用PID控制温度

问:控制对象是加热炉,12米,660KW,温度范围100-260摄氏度

　　控制器是CPU226+EM231热电偶+EM232模块,电热管加热,固态继电器通过周波触发器控制.希望达到的精度是正负1.0度,最大超调4.0度，响应速度倒没有很高的要求。我用的是S7-WIN4.0软件,程序动了三四次大手术,用过向,生成程序,也手动写过PID程序,自整定也整了N次了总感觉有些不如人意,起先只是用比例,后来加上了积分,微分也加上了,现在最好的效果是精度和稳定性都算达到了,但是当PV和SV相距很近时,比如5度到10度这样子,会出现温度迟迟升不上来的问题。现在我的P是5.0,I是35.0,D是0.2,T是2.0我明显感觉是积分作用不够，但是加大了就会超调的厉害，微分也不敢加（0.5时作用已经很明显了），真的是速度和精度矛盾很突出这台设备滞后性非常大，全输出停止后会冲出20多度；控制周期也很长，升上来降下去一次温度要2个小时我有些怀疑炉子本身和固态继电器的原因导致失控的问题，但是现场有仪表的，自整定后效果可以达到要求；我知道应该有最优的一组PID参数可以达到最好的控制效果，但是实在太难找了，西门子技术支持说没有理论和经验数据，就靠自己找，可是一个来回要两个多小时，找得累啊
我的问题是：
1、西门子PID指令到底好用吗?特别像我这种场合，有没有哪
位调出的效果比较满意的？
2、4.0版本的自整定整出来的参数效果怎样？
我用过四五次自整定，最快的几分钟（可能程序有问题和整定　时机不对），慢的一次要三四个小时但效果还不是很好。另外手册上说自整定要在PV、SV靠的很近，并且MV相对平稳的时候开始，感觉不是很好理解(这样需要手调的，自整定岂不没多大意义了)。


答: 加热管分组控制，根据热平衡曲线设定一组底温/补偿加热管，可有效减小加热系统的热惯性，这样有利于PLC控制，以前做的一浸渍缸就是分成3组加热管控制，效果可以。


问:尽管温度不高，范围不大，但这台炉子在不同的温度段热环境区别还是很大的，特别是热均衡性，这主要体现在比如本来在一个温度段调的很理想的一组PID参数,在另一个温度段就不是那么好用了,会出现超调过大或者迟迟升不到目标温度等问题.

我试图找到一组适合所有温度段和不同大小偏差的PID参数,结果却发现徒劳无功,首先要保证正负一度的保温精度,还有最大超调量要控制在5度,同时又有可能出现小偏差升温的情况,比如从140度升到150度或者更少.
最后保留了三组参数,一种是室温到150度的:P=5.25,I=35.0,D=0.1;一组是150度到250度的:P=11.0,I=200.0,D=0.1(这组同样可以满足偏差很小情况的要求),还有一组是250度及以的:P=20.0,I=200,D=0.1,这个时候热量散发很快,保温性大不如前面.目前只有这么用了,可以满足用户的要求,但感觉不是非常理想,稳定性有待考验.PLC的PID自整定功能一般不是很好用的我发现,为什么仪表做的这么强呢,难道不可以把仪表的算法应用到PLC吗?我几年前用过日系PLC的PID,效果也还不错,只是自整定出来的数据比西门子的更不能用,有的干脆没有自整定功能


现在是空载测试,这几组参数可以达到要求了

　　不知装料后这几组参数能不能经得起考验,我想可能对升温速度有所影响吧,即使环境有所变化因为有前面的经验数据还是可以应付的
　　客户的要求很挑剔,主观性很强,搞的我有时很火,现在还要把这几组参数根据温度段和偏差大小设定为自动改变,或许就是所谓的变参数吧
　　以前调过多次PID,应用于流量,压力和温度控制,但周期都是很短的,最多几分钟了,唯独这次一个来回要两个多小时,所以累的要死,国庆节都没有休息.但对PID有了更深的认识和体会,S7200的PID算法还是相对简单的,感觉还可以做的更好,当然无法和300,400的比了.比如说它没有输出上下限功能
　　P主要决定达到目标值的时间和响应速度,过大的化会出现超调和震荡;I主要体现在对偏差变化率的响应速度上,数值越小作用越强,过小的话也会引起超调和静差,太大了对偏差变化的响应速度会降低,所以纯比例的控制会出现迟迟到不了目标值的情况;D好像体现在对偏差变化率的预知功能上,起作用的时候可以很明显地看到微分产生的尖峰输出.
以上只是个人在应用中的体会,至于具体算法,也希望能够和大家一起交流
　　西门子AD的网站上有关于200PID调试的详细中文PDF文件,大家可以过去看一下,我想是中国的工程师根据现场调试情况所写的,比手册上具体多了,手册上许多东西看不明白的



答:1惯性大的系统我感觉应该把，P值调大（可以试验从100开始），I 直也应该比较大（试验从200开始），D直先设定为0把。


2:的确需要建立一个数学模型，不知您的加热炉有没有其他的测量参数，看看是否可以用一个前馈。

对于这种对象，多要采用变参数的pid，同时可以做一些专家算法。


3:根觉得你这个系统的PID调节可以试一下多组PID参数。即在不同的工况情况下使用不同的PID参数。当然，这个里面你需要对不同的工况进行判定。比如，在温度相差比较大时，可以使用P值较大的PID参数；在温度相差较小时，可以使用P值较小的PID参数。另外，个人建议：可以加入前馈来调一下。比如加热炉出水流量和进水流量等。