变频器、可编程序控制器及触摸屏综合应用技术实操指导书(第3版)
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任务4 变频器PID调速运行控制

任务要求

某变频供水系统采用PID控制,使用传感器调节水泵的供水压力(传感器4mA对应0MPa,20mA对应0.5MPa),设定值通过变频器的2和5端子(0~5V)给定。在水泵出口侧安装有压力传感器用来检测水压,压力传感器采集的信号为4~20mA,系统要求管网的压力在运行时保持0.1MPa,设定值通过变频器端子25所连接的电位器来设定。请设计系统控制接线原理图,设置变频器参数并正常运行。

任务指引

1.设计接线图

设计系统控制接线原理图如图1-41所示。

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图1-41 恒压供水PID控制接线图

注:24V直流电源根据所使用的传感器规格进行选择。

图中输出信号FU、OL、IPF端子由Pr.191~Pr.194设定。输入信号RT端子由Pr.180~Pr.186设定。本任务中Pr.183=14,即将RT端子用PID控制选择。

2.设定参数

参考知识拓展中相关知识点设置变频器参数,参数设置见表1-27。

1-27 变频器参数设置表(PID实例

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3.运行

按图1-42所示变频器PID设置流程图进行操作,并调整Pr.129、Pr.130、Pr.134到合适的参数值,使系统压力在运行时保持0.1MPa,从而达到恒压供水的作用。

4.需注意事项

1)如果多段速度(RH,RM,RL)信号和点动运行(JOG)信号在X14信号接通的情况下输入,将停止PID控制并开始执行多段速度或点动运行。

2)当Pr.128设定为“20”或“21”时,注意,变频器端子15之间的输入信号将叠加到设定值2~5之间。

3)当Pr.79设定为“5”(程序运行模式),则PID控制不能执行,只能执行程序运行模式。

4)当Pr.79设定为“6”(切换模式),则PID无效。

5)当Pr.22设定为“9999”时,端子1的输入值作为失速防止动作水平,当要用端子1的输入作为PID控制的修正时,请将Pr.22设定为“9999”以外的值。

6)当Pr.905设定为“1”(在线自动调整)时,则PID控制无效。

7)当用Pr.180~Pr.186和/或Pr.190~Pr.195改变端子的功能时,其他功能可能会受到影响,在改变设定前请确认相应端子的功能。

8)选择PID控制时,下限频率为Pr.902的频率,上限频率为Pr.903的频率。

[Pr.1(上限频率)、Pr.2(下限频率)的设定也有效]

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图1-42 变频器PID设置流程图

5.设定值输入校正

1)在端子2-5间输入电压(如0V),使设定值的设定为0%。

2)用Pr.902校正,此时,输入的频率将作为偏差值=0%(如10Hz)时变频器的输出频率(即设定Pr.902=0)。

3)在端子2-5间输入电压(如5V),使设定值的设定为100%。

4)用Pr.903校正,此时,输入的频率将作为偏差值=100%(如50Hz)时变频器的输出频率(即设定Pr.903=100)。

6.传感器的输出校正

1)在端子4-5间输入电流(如4mA)相当于传感器输出值为0%。

2)用Pr.904进行校正(即设定Pr.904=0)。

3)在端子4-5间输入电流(如20mA)相当于传感器输出值为100%。

4)用Pr.905进行校正(即设定Pr.905=100)。

注意:Pr.904和Pr.905所设定的频率必须与Pr.902和Pr.903所设定的一致。

任务评价

变频器PID调速运行控制任务评价见表1-28。

1-28 变频器PID调速运行控制任务评价表

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知识拓展

变频器PID控制技术

变频器的PID控制功能可实现与传感器元件构成一个闭环控制系统,从而可对被控量进行自动调节,在对温度、压力、风量和流量等参数要求恒定的场合应用十分广泛,这也是变频器在节能控制应用中的常用方法。由变频器端子2输入信号或参数设定值作为目标值和端子4输入信号作为反馈量可组成PID控制的反馈系统。

1.PID控制原理

(1)基本PID控制

基本PID控制框图如图1-43所示,系统运行示意图如图1-44所示。

(2)PID控制方式

1)PI控制。PI控制由比例控制(P)和积分控制(I)组合而成,根据偏差及时间变化,产生一个执行量。PI运算是P和I运算之和。

2)PD控制。PD控制由比例控制(P)和微分控制(D)组合而成,根据改变动态特性的偏差速率,产生一个执行量。PD运算是P和D运算之和。

3)PID控制。利用PI控制和PD控制的优点组合成的控制。PID运算是P、I和D三个运算的总和。偏差与执行量(输出频率)之间的关系:

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图1-43 PID控制框图

Kp—比例常数 Ti—积分时间 s—演算子 Td—微分时间

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图1-44 PID系统运行示意图

①负作用。当偏差×(设定值-反馈量)为正时,增加执行量(输出频率),如果偏差为负,则减小执行量。PID负作用如图1-45所示。

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图1-45 PID负作用示意图

②正作用。当偏差×(设定值-反馈量)为负时,增加执行量(输出频率),如果偏差为正,则减小执行量。PID正作用如图1-46所示。

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图1-46 PID正作用示意图

2.输入/输出信号

输入/输出信号功能使用见表1-29。

1-29 输入/输出信号功能使用表

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X14信号接通,开始PID控制,当信号关断时,变频器的运行不含PID的作用。设定值通过变频器端子2-5或在Pr.33中设定,反馈值信号通过变频器端子4-5输入。当输入外部计算偏差信号时,通过端子1-5输入,同时,在Pr.128中设定“10”或“11”。

输入端子设定说明见表1-30。

1-30 输入端子设定说明表

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3.与PID控制有关的参数

(1)PID参数设定分析(见表1-31)

1-31 PID参数设定表

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(续)

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(2)PID自动切换控制(Pr.127)

为了减小运行开始时系统的起动时间,可以仅在起动时以通常运行模式起动。

Pr.127 PID控制自动切换频率在0~400Hz的范围内设定频率,从起动到到达Pr.127设定值,以通常运行转为起动PID控制运行。变为PID控制运行后,即使输出频率在Pr.127的设定值以下,也继续进行PID控制。

(3)Pr.128设定说明(见图1-47、图1-48)

Pr.128=“10,11”(偏差值信号输入)

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图1-47 Pr.128设定为偏差信号输入

Kp—比例常数 Ti—积分时间 s—演算子 Td—微分时间

Pr.128=“20,21”(测定值输入)

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图1-48 Pr.128设定为测定值输入

Kp—比例常数 Ti—积分时间 s—演算子 Td—微分时间