数整定 常减压装置

PID控制方法具有结构简单、稳定性好、安全可靠及调整方便等优点[1～4]，在工业生产过程中得到了广泛应用。然而PID控制回路的性能通常会随着装置生产运行时间的推移而逐渐退化，如果缺少必要的维护，将直接影响装置运行的平稳性，甚至出现生产安全事故。因此，对PID控制回路进行性能评估与参数整定，保证其可靠性至关重要。

随着国内外对PID参数整定的重视[5,6]，浙江中控技术股份有限公司开发了一个商业化的PID性能评估与整定软件，该软件利用基础控制回路的生产数据自动评估控制回路性能，借助评估报告及时发现、识别控制回路中的缺陷并对PID参数进行优化与整定。

在此，笔者应用该PID性能评估与整定软件，对中国石油化工股份有限公司武汉分公司1#常减压装置重要PID控制回路进行性能评估与参数优化，实时监控PID控制回路的状态和性能，及时发现、识别有问题的回路并给出PID参数优化建议，以保证装置的自控率和平稳运行。

1 PID控制原理

PID控制器原理如图1所示。

图1 PID控制器原理框图

输入e(t)与输出u(t)的关系为：

其中，Kp为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数。

传递函数为：

G(s)=U(s)/E(s)=Kp[1+1/(Ti×s)+Td×s]

2 PID性能评估与整定原理

2.1 PID控制回路性能评估原理

PID控制回路性能评估使用的是最小方差控制评估方法(图2)[7,8]。其基本原理为：以理论上最优的最小方差控制器的控制性能作为评估基准线，基于过程正常运行的数据，来衡量当前回路的控制性能。评价基准为：最小方差控制器望输出方差最小。

在生产装置运行过程中，PID性能评估软件通过OPC软件自动采集DCS生产数据，利用控制性能多维度分析工具，结合专家经验知识，评估PID回路的运行性能，并给出优、良、中、差评级。该软件可实现PID回路的实时、自动检测，第一时间发现控制回路的性能问题，并帮助用户通过雷达图定位问题的原因。

图2 最小方差控制评估方法

2.2 PID控制回路整定原理

PID控制回路整定采用内模控制(IMC)方法，即利用一种全面的基于模型的方法来设计PID控制器[9,10]，如图3所示。

图3 PID内模控制原理

闭环公式如下：

(1)

其中，Gc为控制器，Ysp为设定值，D为扰动，G为过程模型。

过程模型可分解为：

PID控制回路整定软件根据采集的DCS生产数据自动选取有效激励数据和模型阶次，并生成一组PID参数，供工艺人员参照。

3 常减压装置中的应用

3.1 装置概况

中国石油化工股份有限公司武汉分公司1#常减压装置由原油电脱盐脱水、初馏系统、常压系统及减压系统等组成。该装置采用浙江中控ECS 700集散控制系统，共有105个控制回路。在装置总回路中，将对重要的58个回路进行性能评估与整定。

3.2 回路评估

PID性能评估结果显示，当前只有15个控制回路工作在优级别下，16个控制回路工作在良级别下，14个控制回路工作在中级别下，13个控制回路工作在差级别下。需要进行整定的回路占总评估回路的47%，这与期望的自控水平相去甚远，故迫切需要进行控制回路PID参数整定优化。

3.3 回路整定

PID整定软件通过OPC软件自动采集DCS生产数据，自动选取有效激励数据，避免因人为引入阶跃信号而干扰装置正常运行。选定能反映过程动态特性的阶跃曲线和模型阶次，可以得到相应的传递函数模型，从而利用整定软件得到相应回路的PID参数，并将它直接应用于实际过程。部分回路整定前后的参数对比见表1。

表1 PID参数整定前后对比

3.4 结果分析

对所有中和差状态下的问题回路进行性能评估与整定，整定后各回路均能够投用自动，且回路性能评估达到良级别以上。

LIC111初馏塔塔底液位整定前后曲线对比如图4所示。该回路之前长期工作在手动状态，操作员需要经常调整阀位进行控制且波动较大。整定参数后，回路能够长期投用自动，且液位稳定在50±1%。

图4 LIC111初馏塔塔底液位整定前后曲线

TIC102常压炉出口温度整定前后对比曲线如图5所示。该回路之前长期工作在自动状态，但是由于PID参数设置不合理，造成常压炉出口温度经常波动，对常压塔产品切割质量产生了影响。在整定参数之后，回路温度能够平稳控制在366±0.5℃。

图5 TIC102常压炉出口温度整定前后曲线

4 结束语

在原油深加工处理中，常减压装置是第1道工序，其生产平稳性和产品切割质量对后续深加工影响重大。采用PID性能评估软件对基础PID控制回路进行性能评估，有助于客观地评价装置运行状况；应用先进的PID整定软件对PID参数进行快速整定，能够有效改善PID回路的控制性能。

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ApplicationofPIDPerformanceEvaluationandTuningSoftwareinCrudeDistillationUnit

XIONG Zuo-song

(SinopecWuhanBranchCo.)

The working principle of PID controller was introduced, including PID loop’s performance evaluation and tuning. Its application in crude oil unit shows that, through evaluating performance of the troubled loops and tuning them, they all can operate automatically and the degree of their performance evaluation can reach a good level and above.

PID performance evaluation, parameter setting, crude distillation unit

国家科技支撑计划项目(2015BAF22B02)。

熊佐松(1980-)，工程师，从事炼油生产与管理工作，xiongzs.whsh@sinopec.com。

TH862

B

1000-3932(2017)06-0559-04

2017-01-03，

2017-05-03)