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1、主办单位：新疆博识通咨询有限公司 中国工业自动化培训网,1,王老师：15811515136,第三章：变频器工程应用,3.1 变频器PID应用 变频器PID应用主要应用在过程控制中，如恒压供水控制、恒压供气控制、恒温控制等。变频器控制什么量，就由传感器将什么量转化为电信号，这个电信号和给定信号在变频器内进行比较，比较的差值控制变频器的输出频率，来控制电动机的转速，使变频器的控制量保持恒定。,第三章：变频器工程应用,3.1.1 富士G11S变频器PID控制 富士G11S变频器，驱动7KW电动机，拖动水泵恒压供水，PID控制，压力表量程1MPa,输出电流420mA,要求管道中压力为0.6MPa。 1
2、.控制电路,压力变送器,第三章：变频器工程应用,2.需要解决的问题： 1）反馈端子的确定； 2）目标信号给定端子的确定； 3）目标信号的给定值为多少； 4）PID控制端子的确定； 5）P、I、D参数的选取。 上述5项都要通过变频器的功能码进行预置。 下面根据富士变频器的流程图分析参数的选择及设置情况。,第三章：变频器工程应用,第三章：变频器工程应用,3.功能参数 E01=20(X1端子有效，OFF,PID有效) E02=11（ X2端子有效，OFF,F01设定目标值。 F01=1（模拟电压端子设定目标值） H20=1（PID正动作） H21=1（C1端子为反馈端子，并正动作） H22，P增益，
3、0.0110.0倍； H23，I积分时间，0.013600s H24，D微分时间，0.0110.0s； 现场调试决定, H25，PID反馈滤波，0.060s 见下图,第三章：变频器工程应用,PID控制特性： PID控制特性见右图；负载反映特性见下图。,第三章：变频器工程应用,第三章：变频器工程应用,4. PID控制目标量选择 1）反馈信号和给定信号量纲相同 如给定信号为010V,反馈信号也为010V，则给定信号和反馈信号相同。 如压力表量程为1MP，给定压力为0.6MP，则反馈信号为6V，给定信号也为6V。 2）反馈信号和给定信号量纲不同 如给定信号为010V,反馈信号为420mA，则给定信号
4、和反馈信号以总量程的%比计算。 如本例中压力表量程为1MP，给定压力为0.6MP，反馈信号为总反馈信号的60%，则给定信号也为总给定信号的60%，即6V。,第三章：变频器工程应用,3）反馈信号和给定信号量纲不同，反馈信号和变频器设置起点不同 如反馈信号为420mA，变频器反馈端子为020mA，反馈信号的4mA起始电流对变频器来说应算为有效电流。计算时将反馈信号420mA当做020mA看待。 如西门子变频器，反馈端子为020mA，反馈信号为420mA，压力表量程为1MP，给定压力为0.6MP， 则反馈电流为4+（20-4）x60%=13.6mA，折算到反馈端子为13.6/20mA=68%，则给定
5、电压为10V的 68%，即6.8V。,第三章：变频器工程应用,3.3 西门子440变频器PID应用 3.3.1 变频器的访问级,P0004=2时变频器的访问级,P0004=0，无参数过滤功能，可以直接访问参数。,第三章：变频器工程应用,3.3.2 PID控制参数设置 如同其它变频器一样，要想完成某项具体的控制工作，必须要修改一些相应的参数。怎样才能把相关的参数找出来，进行修改预置，同样是一件细致的工作。一些简单的控制，需要修改的参数较少，通过参数访问级和参数表就能解决。一些复杂应用，就要借助变频器的功能框图和参数数表中的提示，在读懂功能框图的前提下，进行参数设置。,第三章：变频器工程应用,1.
6、PID控制在恒压供水中的应用框图,第三章：变频器工程应用,在上图中，PID切换还没有确定。查手册，P2200为PID切换参数，P2200=1，变频器自动为PID控制，也可以设置为外端子控制。P2200=722.1，数字端子2有效，当该端子闭合，变频器PID控制。 数字端子2在参数表中并没有PID切换功能，是通过将代表数字端子2的功能代码P0702设置为P0702=99，99为将该端子的功能“参数化”，该端子参数化后可以命名新的功能。 P2200=722.1，就是将数字端子2命名为新的功能“PID切换”。,第三章：变频器工程应用,2.电路连接 选用010V压力传感器，反馈信号接于模拟输入端子AI
7、N2的10、11之间，设定信号用4.7k电位器，接于模拟输入端子AIN1的1、3、4之间，要把2、4、11端子连接一起（模拟输入公共端）。 数字输入端子DINI为运行控制，DIN2为PID切换。,第三章：变频器工程应用,3.参数选择 为访问PI调节器参数，先设过滤参数：P0003=2(访问标准和扩展级)，P0004=22(选择PI调节器控制参数群)， P2200=1,变频器PID控制(也可以用一个多功能输入端子来控制PID切换，如设P0702=99，P2200=722.1，DIN2端子控制切换，在变频器停止时，可进行PID控制和U/f控制切换)； P2253=755.0，选择“模拟输入端子1”
8、为给定控制信号源； P2264=755.1，选择“模拟输入端子2”为反馈控制信号源； P值：P2280设为0.3 1.5； I值：P2285设为0.03 0.15s； D值：P2274，先保持默认值； 其他参数参考说明书精细调整,第三章：变频器工程应用,变频器PID控制应设置的几个关键参数： 1.PID控制切换参数，该参数是使变频器进入PID控制的，一般变频器都是设置一个外端子进行切换，也有的变频器直接设置为PID控制。 2.反馈输入端子设置参数，该参数确定反馈输入端子，反馈信号的类型。 3.目标信号给定，该参数确定目标信号由什么给定，是直接由面板设置还是由外端子设置。,第三章：变频器工程应用
9、,第三章：变频器工程应用,3.3变频器在回转窑上的应用 回转窑广泛用于冶金、化工、建筑耐火材料、环保等工业。水泥回转窑是水泥熟料干法和湿法生产线的主要设备。回转窑由筒体，支承装置，带挡轮支承装置，传动装置，活动窑头, 复合碎石机，窑尾密封装置，喷煤管装置等部件组成。回转窑的回转部分如右图所示。回转窑的窑体与水平呈一定的倾斜，整个窑体由托轮装置支承，并有控制窑体上下窜动的挡轮装置。回转窑的转动由电动机通过齿轮减速箱，减速箱的输出齿轮和回转窑的回转齿条啮合，拖动回转窑转动。,第三章：变频器工程应用,3.3.1.回转窑负载分析 1.起动力矩分析 启动时回转窑内的物料处于正下方，在窑体起动并不断加速的
10、过程中，整个窑体要克服摩擦力、窑体变形产生的阻力以及窑内的物料堆积角产生的阻力。当窑体克服所有阻力开始转动时，堆积物料的偏转角也随着变化，当物料偏转角达到90度时，此时物料所引起的附加转矩最大，变频器的输出电流也最大，达到正常工作电流的3-4倍。此时变频器的输出频率上升到10-13Hz。,第三章：变频器工程应用,2.运行力矩分析 回转窑起动过程，既是一个加速过程，也是克服设备巨大惯性的过程。一旦变频器克服了这种大惯性负载而起动起来，维持正常运转时，所需的驱动转矩及功率减小。 回转窑在正常工作时，因为物料运行的不规则冲击和窑体受热变形弯曲引起的附加力矩，回转窑为冲击负载。 根据回转窑的这种负载特
11、点，选择变频器及电动机的功率就比较复杂，功率选择过大，起动没问题，但正常运转时出现大马拉小车现象，能耗大，一次性投资加大；功率选择小些适合于正常运行，效率高投资小，但不能正常起动。,第三章：变频器工程应用,3.3.2. 变频器选择原则 根据上述回转窑负载特性的分析，变频器在选型和容量选择上有其特殊性。 1）变频器在起动时负载很大，是正常工作时的几倍，因此，变频器的容量选择要有充分的裕量，否则变频器将不能正常启动。 2）变频器是在起动时的低速区（1013Hz）电流最大，因此变频器在选型时要选择起动过载能力大、具有低频转矩补偿的变频器。 3）提高电动机的上限转速，加大减速装置的传动比，以提高起动时
12、的低频转矩。,第三章：变频器工程应用,3.3.3 应用实例 1.工作现状 有一回转窑改造项目，原来选用55KW电动机调速驱动，因回转窑烧结温度较高，热膨胀系数较大，窑体变形严重,使起动及工作电流增大,电动机经常堵转不能正常运转。 2.改造分析 改造时考虑到原电动机的功率不足，同时考虑到55KW、4极电动机转速为1460r/min，而回转窑正常运行时电动机的转速只有800r/min左右，电动机的散热效果差。根据以上情况，将电动机改为6极、90kW，该电动机额定转速960r/min，当运转在800r/min时，变频器的输出频率为40Hz左右，电动机发热量下降。 选择惠丰HF-G7-90T3型通用变
13、频器，该变频器功率为90kW，额定电流180A。,第三章：变频器工程应用,3.系统调试 1）变频器选择HF-G7-90T3，起动正常（？），但在运行中频繁跳“OC”过流，使生产不能正常进行。查其原因，发现由于负载惯量大，物料在窑中滚动时不断形成附加转矩，使变频器产生瞬间过流。瞬时峰值电流达340A。而HF-G7-90T3变频器的过载极限电流为270A，小于其负载峰值电流，故不能正常工作。,第三章：变频器工程应用,2）根据这一现场情况，经反复论证计算，最后变频器选择为HF-G9-160T3型，该变频器额定功率160kW，额定电流320A。过载能力为1.5-1.8倍，过载极限电流为480-570A
14、。 该变频器足可以克服负载瞬时波动产生的峰值电流，回转窑运行正常，不再跳“OC”过流。 3）变频器在正常停机的情况下，启动困难，借助辅助设备才有可能起动。 分析其情况，判断为起动转矩不足，修改变频器的转矩补偿曲线，变频器启动正常。,第三章：变频器工程应用,总结： 1）变频器的容量是以瞬时冲击电流为依据，变频器只有满足了负载的瞬时冲击电流要求，才能不跳闸。该例中瞬时峰值电流为340A，所选变频器的额定电流为320A（略小于峰值电流，见下图）。 2）电动机的容量根据负载的平均功率选取，只要负载的瞬时电流达不到堵转电流，电动机的容量就不必增加。 3）考虑低速电动机的发热问题，尽量使电动机工作在高转速
15、区。,第三章：变频器工程应用,3.4 变频器在张力控制设备上的应用 生产线一般由多个驱动环节组成，每个驱动环节有一台或多台电动机。因为生产线工作时的连续性，要求众多的驱动环节在运行时的速度或同速、或按比例运行、或根据现场情况随机调整。在采用变频器控制时，为各个驱动环节的调速控制提供了方便。变频器根据速度传感器的取样信号，可方便的进行速度控制。,第三章：变频器工程应用,3.4.1.检测传感装置 1. 张力控制传感装置 卷取机械是带材和线材生产不可缺少的设备，如塑料带的卷取，造纸厂纸张的卷取，冶金厂的薄板卷取、带铜卷取等。在卷取过程中，为了使产品合格，要给卷材上加一定的张力，张力的大小关系到产品的
16、质量。 同时，卷取工序与前道工序之间有着密切的联系，如与前道工序速度要同步、稳定、调速精度要高等。,第三章：变频器工程应用,（1）用变频器转矩电流控制张力 图为以转矩电流作为控制信号的张力控制系统示意图。如图所示，用滚筒2移动加工物，在滚筒1上施加与旋转方向相反的转矩，使两组滚筒间的加工物具有张力，该张力与滚筒1电动机的制动转矩大小成比例。因此，变频器2可以选用通用变频器调速；而变频器1则必须选用具有转矩控制功能的矢量控制变频器。图中所用传感器为电流传感器，它将电动机的定子电流（定子电流和电动机的转矩成正比）转化为420mA的控制信号，加在变频器的反馈输入端，控制变频器输出转矩的稳定，达到控制带材张力稳定的目的。,第三章：变频器工程应用,（2）采用调节辊控制张力 图为调节辊装置的示意图。调节辊利用弹簧、气压、重锤等在一定方向上施加一定大小的力，不管其位置是否变动始终使加工物保持一定的张力。使用调节辊时，张力与变频器的控制没有直接关系，其大小为F的一半。调节辊的张力控制功能只限于在其容许的行程以内。,第三章：变频器工程应用,
