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1、变频器内藏PID功能在闭环控制系统中的应用1引言交流变频调调速技术以其卓越的调速性能、显著的节电效果以及在国民经济领域的广泛适用性，已被公认为是一种最有前途的调速方式。在能源日益紧张的今天，变频器作为交流调速的一种主要手段，在工业生产中取得越来越广泛的应用。本文介绍的闭环恒压供水系统采用三垦SAMCO-vm05型变频器实现，详细叙述了其实现闭环控制的内藏PID功能主要参数设置及闭环调试方法。2 闭环供水系统的原理该闭环系统应用于工厂的生产用水，其目的是向车间提供连续的水压稳定的水。图1是供水系统框图。它主要由变频控制箱、超压排流阀、液位传感控制器、压力传感器等组成。系统中，1#泵为恒速泵，2#
2、泵为变频调速泵。正常工作时，由1#泵抽取河水，经净化后直接供生产车间，由于1#水泵供水量总大于车间用水量，因此设置了超压排流阀，当管道水压超过设定水压时，排流阀开始工作，多余的净化水被排到水池中，当水池水位到达水位上限时，系统控制1#泵停机，同时启动2#泵，由变频器控制2#泵向车间供水，当水池水位下降到水位下限时，2#泵停止工作，1#泵启动运行，如此循环。图1 闭环恒压供水系统框图3 变频器闭环控制变频器用于2#泵的控制，即在抽取水池水时，根据用水管网压力的变化，通过变频器实现自动跟踪来调节水泵电机的转速，保持用水管网压力稳定。三垦通用变频器SAMCO-vm05为用户实现闭环控制提供了内藏的P
3、ID功能，它能将外部变送器输入的模拟信号(420mA、05V、010V)反馈输入到变频器，并取得与变频器设定频率指令之间的偏差，进行P(比例)、I(积分)、D(微分)控制，从而使负载一侧的动作跟随指令值的变化而改变。3.1 硬件原理闭环控制的硬件原理如图2所示。压力传感变送器将管网水压信号转变成420mA电流信号作为反馈输入到变频器的IRF/VRF2端子，外部压力设定器将指定的压力(01.0Mpa)转变为010V电压信号输入到变频器VRF1端子。变频器根据给定值与反馈值的偏差量进行PID控制，输出频率控制电机的转速，从而使系统处于稳定的工作状态，管网水压保持恒定。3.2 闭环控制的相关功能代码
4、与参数图2闭环控制的硬件原理图变频器的功能参数很多，这里只介绍与PID闭环控制相关的参数设置，需要说明的是SAMCO-vm05型变频器内部PID控制采样周期Ts为10ms。Cd071=3 内藏PID控制模式Cd120=5 反馈信号为420mA电流输入Cd002=3 给定信号为010V电压输入Cd122=0.00100.00 PID控制比例增益Cd123=0.00100.00 PID控制积分增益Cd124=0.00100.00 PID控制微分增益Cd125=1500 反馈输入滤波时间常数3.3 设定值和反馈值的频率变换在利用外部模拟信号作为设定值或反馈值时，输入模拟信号最小值(0V或4mA)时频
5、率(偏置频率)和最大值(5V或10V或20 mA时的频率(增益频率)须根据其F-V特性(或F-I特性)来设定。(1) 设定值的频率变换外部压力设定器将压力01.0MP变换成电压信号010V输入到变频器VRF1端子，其F-V特性如图3。因此:偏置频率 cd054=0.0Hz增益频率 cd055=50.0Hz(2) 反馈量的频率变换压力传感器将管网压力01.0MP变换成电流信号420mA输入到变频器IRF/VRF2端子，其F-I特性如图4。因此: 偏置频率cd062=-12.5Hz 增益频率cd063=50.0Hz图3 设定值的频率变换特性图4 反馈的频率变换特性3.4 闭环调试步骤与方法首先，将
6、变频器设在开环运行模式，检测压力传感变送器反馈信号是否正常;根据传感变送器的P-I特性和变频器的F-I特性求出反馈量的偏置频率cd062和增益频率cd063;根据外部压力设定器的P-V特性和变频器的F-V特性，求出设定值的偏置频率cd054和增益频率cd055;设置负载电机可驱动的最高频率cd007和最低频率cd008，本系统中设置cd007=50Hz，cd008=15Hz;设置cd071=3为内置PID控制模式;增加cd122单元的比例增益直至系统开始振荡，然后取振荡时的增益的1/2来设定;增加cd123单元的积分增益直至系统开始振荡，然后取振荡时的增益的1/2来设定;微分增益在以压力、流量
7、为对象的控制系统中，由于滞后不大，一般设置为0;滤波时间常数cd125单元的值根据实际情况来调整，以消除信号传输过程中的干扰。4 故障处理4.1 变频器故障无论是从冗余设计原则还是从系统实际应用环境考虑，在变频器发生故障时都要求不间断供水。在本系统中，当变频器突然发生故障，变频自动运行系统自动停水并报警，然后2#泵进入工频运行，当然工频运行时，管网压力不能自动控制，只能作为短时应急工作方式。4.2 水位检测故障水池的水位信号采用浮子式液位控制器检测，为防止液位控制器失灵，对水池低水位采用双下限两路触点控制，当第一个水位下限触点故障时，变频器系统设有正常停机，待水位达到第二个下限(比第一下限水位
8、略低)，系统发出报警信号，同时停止2#变频泵，启动1#工频泵。5 结束语在供水系统中采用变频调速运行方式，可根据用户实际用水量的变化自动调节水泵电机的转速，保持压力稳定，实现恒压供水，并且能节约能源，延长设备使用寿命，减轻工人劳动强度。三垦通用变频器SAMCO-vm05型及SAMCO-i型为用户提供的PID控制功能，其硬件输入端子设置灵活，适用于各种传感器。软件参数设置方便，且提供了反馈量的数字滤波功能，适合于温度、压力或流量为控制对象的闭环系统中。目前，该系统已投入运行使用，性能稳定可靠，节能效果明显，具有一定的先进性。参考文献1 张燕宾. SPWM变频调速应用技术M. 北京:机械出版社, 1997.2 赵秀菊. 单片微机与测控技术M. 南京:东南大学出版社,1996.3 SANKEN电气株式会社. SAMCO-vm05变频器使用说明书D. 2002.
