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高層二次供水變頻器中PID控制詳細(xì)講解過(guò)程

 

關(guān)于高層二次供水變頻器ABB中的PID控制詳細(xì)講解

      本人在造供水行業(yè)工作多年,對(duì)供水行業(yè)的控制有一定的了解,平時(shí)苦惱于手下的員工對(duì)于二次供水行業(yè)的電控了解不夠.后來(lái)將供水行業(yè)常用的控制匯編成一本培訓(xùn)資料,發(fā)給部門的所有工人熟讀.收到一定的效果,本培訓(xùn)材料完全針對(duì)二次供水行業(yè)的控制按照實(shí)際的電路來(lái)詳細(xì)講解其工作原理和工作的過(guò)程,涵蓋供水電控的外圍設(shè)備控制,包括電機(jī)的直接啟動(dòng),變頻控制,軟啟動(dòng)控制,正反轉(zhuǎn)控制,多速電機(jī)控制.兩地控制,傳動(dòng)控制,行車控制.可以說(shuō)覆蓋了二次供水設(shè)備所有的電氣控制.現(xiàn)先將其中的一小節(jié)發(fā)上來(lái)和大家交流,希望高手指正.

 

高層二次供水變頻器PID控制

PID控制

P：比例環(huán)節(jié)。也稱為放大環(huán)節(jié)，它的輸出量與輸入量之間任何時(shí)候都是一個(gè)固定的比例關(guān)系。

I: 積分環(huán)節(jié)：指輸出量等于輸入量對(duì)時(shí)間的積分。

D: 微分環(huán)節(jié)：指輸出等于輸入的微分。微分只與變化率有關(guān)，而與變化率的絕對(duì)值無(wú)關(guān)，偏差越大，控制越強(qiáng)。其主要作用就是對(duì)變化的波動(dòng)有更強(qiáng)的抑制能力。

PID：比例積分微分調(diào)節(jié)器。

    工作過(guò)程：當(dāng)波動(dòng)作用的瞬間，由于微分的超前作用，使微分的輸出量最大，同時(shí)比例控制也開始作用。然后由于波動(dòng)的變化率為零（理想狀態(tài)）。故微分輸出開始衰減，曲線開始下降。這時(shí)由于偏差的作用。積分開始作用，使曲線上升，。隨著微分作用的逐漸消失，積分起主導(dǎo)作用，直到偏差完全消失（理想狀態(tài)）。積分的輸出也不再增加。而比例的控制是貫穿始終的。

 

高層二次供水變頻器ABB的過(guò)程PID控制

ABB變頻器內(nèi)部有一個(gè)內(nèi)置的PID控制器，它可用于控制壓力，流量和液位等過(guò)程變量。啟動(dòng)過(guò)程PID控制后，過(guò)程給定信號(hào)將取代速度給定信號(hào)。另外一個(gè)實(shí)際值（過(guò)程反饋值）也會(huì)反饋給傳動(dòng)單元，過(guò)程PID控制會(huì)調(diào)節(jié)傳動(dòng)單元的速度使實(shí)際測(cè)量值等于給定值。

 

變頻器通過(guò)3個(gè)24V中間繼電器來(lái)控制外部備用泵。

假設(shè)：當(dāng)前水壓的期望值為4.2kg。壓力變送器PT的量程為0-10kg。變送器的輸出為0-20mA的電流信號(hào)。水泵為2臺(tái)，一主一備。

要求：供水壓力需長(zhǎng)期保持在4.2kg，壓力波動(dòng)小于正負(fù)0.3kg。當(dāng)水壓小于3.6kg需啟動(dòng)備用泵（此泵為直接啟動(dòng)），當(dāng)水壓高于5.5kg時(shí)，停止備用泵。平時(shí)有單臺(tái)主泵保持壓力，根據(jù)壓力不同調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

 

回路的控制要點(diǎn)：

變頻器需保持的過(guò)程給定信號(hào)為：

4.2kg，量程為0-10kg對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)為0-20mA,則給定值為42％（以百分?jǐn)?shù)來(lái)表示）。（當(dāng)為4-20mA時(shí)為54％。算法為（4+（4.2/10）*16）/20＝0.536）。由參數(shù)11.03定義為KEYPAD（面板）后，直接在面板上給出。（面板最上面一行）

備用泵的啟動(dòng)：

必須同時(shí)滿足2個(gè)條件，一是水壓低于3.6kg，二是主泵的電機(jī)轉(zhuǎn)速已經(jīng)達(dá)到滿速一定的時(shí)間。在這里我們將變頻器的繼電器輸出RO1定義為壓力的低限輸出（相關(guān)參數(shù)：14.01 ACT1 LIM.32.15 LOW LIMIT.32.16 38%），繼電器輸出RO2定義為壓力的高限輸出(相關(guān)參數(shù)：14.02 ACT2 LIM.32.17 HIGH LIMIT.32.8 55%)。繼電器的RO3定義為轉(zhuǎn)速達(dá)到輸出(14.03 SPEED1 LIM.32.01HIGH LIMIT.32.02 48HZ（電機(jī)最高轉(zhuǎn)速）)

變頻器過(guò)程PID控制的激活：99.02－PID-CTRL.

以下是完整的參數(shù)：

序號(hào) 參數(shù) 內(nèi)容

1 99.02 PID-CTRL 

2 99.04 DTC

3 99.05 380V

4 99.06 電機(jī)電流

5 99.07 50HZ

6 99.08 電機(jī)轉(zhuǎn)速

7 99.09 電機(jī)功率

8 99.10 電機(jī)ID識(shí)別

9 10.01 DI6　

10 10.3 FORWARD　禁止反轉(zhuǎn)

11 11.01 REF1　　給定類型：轉(zhuǎn)速

12 11.02 DI3 過(guò)程控制有效

13 11.03 KEYPAD 從控制盤給定

14 11.04 0　　　最小轉(zhuǎn)速

15 11.05 電機(jī)轉(zhuǎn)速　　最大轉(zhuǎn)速

16 11.06 KEYPAD 從控制盤給定

17 13.11 4mA　模擬輸入最小值4ｍA　

18 13.12 20mA　模擬輸入最大值20mA

19 14.01 ACT 1 LIM

20 14.02 ACT 2 LIM

21 14.03 SPEED 1 LIM

22 16.01 DI5 運(yùn)行允許

23 20.01 0　　　最小轉(zhuǎn)速

24 20.02 電機(jī)轉(zhuǎn)速　　最大轉(zhuǎn)速

25 22.01 ACC/DEC 1　加減速時(shí)間選擇

26 22.02 40S

27 22.03 40S

28 32.01 HIGH LIMT　　輸出速度極限值

29 32.02 48HZ

30 32.15 LOW LIMIT

31 32.16 38　　低限實(shí)際值

32 32.17 HIGH LIMIT

33 32.18 55　　高限實(shí)際值

34 40.01 1 PID增益值

35 40.02 60 積分時(shí)間

36 40.03 0 微分時(shí)間

37 40.05 NO 偏差值不取反

38 40.06 ACT1 選擇過(guò)程實(shí)際值

39 40.07 AI2 過(guò)程實(shí)際值的信號(hào)源

40 40.08 AI2

41 40.09 0 定義信號(hào)源的最小值（當(dāng)為4-20mA信號(hào)時(shí)選擇4）

42 40.10 100 

    在原理中可以可以看到，啟動(dòng)信號(hào)由原來(lái)我們常用的DI1，改為DI6（停止和啟動(dòng)的過(guò)程控制），并且將DI3（過(guò)程控制選擇）、DI5（運(yùn)行允許）短接。模擬輸入由原來(lái)的AI3改為AI2。這些都是變頻器PID控制的默認(rèn)端口。大家可以通過(guò)對(duì)每個(gè)參數(shù)的了解來(lái)體會(huì)PID控制的最簡(jiǎn)單的原理。

    用到了PID控制的還有水泵的控制系統(tǒng)，雖然它的PID算法是通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)的，但它的思路和控制原理是一樣的，推而廣之，DCS上的有關(guān)液位，流量等等一些過(guò)程控制也是通過(guò)PLC計(jì)算PID的算法后輸出值直接給定到變頻器。