变频器内置PID功能应用实例

    本闭环系统应用于某厂的用油自控系统，其目的是向车间提供连续的压力稳定的油。图4-15是供油系统框图，主要由变频控制箱、超压排流阀、液位传感控制器及压力传感变速器等组成。系统中，#1泵为恒速泵，2#泵为变频调速泵。正常工作时，由#1泵抽取油罐中的油，经净化后直接供给生产车间。由于#1油泵供油量总大于车间用油量，因此设置了超压排流阀。当管道油压超过设定油压时，排流阀开始工作，多余的净化油被排到油池中。当油池油位到达油位上限时，系统控制泵停机，同时启动#2泵，由变频器控制#2泵向车间供油。当油池油位下降到油位下限时，#2泵停止工作，#1泵启动运行，如此循环工作。
    图4-15    供油系统框图    (1)变频器闭环控制    变频器用于#2泵的控制，即在抽取油池的油时，根据用油管网压力的变化，通过变频器实现自动跟踪来调节油泵电动机的转速，保持用油管网压力的稳定。本例使用的三垦通用变频器SAMCO-VM05内置的PID功能为用户实现闭环控制。它能将外部变送器输入的模拟信号(4～20mA、0～5V、0～10V)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PID控制，从而使负载一侧的动作跟随指令值的变化而改变。    (2)硬件原理    闭环控制的硬件原理如图4-16所示。压力传感变送器将管网油压信号转变成4～20mA的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(0～1.0MPa)转变为0～10V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，输出频率控制电动机的转速，从而使系统管网油压保持恒定。
    图4-16    闭环控制的硬件原理图    (3)闭环控制的参数设置与调试    ①闭环控制的相关功能代码与参数    变频器的功能参数很多，表4-1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控制的采样周期Ts为10ms。    表4-1    PID闭环控制相关的参数设置
 序号  功能代码     设定值     说 明     1  Cd071     3 激活变频器内置PID控制模式     2   Cd120     5 反馈信号为4～20mA电流输入     3  Cd002     3 反馈信号为0～10V电压输入     4  Cd122 0.00～100.00 PID控制比例增益     5  Cd123 0.00～100.00 PID控制积分增益     6  Cd124 0.00～100.00 PID控制微分增益     7  Cd125     1～500 反馈输入滤波时间常数     ②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)时的频率（偏置频率）和最大值(10V或20mA)时的频率（增益频率）需根据其F-V特性（或F-I特性）来设定。    a．设定值的频率变换    外部压力设定器将压力0～1. 0MPa变换成电压信号0～10V输入到变频器VRF1端子，其FV特性如图4-17所示。因此偏置频率(Cd054)设为0.0Hz，增益频率(Cd055)设为50. 0Hz。    b．反馈量的频率变换   压力传感器将管网压力0～1. 0MPa变换成电流信号4～20mA输入到变频器IRF/VRF2端子，其FI特性如图4-18所示。因此偏置频率(Cd062)设为-12. 5Hz，增益频率(Cd063)设为50. 0Hz。    ③闭环调试步骤与方法    a．首先将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。    b．根据传感变送器的PI特性和变频器的FI特性，求出反馈量的偏置频率Cd062和增益频率Cd063。
    图4-17    设定值的频率变换特性
    图4-18    反馈量的频率变换特性    c．根据外部压力设定器的PV特性和变频器的FV特性求出设定值的偏置频率cd054和增益频率Cd055。    ④设置负载电动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。    ⑤设置Cd071=3为内置PID控制模式。    ⑥增加Cd122单元的比例增益直至系统开始振荡，然后取振荡时增益的1/2来设定。    ⑦增加Cd123单元的积分增益直至系统开始振荡，然后取振荡时增益的1/2来设定。   ⑧微分增益在以压力、流量为对象的控制系统中，由于滞后不大，故一般设置为0。    ⑨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。