如何用一个输出控制两个过程变量

一个系统如何用一个输出(OP)来控制多个过程变量(pv)?

系统可以同时限制这两个值。例如，变速泵的速度可以自动调节，以保持其排泄管道中的流量和压力都在或低于各自的限制。运算符为两者输入设定值;它们都是限制。如果他或她进入50psig和150psig，下游阀门只打开到40gpm，压力回路将控制压力到150psig，流量将下降到40gpm。但是，如果下游阀门打开到60gpm，流动回路将接管，将流量限制在50gpm，压力将降至150psig以下。

动态输出限制

如果您只是将两个输出中的最小值发送到速度参考，并让两个PID输出都限制在0%-100%，那么不受控制的环路的输出将上升到100%，并且当需要交换哪个环路主动限制泵速时，较高的输出将需要很长时间才能从100%下降到满足另一个输出，从而导致严重的超调。

为了解决这个问题，不应该让较高的产出高于较低的产出。但是，必须允许较高的输出高于较低的输出，因为不受控制的环路的比例作用将作用于信号噪声，在不需要下降时将速度降低。

这两个问题都可以通过将PID的输出上限设置为比发送给进程的较低输出高几个百分点(2%是一个很好的起点，但可能需要1%或5%)来避免。

与其他方法的比较

还有其他方法可以实现这种控制。一种方法是让一个PID循环跟踪另一个，直到它应该接管。当你想让运算符决定哪个循环应该被控制，何时切换到另一个循环时，这是有意义的。但当你想一直自动限制所有过程变量时，上面的方案更优越，因为:

• 逻辑更简单，而且本质上没有颠簸。不需要切换，也不需要决定什么时候有一个OP或设定值(SP)轨道。事实上，布尔逻辑根本不存在。所有PID回路一直处于活动状态。
• 当一个回路跟踪另一个回路时，系统在切换时往往会过载。在上面的例子中，如果压力回路跟踪流量回路，当压力超过其极限时，您将切换。然后，你将失去使用比例动作限制超调的能力。相比之下，在本文提出的系统中，如果压力开始快速上升，压力回路的输出将下降，并在压力达到极限之前控制，从而最大限度地减少超调。

输出回接

处理PID块输出回接的最简单方法是不使用该特性。如果你有一个需要使用它的系统，我建议:

• 从输出命令(速度参考或阀门位置命令)中减去输出反馈(例如:VFD实际速度或阀门位置反馈)，以计算op - fb差值。
• 对于每个PID循环，将公共OP-FB-Differential添加到该循环的输出，并将结果发送到该循环的回接。这将导致PID循环，实际上是在控制接收准确的输出反馈作为它的回接。另一个循环将有一个略高于真实反馈的回接;这将防止它在动态OP限制偏移引起的差异时“心烦意乱”。

变化

这种通用方案可用于许多应用程序，并有其他变体。例如，您可以使用它来设置下限而不是上限，方法是取两个输出中较大的一个，然后为下限减去几个百分点。

你可以同时限制三个或更多的pv;唯一的要求是输出必须全部限制在同一方向上。对于上面的例子，您可以为吸入压力添加另一个PID，并取所有三个PID回路的最小输出。流量和排放压力PID回路是反向作用的，吸入压力PID回路是直接作用的，所以流量和排放压力有上限，吸入压力有下限。这三种方法都可以减缓泵的速度，以避免超过极限。

最后，您可以允许操作人员设置固定的输出最大值和/或最小值，因此操作人员可以将其调整为90%，而不是硬性的100%最大泵速，这将成为系统的另一个限制。

总结

通过从PID循环中为每个过程变量取最小或最大输出，可以自动调整单个输出，从而控制多个过程变量。所有循环的输出必须动态地限制在发送到输出的值附近，而不是精确地限制超调和棘轮使所有过程变量低于它们的限制。

克里斯·哈迪是乔治亚理工学院的电气工程师跨公司集成系统集团自1994年以来，Chris拥有锅炉、替代能源、水/废水、化工、制药、安全、纺织和汽车的过程控制经验。Chris还编写控制器/HMIs程序，并编写用于通信、数据收集、显示、趋势和报告的自定义Windows应用程序。

-由CFE Media数字项目经理Anisa Samarxhiu编辑asamarxhiu@cfemedia.com

跨公司集成系统集团是一个相2015年3月5日成员

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