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。

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。

表1-27 变频器参数设置表（PID实例）

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]

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。

表1-28 变频器PID调速运行控制任务评价表

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：

图1-43 PID控制框图

K_p—比例常数 T_i—积分时间 s—演算子 T_d—微分时间

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。

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。

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。

表1-29 输入/输出信号功能使用表

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。

表1-30 输入端子设定说明表

3.与PID控制有关的参数

（1）PID参数设定分析（见表1-31）

表1-31 PID参数设定表

（续）

（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）

图1-47 Pr.128设定为偏差信号输入

K_p—比例常数 T_i—积分时间 s—演算子 T_d—微分时间

Pr.128=“20，21”（测定值输入）

图1-48 Pr.128设定为测定值输入

K_p—比例常数 T_i—积分时间 s—演算子 T_d—微分时间