Experion PKS系列开发：C700控制器_（6）.控制策略开发.docx

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控制策略开发

1.控制策略的基本概念

控制策略是指在工业控制系统中，用于实现特定控制目标的一系列逻辑和算法。在HoneywellExperionPKS系列中，控制策略的开发是通过使用ControlBuilder软件来完成的。ControlBuilder是一款强大的图形化编程工具，它允许工程师通过拖放和配置的方式来设计复杂的控制逻辑，而无需编写大量的代码。

控制策略的开发过程通常包括以下几个步骤：

需求分析：确定控制系统需要实现的功能和目标。

策略设计：设计控制逻辑，包括PID控制、逻辑控制、顺序控制等。

编程实现：使用ControlBuilder软件将设计的控制逻辑转换为可执行的控制程序。

调试与验证：在模拟环境或实际系统中测试控制策略，确保其按预期工作。

优化与调整：根据测试结果对控制策略进行优化和调整，以提高系统的性能和稳定性。

1.1控制策略的类型

在ExperionPKS系列中，常见的控制策略类型包括：

PID控制：比例-积分-微分控制，用于实现对过程变量的精确控制。

逻辑控制：使用布尔逻辑和状态机来实现复杂的控制逻辑。

顺序控制：按照预定的步骤或顺序来执行控制任务。

高级控制：包括模型预测控制（MPC）、模糊控制等，用于实现更复杂的控制目标。

1.2控制策略的设计原则

设计控制策略时，应遵循以下原则：

可靠性：确保控制策略在各种工况下都能稳定运行。

可维护性：控制策略应具有清晰的结构和模块化设计，便于维护和扩展。

可扩展性：设计时应考虑未来可能的系统扩展和升级。

可测试性：控制策略应易于在模拟环境中进行测试和验证。

2.PID控制策略的开发

PID控制是最常用的控制策略之一，它通过比例、积分和微分三个部分来调整控制输出，从而实现对过程变量的精确控制。在ControlBuilder中，PID控制策略的开发主要包括以下几个步骤：

2.1PID控制的基本原理

PID控制器的工作原理可以用以下公式表示：

u

其中：

ut

et

Kp

Ki

Kd

2.2使用ControlBuilder配置PID控制

在ControlBuilder中配置PID控制的步骤如下：

创建PID控制模块：

在项目浏览器中右键点击目标控制器，选择“New”“FunctionBlock”。

选择PID控制模块（如PID或PID2）并添加到控制器中。

配置PID控制模块：

双击PID控制模块，打开配置对话框。

设置比例增益（Kp）、积分时间（Ti）和微分时间（Td）。

配置输入信号（SP和PV）和输出信号（MV）。

连接输入和输出信号：

将设定值（SP）和测量值（PV）信号连接到PID控制模块的输入端。

将PID控制模块的输出信号（MV）连接到执行机构（如阀门或变频器）。

2.3PID控制策略的调试

在调试PID控制策略时，可以使用以下步骤：

手动模式下的测试：

将PID控制器设置为手动模式，手动调整输出信号，观察过程变量的变化。

自动模式下的测试：

将PID控制器设置为自动模式，观察控制器的输出信号和过程变量的变化。

调整PID参数，优化控制性能。

使用趋势图进行分析：

在ControlBuilder中使用趋势图工具，记录和分析SP、PV和MV的变化趋势。

2.4PID控制策略的优化

优化PID控制策略的方法包括：

Ziegler-Nichols方法：通过逐步增加比例增益，使系统进入振荡状态，从而确定合适的PID参数。

经验法：根据工程师的经验，逐步调整PID参数，直至达到满意的控制效果。

阶跃响应法：通过阶跃响应实验，分析系统的动态特性，从而确定合适的PID参数。

2.5示例：温度控制

假设我们需要实现一个温度控制策略，目标是将反应器的温度控制在100°C。以下是具体的配置步骤：

创建PID控制模块：

在项目浏览器中右键点击C700控制器，选择“New”“FunctionBlock”。

选择PID控制模块并添加到控制器中。

配置PID控制模块：

双击PID控制模块，打开配置对话框。

设置比例增益（Kp）为1.0，积分时间（Ti）为5.0，微分时间（Td）为0.1。

配置输入信号：设定值（SP）为100°C，测量值（PV）为反应器温度。

配置输出信号：MV为加热器的功率。

连接输入和输出信号：

将设定值（SP）信号连接到PID控制模块的SP输入端。

将反应器温度（PV）信号连接到PID控制模块的PV输入端。

将PID控制模块的输出信号（MV）连接到加热器的功率控制端。

调试与优化：

在手动模式下，逐步调整加热器的功率，观察反应器温度的变化。

切换到自动模式，观察PID控制器的输出和反应器温度的变化。

使用趋势图工具，记录SP、PV和M