专利名称：工艺设备系统的最佳化pid控制方法
技术领域：
本发明是关于一种工艺设备系统的最佳化PID控制方法，特别是有关于一种控制工艺设备于非连续式工艺的工艺设备系统的最佳化PID控制方法。
背景技术：
请参阅图1为传统的工艺设备系统示意图，传统工艺设备系统100是于加热器110 中，以蒸汽106加热冷水108，以产生所要温度的热水112。其中，所产生热水112的方法是通过操作人员114以手动控制蒸汽阀104调整蒸汽106的流量，并以目视温度指示表102 进而达到调整加热器110的加热速率。然，随着时代的变迁，为了能够增加工作的效率，并提升产品的成品率，现在工厂也越来越趋向工业自动化的脚步迈进，许多工厂遂以机器来代替人力所能完成的工作，不但能节省时间，对于工作效率也有显著的提升。请参阅图2，为PID控制器工艺设备系统示意图。于图2，工艺设备系统200包含自动控制阀202、开关阀204、PID(比例-积分-微分)控制器206、温度感测器208、以及加热器210。相较于图1的工艺设备系统100，图2的工艺设备系统200是以自动控制阀 202、PID控制器206、与温度感测器208，以取代人工的操作。PID控制器206主要利用设定点SP(Set point)与工艺变数PV(Process Value)，如温度的误差，通过温度感测器208传送一温度信号Sll至PID控制器206，且经过PID控制器206运算后，输出控制信号S12至自动控制阀202，以调节工艺变数，进而达到控制的目的。请参阅图3、图4，其中图3是另一具有PID控制器工艺设备系统300的示意图。 图4为控制图3中的工艺设备系统300的方法流程图。工艺设备系统300包含最终控制元件302 (即控制阀)、开关阀304 (或帮浦)、PID控制器306、设备检测元件308。PID控制器 306通过设定点(Set Point, SP)与工艺变数(Process Value，PV)，如温度、压力、液位、流量等误差，通过设备检测元件308传送一检测信号S13至PID控制器306，且经过PID控制器306运算后，输出控制信号S14至最终控制元件302，以调节工艺变数，以达控制的目的。传统的工艺设备系统控制方法流程如图4所示，首先，启动开关阀304 (步骤401)； 手动调整最终控制元件302至所需的位置(步骤40 ；再判断最终控制元件302是否至所需的位置？(步骤403)；若判断最终控制元件302至所需的位置，则从手动切换至自动， 并设定设定值，交由PID控制器306自动控制(步骤404) ；PID控制器306判断开关阀304 是否停止？(步骤405)；最后，PID控制器306是强制最终控制元件到安全位置(如0%、 100%、或任意位置)(步骤406)。PID控制器是应用于工艺自动化有其极大的贡献，且使用于连续控制的工艺上亦非常适当。但，在非连续式(即批次式)工艺上，因为在批次控制的起点，会造成很大的误差值(SP-PV)，此起始的误差值，使得PID控制器无法发挥其优点。若使用控制器自动调整， 有可能使设备受损，或使不稳定的控制时间增加，造成使用者的困扰。虽然，以上控制器自动调整的控制可节省操作人员的操作，但操作人员却需被牵制于处理此起始误差值所造成的问题，因此，仍无法满足工艺控制的需求。
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PID控制器很适用于连续控制的工艺，但大部分的工艺都需要工艺的原始供应设备(如帮浦、泵、阀等)，因此，大部分的工艺在起始阶段皆类同于批次控制，所以任何工艺在刚启动的初都比较困难，也因此许多工艺设计多以连续运转为设计主轴。连续运转有其优点，但并非所有的工艺都可以连续运转为最佳。因此，要如何改善上述缺失，实为现今业者亟欲所改善的问题。
发明内容
因此，本发明的主要目的即是提供一种最佳化PID控制的方法，可解决非连续(批次式)工艺控制在启动过程中，巨大的误差值造成PID控制回路无法有效的控制，并使非连续(即批次式)工艺享有连续工艺控制设备系统的优点。本发明的另一目的是提供一工艺设备系统的最佳化PID控制方法，其适用于具有多个PID控制器的工艺解决设备，以使繁琐复杂的顺序控制变成简单，且可在短时间内达到原先工艺控制的设定与稳定状态。本发明的另一目的是提供一工艺设备系统的最佳化PID控制方法，可使连续控制的工艺设备恢复至批次控制，以达节能减碳的环保要求。本发明提到的工艺设备系统的最佳化PID控制方法，是于一工艺设备系统中包括有至少一原始供应设备、至少一最终控制元件、一工艺设备、一 PID控制器、一 PID最佳化模块，其中所述PID最佳化模块配置有一参数数据存储器，并电连接于所述PID控制器，所述原始供应设备经由管路系统及所述最终控制元件连接至所述工艺设备，且所述原始供应设备于运转状态时，所述最终控制元件在所述PID控制器的控制之下，使所述原始供应设备经由所述最终控制元件供应料源至所述工艺设备，所述方法包括下列步骤(a)所述PID最佳化模块检测所述原始供应设备是否由所述运转状态转为停止状态；(b)若检测出所述原始供应设备呈停止状态，则所述PID最佳化模块将所述最终控制元件在所述停止状态当时的控制参数值储存在所述参数数据存储器中；(c)所述PID最佳化模块检测所述原始供应设备是否再度由所述停止状态回复到所述运转状态；(d)当检测出所述原始供应设备再度回复到所述运转状态时，则所述PID最佳化模块由所述参数数据存储器中读取所述控制参数值；(e)所述PID最佳化模块控制所述最终控制元件以一回复参数值及储存在所述参数数据存储器中的控制参数值，使所述最终控制元件回复至所述停止状态前的位置。利用本发明提供的工艺设备系统的最佳化PID控制方法，解决了具有一 PID控制器的工艺设备于非连续(即批次式)工艺的起始点会造成很大误差值的问题，以使非连续 (即批次式)工艺享有连续控制的优点。
图1是显示传统的工艺设备系统示意图；图2是显示具有PID控制器的工艺设备系统示意图；图3是显示具有PID控制器工艺设备系统的示意图4是显示控制图3中的工艺设备系统的方法流程图；图5是显示本发明工艺设备系统的最佳化PID控制方法的工艺设备系统示意图；图6是显示本发明控制图5中的工艺设备系统的方法流程图；图7是显示本发明较佳实施例的进一步系统示意图。附图标号100工艺设备系统102温度指示表104蒸汽阀106蒸汽108冷水110加热器112热水114操作人员200工艺设备系统202自动控制阀204开关阀206PID 控制器208温度感测器210加热器300工艺设备系统302最终控制元件306PID 控制器308设备检测元件310工艺设备500艺设备系统51原始供应设备52最终控制元件53工艺设备54设备检测元件55PID 控制器551误差值552PID处理单元553自动/手动切换单元553a自动位置553b手动位置554输出单元555输出切换单元556手控信号产生器56PID最佳化模块
561 设备状态信号检测单元562 信号撷取路径单元562a 路径位置563安全控制单元564PID最佳化参数误差比较单元565与门单元566路径切换单元57管路系统58参数数据存储器581控制参数值582安全设定值583回复参数值Sll温度信号S12控制信号S13检测信号S14控制信号Sl检测信号S2控制信号S3原始供应设备状态信号S4控制参数
具体实施例方式以上的概述与接下来的详细说明及附图，皆是为了能进一步说明本发明为达成预定目的所采取的方式、手段及功效。而有关本发明的其他目的及优点，将在后续的说明及附图中加以阐述。请参阅图5，其显示一工艺设备系统500具有一原始供应设备51、一最终控制元件 (finalcontrol element) 52、一工艺设备53、一设备检测元件M、一 PID控制器55、以及一 PID最佳化模块56。该原始供应设备51经由管路系统57及最终控制元件52连接至工艺设备53。原始供应设备51于正常运转状态时，最终控制元件52在该PID控制器55的控制之下，使该原始供应设备51经由该最终控制元件52供应料源至工艺设备53。在实际应用时，原始供应设备51可以是例如泵、帮浦、或开关阀(On-off value)， 最终控制元件52可为一膜阀(Diaphragm Valve)，工艺设备53可为一容置槽(或管线)， 料源可为热水、蒸汽、纸浆等，设备检测元件M可为一温度感测元件、压力感测元件等。PID控制器55通过设定点SP (Set Point)与工艺变数PV (Process Value)，如温度、压力、液位、流量等的误差，通过设备检测元件M传送检测信号Sl至PID控制器55，经过PID控制器55运算后，输出控制信号S2至最终控制元件52，以达PID控制的目的。PID最佳化模块56是电连接于PID控制器55与原始供应设备51之间，并配置有一参数数据存储器58。该参数数据存储器58中可储存至少一笔控制参数值581、一安全设定值582、一回复参数值583。原始供应设备51与最终控制元件52的数量并不限于本实施例的一个，亦可为一个以上。请同时参考图5、图6，对本发明的方法流程图作一说明。首先，当原始供应设备51 于正常运转状态时(步骤601)，PID最佳化模块56可以通过一原始供应设备状态信号S3 而检测出原始供应设备51是否由运转状态转为停止状态(步骤60幻。若检测出该原始供应设备51呈停止状态(例如停止供料)，则该PID最佳化模块56将该最终控制元件52在该停止状态当时的控制参数S4储存到参数数据存储器58中(步骤60 作为控制参数值 581。控制参数值581的取得亦可以由PID控制器55在停止状态当时所输出至最终控制元件52的输出控制信号S2作为该控制参数值581。此时，PID最佳化模块56可强制将该最终控制元件52控制位在一预设的安全设定值582 (步骤604)。将最终控制元件52控制位在安全设定值582的目的是用以防止工艺设备53在停止后造成工艺设备系统500的误动作或危险。而安全设定值582可由系统内定或由使用者依据应用需求自订其安全位置，例如，如果最终控制元件52是一阀件的话， 可设定将最终控制元件52控制位在0% (停止或关闭)或100% (全开)的位置。PID最佳化模块56会持续检测原始供应设备状态信号S3的状态，以判断原始供应设备51是否再度由该停止状态回复到该运转状态(步骤60幻。当PID最佳化模块56检测出该原始供应设备51再度回复到该运转状态时，则该PID最佳化模块56由该参数数据存储器58中读取该控制参数值581 (步骤606)。接着，该PID最佳化模块56控制该最终控制元件52以安全设定值582启始(步骤607)，并以回复参数值583及储存在该参数数据存储器58中的控制参数值581，使该最终控制元件52回复至先前停止状态前的位置(步骤608)，并将控制回路复原至原先的控制状态。回复参数值583可以使PID控制器55以一预定的速率(％/秒)或设定的一段时间(秒)内，使最终控制元件52恢复至原始供应设备51位停止前的原始位置。请参考图7，是显示本发明较佳实施例的进一步系统示意图。PID控制器55通过设定点SP与工艺变数PV(如温度、压力、液位、流量等)的误差值551，以及回授的检测信号 Si，经过PID处理单元552运算后，再经由一自动/手动切换单元553、输出单元554、输出切换单元555而输出控制信号S2至最终控制元件52。当自动/手动切换单元553的位置设定在自动位置553a时，可执行上述自动控制的功能，而当设定在手动位置55 时，可由一手控信号产生器556产生手动控制信号，再经由输出单元554、输出切换单元555而输出手动的控制信号S2至最终控制元件52。PID最佳化模块56中主要包括有一设备状态信号检测单元561、一信号撷取路径单元562、一安全控制单元563、一 PID最佳化参数误差比较单元564、一与门单元565、一路径切换单元566、一参数数据存储器58。当原始供应设备51于正常运转状态时，由PID控制器55正常执行PID控制的功能。而当原始供应设备51由运转状态转为停止状态时，会由设备状态信号检测单元561检测出，且此时信号撷取路径单元562会切换至路径位置56 ，故此时PID控制器55中的输出单元5M在当时所输出的控制参数S4会经由信号撷取路径单元562被储存到参数数据存储器58中作为控制参数值581。
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此时，PID最佳化模块56可通过一安全控制单元563中所预设的安全设定值582、 路径切换单元583、再经输出切换单元555，而将该最终控制元件52控制位在一预设的安全设定值582，例如将最终控制元件控制位在0% (停止或关闭)或100% (全开)的位置。当PID最佳化模块56检测到原始供应设备由停止状态回复到运转状态时，则PID 最佳化参数误差比较单元564依据参数数据存储器58中的控制参数值581控制最终控制元件52，且PID最佳化模块56控制该最终控制元件52以安全设定值582启始，并以预设的回复参数值583，使该最终控制元件52回复至先前停止状态前的位置，并将控制回路复原至原先的控制状态。本领域的技术人员应了解上述附图中说明的实施例的描述仅为举例，对于本领域的技术人员许多变化显而易见。虽然本发明已以多个较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求所界定范围为准。通过上述的本发明实施例可知，本发明确具产业上的利用价值。本发明利用一工艺设备系统的最佳化PID控制方法，以解决具有一 PID控制器的工艺设备于非连续(即批次式)工艺的起始点会造成很大误差值，以使非连续(即批次式)工艺享有连续控制的优点，确实符合专利要件，因此依法提出申请。
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权利要求
1.一种工艺设备系统的最佳化PID控制方法，其特征在于，是于一工艺设备系统中包括有至少一原始供应设备、至少一最终控制元件、一工艺设备、一 PID控制器、一 PID最佳化模块，其中所述PID最佳化模块配置有一参数数据存储器，并电连接于所述PID控制器，所述原始供应设备经由管路系统及所述最终控制元件连接至所述工艺设备，且所述原始供应设备于运转状态时，所述最终控制元件在所述PID控制器的控制之下，使所述原始供应设备经由所述最终控制元件供应料源至所述工艺设备，所述方法包括下列步骤(a)所述PID最佳化模块检测所述原始供应设备是否由所述运转状态转为停止状态；(b)若检测出所述原始供应设备呈停止状态，则所述PID最佳化模块将所述最终控制元件在所述停止状态当时的控制参数值储存在所述参数数据存储器中；(c)所述PID最佳化模块检测所述原始供应设备是否再度由所述停止状态回复到所述运转状态；(d)当检测出所述原始供应设备再度回复到所述运转状态时，则所述PID最佳化模块由所述参数数据存储器中读取所述控制参数值；(e)所述PID最佳化模块控制所述最终控制元件以一回复参数值及储存在所述参数数据存储器中的控制参数值，使所述最终控制元件回复至所述停止状态前的位置。
2.如权利要求1所述的工艺设备系统的最佳化PID控制方法，其特征在于，步骤(a) 中，若所述PID最佳化模块判断所述原始供应设备是在运转状态，则所述PID最佳化模块继续判断所述原始供应设备是否转为停止状态。
3.如权利要求1所述的工艺设备系统的最佳化PID控制方法，其特征在于，步骤(c) 中，若所述PID最佳化模块判断所述原始供应设备是在停止状态，则所述PID最佳化模块继续判断所述原始供应设备是否转为运转状态。
4.如权利要求1所述的工艺设备系统的最佳化PID控制方法，其特征在于，在步骤(b) 之后，所述PID最佳化模块更包括将所述最终控制元件控制位在一预设的安全设定值的步骤，且在步骤(e)中，所述PID最佳化模块会控制所述最终控制元件以所述安全设定值启始。
5.如权利要求1所述的工艺设备系统的最佳化PID控制方法，其特征在于，所述回复参数值是预设在所述参数数据存储器中。
全文摘要
本发明提供一种工艺设备系统的最佳化PID控制方法，是于一工艺设备系统中包括有一原始供应设备、一最终控制元件、一工艺设备、一PID控制器、一PID最佳化模块。当PID最佳化模块检测原始供应设备由运转状态转为停止状态时，则PID最佳化模块将最终控制元件在停止状态当时的控制参数值储存在参数数据存储器中，之后当PID最佳化模块检测出原始供应设备再度回复到运转状态时，则PID最佳化模块由参数数据存储器中读取控制参数值，以控制最终控制元件以一回复参数值及储存在参数数据存储器中的控制参数值，使最终控制元件回复至停止状态前的位置，可达到工艺设备控制非连续(即批次式)工艺时达到最佳化的PID控制。
文档编号G05B11/42GK102455659SQ20111004016
公开日2012年5月16日 申请日期2011年2月17日 优先权日2010年10月22日
发明者林耀星 申请人:全利机械股份有限公司