1、恒壓供水變頻PID控制,變頻器,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,3.1 項(xiàng)目背景及要求 3.2 知識(shí)講座（PID控制與變頻器） 3.3 技能訓(xùn)練一（A700變頻器PID線路設(shè)計(jì)） 3.4 項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案,3.2 PID控制與變頻器,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,3.2.1變頻器內(nèi)置PID原理,PID調(diào)節(jié)是過(guò)程控制中應(yīng)用得十分普遍的一種控制方式，它是使控制系統(tǒng)的被控物理量能夠迅速而準(zhǔn)確地?zé)o限接近于控制目標(biāo)的基本手段，在溫度控制中也是如此。正由于PID功能用途廣泛、使用靈活，使得現(xiàn)在變頻器的功能大都集成了PID，簡(jiǎn)稱(chēng)“內(nèi)置PID”，使用中只需設(shè)定6個(gè)參數(shù)（Kp， Ti和Td）即可。但并不一定需要全

2、部，可以取其中的一到兩個(gè)單元，但比例控制單元是必不可少的。,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,圖3.3 變頻器內(nèi)置PID控制原理,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,圖3.4 通用變頻器PID控制原理圖,要使變頻器內(nèi)置PID閉環(huán)正常運(yùn)行，必須首先選擇PID閉環(huán)選擇功能有效，同時(shí)至少有兩種控制信號(hào)：（1）給定量，它是與被控物理量的控制目標(biāo)對(duì)應(yīng)的信號(hào)。 （2）反饋量，它是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)傳感器測(cè)量的與被控物理量的實(shí)際值對(duì)應(yīng)的信號(hào)。,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,PID調(diào)節(jié)功能是將根據(jù)兩者的差值，利用比例P、積分I、微分D的手段對(duì)被控物理量進(jìn)行調(diào)整，直至反饋量和給定量基本相等，達(dá)到預(yù)定的控制目標(biāo)為止。,圖3.5

3、 通用變頻器內(nèi)置PID的控制校準(zhǔn)過(guò)程,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,3.2.2中央空調(diào)變頻風(fēng)機(jī)的幾種控制方式,1、變頻風(fēng)機(jī)的靜壓PID控制方式 2、變頻風(fēng)機(jī)的恒溫PID控制方式 3、變頻風(fēng)機(jī)的多段速變風(fēng)量控制方式,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,送風(fēng)機(jī)的空氣處理裝置是采用冷熱水來(lái)調(diào)節(jié)空氣溫度的熱交換器，冷、熱水是通過(guò)冷、熱源裝置對(duì)水進(jìn)行加溫或冷卻而得到的?？刂乒艿漓o壓的好處是有利于系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行并排除各末端裝置在調(diào)節(jié)過(guò)程中的相互影響。在靜壓PID控制算法中，通常采用兩種方式，即定靜壓控制法和變靜壓控制法。,1.變頻風(fēng)機(jī)的靜壓PID控制方式,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,圖3.6 中央空調(diào)送風(fēng)

4、機(jī)的靜壓控制,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,2.變頻風(fēng)機(jī)的恒溫PID控制方式,利用了變頻器內(nèi)置的PID算法進(jìn)行溫度控制，當(dāng)通過(guò)傳感器采集的被測(cè)溫度偏離所希望的給定值時(shí)，PID程序可根據(jù)測(cè)量信號(hào)與給定值的偏差進(jìn)行比例（P）、積分（I）、微分（D）運(yùn)算，從而輸出某個(gè)適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)（即變頻器），提高或降低轉(zhuǎn)速，促使測(cè)量值室溫恢復(fù)到給定值，達(dá)到自動(dòng)控制的效果 。恒溫控制中必須要注意PID的正作用和反作用，所以，必須在控制系統(tǒng)增設(shè)夏季/冬季切換開(kāi)關(guān)以保證控制的準(zhǔn)確性。,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,圖3.7 變頻風(fēng)機(jī)的恒溫控制,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,3.變頻風(fēng)機(jī)的多段速變風(fēng)量控制

5、方式,該控制方式是基于對(duì)風(fēng)量需求進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)估算的基礎(chǔ)上進(jìn)行的程序控制。來(lái)改變吸氣扇轉(zhuǎn)速，控制進(jìn)風(fēng)量，可減少吸氣扇電機(jī)的能耗，同時(shí)還可以減輕輸入暖氣時(shí)鍋爐的熱負(fù)載和輸入冷氣時(shí)制冷機(jī)的熱負(fù)載。,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,圖3.8 變頻風(fēng)機(jī)的多段速控制,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,3.2.3溫度傳感器及其相關(guān)儀表的與選型,1、熱電偶 2、熱電阻 3、溫度傳感器相關(guān)儀表,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,1.熱電偶,熱電偶傳感器在環(huán)境溫度檢測(cè)中使用極為廣泛。其主要優(yōu)點(diǎn)是測(cè)溫精度高；熱電動(dòng)勢(shì)與溫度在小范圍內(nèi)基本上呈單值、線性關(guān)系；穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性較好，響應(yīng)時(shí)間較快；測(cè)溫范圍寬。常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱

6、電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類(lèi)。,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,如果兩種不同成分的均質(zhì)導(dǎo)體形成回路，直接測(cè)溫端叫測(cè)量端，接線端子端叫參比端，當(dāng)兩端存在溫差時(shí)，就會(huì)在回路中產(chǎn)生熱電流，那么兩端之間就會(huì)存在Seebeck熱電勢(shì)，即塞貝克效應(yīng)。熱電勢(shì)隨著測(cè)量端溫度升高而增加，熱電勢(shì)的大小只和熱電偶導(dǎo)體材質(zhì)以及兩端溫差有關(guān)，和熱電偶導(dǎo)體材質(zhì)的長(zhǎng)度、直徑無(wú)關(guān),圖3.9 熱電偶原理,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,2.熱電阻,熱電阻是溫度檢測(cè)中使用的另外一種測(cè)溫元件。熱電阻利用物質(zhì)在溫度變化時(shí)本身電阻也隨著發(fā)生變化的特性來(lái)測(cè)量溫度的。熱電阻的受熱部分（感溫元件）是用細(xì)金屬絲均勻的纏繞在絕緣材料制成的骨架上，當(dāng)

7、被測(cè)介質(zhì)中有溫度梯度存在時(shí)，所測(cè)得的溫度是感溫元件所在范圍內(nèi)介質(zhì)層中的平均溫度。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測(cè)量精確度最高。,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,圖3.10 熱電阻原理,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,3.溫度傳感器相關(guān)儀表,由于熱點(diǎn)偶或熱電阻都不能輸出變頻器所能接受的010V或420mA信號(hào)，而且本項(xiàng)目要求能夠顯示實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)，因此，必須再增加一個(gè)溫度傳感器的相關(guān)儀表。,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,圖3.11 國(guó)產(chǎn)XMZ60X系列智能儀表,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,表3.1 國(guó)產(chǎn)XMZ60X系列智能儀表輸入信號(hào),項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,表3

8、.2 國(guó)產(chǎn)XMZ60X系列智能儀表輸出信號(hào),項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,圖3.12 XMZ601接線示意,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,3.3 技能訓(xùn)練一：A700變頻PID控制線路設(shè)計(jì),項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,3.3.1A700變頻器PID操作,6菱A700變頻器常用的PID相關(guān)參數(shù)，它主要包括PID調(diào)節(jié)參數(shù)和PID通道參數(shù)。A700的PID主要用流量、風(fēng)量、壓力、溫度等工藝控制，由端子2輸入信號(hào)或參數(shù)設(shè)定值作為目標(biāo)、端子4輸入信號(hào)作為反饋量組成PID控制的反饋系統(tǒng)。,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,表3.3 6菱A700變頻器常用的PID相關(guān)參數(shù)。,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID

9、控制,3.3.2A700變頻器PID構(gòu)成與動(dòng)作,1、PID的基本構(gòu)成 圖3.13a所示為PID控制參數(shù)Pr.128=10或11(即偏差信號(hào)輸入)時(shí)的原理,圖3.13b所示為Pr.128=20或21(即測(cè)定值輸入)時(shí)的原理。,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,a) 誤差信號(hào)輸入,b)測(cè)定信號(hào)輸入,圖3.13 PID框圖,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,2、PID動(dòng)作過(guò)程 圖3.14所示為PID調(diào)節(jié)參數(shù)Pr.129、Pr.130和Pr.134設(shè)定之后的動(dòng)作過(guò)程，稱(chēng)之為P動(dòng)作、I動(dòng)作和D動(dòng)作的6者之和。,圖3. 14 PID動(dòng)作過(guò)程,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,3、PID的自動(dòng)切換 為了加快PID

10、控制運(yùn)行時(shí)開(kāi)始階段的系統(tǒng)上升過(guò)程，可以?xún)H在啟動(dòng)時(shí)以通常模式上升。Pr.127可以設(shè)置自動(dòng)切換頻率，從起動(dòng)到Pr.127以通常運(yùn)行運(yùn)行，待頻率達(dá)到該設(shè)定值后,才轉(zhuǎn)為PID控制。如圖3.15所示為PID自動(dòng)切換控制。當(dāng)然，從圖中也可以看出，Pr.127的設(shè)定值僅在PID運(yùn)行時(shí)有效，其他階段無(wú)效。,圖3.15 PID自動(dòng)切換,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,4、PID信號(hào)輸出功能 在很多控制案例中，需要輸出PID控制過(guò)程的各種狀態(tài)，尤其是PID目標(biāo)值、PID測(cè)定值和PID偏差值。A700變頻器提供了這些信號(hào)直接輸出到CA和AM端子，具體設(shè)定參數(shù)如表3.4所示。 表3.4 PID信號(hào)輸出功能,項(xiàng)目6

11、恒壓供水變頻PID控制,5、PID的正負(fù)作用 在PID作用中，存在兩種類(lèi)型，即負(fù)作用與正作用。負(fù)作用是當(dāng)偏差信號(hào)（即目標(biāo)值測(cè)量值）為正時(shí)，增加頻率輸出，如果偏差為負(fù)，則頻率輸出降低。正作用的動(dòng)作順序剛好相反，具體如圖3.16所示。,a)負(fù)作用,b)正作用,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,溫度控制為例，在冬天的暖氣控制時(shí)為負(fù)作用，如圖3.17所示；在夏天的冷氣控制時(shí)為正作用，如圖3.18所示。,圖3.17 溫度負(fù)作用,圖3.18 溫度正作用,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,溫度偏差與變頻器輸出頻率之間的關(guān)系如表3.5所示。 表3.5正負(fù)作用與偏差,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,3.5 項(xiàng)目設(shè)計(jì)

12、方案,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,3.5.1中央恒壓供水的變頻節(jié)能硬件設(shè)計(jì),如圖3.22為該恒溫變頻控制系統(tǒng)的示意，其中變頻器選用A700變頻器，并采用內(nèi)置PID運(yùn)行控制。,圖3.22 恒溫變頻控制系統(tǒng),項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,表3.9 變頻器PID用多功能輸入端子和模擬量輸入,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,表3.10 變頻器PID用多功能輸出端子,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,針對(duì)本項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，圖3.23所示為硬件設(shè)計(jì)原理圖，它采用電位器Rp進(jìn)行設(shè)定壓力，通過(guò)熱電阻溫度傳感器經(jīng)智能儀表XMZ601B作為實(shí)際溫度反饋。利用變頻器內(nèi)部的PID調(diào)節(jié)功能，目標(biāo)信號(hào)SV是一個(gè)與溫度的控制

13、目標(biāo)相對(duì)應(yīng)的值，反饋信號(hào)PV是溫度變送反饋回來(lái)的信號(hào)，該信號(hào)是一個(gè)反映實(shí)際壓力的信號(hào)。PV和SV兩者是相減的，其合成信號(hào)（SP-PV)經(jīng)過(guò)PID調(diào)節(jié)處理后得到頻率給定信號(hào)MV，決定變頻器的輸出頻率f。由于中央空調(diào)的風(fēng)機(jī)控制分兩種情況，即冬季取暖的負(fù)作用與夏季制冷的正作用，因此選用AU信號(hào)（X64）作為冬季與夏季的切換開(kāi)關(guān)（即負(fù)作用與正作用切換開(kāi)關(guān)）。,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,圖3.23硬件設(shè)計(jì)原理圖,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,3.5.2中央恒壓供水的變頻器參數(shù)設(shè)置和調(diào)試,1、變頻器參數(shù)設(shè)置 如表3.11為該中央恒壓供水恒溫控制系統(tǒng)的變頻器參數(shù)設(shè)置，主要包括模擬量通道的設(shè)定（如給定

14、量和實(shí)際反饋量的信號(hào)類(lèi)型），還有PID作用類(lèi)型、使能與比例積分微分環(huán)節(jié)的系數(shù)。,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,表3.11恒壓供水變頻器參數(shù)設(shè)置,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,2、智能儀表參數(shù)設(shè)置智能儀表XMZ601B是實(shí)現(xiàn)溫度反饋的重要環(huán)節(jié)，必須進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，具體如下所示。,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,3、溫度設(shè)定電位器的選擇 圖3.24所示為電位器旋鈕刻度盤(pán)，它與多圈電位器Rp配套使用，尤其適合需要設(shè)定指示的場(chǎng)合使用。在本項(xiàng)目中，采用溫度設(shè)定0-40來(lái)說(shuō)，非常適合，只要按照刻度盤(pán)的旋轉(zhuǎn)就能

15、清楚地知道需要設(shè)定的溫度值。,圖3.24 電位器旋鈕刻度盤(pán),項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,習(xí)題3. 1,根據(jù)本項(xiàng)目的知識(shí)講座和技能訓(xùn)練，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)搜索來(lái)回答以下問(wèn)題： （1）簡(jiǎn)述PID的定義。 （2）A700變頻器使用PID控制需要接哪些線？設(shè)定哪些參數(shù)？ （3）正負(fù)作用對(duì)于控制效果來(lái)說(shuō)有何區(qū)別？ （4）溫度傳感器的選型對(duì)于溫度變頻控制來(lái)說(shuō)有什么要求？ （5）風(fēng)機(jī)節(jié)能的原理是什么？,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,習(xí)題3. 2,試列舉幾種常見(jiàn)的離心泵，并闡述變頻器在離心泵上的節(jié)能原理（如圖3.33所示）,圖3.33 泵的流量轉(zhuǎn)速壓力關(guān)系曲線,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,習(xí)題3. 3,在鍋

16、爐設(shè)備中，給水泵系統(tǒng)通過(guò)向鍋爐不間斷供水，以保證鍋爐的正常運(yùn)行。圖3.34所示為鍋爐給水示意圖，試用恒壓控制來(lái)實(shí)現(xiàn)變頻節(jié)能，該如何設(shè)計(jì)？,圖3.34 鍋爐給水泵給水示意,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,習(xí)題3. 4,在硫酸生產(chǎn)過(guò)程中，需要對(duì)水冷極板進(jìn)行冷卻，冷卻水循環(huán)泵是硫酸生產(chǎn)工藝中的重要設(shè)備，過(guò)去冷卻水循環(huán)泵均不調(diào)速，利用出口閥門(mén)來(lái)控制水流量和管網(wǎng)壓力，現(xiàn)采用變頻器進(jìn)行節(jié)能改造（圖3.35）。已知3臺(tái)循環(huán)泵的功率皆為90KW，請(qǐng)選擇合適的控制方式和變頻器。,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,圖3.35 硫酸廠冷卻水循環(huán)泵工作原理圖,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,習(xí)題3. 5,根據(jù)變頻風(fēng)機(jī)的控制方式，分別設(shè)計(jì)6種設(shè)計(jì)線路圖，變頻器型號(hào)可以自由選擇。,項(xiàng)目6 恒壓供水變頻PID控制,習(xí)題3. 6,圖3.36所示為中央空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)成，主要分為冷凍主機(jī)、冷凍水（熱水）循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，現(xiàn)需要設(shè)計(jì)一個(gè)智能變頻柜，用以控制冷凍