杭和公司管理文件 2016 年 3 月发布 2016 年 4 月实施 集团经营管理部发布 文件名称：杭和 DCS 项目 PID 控制回路调试作业指导书 文件编号：G1-JY-HZ-2016-0021 文件类别：经营管理 编制部门：工程设计中心项目设计部 版本号：A 文件密级：秘密 受控标识：受控 拟制/日期：李福军、侯伟军 2016 年 01 月 04 日 审核/日期：贾焕忠 2016 年 03 月 12 日 评审会签： 胡树云、钱华、刘桐杰、周墨涛、刘德成 巢岭、孙旭、崔东俊、肖光华、冯学志 批准/日期：杨永 2016 年 月 杭和DCS项目PID控制回路调试作业指导书 版本号：A I 修订页修订页修订页修订页 编 号 章节 名称 修订内容简述 修订 日期 订前 版本 订后 版本 拟制 审核 批准 1 创建 全部 2016-01-04 / A 侯伟军 贾焕忠 杨永 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 本版本与旧文件本版本与旧文件本版本与旧文件本版本与旧文件（版本版本版本版本）的关系的关系的关系的关系 无。 杭和DCS项目PID控制回路调试作业指导书 版本号：A I 目录目录目录目录 第1 总则 1 章 1.1 目的 1 1.2 适用范围 1 1.3 术语 1 第2 PID基本原理介绍 . 2 章 2.1 PID的概念与基本组成 . 2 2.2 PID调节系统常用术语 . 2 第3 和利时PID功能块说明 3 章 3.1 HSPID的传递函数与功能块说明 3 3.2 HSVPID的传递函数与功能块说明 . 5 3.3 HSPID与HSVPID的主要区别 . 7 第4 PID控制回路调试的准备工作 . 8 章 4.1 现场仪表与设备需要具备的条件 8 4.2 PID控制回路组态逻辑检查 . 8 4.3 PID内部主要参数的检查与设定 . 9 4.4 首次投入PID控制回路的安全保护措施 9 第5 PID控制回路调试步骤与方法 11 章 5.1 PID参数整定的基础知识 11 5.2 PID调试分析问题原则 . 12 5.3 PID调试所需曲线 . 12 5.4 PID参数整定方法 . 13 5.5 四种PID参数整定方法的比较 19 5.6 PID参数整定技巧 . 20 第6 自动调节系统的质量指标 22 章 第7 常规自动控制回路控制方案与参考参数. 24 章 杭和 DCS 项目 PID 控制回路调试作业指导书 版本号：A 第 1 页，共 26 页 杭和杭和杭和杭和 DCSDCSDCSDCS 项目项目项目项目 PIDPIDPIDPID 控制回路控制回路控制回路控制回路调试调试调试调试作业作业作业作业指导书指导书指导书指导书 总则总则总则总则 第第第第1章章章章 1.1 目的目的目的目的 为适应杭和公司 DCS 项目组态的标准化，规范化，提高现场项目实施质量，提高自动投 入率，达到行业战略高度，针对通用 PID 控制理论以及杭和公司 HSPID 与 HSVPID 的功能使 用说明编写此指导书， 用以指导杭和公司 DCS 项目的组态设计工作， 特别是指导现场实施人 员理解并熟练应用 PID 来调节现场自动控制回路，实现项目执行的标准化、规范化，最终达 到提高行业口碑与影响力的目的。 1.2 适用范围适用范围适用范围适用范围 本指导书适用于杭和公司所有 DCS 项目使用 HSPID 或者 HSVPID 组态的常规 PID 控制回 路的调试指导， 主要应用对象为 PID 调试的项目实施工程师。 本文重点介绍 PID 调试的准备 工作、注意事项、还有 PID 调试的方法与技巧。对于典型的 PID 控制方案本文只列出几个典 型的回路，具体的详细组态方案参见各行业发布的技术方案与组态模板。 1.3 术语术语术语术语 DCS（distributedControlSystem） ：集散控制系统 EWS（Engineering Working Station） ：工程师工作站 SCS（Sequence Control System） ：顺序(程序)控制系统 MCS（Modulating Control System） ：模拟量控制系统 OIS（Operator Interface Station） ：操作员接口站 PID（Proportion Integration Differentiation） ：比例积分微分 UPS（Uninterrupted Power Supply） ：不间断供电 CCS（Coordinated Control System） ：协调控制系统 杭和 DCS 项目 PID 控制回路调试作业指导书 版本号：A 第 2 页，共 26 页 PID 基本原理介绍基本原理介绍基本原理介绍基本原理介绍 第第第第2章章章章 2.1 PID 的的的的概念与概念与概念与概念与基本基本基本基本组成组成组成组成 PID 调节器就是比例积分微分调剂器，其 PID 运算的输出结果等于比例作用 + 积分作 用 + 微分作用。 P：比例，就是输入偏差乘以一个系数 I：积分，就是对输入偏差进行积分运算 D：微分，就是对输入偏差进行微分运算 2.2 PID 调节系统调节系统调节系统调节系统常用术语常用术语常用术语常用术语 通常 PID 调节系统由 PID 调节器与 DCS 系统内部功能程序模块组合来实现， 理解 与掌握 PID 调节相关的一些基本术语， 有助于 PID 入门新手快速熟悉调节器应用， 在自 动调节系统中成功整定 PID 参数。常用术语，一般包括：被调量、设定值、控制输出、 单回路、串级、主调、副调、正反作用、动态偏差、静态偏差、前馈等。 ? 被调量：反映被调对象的实际波动的量值，如汽包液位、主汽温度等。 ? 设定值：人们期待被调量需要达到的值，设定值可以是固定的，也可以是变化的。 ? 控制输出：根据设定值以及被调量的变化情况运算之后发出的指令值。 ? 单回路：只有一个 PID 调节器组成的控制回路。 ? 串级： 两个 PID 调节器串接起来形成一个串级调节系统， 也被成为双回路调节系统。 ? 主调：串级回路中要调节被调量的 PID 调节器 ? 副调： 输出直接去指挥执行器动作的 PID 调节器， 主调的控制输出进入副调作为副 调的设定值。 ? 正作用：控制输出随被调量增高而增高，随被调量减少而减少的作用。 ? 反作用：控制输出随被调量增高而降低，随被调量减少而增高的作用 ? 动态偏差：在调节过程中，被调量和设定值之间的偏差随时改变，任意时刻两者之 间的偏差。 ? 静态偏差：调节趋于稳定之后，被调量和设定值之间还存在的偏差，消除静态偏差 是通过 PID 调节器积分作用来实现的。 ? 回调：调节器调节作用显示，使被调量开始由上升变为下降，或者由下降变为上升 趋势称为回调。 杭和 DCS 项目 PID 控制回路调试作业指导书 版本号：A 第 3 页，共 26 页 和利时和利时和利时和利时 PID 功能块说明功能块说明功能块说明功能块说明 第第第第3章章章章 和利时的 PID 常用的主要有 2 种，一个是 HSPID，一个 HSVPID，与传统 PID 基本类似， 只是在传递函数上有一些区别， 下面就两种 PID 的功能、 注意事项以及区别进行详细的介绍。 3.1 HSPID 的传递函数与功能块说明的传递函数与功能块说明的传递函数与功能块说明的传递函数与功能块说明 HSPID 传递函数如下： 其中: ks为标度变换系数， ks= PDPU MDMU FF(s)为前馈，相当于OC E(S)为被调量偏差值，E(S)= SP(S)-PV(S) HSPID主要管脚的定义与说明如下： 杭和 DCS 项目 PID 控制回路调试作业指导书 版本号：A 第 4 页，共 26 页 输入项输入项输入项输入项 数据类型数据类型数据类型数据类型 描述描述描述描述 默认值默认值默认值默认值 PV REAL 过程值输入 0 IC REAL 输入补偿 0 OC REAL 输出补偿 0 TP REAL 跟踪量点 0 TS BOOL 跟踪开关 1 MC UINT PID 调节器类型，0：单 PID，1：串级主 PID，2：串级副 PID 0 TD REAL 微分时间，=0 0 OT REAL 输出上限 100 OB REAL 输出下限 0 SP REAL 给定值输入 0 CP REAL 计算周期(S) 0.5 RM USINT 运行方式：0：手动；1：自动；2：串级； 3：手动跟踪；4：自动跟踪。 0 PT REAL 比例带，0，百分数(%) 100 TI REAL 积分时间(S)，0 30 KD REAL 微分增益，0 1 输出项输出项输出项输出项 数据类型数据类型数据类型数据类型 描述描述描述描述 默认值默认值默认值默认值 AV REAL 控制输出值 0 内部参数内部参数内部参数内部参数 数据类型数据类型数据类型数据类型 描述描述描述描述 默认值默认值默认值默认值 SV REAL 积分分离值/反向限,= 0, 百分数(%)， 输入偏差（|SP-PV|）/(PU-PD)*100 大 于该值时分离积分 100 DI REAL 输入死区,= 0, 百分数(%),输入偏差 （|SP-PV|）/(PU-PD)*100 小于该值时 输出保持 0 OU REAL 输出变化率, = 0, 百分数(%) 100 DL REAL 偏差报警限 30 MU REAL 输出量程上限 100 MD REAL 输出量程下限 0 OM UINT 输出方式：0：位置式；1：增量式。 0 AD UINT 动作方式：0：正作用；1：反作用 1 TM BOOL 跟踪方式:0：设定不跟踪；1：设定跟踪 0 FA REAL 给定值变化率,0.1=10% 0.1 PU REAL 过程输入值 PV 的量程上限 100 PD REAL 过程输入值 PV 的量程下限 0 HSPID组态实例如下： 杭和 DCS 项目 PID 控制回路调试作业指导书 版本号：A 第 5 页，共 26 页 3.2 HSVPID 的传递函数与功能块说明的传递函数与功能块说明的传递函数与功能块说明的传递函数与功能块说明 HSVPID 传递函数如下: )()() 1* * * 1100 (*AV(S)MeksFFsE STd STdKd STiPT + + + Mek：偏差增益，相当于标度变换系数 FF(s)为前馈，相当于OC E(S)为被调量偏差值，E(S)= SP(S)-PV(S) 杭和 DCS 项目 PID 控制回路调试作业指导书 版本号：A 第 6 页，共 26 页 HSVPID主要管脚的定义与说明如下： 输入项输入项输入项输入项 数据类型数据类型数据类型数据类型 描述描述描述描述 默认值默认值默认值默认值 SP REAL 给定值输入 0 PV REAL 过程值输入 0 PT REAL 比例带，0, 百分数(%) 100 TI REAL 积分时间(S)，0 60 TISI BOOL 积分分离输入，可接副调积分分离输出 0 TD REAL 微分时间，=0 0 KD REAL 微分增益，0 1 TS BOOL 跟踪开关 1 TP