1、1項目6恒壓供水變頻PID控制變頻器2項目6 恒壓供水變頻PID控制3.1 項目背景及要求3.2 知識講座（PID控制與變頻器）3.3 技能訓練一（A700變頻器PID線路設計）3.4 項目設計方案33.2 PID控制與變頻器控制與變頻器項目6 恒壓供水變頻PID控制43.2.1變頻器內(nèi)置變頻器內(nèi)置PID原理原理 PID調(diào)節(jié)是過程控制中應用得十分普遍的一種控制方式，它是使控制系統(tǒng)的被控物理量能夠迅速而準確地無限接近于控制目標的基本手段，在溫度控制中也是如此。正由于PID功能用途廣泛、使用靈活，使得現(xiàn)在變頻器的功能大都集成了PID，簡稱“內(nèi)置PID”，使用中只需設定6個參數(shù)（Kp， Ti和Td）

2、即可。但并不一定需要全部，可以取其中的一到兩個單元，但比例控制單元是必不可少的。項目6 恒壓供水變頻PID控制5圖3.3 變頻器內(nèi)置PID控制原理 項目6 恒壓供水變頻PID控制6圖3.4 通用變頻器PID控制原理圖要使變頻器內(nèi)置PID閉環(huán)正常運行，必須首先選擇PID閉環(huán)選擇功能有效，同時至少有兩種控制信號：（1）給定量，它是與被控物理量的控制目標對應的信號。（2）反饋量，它是通過現(xiàn)場傳感器測量的與被控物理量的實際值對應的信號。項目6 恒壓供水變頻PID控制7PID調(diào)節(jié)功能是將根據(jù)兩者的差值，利用比例P、積分I、微分D的手段對被控物理量進行調(diào)整，直至反饋量和給定量基本相等，達到預定的控制目標為

3、止。圖3.5 通用變頻器內(nèi)置PID的控制校準過程項目6 恒壓供水變頻PID控制83.2.2中央空調(diào)變頻風機的幾種控制方式中央空調(diào)變頻風機的幾種控制方式 1、變頻風機的靜壓變頻風機的靜壓PID控制方式控制方式 2、變頻風機的恒溫、變頻風機的恒溫PID控制方式控制方式 3、變頻風機的多段速變風量控制方式、變頻風機的多段速變風量控制方式項目6 恒壓供水變頻PID控制9 送風機的空氣處理裝置是采用冷熱水來調(diào)節(jié)空氣溫度的熱交換器，冷、熱水是通過冷、熱源裝置對水進行加溫或冷卻而得到的。控制管道靜壓的好處是有利于系統(tǒng)穩(wěn)定運行并排除各末端裝置在調(diào)節(jié)過程中的相互影響。在靜壓PID控制算法中，通常采用兩種方式，即

4、定靜壓控制法和變靜壓控制法。1.變頻風機的靜壓變頻風機的靜壓PID控制方控制方式式項目6 恒壓供水變頻PID控制10圖3.6 中央空調(diào)送風機的靜壓控制 項目6 恒壓供水變頻PID控制112.變頻風機的恒溫變頻風機的恒溫PID控制方式控制方式 利用了變頻器內(nèi)置的PID算法進行溫度控制，當通過傳感器采集的被測溫度偏離所希望的給定值時，PID程序可根據(jù)測量信號與給定值的偏差進行比例（P）、積分（I）、微分（D）運算，從而輸出某個適當?shù)目刂菩盘柦o執(zhí)行機構（即變頻器），提高或降低轉速，促使測量值室溫恢復到給定值，達到自動控制的效果 。恒溫控制中必須要注意PID的正作用和反作用，所以，必須在控制系統(tǒng)增設夏

5、季/冬季切換開關以保證控制的準確性。項目6 恒壓供水變頻PID控制12圖3.7 變頻風機的恒溫控制項目6 恒壓供水變頻PID控制133.變頻風機的多段速變風量控制方式變頻風機的多段速變風量控制方式 該控制方式是基于對風量需求進行經(jīng)驗估算的基礎上進行的程序控制。來改變吸氣扇轉速，控制進風量，可減少吸氣扇電機的能耗，同時還可以減輕輸入暖氣時鍋爐的熱負載和輸入冷氣時制冷機的熱負載。 項目6 恒壓供水變頻PID控制14圖3.8 變頻風機的多段速控制項目6 恒壓供水變頻PID控制153.2.3溫度傳感器及其相關儀表的與選型溫度傳感器及其相關儀表的與選型 1、熱電偶、熱電偶 2、熱電阻、熱電阻 3、溫度傳

6、感器相關儀表、溫度傳感器相關儀表項目6 恒壓供水變頻PID控制161.熱電偶熱電偶 熱電偶傳感器在環(huán)境溫度檢測中使用極為廣泛。其主要優(yōu)點是測溫精度高；熱電動勢與溫度在小范圍內(nèi)基本上呈單值、線性關系；穩(wěn)定性和復現(xiàn)性較好，響應時間較快；測溫范圍寬。常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類。 項目6 恒壓供水變頻PID控制17如果兩種不同成分的均質(zhì)導體形成回路，直接測溫端叫測量端，接線端子端叫參比端，當兩端存在溫差時，就會在回路中產(chǎn)生熱電流，那么兩端之間就會存在Seebeck熱電勢，即塞貝克效應。熱電勢隨著測量端溫度升高而增加，熱電勢的大小只和熱電偶導體材質(zhì)以及兩端溫差有關，和熱電偶導體材質(zhì)的

7、長度、直徑無關 圖3.9 熱電偶原理項目6 恒壓供水變頻PID控制182.熱電阻熱電阻 熱電阻是溫度檢測中使用的另外一種測溫元件。熱電阻利用物質(zhì)在溫度變化時本身電阻也隨著發(fā)生變化的特性來測量溫度的。熱電阻的受熱部分（感溫元件）是用細金屬絲均勻的纏繞在絕緣材料制成的骨架上，當被測介質(zhì)中有溫度梯度存在時，所測得的溫度是感溫元件所在范圍內(nèi)介質(zhì)層中的平均溫度。它的主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測量精確度最高。 項目6 恒壓供水變頻PID控制19圖3.10 熱電阻原理項目6 恒壓供水變頻PID控制203.溫度傳感器相關儀表溫度傳感器相關儀表 由于熱點偶或熱電阻都不能輸出變頻器所能接受的0

8、10V或420mA信號，而且本項目要求能夠顯示實時溫度數(shù)據(jù)，因此，必須再增加一個溫度傳感器的相關儀表。 項目6 恒壓供水變頻PID控制21圖3.11 國產(chǎn)XMZ60X系列智能儀表項目6 恒壓供水變頻PID控制22表3.1 國產(chǎn)XMZ60X系列智能儀表輸入信號項目6 恒壓供水變頻PID控制23表3.2 國產(chǎn)XMZ60X系列智能儀表輸出信號項目6 恒壓供水變頻PID控制24圖3.12 XMZ601接線示意項目6 恒壓供水變頻PID控制253.3 技能訓練一：技能訓練一：A700變頻變頻PID控制線路設計控制線路設計項目6 恒壓供水變頻PID控制263.3.1A700變頻器變頻器PID操作操作 6菱

9、A700變頻器常用的PID相關參數(shù)，它主要包括PID調(diào)節(jié)參數(shù)和PID通道參數(shù)。A700的PID主要用流量、風量、壓力、溫度等工藝控制，由端子2輸入信號或參數(shù)設定值作為目標、端子4輸入信號作為反饋量組成PID控制的反饋系統(tǒng)。 項目6 恒壓供水變頻PID控制27表3.3 6菱A700變頻器常用的PID相關參數(shù)。項目6 恒壓供水變頻PID控制283.3.2A700變頻器變頻器PID構成與動作構成與動作 1、PID的基本構成的基本構成 圖3.13a所示為PID控制參數(shù)Pr.128=10或11(即偏差信號輸入)時的原理,圖3.13b所示為Pr.128=20或21(即測定值輸入)時的原理。項目6 恒壓供水

10、變頻PID控制29a) 誤差信號輸入b)測定信號輸入圖3.13 PID框圖項目6 恒壓供水變頻PID控制30 2、PID動作過程動作過程 圖3.14所示為PID調(diào)節(jié)參數(shù)Pr.129、Pr.130和Pr.134設定之后的動作過程，稱之為P動作、I動作和D動作的6者之和。圖3. 14 PID動作過程項目6 恒壓供水變頻PID控制313、PID的自動切換的自動切換 為了加快PID控制運行時開始階段的系統(tǒng)上升過程，可以僅在啟動時以通常模式上升。Pr.127可以設置自動切換頻率，從起動到Pr.127以通常運行運行，待頻率達到該設定值后,才轉為PID控制。如圖3.15所示為PID自動切換控制。當然，從圖中

11、也可以看出，Pr.127的設定值僅在PID運行時有效，其他階段無效。圖3.15 PID自動切換項目6 恒壓供水變頻PID控制324、PID信號輸出功能信號輸出功能 在很多控制案例中，需要輸出PID控制過程的各種狀態(tài)，尤其是PID目標值、PID測定值和PID偏差值。A700變頻器提供了這些信號直接輸出到CA和AM端子，具體設定參數(shù)如表3.4所示。表3.4 PID信號輸出功能項目6 恒壓供水變頻PID控制335、PID的正負作用的正負作用 在PID作用中，存在兩種類型，即負作用與正作用。負作用是當偏差信號（即目標值測量值）為正時，增加頻率輸出，如果偏差為負，則頻率輸出降低。正作用的動作順序剛好相反

12、，具體如圖3.16所示。a)負作用 b)正作用 項目6 恒壓供水變頻PID控制34 溫度控制為例，在冬天的暖氣控制時為負作用，如圖3.17所示；在夏天的冷氣控制時為正作用，如圖3.18所示。 圖3.17 溫度負作用圖3.18 溫度正作用項目6 恒壓供水變頻PID控制35 溫度偏差與變頻器輸出頻率之間的關系如表3.5所示。表3.5正負作用與偏差項目6 恒壓供水變頻PID控制363.5 項目設計方案項目設計方案項目6 恒壓供水變頻PID控制373.5.1中央恒壓供水的變頻節(jié)能硬件設計中央恒壓供水的變頻節(jié)能硬件設計 如圖3.22為該恒溫變頻控制系統(tǒng)的示意，其中變頻器選用A700變頻器，并采用內(nèi)置PI

13、D運行控制。圖3.22 恒溫變頻控制系統(tǒng)項目6 恒壓供水變頻PID控制38表3.9 變頻器PID用多功能輸入端子和模擬量輸入項目6 恒壓供水變頻PID控制39表3.10 變頻器PID用多功能輸出端子項目6 恒壓供水變頻PID控制40 針對本項目來說，圖3.23所示為硬件設計原理圖，它采用電位器Rp進行設定壓力，通過熱電阻溫度傳感器經(jīng)智能儀表XMZ601B作為實際溫度反饋。利用變頻器內(nèi)部的PID調(diào)節(jié)功能，目標信號SV是一個與溫度的控制目標相對應的值，反饋信號PV是溫度變送反饋回來的信號，該信號是一個反映實際壓力的信號。PV和SV兩者是相減的，其合成信號（SP-PV)經(jīng)過PID調(diào)節(jié)處理后得到頻率給

14、定信號MV，決定變頻器的輸出頻率f。由于中央空調(diào)的風機控制分兩種情況，即冬季取暖的負作用與夏季制冷的正作用，因此選用AU信號（X64）作為冬季與夏季的切換開關（即負作用與正作用切換開關）。項目6 恒壓供水變頻PID控制41圖3.23硬件設計原理圖項目6 恒壓供水變頻PID控制423.5.2中央恒壓供水的變頻器參數(shù)設置和調(diào)試中央恒壓供水的變頻器參數(shù)設置和調(diào)試 1、變頻器參數(shù)設置 如表3.11為該中央恒壓供水恒溫控制系統(tǒng)的變頻器參數(shù)設置，主要包括模擬量通道的設定（如給定量和實際反饋量的信號類型），還有PID作用類型、使能與比例積分微分環(huán)節(jié)的系數(shù)。項目6 恒壓供水變頻PID控制43 表3.11恒壓供

15、水變頻器參數(shù)設置項目6 恒壓供水變頻PID控制442、智能儀表參數(shù)設置智能儀表XMZ601B是實現(xiàn)溫度反饋的重要環(huán)節(jié)，必須進行參數(shù)設置，具體如下所示。項目6 恒壓供水變頻PID控制45項目6 恒壓供水變頻PID控制46項目6 恒壓供水變頻PID控制47項目6 恒壓供水變頻PID控制48 3、溫度設定電位器的選擇 圖3.24所示為電位器旋鈕刻度盤，它與多圈電位器Rp配套使用，尤其適合需要設定指示的場合使用。在本項目中，采用溫度設定0-40來說，非常適合，只要按照刻度盤的旋轉就能清楚地知道需要設定的溫度值。圖3.24 電位器旋鈕刻度盤項目6 恒壓供水變頻PID控制49習題習題3. 1 根據(jù)本項目的

16、知識講座和技能訓練，并結合網(wǎng)絡搜索來回答以下問題：（1）簡述PID的定義。（2）A700變頻器使用PID控制需要接哪些線？設定哪些參數(shù)？（3）正負作用對于控制效果來說有何區(qū)別？（4）溫度傳感器的選型對于溫度變頻控制來說有什么要求？（5）風機節(jié)能的原理是什么？項目6 恒壓供水變頻PID控制50習題習題3. 2 試列舉幾種常見的離心泵，并闡述變頻器在離心泵上的節(jié)能原理（如圖3.33所示）圖3.33 泵的流量轉速壓力關系曲線項目6 恒壓供水變頻PID控制51習題習題3. 3 在鍋爐設備中，給水泵系統(tǒng)通過向鍋爐不間斷供水，以保證鍋爐的正常運行。圖3.34所示為鍋爐給水示意圖，試用恒壓控制來實現(xiàn)變頻節(jié)能

17、，該如何設計？圖3.34 鍋爐給水泵給水示意項目6 恒壓供水變頻PID控制52習題習題3. 4 在硫酸生產(chǎn)過程中，需要對水冷極板進行冷卻，冷卻水循環(huán)泵是硫酸生產(chǎn)工藝中的重要設備，過去冷卻水循環(huán)泵均不調(diào)速，利用出口閥門來控制水流量和管網(wǎng)壓力，現(xiàn)采用變頻器進行節(jié)能改造（圖3.35）。已知3臺循環(huán)泵的功率皆為90KW，請選擇合適的控制方式和變頻器。項目6 恒壓供水變頻PID控制53圖3.35 硫酸廠冷卻水循環(huán)泵工作原理圖 項目6 恒壓供水變頻PID控制54習題習題3. 5 根據(jù)變頻風機的控制方式，分別設計6種設計線路圖，變頻器型號可以自由選擇。項目6 恒壓供水變頻PID控制55習題習題3. 6 圖3.36所示為中央空調(diào)系統(tǒng)的構成，主要分為冷凍主機、冷凍水（熱水）循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，現(xiàn)需要設計一個智