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1、东胜亚变频柜使用说明书11变频调速恒压供水系统的现状和发展 41.1 变频调速恒压供水的目的和意义41.2 变频调速技术的特点及应用 42. 变频调速内置 PID 控制的恒压供水系统 52.1 系统构成 52.1.1 ACS510 变频器概述 52.1.2 系统中的感压元件62.2 系统运行中的三个状态62.3 PID 控制概述 62.3.1 系统的工作过程62.3.2 PID 的调节原理 8 3. 内置 PID 与变频器功能的预置 113.1 PID 功能的预置 113.2 PID 调节的运行特点 123.3 变频器参数预置 123.4 暂停（睡眠与苏醒）功能 131变频调速恒压供水系统的现
2、状和发展21.1 变频调速恒压供水的目的和意义对供水系统进行控制，是为了满足用户对流量的需求，所以流量是供水系统的基本控制对象。但流量的测量比较复杂，考虑到在动态情况下，管道中某一点的水压 p 的大小与供水能力和用水流量之间的平衡情况有关，如果保持供水系统中某处压力的恒定，也就保证了该处的供水能力和用水流量的平衡，恰好满足用户所需的用水流量，这是恒压供水所要达到的目的。1.2 变频调速技术的特点及应用 变频器操作方便，可手控、遥控，亦可与可编程可控制器、计算机等联结，实现自控；故障率低，具有许多种保护功能（如过压、欠压、过流、短路、瞬间停电等） ；启动电流约为电机额定电流的.倍（电机启动电流为
3、倍7 倍额定电流） ，对电网设备冲击小；节能效果明显，可减振降噪，延长设备使用寿命。优于调压调速、变级调速、滑差调速、串级调速、整流子调速和液力偶合调速等。2. 变频调速内置 PID 控制的恒压供水系统2.1 系统构成恒压供水系统的框图如图 1 所示。PS 是压力变送器，它在测量管道内压力 p 的同时，还将测得的压力信号转换成电压信号或电流信号,（在本例中转换成的是电流信号）该信号在控制系统中作为反馈信号输入到变频器的模拟输入端 AI2。所以，反馈信号也就是实测的压力信号，即 AI2p。此系统中还包括变频器(带有内置 PID 功能)、供水泵。3在本例中调速系统分为手自动控制，自动时由压变把反馈
4、信号送到变频器中由变频器内置的 PID 来控制，手动时由面板上的电位器控制，图中的 RP 就是用来实现手动下的调速功能的模拟给定，其手动的具体控制过程在此不再赘述。2.1.1 ACS510 变频器概述ACS510 系列变频器是 ABB 公 司 生 产 的 作为一种高品质的电机变频调速控制设备，是一款杰出的低压交流传动产品。其产品从 1.1KW-110KW，容量范围广，应用领域更广，典型的应用如恒压系统、恒温系统等。此系列内置 RFI 滤波、有八种不同的应用宏可供选择，高级控制盘、内置两个独立的 PID 调节器：PID1 和PID2。PID1 可设置两套参数，通过 PID2 可控制一个独立的外部
5、阀门；多 点 U/F 曲 线 控 制 可 自 由 定 义 5 点 U/F 曲 线 。 其 安 装 、设 置 和 使 用 都 很 简 单 ， 可 以 节 省 大 量 时 间 ， 合 理 选 用 不 同 内 置功 能 的 变 频 器 能 够 给 我 们 带 来 事 半 功 倍 的 成 效 。2.1.2 系统中的感压元件系统中采用压力变送器是一个完全密封的组件，过程压力通过隔离膜片和灌充液硅油传到传感膜片，引起传感膜片的位移。传感膜片两电容极板之间的电容差由电子部件转换成 420mA 两线制输出的电流信号反馈给变频器。42.2 系统运行中的三个状态稳态运行：水泵装置的供水能力与用户用水需求处于平衡状
6、态，供水压力 p 稳定而无变化，反馈信号于目标信号近乎相等，PID 的调节量为 0。此时变频器控制的电机处在 fx 下匀速运行。用水流量增大：当用户的用水流量增大，超过了供水能力时，供水压力 p 有所下降，反馈信号减小，合成信号（目标值反馈值）增大，PID产生正的调节量，变频器的输出频率和电机的转速上升，使供水能力增大，压力恢复。用水流量减小：当用户的用水流量减小时，供水能力小于用水需求，则供水压力上升，反馈信号增大，合成信号则减小，PID 产生负的调节量，结果是变频器的输出频率和电机的转速下降，使供水能力下降，压力又开始恢复。当压力大小重新恢复到目标值时，供水能力与用水需求又达到新的平衡，系
7、统又恢复到稳态运行。2.3 PID 控制概述2.3.1 系统的工作过程变频器内部 PID 调节功能的框图如图 2 所示。XT 和 XF 两者是相减的，其合成信号 XD=|XT-XF|；经过 PID 调节处理后成为频率给定信号 XG，决定变频器的输出频率 （X） 。5图 2 变频器内部的控制框图当用水流量减小，使 QGQU 时，则供水压力pXFXDX电动机转速 nXQGQG=QU 直至压力大小回复到目标值（XFXT） ，从而达到平衡；反之当用水流量增加使 QGQU 时，则pXFXDXnXQGQGQUXFXT，又达到新的平衡。因此，供水系统总是根据用户的用水情况不断地处于自动调整状态中。在此例中选
8、用的是 ABB 公司生产的 ACS510 系列变频器，根据现场操作要求分手自动控制，当 DI2 得电时选择 PID 调节下的自动控制，DI2 失电时为手动控制。启动停止两种方式均为两线制，为了防止误启动变频器，还设有允许运行功能，只有在 DI5 得电的情况下才能启动变频器。详细的控制回路端子接线图如图 3 所示：6图 3 端子接线图2.3.2 PID 的调节原理7 问题的提出 恒压供水过程存在着一个矛盾：一方面，我们要求水管的实际压力（其大小与 XF 成正比）应无限接近于目标压力（其大小与 XT 成正比） ，即要求 XD=|XT-XF|0；另一方面，变频器的输出频率 X 又是由 XT 和 XF
9、 相减的结果来决定的。所以，如果把(XT-XF)直接作为给定信号 XG，系统将无法工作。 比例增益环节(P) 解决上述矛盾的方法是：将|XT-XF|进行放大后再作为频率给定信号：XG=KP(XT-XF) (1)式(1)中，KP 为放大倍数，即比例增益。上述关系如图 4 所示。由于 XG 是(XT-XF)成正比放大的结果，故称为比例放大环节。另一方面，XG 又是使变频器输出某一频率 X所必须的信号。显然，KP 越大，则(XT-XF)= 越小，XF 越接近于XT。图 4 比例放大前后各量间的关系框图(a) 输出与输入的比例关系 (b) 比例带的概念 图 5 比例与比例带8这里，XF 只能是无限接近
10、于 XT，却不能等于 XT，即 XF 和 XT之间总会有一个差值，称为静差，用 表示。该值应该越小越好。显然，比例增益 KP 越大， 越小。在专用 PID 调节器中，比例增益的大小常常是通过“比例带”来进行调节的。比例带就是按比例放大的区域，用 P 表示（等于KP 的倒数） ，如图 5 所示。P 越小，相当于 KP 越大。但在几乎所有变频器内置的 PID 调节功能中，都是直接预置 KP 的。比例增益环节的引入，减小了系统稳定后的静差 ，如图6(a)所示。于是又出现了新的矛盾：为了减小静差 ，应尽量增大比例增益 KP，但由于系统有惯性，KP 过大容易引起被控量（压力）忽大忽小，形成振荡，如图 6
11、(b)所示。(a) P 调节 (b) 振荡现象(c) PI 调节 (d) PID 调节图 6 P、I、D 的综合作用示意图9积分环节（I） 引入积分环节的目的：使给定信号 XG 的变化与乘积 KP(XT-XF)对时间的积分成正比。即尽管 KP(XT-XF)一下子增大（或减小）了许多，但 XG 只能在“积分时间”内逐渐地增大（或减小） ，从而减缓了 XG 的变化速度，防止了振荡。积分时间越长，XG 的变化越慢；只要偏差不消除(XT-XF0)，积分就不停止，从而有效地消除静差，如图 6(c)所示。但积分时间太长，又会发生当被控量（压力）急剧变化时难以迅速恢复的情况。 微分环节(D) 其作用是：可根
12、据偏差的变化趋势，提前给出较大的调节动作，从而缩短调节时间，克服了因积分时间过长而使恢复滞后的缺点，如图 6(d)所示。在供水系统中，当对过渡过程时间的要求并不严格时，通常用 PI调节。3. 内置 PID 与变频器功能的预置3.1 PID 功能的预置预置 PID 功能 预置的内容是：变频器的 PID 功能是否有效。当变频器的 PID 调节功能有效后，其升、降速过程将完全取决于由 P、I、D 数据所决定的动态响应过程，而原来预置的“升速时间”和“降速时间”将不再起作用。目标值 XT 的预置 PID 调节的根本依据是反馈量 XF 与目标值XT 之间进行比较的结果。因此，准确地预置目标值 XT 是十
13、分重要的。主要有以下两种方法：面板输入式 只需通过键盘输入目标值 XT。其确定方法通常是：目标压力与传感器量程之比的百分数。例如，某供水系统要求的压力（目标压力）为 2MPa，所用压力表的量程是 05MPa 时，则目标值为 40%。外接给定式 由外接电位器进行预置，但显示屏上仍显示目标值的百分数。在此例中选用第一种方法，此法易懂、操作简单、直观。结合 ABB 变频说明书 PID 参数设置如表一所示,其实际设定值应根据工艺要求以实际为依据。10表一：启动数据设定9901 语言选择 1（中文）9902 宏设置 6（PID 控制宏）9905 电机额定电压 380V9906 电机额定电流 要与实际相符
14、9907 电机额定频率 要与实际相符9908 电机额定转速 要与实际相符9909 电机额定功率 要与实际相符表二： 过程 PID 设置 参数代码 内容 设定参数代码4006 单位 11（mA）4007 显示格式 14010 给定值选择 19（内部给定）4011 内部给定值 恒压目标值4018 实际值 1 下限 0%3.2 PID 调节的运行特点当变频器按 P、I、D 调节规律运行时，需要注意以下两点：变频器的输出频率（X）只根据实际压力(XF)与目标压力(XT)比较的结果进行调整，所以，频率的大小与被控量之间并无对应关系；变频器的输出频率(X)始终处于调整状态，因此，其数值常不稳定。3.3 变
15、频器参数预置对变频器参数的预置，首先要把调速对象泵铭牌上的基本参数（如电压、电流、功率、转速等）对照选用变频器的参数表输入到变频器中去，其次要对模拟输入进行设置，模拟量有 0-20mA的，有 4-20mA 的，以实际为准。以 ABB 变频 ACS510 系列为例，参数见下表：11表三： 给定选择设定1102 外部控制选择 21103 给定值 1 选择 11104 给定值 1 下限 0Hz / 0rpm1105 给定值 1 上限 50Hz / 额定转速 rpm1106 给定值 2 选择 19（内部 PID 给定）1107 给定值 2 下限 20%1108 给定值 2 上限 100%表四： 模拟输入设定1301 AI1 下限 0%1302 AI1 上限 100%130
