高層二次供水變頻器中PID控制詳細講解過程
高層二次供水變頻器中PID控制詳細講解過程
關于高層二次供水變頻器ABB中的PID控制詳細講解
本人在造供水行業工作多年,對供水行業的控制有一定的了解,平時苦惱于手下的員工對于二次供水行業的電控了解不夠.后來將供水行業常用的控制匯編成一本培訓資料,發給部門的所有工人熟讀.收到一定的效果,本培訓材料完全針對二次供水行業的控制按照實際的電路來詳細講解其工作原理和工作的過程,涵蓋供水電控的外圍設備控制,包括電機的直接啟動,變頻控制,軟啟動控制,正反轉控制,多速電機控制.兩地控制,傳動控制,行車控制.可以說覆蓋了二次供水設備所有的電氣控制.現先將其中的一小節發上來和大家交流,希望高手指正.
高層二次供水變頻器PID控制
PID控制
P：比例環節。也稱為放大環節，它的輸出量與輸入量之間任何時候都是一個固定的比例關系。
I: 積分環節：指輸出量等于輸入量對時間的積分。
D: 微分環節：指輸出等于輸入的微分。微分只與變化率有關，而與變化率的絕對值無關，偏差越大，控制越強。其主要作用就是對變化的波動有更強的抑制能力。
PID：比例積分微分調節器。
工作過程：當波動作用的瞬間，由于微分的超前作用，使微分的輸出量最大，同時比例控制也開始作用。然后由于波動的變化率為零（理想狀態）。故微分輸出開始衰減，曲線開始下降。這時由于偏差的作用。積分開始作用，使曲線上升，。隨著微分作用的逐漸消失，積分起主導作用，直到偏差完全消失（理想狀態）。積分的輸出也不再增加。而比例的控制是貫穿始終的。
高層二次供水變頻器ABB的過程PID控制
ABB變頻器內部有一個內置的PID控制器，它可用于控制壓力，流量和液位等過程變量。啟動過程PID控制后，過程給定信號將取代速度給定信號。另外一個實際值（過程反饋值）也會反饋給傳動單元，過程PID控制會調節傳動單元的速度使實際測量值等于給定值。
變頻器通過3個24V中間繼電器來控制外部備用泵。
假設：當前水壓的期望值為4.2kg。壓力變送器PT的量程為0-10kg。變送器的輸出為0-20mA的電流信號。水泵為2臺，一主一備。
要求：供水壓力需長期保持在4.2kg，壓力波動小于正負0.3kg。當水壓小于3.6kg需啟動備用泵（此泵為直接啟動），當水壓高于5.5kg時，停止備用泵。平時有單臺主泵保持壓力，根據壓力不同調節電機的轉速。
回路的控制要點：
變頻器需保持的過程給定信號為：
4.2kg，量程為0-10kg對應的電流信號為0-20mA,則給定值為42％（以百分數來表示）。（當為4-20mA時為54％。算法為（4+（4.2/10）*16）/20＝0.536）。由參數11.03定義為KEYPAD（面板）后，直接在面板上給出。（面板最上面一行）
備用泵的啟動：
必須同時滿足2個條件，一是水壓低于3.6kg，二是主泵的電機轉速已經達到滿速一定的時間。在這里我們將變頻器的繼電器輸出RO1定義為壓力的低限輸出（相關參數：14.01 ACT1 LIM.32.15 LOW LIMIT.32.16 38%），繼電器輸出RO2定義為壓力的高限輸出(相關參數：14.02 ACT2 LIM.32.17 HIGH LIMIT.32.8 55%)。繼電器的RO3定義為轉速達到輸出(14.03 SPEED1 LIM.32.01HIGH LIMIT.32.02 48HZ（電機最高轉速）)
變頻器過程PID控制的激活：99.02－PID-CTRL.
以下是完整的參數：
序號 參數 內容
1 99.02 PID-CTRL
2 99.04 DTC
3 99.05 380V
4 99.06 電機電流
5 99.07 50HZ
6 99.08 電機轉速
7 99.09 電機功率
8 99.10 電機ID識別
9 10.01 DI6
10 10.3 FORWARD 禁止反轉
11 11.01 REF1 給定類型：轉速
12 11.02 DI3 過程控制有效
13 11.03 KEYPAD 從控制盤給定
14 11.04 0 最小轉速
15 11.05 電機轉速 最大轉速
16 11.06 KEYPAD 從控制盤給定
17 13.11 4mA 模擬輸入最小值4ｍA
18 13.12 20mA 模擬輸入最大值20mA
19 14.01 ACT 1 LIM
20 14.02 ACT 2 LIM
21 14.03 SPEED 1 LIM
22 16.01 DI5 運行允許
23 20.01 0 最小轉速
24 20.02 電機轉速 最大轉速
25 22.01 ACC/DEC 1 加減速時間選擇
26 22.02 40S
27 22.03 40S
28 32.01 HIGH LIMT 輸出速度極限值
29 32.02 48HZ
30 32.15 LOW LIMIT
31 32.16 38 低限實際值
32 32.17 HIGH LIMIT
33 32.18 55 高限實際值
34 40.01 1 PID增益值
35 40.02 60 積分時間
36 40.03 0 微分時間
37 40.05 NO 偏差值不取反
38 40.06 ACT1 選擇過程實際值
39 40.07 AI2 過程實際值的信號源
40 40.08 AI2
41 40.09 0 定義信號源的最小值（當為4-20mA信號時選擇4）
42 40.10 100
在原理中可以可以看到，啟動信號由原來我們常用的DI1，改為DI6（停止和啟動的過程控制），并且將DI3（過程控制選擇）、DI5（運行允許）短接。模擬輸入由原來的AI3改為AI2。這些都是變頻器PID控制的默認端口。大家可以通過對每個參數的了解來體會PID控制的最簡單的原理。
用到了PID控制的還有水泵的控制系統，雖然它的PID算法是通過PLC實現的，但它的思路和控制原理是一樣的，推而廣之，DCS上的有關液位，流量等等一些過程控制也是通過PLC計算PID的算法后輸出值直接給定到變頻器。
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