1．引言
變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機無極調(diào)速的需要而誕生的。隨著電力電子器件和微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，20世紀70年代開始，脈寬調(diào)制變壓變頻(PWM-VVVF)調(diào)速研究引起了人們的高度重視。20世紀80年代作為變頻技術(shù)核心的PWM模式優(yōu)化問題吸引著人們的濃厚興趣，并得到諸多優(yōu)化模式，其中的鞍形PWM模式效果最佳。20世紀80年代后半期開始，美﹑日﹑德﹑英等發(fā)達國家的VVVF變頻器已經(jīng)投入市場并廣泛應(yīng)用。我國也在20世紀末，經(jīng)過不斷探索有了自己的國產(chǎn)變頻器。其中深圳普傳﹑深圳安邦信﹑山東惠豐﹑成都佳靈等是早一批的生產(chǎn)廠家。經(jīng)過多年的不斷改進完善，如今變頻器作為一種工業(yè)產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)，而變頻器的功能已不僅僅是簡單的調(diào)速、省電了，完善的功能不但簡化了控制系統(tǒng)，而且功能的實現(xiàn)更加方便，如變頻器內(nèi)置的PID控制功能在恒壓供水系統(tǒng)上的應(yīng)用就是其中典型一例。
2．系統(tǒng)組成
早期的恒壓供水系統(tǒng)一般是由PLC或單片機為主，加以復(fù)雜的控制設(shè)備得以實現(xiàn)。而隨著變頻器技術(shù)的不斷發(fā)展，功能的不斷完善，簡單的恒壓供水系統(tǒng)不再依賴PLC或單片機控制系統(tǒng)。而僅僅依靠變頻器的內(nèi)置功能即可實現(xiàn)這一控制任務(wù)。利用變頻器的PID閉環(huán)控制功能，配以壓力傳感器作為反饋裝置，即可實現(xiàn)對電機速度控制。從而實現(xiàn)供水壓力的恒定。
變頻器我們選用安邦信公司生產(chǎn)的AMB-G7系列的通用型變頻器，該系列是適應(yīng)多種工況的高品質(zhì)、低噪聲、多功能通用變頻調(diào)速器。內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器，閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。壓力表我們選用YTZ-150電位器式遠程壓力表，安裝在水泵的出水管上，該壓力表適用于一般壓力表適用的工作環(huán)境場所，既可直觀測出壓力值，又可以輸出相應(yīng)的電信號，輸出的電信號傳至遠端的變頻器。壓力表有紅、黃、藍三根引出線。
壓力表電氣技術(shù)參數(shù)：
電阻滿量程：400Ω（藍、紅）
零壓力起始電阻值：≤ 20Ω （黃、紅）
滿量程壓力上限電阻值：≤ 360Ω（黃、紅）
接線端外加電壓：≤ 6V（藍、紅）
恒壓供水專用變頻器在恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用
恒壓供水系統(tǒng)簡易接線圖
3．系統(tǒng)功能
以往的恒壓供水設(shè)備，往往采用帶有模入/模出的可編程控制器或PID調(diào)節(jié)器，PID算法編程難度大，設(shè)備成本高，調(diào)試困難。而采用帶有內(nèi)置PID控制功能的變頻器作為恒壓供水設(shè)備的主控設(shè)備，降低了設(shè)備成本，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省了安裝調(diào)試時間。同時，為了保證水壓反饋信號值的準確、不失值，還可對該信號設(shè)置濾波時間常數(shù)，對反饋信號進行換算，使系統(tǒng)的調(diào)試非常簡單、方便。
4．系統(tǒng)調(diào)試
4.1 PID控制的原理及變頻器的有關(guān)參數(shù)
PID控制器的比例P、積分I、微分D三部分的作用分別為：
比例P控制：調(diào)節(jié)量按誤差比例輸出，純比例P控制時，誤差不會 為零。
積分I控制：調(diào)節(jié)量按誤差的積分輸出，誤差為零時，輸出恒定。
微分D控制：調(diào)節(jié)量按誤差的微分輸出，誤差突變時，能及時控制。
PID控制：組合三者的優(yōu)勢，獲得最佳的控制性能。
恒壓供水專用變頻器在恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用
PID的控制原理
恒壓供水專用變頻器在恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用
變頻器PID控制調(diào)試原理圖
PID控制的功能參數(shù)
當變頻器需以PID閉環(huán)方式運行時，F(xiàn)80功能代碼參數(shù)應(yīng)設(shè)定為1，F(xiàn)80=1。
F81功能代碼參數(shù)為反饋量的顯示系數(shù)，使得顯示值與實際物理量單位值一致。
功能代碼F82∽F86為PID反饋量處理，使得PID調(diào)節(jié)器的反饋在0.00∽10.00之間。
F87功能代碼參數(shù)為PID控制的積分作用范圍，誤差超過此范圍，積分作用無效。
功能代碼F88∽F90為PID控制的調(diào)節(jié)參數(shù)，適當修改這些參數(shù)，可使閉環(huán)控制系統(tǒng)的性能最佳。
4.2 PID的調(diào)試
開環(huán)調(diào)試：
檢查接線無誤后，合上空氣開關(guān)和漏電開關(guān)，變頻器上電，數(shù)碼管顯示0.0，按JOG鍵，檢查水泵的轉(zhuǎn)向，若反向，改變電機相序。
按運行鍵RUN，運行指示燈亮（綠色），順時針方向旋轉(zhuǎn)鍵盤旋鈕，輸出頻率上升，觀察壓力表的壓力指示，同時用萬用表直流電壓檔測量變頻器端子VF和GND之間電壓值，隨著變頻器輸出頻率升高，壓力增加，VF和GND之間的反饋電壓上升，記錄下將要設(shè)定的恒定壓力（比如5公斤）對應(yīng)的反饋電壓值（比如3.1V）。按停車鍵STOP，變頻器減速停車。
閉環(huán)變頻恒壓運行：
合上起停開關(guān)，變頻器運行指示燈亮，輸出頻率從0.0Hz開始，根據(jù)用水情況自動調(diào)節(jié)，保證出水口的壓力恒定為5KG。修改F84的參數(shù)設(shè)定值，可以相應(yīng)增加或降低出水口的壓力。
由壓力傳感器反饋的水壓信號4—200mA或0—10V直接進入變頻器的A/D口，設(shè)置給定壓力值，PID參數(shù)值，使其工作在最佳狀態(tài)。由于水泵及供水管網(wǎng)在PID調(diào)節(jié)過程中常常出現(xiàn)變頻器報警或跳閘，這需要調(diào)節(jié)變頻器中的P和I參數(shù)，但如I參數(shù)調(diào)節(jié)不當會造成PID控制波動過大，無法達到控制要求。在調(diào)節(jié)過程中可根據(jù)現(xiàn)場實際情況逐步增加I參數(shù)值，從而達到軟化PID，減小變頻器閉環(huán)調(diào)節(jié)時的響應(yīng)電流，排除變頻器報警。
恒壓供水專用變頻器在恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用
變頻器原理接線圖
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