變頻器內(nèi)藏pid功能在閉環(huán)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、<p>　　變頻器內(nèi)藏PID功能在閉環(huán)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用</p><p>　　1 引言交流變頻調(diào)調(diào)速技術(shù)以其卓越的調(diào)速性能、顯著的節(jié)電效果以及在國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的廣泛適用性，已被公認(rèn)為是一種最有前途的調(diào)速方式。在能源日益緊張的今天，變頻器作為交流調(diào)速的一種主要手段，在工業(yè)生產(chǎn)中取得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本文介紹的閉環(huán)恒壓供水系統(tǒng)采用三墾SAMCO-vm05型變頻器實(shí)現(xiàn)，詳細(xì)敘述了其實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制的內(nèi)藏P

2、ID功能主要參數(shù)設(shè)置及閉環(huán)調(diào)試方法。</p><p>　　2  閉環(huán)供水系統(tǒng)的原理該閉環(huán)系統(tǒng)應(yīng)用于工廠的生產(chǎn)用水，其目的是向車間提供連續(xù)的水壓穩(wěn)定的水。圖1是供水系統(tǒng)框圖。它主要由變頻控制箱、超壓排流閥、液位傳感控制器、壓力傳感器等組成。系統(tǒng)中，1#泵為恒速泵，2#泵為變頻調(diào)速泵。正常工作時(shí)，由1#泵抽取河水，經(jīng)凈化后直接供生產(chǎn)車間，由于1#水泵供水量總大于車間用水量，因此設(shè)置了超壓排流閥，當(dāng)管道水

3、壓超過(guò)設(shè)定水壓時(shí)，排流閥開(kāi)始工作，多余的凈化水被排到水池中，當(dāng)水池水位到達(dá)水位上限時(shí)，系統(tǒng)控制1#泵停機(jī)，同時(shí)啟動(dòng)2#泵，由變頻器控制2#泵向車間供水，當(dāng)水池水位下降到水位下限時(shí)，2#泵停止工作，1#泵啟動(dòng)運(yùn)行，如此循環(huán)。</p><p>　　圖1 閉環(huán)恒壓供水系統(tǒng)框圖</p><p>　　3  變頻器閉環(huán)控制 變頻器用于2#泵的控制，即在抽取水池水時(shí)，根據(jù)用水管網(wǎng)壓

4、力的變化，通過(guò)變頻器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤來(lái)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，保持用水管網(wǎng)壓力穩(wěn)定。三墾通用變頻器SAMCO-vm05為用戶實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制提供了內(nèi)藏的PID功能，它能將外部變送器輸入的模擬信號(hào)(4~20mA、0~5V、0~10V)反饋輸入到變頻器，并取得與變頻器設(shè)定頻率指令之間的偏差，進(jìn)行P(比例)、I(積分)、D(微分)控制，從而使負(fù)載一側(cè)的動(dòng)作跟隨指令值的變化而改變。3.1 硬件原理閉環(huán)控制的硬件原理如圖2所示。壓力傳感變送器將管網(wǎng)水壓信

5、號(hào)轉(zhuǎn)變成4~20mA電流信號(hào)作為反饋輸入到變頻器的IRF/VRF2端子，外部壓力設(shè)定器將指定的壓力(0~1.0Mpa)轉(zhuǎn)變?yōu)?~10V電壓信號(hào)輸入到變頻器VRF1端子。變頻器根據(jù)給定值與反饋值的偏差量進(jìn)行PID控制，輸出頻率控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而使系統(tǒng)處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)，管網(wǎng)水壓保持恒定。3.2 閉環(huán)控制的相關(guān)功能代碼與參數(shù)</p><p>　　圖2閉環(huán)控制的硬件原理圖</p><p>　

6、　變頻器的功能參數(shù)很多，這里只介紹與PID閉環(huán)控制相關(guān)的參數(shù)設(shè)置，需要說(shuō)明的是SAMCO-vm05型變頻器內(nèi)部PID控制采樣周期Ts為10ms。Cd071=3  內(nèi)藏PID控制模式Cd120=5  反饋信號(hào)為4~20mA電流輸入Cd002=3  給定信號(hào)為0~10V電壓輸入Cd122=0.00~100.00  PID控制比例增益Cd123=0.00~100.00  PID控制積

7、分增益Cd124=0.00~100.00  PID控制微分增益Cd125=1~500  反饋輸入濾波時(shí)間常數(shù)3.3 設(shè)定值和反饋值的頻率變換在利用外部模擬信號(hào)作為設(shè)定值或反饋值時(shí)，輸入模擬信號(hào)最小值(0V或4mA)時(shí)頻率(偏置頻率)和最大值(5V或10V或20 mA時(shí)的頻率(增益頻率)須根據(jù)其F-V特性(或F-I特性)來(lái)設(shè)定。</p><p>　　(1) 設(shè)定值的頻率變換外部壓力設(shè)定

8、器將壓力0~1.0MP變換成電壓信號(hào)0~10V輸入到變頻器VRF1端子，其F-V特性如圖3。因此:偏置頻率 cd054=0.0Hz增益頻率 cd055=50.0Hz(2) 反饋量的頻率變換壓力傳感器將管網(wǎng)壓力0~1.0MP變換成電流信號(hào)4~20mA輸入到變頻器IRF/VRF2端子，其F-I特性如圖4。因此: 偏置頻率cd062=-12.5Hz   增益頻率cd063=50.0Hz</p>&

9、lt;p>　　圖3 設(shè)定值的頻率變換特性</p><p>　　圖4 反饋的頻率變換特性</p><p>　　3.4 閉環(huán)調(diào)試步驟與方法· 首先，將變頻器設(shè)在開(kāi)環(huán)運(yùn)行模式，檢測(cè)壓力傳感變送器反饋信號(hào)是否正常;·根據(jù)傳感變送器的P-I特性和變頻器的F-I特性求出反饋量的偏置頻率cd062和增益頻率cd063;· 根據(jù)外部壓力設(shè)定器的

10、P-V特性和變頻器的F-V特性，求出設(shè)定值的偏置頻率cd054和增益頻率cd055;·設(shè)置負(fù)載電機(jī)可驅(qū)動(dòng)的最高頻率cd007和最低頻率cd008，本系統(tǒng)中設(shè)置cd007=50Hz，cd008=15Hz;· 設(shè)置cd071=3為內(nèi)置PID控制模式;·增加cd122單元的比例增益直至系統(tǒng)開(kāi)始振蕩，然后取振蕩時(shí)的增益的1/2來(lái)設(shè)定;·增加cd123單元的積分增益直至系統(tǒng)開(kāi)始振蕩，然后取

11、振蕩時(shí)的增益的1/2來(lái)設(shè)定;· 微分增益在以壓力、流量為對(duì)象的控制系統(tǒng)中，由于滯后不大，一般設(shè)置為0;· 濾波時(shí)間常數(shù)cd125單元的值根據(jù)實(shí)際情況來(lái)調(diào)整，以消除信號(hào)傳輸過(guò)程中的干擾。</p><p>　　4  故障處理4.1 變頻器故障無(wú)論是從冗余設(shè)計(jì)原則還是從系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境考慮，在變頻器發(fā)生故障時(shí)都要求不間斷供水。在本系統(tǒng)中，當(dāng)變頻器突然發(fā)生故障，

12、變頻自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)自動(dòng)停水并報(bào)警，然后2#泵進(jìn)入工頻運(yùn)行，當(dāng)然工頻運(yùn)行時(shí)，管網(wǎng)壓力不能自動(dòng)控制，只能作為短時(shí)應(yīng)急工作方式。4.2 水位檢測(cè)故障水池的水位信號(hào)采用浮子式液位控制器檢測(cè)，為防止液位控制器失靈，對(duì)水池低水位采用雙下限兩路觸點(diǎn)控制，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)水位下限觸點(diǎn)故障時(shí)，變頻器系統(tǒng)設(shè)有正常停機(jī)，待水位達(dá)到第二個(gè)下限(比第一下限水位略低)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)停止2#變頻泵，啟動(dòng)1#工頻泵。</p><p>　　5

13、  結(jié)束語(yǔ)在供水系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速運(yùn)行方式，可根據(jù)用戶實(shí)際用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，保持壓力穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)恒壓供水，并且能節(jié)約能源，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。三墾通用變頻器SAMCO-vm05型及SAMCO-i型為用戶提供的PID控制功能，其硬件輸入端子設(shè)置靈活，適用于各種傳感器。軟件參數(shù)設(shè)置方便，且提供了反饋量的數(shù)字濾波功能，適合于溫度、壓力或流量為控制對(duì)象的閉環(huán)系統(tǒng)中。目前，該系統(tǒng)已投入運(yùn)行使用，性能