空调风机变频PID控制

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1、空调风机变频PID控制,变频器控制技术,项目三 空调风机变频PID控制,3.1 项目背景及要求 3.2 知识讲座（PID控制与变频器） 3.3 技能训练一（A700变频器PID线路设计） 3.4 技能训练二（A700变频器节能计算） 3.5 项目设计方案,3.1.1 项目背景及要求,中央空调系统已广泛应用于工业与民用域，在没有使用具备负载随动调节特性的控制系统中，无论外界环境怎样变化，各电机都长期固定在工频状态下全速运行，造成了能量的巨大浪费。它在营运成本费用中占据越来越大的比例，加之目前各行业竞争激烈，多数企业利润空间不够理想。因此电能费用的控制显然已经成为经营管理者所关注的问题所在。故节约

2、低负荷时压缩机系统和水系统的消耗的能量，具有很重要的意义。,项目三 空调风机变频PID控制,空调风机,项目三 空调风机变频PID控制,3.1.2 控制优势,中央空调系统广泛应用于工业与民用领域 ,而变频风机已经成为中央空调节能的一个重要部分 ，其优点： 1）节能潜力大 2）控制灵活 3) 可避免冷冻水,冷凝水上顶棚的麻烦等,项目三 空调风机变频PID控制,图3.1 中央空调工作示意 图,项目三 空调风机变频PID控制,3.1. 3 控制要求,在中央空调中，风机主要包括一次回风、二次回风、全新风等。 其控制要求如下： 1）空调风机为三相380V 2.2KW； 2）采用温度控制，能方便设定温度，并

3、实时反映温度变化。,项目三 空调风机变频PID控制,图3.2 空调风机温度控制,项目三 空调风机变频PID控制,3.2 PID控制与变频器,项目三 空调风机变频PID控制,3.2.1 变频器内置PID原理,PID调节是过程控制中应用得十分普遍的一种控制方式，它是使控制系统的被控物理量能够迅速而准确地无限接近于控制目标的基本手段，在温度控制中也是如此。正由于PID功能用途广泛、使用灵活，使得现在变频器的功能大都集成了PID，简称“内置PID”，使用中只需设定三个参数（Kp， Ti和Td）即可。但并不一定需要全部，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。,项目三 空调风机变频PID控

4、制,图3.3 变频器内置PID控制原理,项目三 空调风机变频PID控制,图3.4 通用变频器PID控制原理图,要使变频器内置PID闭环正常运行，必须首先选择PID闭环选择功能有效，同时至少有两种控制信号：（1）给定量，它是与被控物理量的控制目标对应的信号。 （2）反馈量，它是通过现场传感器测量的与被控物理量的实际值对应的信号。,项目三 空调风机变频PID控制,PID调节功能是将根据两者的差值，利用比例P、积分I、微分D的手段对被控物理量进行调整，直至反馈量和给定量基本相等，达到预定的控制目标为止。,图3.5 通用变频器内置PID的控制校准过程,项目三 空调风机变频PID控制,3.2.2 中央空

5、调变频风机的几种控制方式,1、变频风机的静压PID控制方式 2、变频风机的恒温PID控制方式 3、变频风机的多段速变风量控制方式,项目三 空调风机变频PID控制,送风机的空气处理装置是采用冷热水来调节空气温度的热交换器，冷、热水是通过冷、热源装置对水进行加温或冷却而得到的。控制管道静压的好处是有利于系统稳定运行并排除各末端装置在调节过程中的相互影响。在静压PID控制算法中，通常采用两种方式，即定静压控制法和变静压控制法。,1.变频风机的静压PID控制方式,项目三 空调风机变频PID控制,图3.6 中央空调送风机的静压控制,项目三 空调风机变频PID控制,2.变频风机的恒温PID控制方式,利用了

6、变频器内置的PID算法进行温度控制，当通过传感器采集的被测温度偏离所希望的给定值时，PID程序可根据测量信号与给定值的偏差进行比例（P）、积分（I）、微分（D）运算，从而输出某个适当的控制信号给执行机构（即变频器），提高或降低转速，促使测量值室温恢复到给定值，达到自动控制的效果 。恒温控制中必须要注意PID的正作用和反作用，所以，必须在控制系统增设夏季/冬季切换开关以保证控制的准确性。,项目三 空调风机变频PID控制,图3.7 变频风机的恒温控制,项目三 空调风机变频PID控制,3.变频风机的多段速变风量控制方式,该控制方式是基于对风量需求进行经验估算的基础上进行的程序控制。来改变吸气扇转速，

7、控制进风量，可减少吸气扇电机的能耗，同时还可以减轻输入暖气时锅炉的热负载和输入冷气时制冷机的热负载。,项目三 空调风机变频PID控制,图3.8 变频风机的多段速控制,项目三 空调风机变频PID控制,3.2.3 温度传感器及其相关仪表的与选型,1、热电偶 2、热电阻 3、温度传感器相关仪表,项目三 空调风机变频PID控制,1.热电偶,热电偶传感器在环境温度检测中使用极为广泛。其主要优点是测温精度高；热电动势与温度在小范围内基本上呈单值、线性关系；稳定性和复现性较好，响应时间较快；测温范围宽。常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。,项目三 空调风机变频PID控制,如果两种不同成分的均质导

8、体形成回路，直接测温端叫测量端，接线端子端叫参比端，当两端存在温差时，就会在回路中产生热电流，那么两端之间就会存在Seebeck热电势，即塞贝克效应。热电势随着测量端温度升高而增加，热电势的大小只和热电偶导体材质以及两端温差有关，和热电偶导体材质的长度、直径无关,图3.9 热电偶原理,项目三 空调风机变频PID控制,2.热电阻,热电阻是温度检测中使用的另外一种测温元件。热电阻利用物质在温度变化时本身电阻也随着发生变化的特性来测量温度的。热电阻的受热部分（感温元件）是用细金属丝均匀的缠绕在绝缘材料制成的骨架上，当被测介质中有温度梯度存在时，所测得的温度是感温元件所在范围内介质层中的平均温度。它的

9、主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度最高。,项目三 空调风机变频PID控制,图3.10 热电阻原理,项目三 空调风机变频PID控制,3.温度传感器相关仪表,由于热点偶或热电阻都不能输出变频器所能接受的010V或420mA信号，而且本项目要求能够显示实时温度数据，因此，必须再增加一个温度传感器的相关仪表。,项目三 空调风机变频PID控制,图3.11 国产XMZ60X系列智能仪表,项目三 空调风机变频PID控制,表3.1 国产XMZ60X系列智能仪表输入信号,项目三 空调风机变频PID控制,表3.2 国产XMZ60X系列智能仪表输出信号,项目三 空调风机变频PID控制,图3.1

10、2 XMZ601接线示意,项目三 空调风机变频PID控制,3.3 技能训练一：A700变频PID控制线路设计,项目三 空调风机变频PID控制,3.3.1 A700变频器PID操作,三菱A700变频器常用的PID相关参数，它主要包括PID调节参数和PID通道参数。A700的PID主要用流量、风量、压力、温度等工艺控制，由端子2输入信号或参数设定值作为目标、端子4输入信号作为反馈量组成PID控制的反馈系统。,项目三 空调风机变频PID控制,表3.3 三菱A700变频器常用的PID相关参数。,项目三 空调风机变频PID控制,3.3.2 A700变频器PID构成与动作,1、PID的基本构成 图3.13

11、a所示为PID控制参数Pr.128=10或11(即偏差信号输入)时的原理,图3.13b所示为Pr.128=20或21(即测定值输入)时的原理。,项目三 空调风机变频PID控制,a) 误差信号输入,b)测定信号输入,图3.13 PID框图,项目三 空调风机变频PID控制,2、PID动作过程 图3.14所示为PID调节参数Pr.129、Pr.130和Pr.134设定之后的动作过程，称之为P动作、I动作和D动作的三者之和。,图3. 14 PID动作过程,项目三 空调风机变频PID控制,3、PID的自动切换 为了加快PID控制运行时开始阶段的系统上升过程，可以仅在启动时以通常模式上升。Pr.127可以

12、设置自动切换频率，从起动到Pr.127以通常运行运行，待频率达到该设定值后,才转为PID控制。如图3.15所示为PID自动切换控制。当然，从图中也可以看出，Pr.127的设定值仅在PID运行时有效，其他阶段无效。,图3.15 PID自动切换,项目三 空调风机变频PID控制,4、PID信号输出功能 在很多控制案例中，需要输出PID控制过程的各种状态，尤其是PID目标值、PID测定值和PID偏差值。A700变频器提供了这些信号直接输出到CA和AM端子，具体设定参数如表3.4所示。 表3.4 PID信号输出功能,项目三 空调风机变频PID控制,5、PID的正负作用 在PID作用中，存在两种类型，即负

13、作用与正作用。负作用是当偏差信号（即目标值测量值）为正时，增加频率输出，如果偏差为负，则频率输出降低。正作用的动作顺序刚好相反，具体如图3.16所示。,a)负作用,b)正作用,项目三 空调风机变频PID控制,温度控制为例，在冬天的暖气控制时为负作用，如图3.17所示；在夏天的冷气控制时为正作用，如图3.18所示。,图3.17 温度负作用,图3.18 温度正作用,项目三 空调风机变频PID控制,温度偏差与变频器输出频率之间的关系如表3.5所示。 表3.5正负作用与偏差,项目三 空调风机变频PID控制,3.4 技能训练二：变频器A700的节能计算,项目三 空调风机变频PID控制,3.4.1 节能监

14、视器,表达风机基本特性的参数是风量Q、风压H、功率P和效率。当风机的转速从n1变为n2时，Q、H、P大致变化关系为：Q2=Q1(n2/n1)、H2=H1(n2/n1)2、P2=P1(n2/n1)3 由式中可知，风机功率同风机转速的立方成正比，所以当风机的转速变化时，风机的功率会有较大的变化。通过以上分析知道，对风机采用变频调速达到对风量的调节比通常采用调节风门挡板控制风量的方法有显著的节电效果。 变频器A700能通过一些参数的设定进行节能监视，这对于风机类负载来说尤为重要。,项目三 空调风机变频PID控制,1、变频器能通过节能监视器（即Pr.52、Pr.54、Pr.158=“50”）进行监视的

15、项目如表3.6所示。 表3.6节能监视器一,项目三 空调风机变频PID控制,2、变频器能通过节能监视器（即Pr.52=“51”）进行监视的项目如表3.7所示。 表3.7节能监视器二,项目三 空调风机变频PID控制,3.4.2 节能瞬时、节能平均和节能累计值,1、节能瞬时监视器（省电，省电率）,项目三 空调风机变频PID控制,2、节能平均值监视器（节能平均值，节能率平均值，节能费平均值）,项目三 空调风机变频PID控制,如图3.19所示为节能平均值的计算与Y92输出信号。,图3.19 节能平均值,项目三 空调风机变频PID控制,3、节能累计监视器（节能量，节能量费用， 年度省电量，年度节能量费用

16、）,项目三 空调风机变频PID控制,4、工频运行时的功率估计(如图3.20),项目三 空调风机变频PID控制,图3.20 消耗功率与对额定的转速比,项目三 空调风机变频PID控制,3.4.3 年度省电量和节能费用,项目三 空调风机变频PID控制,举例说明：,项目三 空调风机变频PID控制,3.4.4 实际工程中风机和泵类负载的节能计算,1、不同流量控制方法的耗电量 2、节能计算,项目三 空调风机变频PID控制,1、不同流量控制方法的耗电量 表3.8是对100KW的离心水泵的流量通过三种流量控制方法即变频器控制、输入阀门控制和输出阀门得出的实际耗电量。 表3.8 水泵100KW三种流量控制方法的耗电实测比较,项目三 空调风机变频PID控制,2、节能计算,对于风机、泵类设备采用变频调速后的节能效果，通常采用以下三种方式进行计算： （1）根据已知风机、泵类在不同控制方式下的流量负载关系曲线和现场运行的负荷变化情况进行计算。,项目三