姚向明，潘錦蓉

（1.山西中煤平朔能源化工有限公司，山西 朔州 036000；2.平朔發(fā)展集團(tuán)有限公司維修租賃中心，山西 朔州 036000）

引言

自動(dòng)控制在現(xiàn)代儀表中占據(jù)著重要地位，最常見的是儀表自動(dòng)化PID 控制，其適用于環(huán)境惡劣的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場。在正常工況下，通過對P、I、D 參數(shù)的設(shè)置，可以使被控制量維持在一個(gè)正常的范圍內(nèi)，從而減少人工工作量，而PID 自動(dòng)控制有時(shí)在設(shè)備起、停等非正常工況下無法實(shí)現(xiàn)有效控制，經(jīng)常出現(xiàn)超調(diào)或者調(diào)節(jié)不及時(shí)的情況，使被控對象出現(xiàn)急劇上升或者下降，嚴(yán)重時(shí)觸發(fā)聯(lián)鎖，出現(xiàn)裝置停車等重大后果[1]。所以，擁有一套適合機(jī)組油壓自動(dòng)調(diào)節(jié)的方法顯得尤為重要，經(jīng)過長期探索和實(shí)驗(yàn)，探索出了一種以泵的狀態(tài)為輸入信號(hào)，判斷輸出手動(dòng)預(yù)設(shè)閥位開度的新型PID 控制方式。

1 空氣壓縮機(jī)油路系統(tǒng)

正常工況下，油箱中的油通過1#、2#油泵輸送潤滑油，將油壓提升到一定壓力，通過油泵回流壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)合適油壓，送油冷卻器冷卻，再送油過濾器除去雜質(zhì)顆粒，然后送到機(jī)組各個(gè)軸承進(jìn)行潤滑、冷卻或者作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)閥門動(dòng)作。在這個(gè)過程中，油泵回流壓力調(diào)節(jié)閥維持著整個(gè)油路系統(tǒng)油壓的穩(wěn)定。通過閥門開度控制回流油量，使出口油壓力維持在正常運(yùn)行的0.9MPa（表壓G）左右，油路系統(tǒng)流程如圖1 所示。

圖1 油路系統(tǒng)流程

在自動(dòng)控制狀態(tài)下，當(dāng)出口油壓力低時(shí)，PID 模塊會(huì)使油泵回流壓力調(diào)節(jié)閥逐漸關(guān)小，由于回流到油箱的油減少，進(jìn)而使出口油壓力逐漸升高，維持在正常工作壓力0.9 MPa（表壓）左右，蓄能器前油壓大于0.67 MPa（表壓G），從而使壓力開關(guān)“油壓正?！眲?dòng)作，滿足動(dòng)力油工作條件。當(dāng)出口油壓力高時(shí)，PID模塊會(huì)執(zhí)行相反動(dòng)作，最終也使壓力開關(guān)保持“油壓正?！眲?dòng)作，滿足動(dòng)力油工作條件。

2 PID 控制過程

PID 控制最重要的就是比例、積分和微分參數(shù)的設(shè)定，增大比例系數(shù)使系統(tǒng)反應(yīng)靈敏，調(diào)節(jié)速度加快，并且可以減小穩(wěn)態(tài)誤差。但是比例系數(shù)過大會(huì)使超調(diào)量增大，振蕩次數(shù)增加，調(diào)節(jié)時(shí)間加長，積分部分的作用是減小余差，提高控制精度。比例和積分配合使用，可以較好地起到調(diào)節(jié)的作用[1-2]。

自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，在PID 模塊作用下，閥位輸出值追蹤出口壓力和閥位設(shè)定值變化。通過改變PID 模塊中的比例設(shè)定P 和積分設(shè)定I 的值，可使得閥位按照一定的規(guī)律進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，在雙泵正常運(yùn)行下，此PID 模塊可以對出口油壓力進(jìn)行較好控制，使其穩(wěn)定在正常工作壓力附近。但在油泵啟、停和雙泵運(yùn)行變單泵的情況下，PID 參數(shù)對油壓的調(diào)節(jié)卻不令人滿意。

如第221 頁圖2 所示，對空氣壓縮機(jī)油泵系統(tǒng)進(jìn)行3 次實(shí)驗(yàn)。

圖2 空氣壓縮機(jī)潤滑油壓力測試

1）在①狀態(tài)下：同時(shí)運(yùn)行油泵雙泵，回流手閥為逐漸全開狀態(tài)，之后手動(dòng)停油泵A，主控制油壓力下跌至0.192 MPa（表壓G）左右，回流閥開度隨之由50%關(guān)至12%，之后備用泵再啟動(dòng)（此時(shí)PID 參數(shù)調(diào)整A：比例度為125，積分時(shí)間為30）。

2）在②狀態(tài)下：同時(shí)運(yùn)行油泵雙泵，回流手閥全關(guān)，之后手動(dòng)停油泵A，主控制油壓力下跌至0.192 MPa 0.096 MPa 0.096 MPa（表壓G）左右，回流閥開度隨之由100%關(guān)至65%，之后備用泵再啟動(dòng)（此時(shí)PID 參數(shù)調(diào)整B：比例度為125，積分時(shí)間為30）。

3）在③狀態(tài)下：同時(shí)運(yùn)行油泵雙泵，回流手閥全關(guān)，之后手動(dòng)停油泵A，主控制油壓力下跌至0.096 MPa（表壓G）左右，回流閥隨之由100%關(guān)至40%，之后備用泵再啟動(dòng)（此時(shí)PID 參數(shù)調(diào)整C：比例度為50，積分時(shí)間為25）。

由于備泵啟動(dòng)條件為控制油壓力低于0.67 MPa（表壓G），故3 次實(shí)驗(yàn)過程均會(huì)產(chǎn)生備泵啟動(dòng)信號(hào)。所以測試圖中3 個(gè)上升陡坡的產(chǎn)生均來自備泵啟動(dòng)。分析認(rèn)為，由于自控調(diào)節(jié)回路需要有一定的調(diào)節(jié)滯后，故只有在測量值低下來之后才能進(jìn)行調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作，則必然出現(xiàn)測量值陡坡。經(jīng)過3 次調(diào)節(jié)，在正常的潤滑油壓力下，回油調(diào)節(jié)閥自動(dòng)時(shí)，無論P(yáng)ID參數(shù)如何設(shè)置，控制油壓力下降幾乎相同，降低備用泵啟動(dòng)壓力后備用泵再次自動(dòng)啟動(dòng)。此時(shí)控制油壓力接近停車聯(lián)鎖值，有停車風(fēng)險(xiǎn)。且因達(dá)到油泵備泵啟動(dòng)壓力，導(dǎo)致備泵自啟動(dòng)。因此，之前單一的PID調(diào)節(jié)方式已經(jīng)無法滿足正常生產(chǎn)的需要，制定了相應(yīng)的解決方案：改為自力式調(diào)節(jié)閥，但這不僅提高設(shè)備成本而且對原控制系統(tǒng)存在一定的影響，如：新自力式調(diào)節(jié)閥的響應(yīng)速度和穩(wěn)定時(shí)間都有可能對機(jī)組的潤滑油系統(tǒng)產(chǎn)生影響；增加閥位預(yù)設(shè)程序，用閥位預(yù)設(shè)加聯(lián)鎖預(yù)判使雙泵運(yùn)行單泵停止時(shí)，穩(wěn)定油壓。

3 閥位預(yù)設(shè)程序

通過大量的油系統(tǒng)壓力控制實(shí)驗(yàn)，當(dāng)2 臺(tái)泵同時(shí)運(yùn)行，停1 臺(tái)泵時(shí)，總管出口油壓力迅速波動(dòng)，降低到備泵啟動(dòng)時(shí)的壓力值為0.67 MPa（表壓G），觸發(fā)“備泵啟動(dòng)壓力開關(guān)”，而此時(shí)油泵回流壓力調(diào)節(jié)閥無法迅速有效調(diào)節(jié)，剛停下的油泵繼續(xù)啟動(dòng)。所以，當(dāng)泵的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，回油壓力調(diào)節(jié)閥應(yīng)在油壓還沒有降低到備泵啟動(dòng)時(shí)，作出迅速響應(yīng)，從而使油泵出口油壓力維持在正常工作范圍。所以，在原有設(shè)備和程序基礎(chǔ)上，加入以油泵狀態(tài)為輸入的閥位預(yù)設(shè)開度程序，直接接受泵的運(yùn)行信號(hào)作為閥位動(dòng)作的依據(jù)，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)預(yù)設(shè)閥位開度，自動(dòng)控制出口油壓力。

據(jù)此思路多次實(shí)驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)當(dāng)2 臺(tái)泵運(yùn)行，其中1 臺(tái)停止后，油泵回流壓力調(diào)節(jié)閥開度迅速設(shè)置為25%左右時(shí)，油壓基本維持在正常油壓附近，沒有出現(xiàn)大范圍波動(dòng)。

所以，以泵的狀態(tài)為輸入的閥位預(yù)設(shè)開度程序，在泵運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生改變的時(shí)候，通過邏輯判斷，使閥位優(yōu)先置位到一定開度，保持3 s 使油壓基本趨于穩(wěn)定后，按照設(shè)定好的比例、積分參數(shù)對油泵回流壓力調(diào)節(jié)閥進(jìn)行自動(dòng)跟蹤控制。

閥位預(yù)設(shè)開度很好實(shí)現(xiàn)了利用泵的信號(hào)為閥位動(dòng)作依據(jù)，手動(dòng)控制和PID 控制在自調(diào)系統(tǒng)中相結(jié)合，有效對油壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，大幅降低油壓劇烈波動(dòng)和停車風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)被控對象平穩(wěn)控制。

預(yù)設(shè)閥位開度在滿足“雙泵運(yùn)行，其中一泵停止”條件時(shí)，通過脈沖塊直接作用于回油壓力調(diào)節(jié)閥，減少控制單元。從控制原理上，預(yù)設(shè)閥位開度可以迅速及時(shí)接受泵的狀態(tài)信號(hào)，在極短時(shí)間內(nèi)將預(yù)設(shè)閥位作用于回油壓力調(diào)節(jié)閥，進(jìn)而使出口油壓力可以維持在一個(gè)正常值，控制邏輯方塊圖如圖3 所示，邏輯程序如圖4 所示。

圖3 控制邏輯方塊

圖4 邏輯程序

增加“閥位預(yù)設(shè)開度”功能，以油泵狀態(tài)信號(hào)為輸入，并且優(yōu)先于閥位PID 調(diào)節(jié)控制。在控制過程中，當(dāng)油泵狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，首先執(zhí)行“閥位預(yù)設(shè)開度”程序，經(jīng)過邏輯判斷后，選擇輸出“預(yù)設(shè)開度”或者執(zhí)行“正常閥位輸出”的PID 控制。

新增閥門預(yù)設(shè)開度程序，在一臺(tái)油泵運(yùn)行時(shí)，且油壓正常，設(shè)定閥門預(yù)設(shè)開度為33%。如第227 頁圖5 所示，在某一時(shí)刻停主油泵后，閥門緊急關(guān)閉，保證機(jī)組潤滑油壓力正常。在備泵起來后，PIC-171013 回油控制閥立刻置位33%，迅速使油壓恢復(fù)到正常油壓，實(shí)現(xiàn)了在泵的狀態(tài)發(fā)生變化后，閥位迅速相應(yīng)，保證出口油壓力平穩(wěn)過度。

圖5 新增預(yù)設(shè)閥門開度后的油壓

4 結(jié)語

在自動(dòng)PID 控制下，以泵的狀態(tài)信號(hào)為輸入，經(jīng)過新增閥位預(yù)設(shè)開度模塊判斷后，油泵回流壓力調(diào)節(jié)閥按照之前PID 設(shè)置參數(shù)，對出口油壓力追蹤調(diào)節(jié)，使得出口油壓力維持在正常工作值。在2 臺(tái)油泵同時(shí)運(yùn)行并且有一臺(tái)泵停止時(shí)，經(jīng)過新增閥位預(yù)設(shè)開度模塊判斷，使油泵回流壓力調(diào)節(jié)閥置位在某一設(shè)定值，并且維持3 s，從而使出口油壓力維持在正常油壓范圍內(nèi)，有效降低壓力陡降導(dǎo)致聯(lián)鎖觸發(fā)停車的風(fēng)險(xiǎn)。3 s 之后，閥位預(yù)設(shè)程序執(zhí)行完畢，油泵回流壓力調(diào)節(jié)閥從之前的預(yù)設(shè)開度開始，繼續(xù)接受PID 模塊控制，追蹤出口油壓力的變化。增加閥位預(yù)設(shè)開度這一設(shè)計(jì)，以泵的狀態(tài)為控制條件，能夠過渡PID 失調(diào)的區(qū)間。在自動(dòng)運(yùn)行的基礎(chǔ)上，自動(dòng)選擇運(yùn)行手動(dòng)預(yù)設(shè)閥位值，實(shí)現(xiàn)在自動(dòng)控制中的手動(dòng)預(yù)設(shè)和PID 調(diào)節(jié)相結(jié)合。