去年秋天接了个活儿，给亳州一家中药饮片厂做烘干房温控系统。老板是我以前在造纸厂干过的一个老同事介绍的，说那边现有烘干房温度控制全靠老师傅凭感觉调，经常出现过火或者没烘透的情况。
我过去一看，三间烘干房，每间大概20平米，烧的是天然气热风炉，热风通过风机打到烘干房里。药材铺在托盘架子上，每间房四个测温点。控制柜里就一个温控仪加几个接触器，加热靠人工开关，连个PLC都没有。
这项目说简单也简单，说难也难——说白了就是一个温度闭环控制，但是药材烘干跟普通加热不一样，它有几个让人头大的特点。
项目要求
烘干的是黄芪切片。要求分三阶段控温：
第一阶段（前2小时）：45℃，让药材表面水分先挥发，升温不能太快，太快了表面结壳，里面的水分出不来。
第二阶段（中间4-6小时）：55℃，这个阶段是主力烘干期，要求温度稳定，波动不超过±1℃。
第三阶段（最后1小时）：65℃，高温收干，杀青。
每间房独立控温，互不影响。
硬件配置
我选了一套性价比方案：
- PLC：汇川H3U（三路独立PID，性价比高，编程也顺手）
- 触摸屏：汇川IT6070T，7寸
- 温度传感器：PT100铂电阻，每间房4支，三用一备
- 执行器：燃气比例阀（0-10V模拟量控制）
- 变频器：控制循环风机转速
- 通讯：Modbus RTU走温控模块
踩的第一个坑：热风循环滞后太大
刚开始我按常规写法——PID直接控制燃气比例阀，PT100实时反馈温度。结果一跑起来，温度就跟过山车一样：设定55℃，比例阀开到60%，温度慢慢升到53℃，PID开始关小阀门，但热气到了烘干房里还要时间，阀门关了但温度还在涨，一直冲到61℃，然后又降回来，到49℃又往上冲。这样来回震了三个多小时才稳住。
主要原因就是热风从燃烧室到烘干房有传输延迟，加上房间空间大，热容高，滞后时间起码30-40秒。
我用AutoTune（自整定）跑了一遍。汇川H3U的PID指令支持自整定，整定完出来P=8.5，I=0.02（积分时间60秒），D=0。跑了一遍还是不行，震荡周期长了点，但还是稳不住。
我琢磨了半天，还是别偷懒了，手动调吧。
手动调PID：调了三晚上
第一晚，只调比例P。
一开始P=12，温度冲到58℃才回调，超调5℃。降到P=8，超调3℃。降到P=5，超调少了一点，但稳态偏差有2℃，而且震荡周期很长，差不多6分钟一个来回。
第二晚，加积分I。
P=5的基础上加I，I=0.005（积分周期200秒）。温度爬升慢了，但消除静差确实有效。把I加大到0.008，效果更好了一些。但不管怎么调，总有一个低频的慢震荡，周期大概4分钟左右。我怀疑是热风炉燃烧室到烘干房的传输延迟导致的。
第三晚，我终于想通了。问题不在PID参数，在控制策略。
热风烘干跟反应釜加热不一样，热风炉烧出来的热空气经过风管到烘干房，中间有几十秒的延迟。单纯靠PID去追踪温度，必然滞后。解决方案是加一个前馈——根据风机的风量和燃气比例阀的开度，估算出热量的变化趋势，提前预判。
解决：前馈+PID
我在PLC里加了一段逻辑：当设定温度发生变化时，根据温差大小，提前把比例阀开到一个预设位置，然后再让PID做微调。
比如设定从45℃升到55℃（升温10℃），程序先直接把比例阀开到55%，然后PID在此基础上调整。这样热风先到，温度开始上升了，PID只是在旁边做修正，而不是从0开始去追。
最终参数：
| 参数 | 值 | 说明 |
|---|---|---|
| 比例增益P | 6.0 | 比纯比例稍大，保证响应速度 |
| 积分时间I | 0.010（积分100秒） | 消除静差 |
| 微分D | 0 | 加微分对滞后系统反而容易引入噪声 |
| 前馈开度 | 温差×5.5% | 每1℃温差预开5.5%阀门 |
| 采样周期 | 2秒 | 跟温度变化速度匹配 |
加上前馈之后，温度曲线漂亮多了。设定55℃，温度从室温开始爬升，10分钟后达到53℃，再3分钟到55℃，然后稳定在54.8-55.2℃之间波动。基本满足±1℃的要求。
踩的第二个坑：风机转速变化影响温度
第一阶段要求45℃，风量小一点，我让风机低频运行（25Hz）。第三阶段65℃要求快速烘干，风量加大（45Hz）。
问题来了：风机转速一变，风管里的热量输送速度也变了。同样是50%开度的比例阀，低速风机送的热量少，高速风机送的热量多。所以我第一阶段调好的PID参数，到第三阶段又不合适了。
解决方法是在触摸屏上做了三组PID参数预置，每个阶段切换时自动调用对应的参数组。简单粗暴，但有效。
最后的效果
项目做完调试了三天，运行一个月后回访，老板挺满意。
原来一批黄芪切片烘干要8-10小时，而且经常出现外干内湿或者烘过头的情况。现在每批6个小时左右，温度全程自动控制，每天能烘三批，产能比以前多了快一倍。
燃气用量也降了，因为温度控制精准了，不会过冲浪费。老板算了一笔账，每个月燃气费从一万二降到八千多，省了差不多三分之一。
总结几个干货
1. 热风烘干系统要把传输滞后考虑进去。PID不是万能的，纯PID调得再好也解决不了传输延迟。前馈控制加辅助，效果天差地别。
2. 采样周期别设太快。热风温度变化没那么快，采样周期设2秒够了。设太快了反而引入高频噪声。我之前试过0.5秒采样，PID输出一直在跳，阀门忽大忽小，温度反而更不稳。
3. 变频风机和多段温控需要多组PID参数。别指望一组参数打天下。不同风量、不同温度段下的系统特性不一样，提前预设多组参数，阶段切换时自动加载。
4. 确认好工况再写程序。我走了一点弯路，第一版程序是参考以前做恒温箱的经验写的，到了现场发现风道布局、房间大小、保温情况全不一样，大改了两次才合适。做项目一定要先看现场，别看图纸想当然。
写到这里吧。你们做过温度控制项目的话，聊聊遇到的最坑的延迟问题是什么？评论区见。