高层二次供水变频器中PID控制详细讲解过程

 

关于高层二次供水变频器ABB中的PID控制详细讲解

      本人在造供水行业工作多年,对供水行业的控制有一定的了解,平时苦恼于手下的员工对于二次供水行业的电控了解不够.后来将供水行业常用的控制汇编成一本培训资料,发给部门的所有工人熟读.收到一定的效果,本培训材料完全针对二次供水行业的控制按照实际的电路来详细讲解其工作原理和工作的过程,涵盖供水电控的外围设备控制,包括电机的直接启动,变频控制,软启动控制,正反转控制,多速电机控制.两地控制,传动控制,行车控制.可以说覆盖了二次供水设备所有的电气控制.现先将其中的一小节发上来和大家交流,希望高手指正.

 

高层二次供水变频器PID控制

PID控制

P：比例环节。也称为放大环节，它的输出量与输入量之间任何时候都是一个固定的比例关系。

I: 积分环节：指输出量等于输入量对时间的积分。

D: 微分环节：指输出等于输入的微分。微分只与变化率有关，而与变化率的绝对值无关，偏差越大，控制越强。其主要作用就是对变化的波动有更强的抑制能力。

PID：比例积分微分调节器。

    工作过程：当波动作用的瞬间，由于微分的超前作用，使微分的输出量最大，同时比例控制也开始作用。然后由于波动的变化率为零（理想状态）。故微分输出开始衰减，曲线开始下降。这时由于偏差的作用。积分开始作用，使曲线上升，。随着微分作用的逐渐消失，积分起主导作用，直到偏差完全消失（理想状态）。积分的输出也不再增加。而比例的控制是贯穿始终的。

 

高层二次供水变频器ABB的过程PID控制

ABB变频器内部有一个内置的PID控制器，它可用于控制压力，流量和液位等过程变量。启动过程PID控制后，过程给定信号将取代速度给定信号。另外一个实际值（过程反馈值）也会反馈给传动单元，过程PID控制会调节传动单元的速度使实际测量值等于给定值。

 

变频器通过3个24V中间继电器来控制外部备用泵。

假设：当前水压的期望值为4.2kg。压力变送器PT的量程为0-10kg。变送器的输出为0-20mA的电流信号。水泵为2台，一主一备。

要求：供水压力需长期保持在4.2kg，压力波动小于正负0.3kg。当水压小于3.6kg需启动备用泵（此泵为直接启动），当水压高于5.5kg时，停止备用泵。平时有单台主泵保持压力，根据压力不同调节电机的转速。

 

回路的控制要点：

变频器需保持的过程给定信号为：

4.2kg，量程为0-10kg对应的电流信号为0-20mA,则给定值为42％（以百分数来表示）。（当为4-20mA时为54％。算法为（4+（4.2/10）*16）/20＝0.536）。由参数11.03定义为KEYPAD（面板）后，直接在面板上给出。（面板最上面一行）

备用泵的启动：

必须同时满足2个条件，一是水压低于3.6kg，二是主泵的电机转速已经达到满速一定的时间。在这里我们将变频器的继电器输出RO1定义为压力的低限输出（相关参数：14.01 ACT1 LIM.32.15 LOW LIMIT.32.16 38%），继电器输出RO2定义为压力的高限输出(相关参数：14.02 ACT2 LIM.32.17 HIGH LIMIT.32.8 55%)。继电器的RO3定义为转速达到输出(14.03 SPEED1 LIM.32.01HIGH LIMIT.32.02 48HZ（电机最高转速）)

变频器过程PID控制的激活：99.02－PID-CTRL.

以下是完整的参数：

序号 参数 内容

1 99.02 PID-CTRL 

2 99.04 DTC

3 99.05 380V

4 99.06 电机电流

5 99.07 50HZ

6 99.08 电机转速

7 99.09 电机功率

8 99.10 电机ID识别

9 10.01 DI6　

10 10.3 FORWARD　禁止反转

11 11.01 REF1　　给定类型：转速

12 11.02 DI3 过程控制有效

13 11.03 KEYPAD 从控制盘给定

14 11.04 0　　　最小转速

15 11.05 电机转速　　最大转速

16 11.06 KEYPAD 从控制盘给定

17 13.11 4mA　模拟输入最小值4ｍA　

18 13.12 20mA　模拟输入最大值20mA

19 14.01 ACT 1 LIM

20 14.02 ACT 2 LIM

21 14.03 SPEED 1 LIM

22 16.01 DI5 运行允许

23 20.01 0　　　最小转速

24 20.02 电机转速　　最大转速

25 22.01 ACC/DEC 1　加减速时间选择

26 22.02 40S

27 22.03 40S

28 32.01 HIGH LIMT　　输出速度极限值

29 32.02 48HZ

30 32.15 LOW LIMIT

31 32.16 38　　低限实际值

32 32.17 HIGH LIMIT

33 32.18 55　　高限实际值

34 40.01 1 PID增益值

35 40.02 60 积分时间

36 40.03 0 微分时间

37 40.05 NO 偏差值不取反

38 40.06 ACT1 选择过程实际值

39 40.07 AI2 过程实际值的信号源

40 40.08 AI2

41 40.09 0 定义信号源的最小值（当为4-20mA信号时选择4）

42 40.10 100 

    在原理中可以可以看到，启动信号由原来我们常用的DI1，改为DI6（停止和启动的过程控制），并且将DI3（过程控制选择）、DI5（运行允许）短接。模拟输入由原来的AI3改为AI2。这些都是变频器PID控制的默认端口。大家可以通过对每个参数的了解来体会PID控制的最简单的原理。

    用到了PID控制的还有水泵的控制系统，虽然它的PID算法是通过PLC实现的，但它的思路和控制原理是一样的，推而广之，DCS上的有关液位，流量等等一些过程控制也是通过PLC计算PID的算法后输出值直接给定到变频器。