退火炉自动测控系统设计_毕业论文设计说明书

( 此文档为word 格式，下载后您可任意编辑修改！)内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题目：退火炉自动测控系统设计退火炉自动测控系统设计摘 要本文是基于罩式退火炉的结构及退火原理而设计的一套罩式退火炉自动测控系统，主要包括炉膛温度控制、炉膛压力控制、燃料压力控制和冷却器排水温度控制。罩式退火炉退火处理是冷轧带钢的一个重要环节，其作用是消除加工硬化的现象，使晶粒均匀和组织稳定，而罩式退火炉又有多种形式，本文只对目前常用的氮氢型保护气体单垛式紧卷罩式退火炉的自动测控系统进行说明。从冷轧带钢退火工艺、罩式退火炉的工作原理、罩式退火炉的工艺参数到罩式退火炉的退火程序都作了详细的说明，并列举目前常用的控制系统作参考。此次设计的测控系统主要用到DDZ型仪表，本文用组态王设计了上位机监控程序，用CAD设计了罩式退火炉自动测控系统图，并对各个系统进行了详细介绍。关键词：罩式退火炉；自动测控系统；组态王；监控程序Annealing Furnace Automatic Monitoring andControl System DesignAbstractThis article is based on the Bell-type annealing furnace and annealing the structureof a set of principles designedimportant link, and its role is to eliminate thephenomenon of work- uniform and organizational stability, and thethe currentcommon N-protectiongas-tight single-stack . Cold-rolled strip from the annealingprocess, Bell-type annealing furnace of the principle of the Bell-type annealing furnaceprocessparameters to the , and cited the current control system commonly used forreference. The design of the monitoring and control system is mainly used DDZ-typeinstruments, the paper was designed by Wang configuration PC monitoring program,using CAD design of the Bell-type annealing furnace automatic monitoring system map,and the various systems for the detailed briefing.Keywords:Bell-typeannealing furnace;Automaticcontrolsystem; KingView;Monitoring program目录摘 要 .IAbstract.II第一章 引言 .11.1冷轧窄带钢生产的重要地位 .11.2冷轧带钢退火的目的、原理、工艺制度 .11.2.1冷轧带钢退火的目的 .11.2.2冷轧带钢退火的原理 .21.2.3冷轧带钢卷退火工艺制度 .21.3研究罩式退火炉自动测控系统的意义 .41.4本文主要研究内容 .5第二章冷轧带钢退火工艺及设备 .72.1冷轧带钢退火工艺及操作 .72.2罩式退火炉 .92.2.1单垛式紧卷罩式炉 .92.2.2单垛式紧卷罩式炉技术性能及设备构成 .92.2.3罩式炉退火程序 .152.3罩式退火炉自动测控系统常用的控制方案 .172.3.1罩式退火炉微机控制 .172.3.2全氢罩式退火炉自动控制 .18第三章 罩式退火炉自动测控系统总体设计 .203.1 总体设计思路 . 203.2总体测控系统设计图 .21第四章罩式退火炉自动测控系统设计 .234.1罩式退火炉自动测控系统设计 .234.1.1炉膛温度控制 .234.1.2燃料压力控制 .264.1.3炉膛压力控制 .274.1.4冷却器排水温度控制 .284.2仪表功能及选型 .304.2.1热电偶和热电阻 .304.2.2调节器 .304.2.3温度变送器 .354.2.4记录仪 .354.3 上位机监控程序设计 .36结束语 .43参考文献 .44附录 A 报表窗口程序 .45附录 B 罩式退火炉自动测控系统设计图 .47致谢 .48第一章引言1.1 冷轧窄带钢生产的重要地位冷轧带钢广泛用于汽车制造、食品包装、家用电器、交通运输、农业机械、民用小五金、轻工、仪表、通讯和军事工业等各行各业，是非常重要的通用钢材。据不完全统计，目前我国每年可生产冷轧宽带钢和窄带钢约400 万 t 和 100 万 t ，在相当长一段时间内仍存在较大缺口，每年需花费大量外汇从国外进口冷轧带钢。由此可知，发展冷轧窄带钢生产对于减小冷轧带钢的缺口、缓解供需矛盾、节约外汇和促进国民经济的发展等，都起着相当重要的作用。建设宽带钢冷轧机需要资金多，建设周期长，还必须有充足的资源和技术力量等，比较困难。相反，窄带钢冷轧机比较容易建设和掌握。因此，近年来冷轧窄带钢生产在我国的中小城镇和边远地区发展很快。显然，它对促进地方工业的发展和逐步缩小城乡差别与地域间经济发展水平的差距，具有重要作用。尤其需要指出，有些品种和规格（如工具钢、弹簧钢和合金钢等）的冷轧带钢和精密机器制造、通讯、仪表与军事工业等特殊行业需要的极薄高精度、高强度带钢等，只能在冷轧窄带钢轧机上生产。 冷轧窄带钢轧机的这个作用， 是宽带钢轧机所不能取代的。因此，冷轧窄带钢生产在国民经济和军事工业发展中更具有特殊的意义。1.2 冷轧带钢退火的目的、原理、工艺制度冷轧带钢退火的目的退火的目的一是消除冷轧带钢加工硬化、降低硬度、软化金属、恢复带钢的塑性变形能力，以便于进一步进行冷轧或其他加工；二是改善组织结构，产生所需要的晶粒大小和取向。通过对温度、时间的控制使晶粒具有一定的大小和形状，从而改善钢的力学性能和物理性能。冷轧带钢退火的原理所谓退火就是将钢加热到一定温度，并保持一定时间，而后缓慢冷却至室温的一种热处理方式。在退火过程中将发生回复、再结晶及晶粒长大等结构上的变化。从热力学角度看，退火就是提高金属材料内部组织和结构的热力学稳定性，从而保证所需求的性能指标。冷轧带钢卷退火工艺制度冷轧带钢卷在保护气体中进行退火，不氧化，也不产生脱碳，称为光亮退火。冷轧带钢卷退火工艺制度，主要根据退火钢种、化学成分、带钢尺寸、卷重以及产品质量技术要求等因素制定，当然也和使用的退火炉型和装备技术水平有着直接的关系。冷轧带钢卷退火工艺制度还需根据多年生产实践以及各钢种工艺试验逐步修订，不断完善。 加热速度的制定加热速度的制定主要取决于钢种的导热系数。钢种的化学成分中碳含量和合金元素含量对导热系数影响较大。 若碳含量高、 合金含量高， 则导热系数小， 加热速度应慢些，以避免内外温差过大造成组织和性能不均匀。从室温到400，加热速度一般情况下是不控制的。单垛式紧卷罩式炉是间歇式的退火方式，而加热罩是连续式作业，当一台炉加热罩保温结束后，加热罩立即吊扣到另一台已经准备好的炉台上继续生产，这样即符合正常组织生产规律，也不浪费资源。加热罩热状态下继续生产，炉内钢卷从室温升到400是很快的。 钢卷在 400以前并没有发生再结晶， 内部组织也无显著变化， 加热速度的快慢对性能影响是不大的。从 400加热到保温温度， 加热速度对带钢退火质量是有影响的。 对于氮氢型保护气体罩式炉，一般升温速度控制在 3050，具有 4 种工作状态，也可由操作者在装置板上自行设定各程度段的温度值和时间值，超上、下限报警值和PID 值，当按工艺要求编程结束，可按键复查，对所预设置参数据进行校核，校核无误后按下“运行”键。即可按规定的程序曲线控温。在温控过程中，根据要求可随时监视当前程序段设定值大小。系统采用 PID 调节方式，其数值可根据需要使用设定的PID 值或据对象特性直接设定和调整。为了方便操作，减少电网对控制系统的影响，系统采用了直观的人机对话的形式输入各种参数，调节器采用脉宽调制型过零触发控制方式。控制系统的主要功能是按设定的热处理工艺曲线进行自动运行；微机系统合理利用，做到一机多用；对露点温度无误差自动补偿；在线PID 参数和给定值；自动记录显示内、外罩温度；PID 参数和给定值的输入提示、故障显示；系统事故的自动报警、掉电保护和故障自诊断。在罩式退火炉上应用微机控制系统，操作直观方便，深受现场工人的欢迎。功能上能满足一般热处理工艺对温度控制系统的要求，生产中可选用较佳升温方式进行温度自动控制。一机多用，用一人操作即可，从而减少车间工艺定员。能消除操作失误，从而克服炉温不均现象，使冷轧带钢卷质量稳定，生产效率提高。全氢罩式退火炉自动控制全氢罩式炉是一种目前退火工艺水平很高的罩式退火设备，具有生产效率高、退火产品质量优，介质、能量消耗低等优点，是改善和提高冷轧产品特别是冷轧带钢表面质量的重要设备，其主要优点是利用氢气的强还原性和密度小、热传导性高等特点, 与高速旋转的炉台循环风机相配合, 使炉内气氛具有高的流动速度和传热速度, 炉温均匀。冷轧钢卷经退火后 , 力学性能优良、 均匀 , 带钢表面清洁光亮 , 生产效率高。 在冷轧产品的生产中得到了普遍应用。控制系统设计：根据全氢罩式炉工艺的特点和实施自动控制的需要，按最优性价比的标准，选择西门子的 PLC 。本控制系统设计为一个PLC 控制 2 台全氢罩式退火炉的系统模式，系统由 SIEMENS 公司的 PROFIBUS 现场总线组成，包括 S7 400控制器，分布式 IO ET200 ，OP 操作面板和 CIMPLICITY显示基本监控画面。 系统网络由两级组成， 上位控制计算机和 S7 400 之间为 PROFIBUS FMS 协议，主控制站S7400 与远程 IO 之间为PROFIBUS DP 协议。重要控制回路的实现方法： 氢气流量自动调节退火加热和均热期间要进行氢气吹扫，在保证钢卷质量情况下使用最少的氢气流量，以节能降耗、节约成本，而且炉内气氛压力必须保持稳定。根据此特殊工艺要求，在退火过程前期采用氢气流量控制，后期采用炉内压力控制，并使内罩压力控制在一定范围。氢气流量调节阀采用时序控制。就现场使用情况来看，此控制方式可完全达到工艺要求，使生产每吨钢卷的氢气达到较低用量。 退火过程温度控制退火过程温度按工艺过程分为两段，加热段和均热段。加热段采用初始燃烧量来控制燃烧过程，均热段采用温度控制燃烧过程。根据此罩式炉设备情况，退火过程的燃烧控制 PID 调节器采用串级控制调节来完成，温度环为主环， 燃气流量为副环控制， 并在副环控制中进行相关的经验校正值系数来优化流量值的设定值。在实际运行中，此种控制方式较好，均热段温度偏差小于3。 循环风机的变频控制在退火过程中，炉内气氛随工艺过程不同而不同，这对循环风机要求较高，在不同介质和不同温度情况下的风机转速需进行变速控制，此处采用西门子变频器进行风机变速控制。经过反复试验，得出退火过程不同气氛和不同温度下对应的循环风机的变频控制过程。 旁路风机及旁路冷却阀的行程控制在退火过程的快冷过程中， 旁路冷却风机对不同介质和不同温度情况下也有不同要求。针对这种情况，旁路冷却风机和旁路冷却阀的动作需按行程控制。经过现场使用，行程控制的方式满足快冷过程的工艺要求。第二章罩式退火炉自动测控系统总体设计由罩式退火炉的原理、结构、运行过程、各个参数及成本的要求，并结合其他罩式退火炉的控制方案，我们可以对罩式退火炉自动测控系统作出总体设计。2.1 总体设计思路我们可以从罩式退火炉的结构、运行过程、参数要求来理清一下设计的思路。 从罩式炉的结构组成看，罩式退火炉自动测控系统的总体设计可以分为以下几个部分： 炉本体的控制； 燃料及空气的控制； 保护气体控制； 冷却水控制。 从罩式退火炉运行过程看，罩式退火炉运行过程分为升温、保温和降温过程。在这个过程中，温度控制的直接因素在燃料和空气的控制上，因此燃料和空气的作用时间及流量在这里显得很重要。从图2.2 可以看出，在退火炉升温前必须经过预吹洗和吹洗的过程，这期间向退火炉通入保护气体， 通入保护气体的流量和时间也需要得到控制，可以采用调节保护气体的进气阀和出气阀来实现，因为保护气体直接影响炉膛的压力和产品的质量。在快速冷却阶段，抽取1314 的保护气体通过冷却器进行循环，进而达到快速冷却的目的， 在这里对冷却水的控制以及如何去掌握好冷却的时间也是设计的一部分。 从罩式退火炉运行系统的参数看，可以从温度参数、压力参数和流量参数上考虑。 温度参数如上面所介绍：退火炉最高退火温度：750，如何去控制这个点，还有为获得高质量的产品，必须保证钢卷内部的温度和炉膛的温度差距在一定的范围内，这依不同炉型和不同钢种具体来定。 可以考虑通过钢卷内部温度与炉膛温度组成一个温度的串级控制系统来实现炉温的控制。冷却器排水温度一般不高于42，此参数的控制可以通过一个单回路控制系统便可以实现。 压力参数此设计中涉及到几个重要的压力参数，包括炉膛压力、燃料压力等，两者都可采用一个单回路控制系统来控制。 流量参数流量参数主要是空燃比的控制，空燃比控制对于炉温控制有着重要的作用，还可降低生产成本。2.2 总体测控系统设计图从以上分析我们可以设计出罩式退火炉自动测控系统的总体原理图，如图 3.1 所示。由图 3.1 可看出，罩式退火炉自动测控系统由炉温串级控制系统、燃料压力控制系统、炉膛压力控制系统及冷却器排水温度控制系统构成。炉温串级控制系统保证了炉温控制在允许的范围之内，并通过空燃比控制系统来实现空气和燃料比值符合要求，既降低了成本，也保证了退火的质量。燃料压力控制系统利用一个单回路控制系统来实现，保证燃料压力在一个允许的范围之内，并设有报警装置。炉膛压力控制系统也是一个单回路控制系统，通过调节炉膛保护气体的排气阀来实现炉膛压力的稳定，一旦炉膛压力超过一定值时，便会发出报警。冷却器排水温度控制系统也是一个单回路控制系统，通过调节冷却水的流量来达到控制冷却器排水温度的稳定，并设有报警装置。从图 3.1 可以看出，此设计利用两支镍铬镍硅热电偶分别检测钢卷内部温度和中间保护气体的温度来控制炉温；利用孔板在燃料和空气管路上测量流量控制空燃比的稳定；从燃料管道及炉膛底部各取一个压力检测点来控制燃料的压力及炉膛压力；冷却器排水温度检测通过一支热电阻检测水温控制冷却水的排水温度。各个系统都带有记录报警功能，还可通过手操器来实现手动与自动的切换，炉压等一些重要的参数还需要现场就地显示。外罩内罩PRAPY601603PT602PI606HIC501FY502M保护气体风机冷却器冷却水排出MTYTRA204203TTTC201202PYPRA313312PTPIC307308MM燃料FTFY301311FfFR316310FR305FCFTFY302303306M空气TTTC101102TRATY103104MHIC605HIC403TTTRATY401404405TIC402PIC604图 3.1 罩式退火炉自动测控系统设计图第三章罩式退火炉自动测控系统设计3.1 罩式退火炉自动测控系统设计炉膛温度控制根据退火钢卷的材质和炉体的具体状况来制定工艺制度。为使罩式退火炉炉内温度偏差不致太大，我们设计了罩式退火炉的炉膛温度串级控制系统。如图4.1 所示。罩式退火炉炉温的控制主要是根据热电偶测得的炉内钢卷的温度、保护罩与外罩中间的温度来进行控制，通过外温热电偶送来的测量信号与主调节器的输出信号比较来调节煤气执行器，而空气执行器则随着煤气执行器的变化而变化，以保证合适的空燃比。内温设定外温设定值值主回路 PID副回路 PID煤气执行器外罩内罩_调节器_调节器外温热电偶内温热电偶图 4.1 罩式退火炉串级控制系统框图此控制系统中被控参数为钢卷内部温度，此数据经过测温热电偶、变送器输出到主调节器，在主调节器内与内温设定值进行比较，得到的偏差信号经过主调节器计算后，其输出信号作为外温调节器的设定值，该设定值与外温热电偶反馈回来的信号进行比较，偏差信号在副调节器内通过计算，输出的信号去控制煤气执行器，从而可以使炉膛温度达到稳定。图 4.2 是罩式退火炉的温度控制模式，从图中可以看出，罩式退火炉的温度控制可以分为加热阶段、保温阶段和降温阶段。因钢种、材质和炉体的具体状况不同，退火温度控制曲线也会有所不同。保温热降温，加T度温保温时间t时间 t,h图 4.2 罩式退火炉温度控制模式此设计出于安全生产和降低成本的考虑，燃料执行器和空气执行器都设计为电动执行器，对于副环，燃料阀为电动执行器，符号为正，根据副环开环放大倍数符号为负，副回路调节器应选反作用。对于主环，主对象的输入信号为炉膛温度即副变量，输出信号为钢卷温度即主变量，当炉膛温度增大时，钢卷温度会上升，因此主对象的放大倍数符号为正。主控制器放大倍数符号应取主对象放大倍数符号的反号，因此主控制器应选反作用。在主、副控制器控制规律的选择上，因温度对象容量滞后比较大，为了克服容量滞后，就需要选用比例积分微分三作用的控制器作为主控制器，而副环是一个随动系统，它的给定值随主控制器输出的变化而变化，为了能快速跟踪，副控制器不带积分作用，因为积分作用会使跟踪变得缓慢。副控制器的微分作用也是不需要的，因为副控制器有微分作用时，一旦主控制器和输出稍有变化，执行器就将大幅度地变化， 这对控制不利。图 4.3 是空燃比控制系统图，通过它便可以使空气和燃料的比值达到稳定，从而可以控制炉温，属于炉膛温度控制的一部分。接线图如图 4.4 所示。副回路 PID 调节燃料执行器燃料器K流量变送空气量调节空气执行器空气器流量变送图 4.3 空燃比控制系统图差压变送器111122951133951零1062+ 24V41062141173-+1173155220V24V84-841261216177电源开方器18 819 9220V2010111122133144155166177188+19924V-201012电动执行器记录仪差压变送器11 112 21339511441062155+117324V166-1284177开方器18 819 9220V2010+24V -调节器951106211731284比值器记录仪图 4.4 空燃比控制系统接线图此设计中两个检测点可用镍铬镍硅型热电偶，此外用到的仪表有差压变送器、温度变送器、压力传感器、压力变送器、电动执行器、调节器、开方器、安全栅、记录报警仪等；燃料压力控制此系统中只要对燃料的流量加以控制，便可以根据空煤比来控制空气的流量，从而达到对温度的稳定控制。此外出于安全的考虑，必须对燃料的压力进行控制，为此设计了一套煤气压力单回路控制系统。从燃料管路上取压并安装一台压力变送器，压力变送器的输出送到调节器，从调节器出来的控制信号去控制执行器的动作。此外，将有关数据上传至监控室，方便工作人员的现场监控。如图4.5 所示。PRAPY312313PTPC307308M燃料图 4.5 燃料压力控制系统图由于电动阀符号为正，其放大倍数为正，对象为燃料压力。当阀门开度增大时，压力将上升，对象放大倍数为正，变送器放大倍数为正。为使此系统构成一个负反馈控制系统，此系统中压力控制器选用反作用。在现场中，压力变化迅速，可以仿照流量系统来选择控制器型式和参数。压力控制器的控制规律应选PI 控制，比例度应大，积分可以消除余差，另外由于滞后小，运行周期短，积分时间可以取得很小。炉膛压力控制退火钢卷防止氧化的关键性问题之一是必须使保护罩内的压力满足工艺要求。对于老式砂封的罩式炉炉膛压力要求达到800Pa1400Pa。因为压力高于 1500Pa，砂封会被吹开，而低于 500Pa 时，炉台循环风机的作用会使内罩下的压力形成负压，所以要严格控制炉膛的压力。对于新式压胶密封结构新炉子，循环风机能力又较大，并有分流冷却系统，相应炉膛压力要高。另一个关键问题是保护气体，保护气体必须要保证高纯度，含氧量要小于 20ppm，露点在 50以下，这样才能保证炉膛气氛的可靠性，实现光亮退火。图 4.6 是炉膛压力控制系统图， 炉膛压力的控制采用压力变送器采集炉膛压力信号，并设有报警功能。从变送器出来的信号送往调节器，控制炉膛保护气体排气阀的开度来实现炉膛压力的稳定。并将从变送器出来的信号传送到计算机进行监控，一旦炉膛压力超出或低于临界值时，便可以快速地采取措施来达到炉压的稳定。PRAPY601603PT602PI压力炉膛606检测点保护气体保护 排气口气体MMHIC501PICHIC604605图 4.6 炉膛压力控制图由于电动阀符号为正，其放大倍数为正，对象为炉膛压力。当阀门开度增大时，压力将下降，对象放大倍数为负，变送器放大倍数为正。为使此系统构成一个负反馈控制系统，此系统中压力控制器选用正作用。压力控制器控制规律的选择也是PI 控制，道理跟燃料压力控制一样。冷却器排水温度控制快速冷却设备用到的是分流快速冷却设备，所谓分流快速冷却设备是指在炉台中心照常安装一台炉台循环风机，与没安装分流快速冷却设备一样，正常操作运转。而另外安装一套单独系统，包括一台分流风机、冷却器、控制蝶阀以及管路等。在分流快速冷却设备工作时，分流风机只能从炉内一侧吸入1314 的保护气体，而不是全部保护气体进行快速冷却，故称作分流快速冷却设备。分流快速冷却设备主要由分流风机、冷却器、控制蝶阀、波形管以及管路等组成。图 4.7 是分流快速冷却设备示意图。该设备安装在炉台下部，在进行分流快速冷却的时42315图 4.7 分流快速冷却设备示意图1- 分流风机 ;2-冷却器 ;3-控制蝶阀 ;4-波形管 ;5-全封闭冷却水套候，当炉气热电偶温度达到500后，开始启动分流快速冷却风机。温度过高时接通快速冷却设备不能起到提高冷却速度的作用。500时接通可以减弱热交变应力，这一热交变应力对保护罩有损害。高温急剧下降保护罩可能产生轻微的不密封现象。分流风机把一部分热保护气体，从保护罩一侧抽到分流快速冷却系统中，经过水冷却器使热保护气体冷却到 50左右， 然后把冷却后的冷保护气体再送回到保护罩另一侧。在分流风机出口管路中安装一个控制蝶阀，不使用分流冷却设备时，关闭此蝶阀。冷却器的排水温度有限制， 一般规定出水口水温不大于42，水温采用单回路控制系统来实现，如图4.8 所示。冷却水温度检测用Pt100 热电阻，如果发现超温，则应检查供水管网压力或温度，以及入水口过滤器是否堵塞。此系统中控制阀选用电动阀，其放大倍数为正，对象为冷却水排出水温度。当阀门开度增大时，冷却水排出水温度将下降，对象放大倍数为负，变送器放大倍数为正。为使此系统构成一个负反馈控制系统，此系统中温度控制器选用正作用。此控制中冷却水排水温度控制精度要求高，希望动态偏差较小，应加积分控制。温度对象时间滞后比较大，应加微分控制，控制器应选用PID 控制规律。冷却器冷却水排出MTICTT402401TRATY404405图 4.8 冷却器排水温度控制系统3.2 仪表功能及选型在此次设计中，用到的仪表有传感器、调节器、变送器、记录仪、执行器、比值器等、开方器，在此就一些主要仪表的选型方法作简要介绍。热电偶和热电阻热电偶是工业生产中使用广泛的一种温度传感器，该设计中应用镍铬镍硅 （镍铝）热电偶（分度号为 K）。该种热电偶的正极为含铬 10% 的镍铬合金，负极为含硅3% 的镍硅合金。它的负极亲磁，依据此特性，用磁铁可以很方便地鉴别出热电偶的负极。它的特点是使用温度范围宽，高温下性能较稳定，热电热与温度的关系近似线性，价格便宜，因此，它是目前用量最大的一种热电偶。它适用于氧化性及惰性气氛中连续使用，短期使用温度为 1200，长期使用温度为 1000。热电阻广泛用于测量 200+850范围内的温度，在特殊情况下，低温可测1K 左右，高温可测到 1000。它的准确度高，输出信号大，灵敏度高，测温范围广，无需冷端等优越性，此设计中选用Pt100 铂电阻测量冷却器排水温度。调节器 调节器的原理调节器将来自变送器的测量值与给定值相比较后产生的偏差进行比例、积分、微分(PID) 运算，并输出统一标准信号，去控制执行机构的动作，以实现对温度及其他工艺变量的自动控制。 调节器的运算规律是指调节器的输出信号与输入偏差之间随时间变化的规律。理想的 PID 调节器的运算规律可用下式表示1td(4.1)y K Pdt TDdtTI0也可用传递函数表示为Y s1TD s(4.2)W sK P 1E sTIs式中，第一项为比例 (P)部分，第二项为积分 (I) 部分，第三项为微分 (D)部分，各变量的意义如下：K p 调节器的比例增益；T I 调节器的积分时间；T D 调节器的微分时间。实际 PID 调节器的运算规律表达式要复杂些，其传递函数常用下式表示1TD sY s1FFTI s（ 4.3）W sK P FTD sE s11K D sK I TI s式中 ， F 调节器变量之间的相互干扰系数，可表示为F 1TD ，其中比例系TI数的大小与调节器的构成方式有关。该式表明，当调节器无积分作用( TI)或无微分作用TD0 时， F1 ；K P F 考虑相互干扰系数后的实际比例增益；FTI 考虑相互干扰系数后的实际积分时间；TD 考虑相互干扰系数后的实际微分时间；FK I 积分增益；K D 微分增益。当 K I 、 K D 均很大时，则上式就近似等于理想PID 运算规律的表达式了。在数字式控制器和计算机控制系统中，对每个控制回路的被控变量处理在时间上是离散断续进行的，其特点是采样控制。离散 PID 算法基本形式是对模拟控制器PID 算式离散化得来的，有下列几种算法。 位置算法K cke( k) e(k 1)ke(i ) t K cTDe(i ) K D e(k) e(k 1)u(k) K ce(k )K c e(k ) K ITIi 0ti 0（4.4）式中， Kc 为比例增益； K I 为积分系数； K D 为微分系数；积分系数 K I K cT ST I ，T I 为积分时间；微分系数 K DK cT DT S，T D 为微分时间。T S 为采样周期（即采样间隔时间t ）， k 为采样序号。 增量算法u(k) u(k )u( k1) Kce(k)K I e(k)K D e(k )e(k 1) e(k1)e(k2) Kc e(k)e(k 1)K I e(k)K D e(k)2e( k1)e(k2)（4.5）式中，u(k) 对应于在两次采样时间间隔内控制阀开度的变化量。 速度算法v( k)u(k )Kce(k) e( k 1)Kce(k)KcK De( k) 2e( k 1) e( k 2) （ 4.6）tTSTITS2式中， v(k) 是输出变化速率。由于采样周期选定后，T S 就是常数，因此速度算式与增量版式没有本质上的差别。实际数字式控制器和计算机控制中，增量算式用得最多。 控制规律的选择过程工业中常见的被控参数有温度、压力、液位和流量。工业用控制器常见的有开关控制器、比例控制器、比例积分控制器、比例微分控制器、比例积分微分控制器。控制器控制规律的选择可以参照下面一些基本原则： 对于不太重要的参数，例如中间储罐的液位、热量回收预热系统等，控制一般要求不太严格，可考虑比例控制，甚至采用开关控制； 对于不太重要的参数，但是惯性较大，又不希望动态偏差较大，可考虑采用比例微分控制器，但是对于系统噪声较大的参数，例如流量，则不能选用比例微分控制器； 对于比较重要的，控制精度要求比较高参数，可采用比例积分控制器； 对于比较重要的，控制精度要求比较高，希望动态偏差较小，被控对象的时间滞后比较大的参数，应当采用比例积分微分控制器。 PID 参数的工程整定方法PID 参