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高层二次供水变频器中PID控制详细讲解过程

时间:2018-06-29 20:53来源:未知 作者:saintbox 点击:

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高层二次供水变频器(Variable-frequency Drive)中PID控制(control)详细讲解(jiǎng jiě)过程
 

关于高层二次供水(Water supply)变频器ABB中的PID控制详细(xiáng xì)讲解
      本人在造供水行业工作(gōng zuò)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(department branch)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(Circuits)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(shèbèi)控制,包括马达的直接启动,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(electric)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(frequency conversion)器PID控制
PID控制(control)
P:比例环节。也称为放大环节,它的输出(Output)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。供水设备需要建水池或水箱,自来水放入水池或水箱,再从零压力启动。系统由水泵、气压罐、低位水池(或水井)和自动控制柜组成的供水系统。
D: 微分环节:指输出(Output)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(deviation)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(Curve)开始下降。这时由于偏差(deviation)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(guiding)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(Variable-frequency Drive)内部有一个内置的PID控制(control)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(tōng guò)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。无负压供水设备是一种理想的节能供水设备,它是一种能直接与自来水管网连接,对自来水管网不会产生任何副作用的二次给水设备,在市政管网压力的基础上直接叠压供水,节约能源,并且还具有全封闭、无污染、占地量小、安装快捷、运行可靠、维护方便等诸多优点。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。无塔供水设备顾名思义其实就是用无负压气压罐代替了传统的水塔或者蓄水池,也叫做变频无负压供水设备。传统的供水方式离不开蓄水池,蓄水池中的水一般自来水管供给,这样有压力的水进入水池后变成零,造成大量的能源白白浪费。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)。变频供水设备由变频控制柜、无负压装置,自动化控制系统及远程监控系统、水泵机组、稳压补偿器、负压消除器、压力传感器、阀门、仪表和管路系统等组成。(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(start up):
必须同时满足2个条件,一是水压(特指:压强)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(frequency conversion)器的继电器输出(Output)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(control)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(Electron flow)
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(control)盘给定
17 13.11 4mA 模拟(定义:对真实事物或者过程的虚拟)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(xuanze)过程(guò chéng)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(xuanze)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(stop)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(frequency conversion)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。

 

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