变频器内置PID功能

变频器内置PID功能在恒压供水设备中的应用目录1变频调速恒压供水系统的现状和发展 41.1变频调速恒压供水的目的和意义41.2变频调速技术的特点及应用 42. 变频调速内置PID控制的恒压供水系统 52.1系统构成 52.1.1 ACS510变频器概述 52.1.2系统中的感压元件62.2系统运行中的三个状态62.3 PID控制概述 62.3.1 系统的工作过程62.3.2 PID的调节原理8 3. 内置PID与变频器功能的预置 113.1 PID功能的预置 113.2 PID调节的运行特点123.3 变频器参数预置 123.4 暂停（睡眠与苏醒）功能 13总结 14致谢 15参考文献 161变频调速恒压供水系统的现状和发展1.1变频调速恒压供水的目的和意义对供水系统进行控制，是为了满足用户对流量的需求，所以流量是供水系统的基本控制对象。但流量的测量比较复杂，考虑到在动态情况下，管道中某一点的水压p的大小与供水能力和用水流量之间的平衡情况有关，如果以安装压力表的位置作为分界点，把压力表之前的流量称为供水流量（QG），压力表之后的流量称为用水流量（QU），则：如QGQU，则p；如QGQU时，则供水压力pXFXDX电动机转速nXQGQG=QU直至压力大小回复到目标值（XFXT），从而达到平衡；反之当用水流量增加使QGQU时，则pXFXDXnXQGQGQUXFXT，又达到新的平衡。因此，供水系统总是根据用户的用水情况不断地处于自动调整状态中。在此例中选用的是ABB公司生产的ACS510系列变频器，根据现场操作要求分手自动控制，当DI2得电时选择PID调节下的自动控制，DI2失电时为手动控制。启动停止两种方式均为两线制，为了防止误启动变频器，还设有允许运行功能，只有在DI5得电的情况下才能启动变频器。详细的控制回路端子接线图如图3所示：图3 端子接线图2.3.2 PID的调节原理问题的提出 恒压供水过程存在着一个矛盾：一方面，我们要求水管的实际压力（其大小与XF成正比）应无限接近于目标压力（其大小与XT成正比），即要求XD=|XT-XF|0；另一方面，变频器的输出频率X又是由XT和XF相减的结果来决定的。所以，如果把(XT-XF)直接作为给定信号XG，系统将无法工作。 比例增益环节(P) 解决上述矛盾的方法是：将|XT-XF|进行放大后再作为频率给定信号：XG=KP(XT-XF) (1)式(1)中，KP为放大倍数，即比例增益。上述关系如图4所示。由于XG是(XT-XF)成正比放大的结果，故称为比例放大环节。另一方面，XG又是使变频器输出某一频率X所必须的信号。显然，KP越大，则(XT-XF)= 越小，XF越接近于XT。 图4 比例放大前后各量间的关系框图 (a) 输出与输入的比例关系 (b) 比例带的概念 图5 比例与比例带这里，XF只能是无限接近于XT，却不能等于XT，即XF和XT之间总会有一个差值，称为静差，用表示。该值应该越小越好。显然，比例增益KP越大，越小。 在专用PID调节器中，比例增益的大小常常是通过“比例带”来进行调节的。比例带就是按比例放大的区域，用P表示（等于KP的倒数），如图5所示。P越小，相当于KP越大。但在几乎所有变频器内置的PID调节功能中，都是直接预置KP的。 比例增益环节的引入，减小了系统稳定后的静差，如图6(a)所示。于是又出现了新的矛盾：为了减小静差，应尽量增大比例增益KP，但由于系统有惯性，KP过大容易引起被控量（压力）忽大忽小，形成振荡，如图6(b)所示。 (a) P调节 (b) 振荡现象 (c) PI调节 (d) PID调节图6 P、I、D的综合作用示意图积分环节（I） 引入积分环节的目的： 使给定信号XG的变化与乘积KP(XT-XF)对时间的积分成正比。即尽管KP(XT-XF)一下子增大（或减小）了许多，但XG只能在“积分时间”内逐渐地增大（或减小），从而减缓了XG的变化速度，防止了振荡。积分时间越长，XG的变化越慢；只要偏差不消除(XT-XF0)，积分就不停止，从而有效地消除静差，如图6(c)所示。但积分时间太长，又会发生当被控量（压力）急剧变化时难以迅速恢复的情况。微分环节(D) 其作用是：可根据偏差的变化趋势，提前给出较大的调节动作，从而缩短调节时间，克服了因积分时间过长而使恢复滞后的缺点，如图6(d)所示。在供水系统中，当对过渡过程时间的要求并不严格时，通常用PI调节。3. 内置PID与变频器功能的预置3.1 PID功能的预置预置PID功能 预置的内容是：变频器的PID功能是否有效。当变频器的PID调节功能有效后，其升、降速过程将完全取决于由P、I、D数据所决定的动态响应过程，而原来预置的“升速时间”和“降速时间”将不再起作用。目标值XT的预置 PID调节的根本依据是反馈量XF与目标值XT之间进行比较的结果。因此，准确地预置目标值XT是十分重要的。主要有以下两种方法：面板输入式 只需通过键盘输入目标值XT。其确定方法通常是：目标压力与传感器量程之比的百分数。例如，某供水系统要求的压力（目标压力）为2MPa，所用压力表的量程是05MPa时，则目标值为40%。外接给定式 由外接电位器进行预置，但显示屏上仍显示目标值的百分数。在此例中选用第一种方法，此法易懂、操作简单、直观。结合ABB变频说明书PID参数设置如表一所示,其实际设定值应根据工艺要求以实际为依据。表一：启动数据设定9901语言选择1（中文）9902宏设置6（PID控制宏）9905电机额定电压380V9906电机额定电流要与实际相符9907电机额定频率要与实际相符9908电机额定转速要与实际相符9909电机额定功率要与实际相符表二： 过程PID设置 参数代码内容设定参数代码4006单位11（mA）4007显示格式14010给定值选择19（内部给定）4011内部给定值恒压目标值4018实际值1下限0%3.2 PID调节的运行特点当变频器按P、I、D调节规律运行时，需要注意以下两点：变频器的输出频率（X）只根据实际压力(XF)与目标压力(XT)比较的结果进行调整，所以，频率的大小与被控量之间并无对应关系；变频器的输出频率(X)始终处于调整状态，因此，其数值常不稳定。3.3变频器参数预置对变频器参数的预置，首先要把调速对象泵铭牌上的基本参数（如电压、电流、功率、转速等）对照选用变频器的参数表输入到变频器中去，其次要对模拟输入进行设置，模拟量有0-20mA的，有4-20mA的，以实际为准。以ABB变频ACS510系列为例，参数见下表：表三： 给定选择设定1102外部控制选择21103给定值1选择11104给定值1下限0Hz / 0rpm1105给定值1上限50Hz / 额定转速rpm1106给定值2选择19（内部PID给定）1107给定值2下限20%1108给定值2上限100%表四： 模拟输入设定1301AI1下限0%1302AI1上限100%1304AI2下限20%1305AI2上限100%表五： 限幅设定2001最小转速02002最大转速电机额定转速2003最大电流1.5In3.4 暂停（睡眠与苏醒）功能在实际生产过程中有时用水量会很小甚至用水量为零，使变频器一直处于低速运转既浪费了能源也对设备会造成一定程度的寿命损失，因此在这种情况下需要让变频器休眠，直到压力下降到一定程度时才允许变频启动。睡眠功能 当变频器的工作频率已经降至下限频率，而压力仍偏高时，水泵应暂停工作（使变频器处于睡眠状态）。以AB