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真空钎焊炉PID参数的调整方法

作者:蔡东俊 人气:15508 日期:2021-07-21 17:46:57

 

真空钎焊炉PID参数的调整方法
 随着真空热处理、真空钎焊、真空扩散焊、真空烧结技术的发展,真空设备的使用越来越普及,为确保真空炉温度达到最佳的控制精度,真空炉的PID 参数的确定是关键。PID 参数调整得好,真空炉在设定温度下不仅有较好的温度控制品质,而且在恒定的炉子保温阶段还能使磁性调压器的输出电压、电流保持在一个恒定状态,有利于延长调压器的寿命,减小电网的波动。
 1  PID 参数的概念
 PID 是系统控制中对控制参数与设定值之间偏差的比例带P (proportion) 、积分时间I (integrate) 、微分时间D(differential) 的统称。其作用是将调节器输出电压与输入电压之间的P、I 、D 关系确立到最佳炉温控制状态。其中P 为偏差电压/ 调节器输出电压,其数量 是调节器闭环放大倍数的倒数。当真空炉炉丝的加热电流和炉温与设定值之差(简称偏差) 成比例时,比例带越小( P 值越小) ,调节器输出电压开始突然跳动大,而且输出电压上升快。目前国产各类真空炉普遍配置的FP21 (或SR50 系列) 调节器输入电压就是偏差电压,它与炉温与设定值之差成比例。调节器输出电压经可控硅触发器(或晶闸管) 去改变磁性调压器的输出电压,从而改变炉丝加热电流,使炉温趋向在设定值处稳定。若只有比例作用,炉温不稳定时加热电流较小,炉温恢复必然很慢。如设定的比例太小,则一开始加热电流太大,炉温会过头,超调量大,甚至于出现不稳定。I 为炉温过渡过程中时间与炉温偏差的动态累积(积分) , 其作用是炉丝加热电流与炉温偏差积分成比例。只要存在偏差,尽管偏差很小,但经过长时间的累积,就会有足够的输出去控制炉丝加热电流以消除偏差。积分作用可以极大地减小静态误差,使加热电流自动维持在一个新的水平上,保证炉温恢复后达到没有静差。积分时间越短,积分作用越强,炉丝加热电流上升(或下降) 变化就越快。若设定的积分时间太小,电流上升速度很快,而温度变化较慢,其后果是温度偏差在还没有消除之前电流已经很大,以至炉温超标,超调量大,甚至于造成不稳定。若设定的积分时间太长,电流上升很慢,在很长时间内,积分就不起作用,主要靠比例作用,以致加热不足,过渡过程时间会太长。D 所起的作用是在炉丝加热电流与偏差的变化速率( △偏差/ △时间) 成正比,当炉丝加热电流较小,炉温恢复太慢,有了微分作用,炉丝加热电流就会加大,炉温恢复就快。当对应于某温度的P、I 、D 值设定好后,炉温升到该温度值时,炉丝加热电流在PID 作用下会自动减小从而使炉温超调量不至于过大,且超调量会很快衰减振荡趋于稳定在设定值。
2  PID 参数的设定
通常在购置真空炉后,生产厂家在调试中往往会根据不同的使用温度设定2~3 种PID 参数,而且仅限于炉子空载或炉内装有一定量产品后加热时的PID 参数,但在实际生产中装炉量以及产品材料发生变化导致保温温度的改变,这都需要自行设定较理想的PID参数值。目前仪表普遍设定9 组或多于9 组PID 参数值(FP21 仪表可设定9 组PID 参数) 。以前设定PID 参数的方法,需分别调整P、I 、D 三参数(如DWT2702 仪表) ,很复杂。通过多年的实践经验,就真空加热炉钎焊炉,总结了以下几条简单的二参数调整法(以FP21仪表为例) 。①在FP21 编程窗口群(3) 设定一条编号为P9 的升温曲线(如升温至850 ℃保温的曲线) 。②在FP21 控制窗口群(4) 设定PID 编号为No19 的参数值,真空加热炉一般P = 210 %~1010 %、I = 50s~500s、D = 1/ 3 I 。③炉子按原定方案装上一定量的代用零件,并由FP21 控制按P9 曲线升温,当温度到达保温温度时记录以下的内容:温度的过冲量、第一次回复到保温温度的时间、由保温温度值下降到低值温度时的温度及所需时间、由低值温度回升到保温温度的时间、第二次过冲温度及时间,第二次回复到保温温度的时间等。④改变P 值(提高或降低210 %) 而I 、D 值不变的情况:记录相应数据与第一次数据作对比,比较出较好的温控品质所对应的一组P、I 、D 参数,在此基础上再微调P 值进行比较,这样就基本上得到一组满意的P、I 、D 参数;或不改变P 值,调整I 、D 值,将I值增加或减少50s ,D 相应增加或减少17s , I 值与D 值保持3∶1的关系,进行试验,记录相应数据与第一次数据作对比,选出温控品质较好的一组P、I 、D 参数,在此基础上再调整I 、D 值进行比较,这样就基本上得到一组满意的P、I 、D 参数。采用以上各步骤试验通常只需2~3 次试验即可得到满意的结果。使用非FP21 仪表,同样可按设定某升温曲线、设定一组PID 参数值、记录相应数据、再调整直到满意的结果。
3  应用效果
PID 设定是否合理,可在生产现场直接验证。当炉温到达设定温度,输出电压表、输出电流表的指针就恒定在某一位置,没有任何摆动,说明PID 参数设定得好。例如某真空炉升温到1100 ℃,试验数据记录如下:
①P = 500 %、I = 50s、D = 17s ,到温后温度曲线振荡不停、衰减很小; ②P = 940 %、I = 150s、D = 50s ,到温后温度曲线振荡两次已稳定; ③不改变P 值, I = 300s、D= 100s ,到温后温度曲线又不理想,温度曲线振荡时间拉长; ④P = 1100 %、I = 300s、D = 100s ,结果超调量增大; ⑤P = 710 %、I = 300s、D = 100s ,温度曲线已基本满意; ⑥P = 618 %、I = 300s、D = 100s ,温度曲线已稳定,调试相当理想。通过此例子说明相当理想的P、I 、D参数值不是唯一的一组,由于炉子的加热元件不同、炉膛的尺寸不同等因素,不同炉子升到同一温度其P、I 、D 参数值可能相似,也可能不相似;而同一炉子升到不同温度也可能用同样一组P、I 、D 参数值都能适用,具体由实际效果来判断,可根据输出电压表、输出电流表的指针是否摆动来判断;以上的经验调整方式适用于对温度波动因素较少的真空钎焊炉,而对于如化工流程等测温配置用FP21 仪表P、I 、D 参数值的快速设定,由于气流流通等因素影响需采用另外的经验方法。根据以上记录的数据进行分析,然后调整PID 参数再试,对照图1 可按以下情况进行分析:过冲量大、控制处于稳定,降低P 值或加大I 值( D 值相应成比例加大) ;振荡次数太多、回复时间长、控制处于不稳定,提高I 值( D 值相应成比例加大) 以加快振荡回复到设定值。在实际生产中,应当根据生产工艺的不同要求来确定这3 个指标,具体来调整P、I 、D 参数满足所需要的要求。应重视过渡过程时间,因为外界扰动是经常侵入的,如果过渡过程时间很长,那么前一个扰动作用尚未平复,又紧跟下来一个扰动作用,结果炉温就总是处于不断的波动状态,不能稳定在给定值上,甚至因为前后扰动作用的累积使炉温偏离设定值更远。虽然系统对单个扰动是稳定的,但如果温度控制系统的品质不高,在使用中,炉温也还是会来回摆动不止的,处于不稳定状态下。通常超调量大,振荡次数就多,温控过渡过程的时间也越长。在条件允许的情况下定期使用
真空炉、真空钎焊炉和热处理炉炉温跟踪仪、温度测试仪、炉温跟踪仪)炉温仪测点多、测量精度高、软件用户体验效果好,能彻底去除拖偶测温的烦恼! 真空炉炉炉温仪用于热处理炉过程的温度监测、焊接工艺调整和改进。炉温测试仪具有可靠性高、采样周期可选、仪器内部温度显示、温度曲线显示图可以任意拉动、测试报告格式美观漂亮、性能价格比极高等特点,是替代进口的首选产品。适合于不锈钢真空钎焊、铝合金真空钎焊、钛合金真空钎焊、EGR汽车尾气排放散热器、过水热换热器、板翅式冷却器等各种材料的真空钎焊真空热处理、对金刚石、硬质合金、陶瓷、合金钢、高温合金、钛合金、坡莫合金等材料进行真空钎焊、真空热处理,对磁性材料、粉末冶金材料进行真空烧结。

真空炉FP23编程使用说明书

一、进入编程窗口   显示  PIN PROGRAM

01   PIN键选择所需曲线号

SCRN    显示 PIN Num of  STEP    10     设定所需的段数

Start     STEP       1     设定从哪一段开始(通常为1

SCRN    显示 PIN  START SV   XXX      设定初始温度(通常为室温)

PIN   REPS      1            重复次数(通常为1

SCRN    显示 PIN LOOP STEP

01       START1            下面三个值均为1

END1

REPS1

SCRN    显示 PIN GUArantee soak

Zone       5.1       自动确保平台温度(通常为5℃)

Time   00H00M       自动确保平台时间(值为00H00M

PV  STARTON        从测量值开始升温

SCRN    显示 PIN EV Set point

01  EV1   HA  1280   超温报警温度此值不能超过1280

EV2   HA  xxX    分压温度,根据实际需要设定

SCRN    显示PIN PROGRAM          编辑曲线初始窗口

01

SCRN    显示 PIN  STEP

01        SV  TIME  PID TS

STEP   NO  1            进入设定曲线状态

SCRN    显示 PIN

01   SV     XXXX          该段温度设定值

STEP  TIME  xxHXXM         该段所需时间

001 PID      00              第一段PID组别 (为0

STEP    显示 PIN

01   SV     XXXX          该段温度设定值

STEP  TIME  xxHXXM          该段所需时间

002 PID      00               第二段PID组别 (为0

STEP    显示 PIN

01   SV     XXXX          该段温度设定值

STEP  TIME  xxHXXM          该段所需时间

003 PID      00               第三段PID组别 (为0

STEP    显示 PIN

01   SV     XXXX          该段温度设定值

STEP  TIME  xxHXXM          该段所需时间

004 PID      00               第四段PID组别 (为0

STEP    显示 PIN

01   SV     XXXX          该段温度设定值

STEP  TIME  xxHXXM          该段所需时间

005 PID      00               第五段PID组别 (为0

STEP    显示 PIN

01   SV     XXXX          该段温度设定值

STEP  TIME  xxHXXM          该段所需时间

006 PID      00               第六段PID组别 (为0

STEP    显示 PIN

01   SV     XXXX          该段温度设定值

STEP  TIME  xxHXXM          该段所需时间

007 PID      00               第七段PID组别 (为0

STEP    显示 PIN

01   SV     XXXX          该段温度设定值

STEP  TIME  xxHXXM          该段所需时间

008 PID      00               第八段PID组别 (为0

STEP    显示 PIN

01   SV     XXXX          该段温度设定值

STEP  TIME  xxHXXM          该段所需时间

009 PID      00               第九段PID组别 (为0

STEP    显示 PIN

01   SV     XXXX          该段温度设定值

STEP  TIME  xxHXXM          该段所需时间

010 PID      00               第十段PID组别 (为0

如仍有更多段时,方法同上,依次输入相应温度和时间值

到最后一段时   SCRN                  此为设定冷却信号

显示   PIN

01 TIME SINGAL       1      第一个时间信号

STEP  ON TIME   00H00M  将时间改为00H00M(必须为此值)

STEP  OFF ITME     OFF     值为OFF(必须为此值)

XXX    此处显示为最后冷却的段号

当不是最后的冷却段号时均为 OFF

DISP    为返回键     不论在任何窗口按此键时,就会返回初始窗口

FILE     为菜单切换键    在不同窗口进行循环切换

SCRN    在该菜单下,进入此菜单下的子菜单

       为光标上下切换键,使在同一窗口下的各个功能行内切换

      为光标左右移动键,使其在各个位上移动

△:为数值增加键;            ▽:为数值减少键

ENT:为确认键  各个数值更改后应按此键确认

DISP+ENT:两键现时按下时程序开始运行,在程序运行时同时按下,程序停止。


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