恒压供水变频PID控制

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图3.34 锅炉给水泵给水示意
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习题3. 4
在硫酸生产过程中,需要对水冷极板进行冷却, 冷却水循环泵是硫酸生产工艺中的重要设备,过 去冷却水循环泵均不调速,利用出口阀门来控制 水流量和管网压力,现采用变频器进行节能改造 (图3.35)。已知3台循环泵的功率皆为90KW, 请选择合适的控制方式和变频器。
3.2.1 变频器内置PID原理
PID调节是过程控制中应用得十分普遍的一种控 制方式,它是使控制系统的被控物理量能够迅速 而准确地无限接近于控制目标的基本手段,在温 度控制中也是如此。正由于PID功能用途广泛、 使用灵活,使得现在变频器的功能大都集成了 PID,简称“内置PID”,使用中只需设定6个参数 (Kp, Ti和Td)即可。但并不一定需要全部,可 以取其中的一到两个单元,但比例控制单元是必 不可少的。
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图3.23硬件设计原理图
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3.5.2 中央恒压供水的变频器参数设置和调试
1、变频器参数设置 如表3.11为该中央恒压供水恒温控制系统的变频 器参数设置,主要包括模拟量通道的设定(如给 定量和实际反馈量的信号类型),还有PID作用 类型、使能与比例积分微分环节的系数。
• 1、变频风机的静压PID控制方式 • 2、变频风机的恒温PID控制方式 • 3、变频风机的多段速变风量控制方式
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1.变频风机的静压PID控制方式
送风机的空气处理装置是采用冷热水来调节空气 温度的热交换器,冷、热水是通过冷、热源装置 对水进行加温或冷却而得到的。控制管道静压的 好处是有利于系统稳定运行并排除各末端装置在 调节过程中的相互影响。在静压PID控制算法中, 通常采用两种方式,即定静压控制法和变静压控 制法。
机的热负载。
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图3.8 变频风机的多段速控制
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3.2.3 温度传感器及其相关仪表的与选型
• 1、热电偶 • 2、热电阻 • 3、温度传感器相关仪表
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1.热电偶
热电偶传感器在环境温度检测中使用极为广泛。 其主要优点是测温精度高;热电动势与温度在小 范围内基本上呈单值、线性关系;稳定性和复现 性较好,响应时间较快;测温范围宽。常用热电 偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。
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3.3.1 A700变频器PID操作
6菱A700变频器常用的PID相关参数,它主要包括 PID调节参数和PID通道参数。A700的PID主要用 流量、风量、压力、温度等工艺控制,由端子2输 入信号或参数设定值作为目标、端子4输入信号作 为反馈量组成PID控制的反馈系统。
PID控制原理图
项目6
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PID调节功能是将根 据两者的差值,利用 比例P、积分I、微分 D的手段对被控物理 量进行调整,直至反 馈量和给定量基本相 等,达到预定的控制 目标为止。
图3.5 通用变频器内 置PID的控制校准过程
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3.2.2 中央空调变频风机的几种控制方式
5、PID的正负作用
在PID作用中,存在两种类型,即负作用与正作用。 负作用是当偏差信号(即目标值-测量值)为正 时,增加频率输出,如果偏差为负,则频率输出 降低。正作用的动作顺序刚好相反,具体如图 3.16所示。
a)负作用
b)正作用
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温度控制为例,在冬天的暖气控制时为负 作用,如图3.17所示;在夏天的冷气控制时 为正作用,如图3.18所示。
项目6 恒压供水习变题频3.P2ID控制
试列举几种常见的离心泵,并阐述变频器在离心 泵上的节能原理(如图3.33所示)
图3.33 泵的流量-转速-压力关系曲线
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习题3. 3
在锅炉设备中,给水泵系统通过向锅炉不间断供 水,以保证锅炉的正常运行。图3.34所示为锅炉 给水示意图,试用恒压控制来实现变频节能,该 如何设计?
或21(即测定值输入)时的原理。
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a) 误差信号输入
b)测定信号输入 图3.13 PID框图
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2、PID动作过程
图3.14所示为 PID调节参数 Pr.129、Pr.130 和Pr.134设定之 后的动作过程, 称之为P动作、I 动作和D动作的 6者之和。
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图3.3 变频器内置PID控制原理
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要使变频器内置PID闭环正 常运行,必须首先选择PID 闭环选择功能有效,同时 至少有两种控制信号:(1) 给定量,它是与被控物理 量的控制目标对应的信号。
(2)反馈量,它是通过现 场传感器测量的与被控物 理量的实际值对应的信号。图3.4 通用变频器
《变频器》 项目6 恒压供水变频PID控制
项目6 恒压供水变频PID控制
3.1 项目背景及要求 3.2 知识讲座(PID控制与变频器) 3.3 技能训练一(A700变频器PID线路设计) 3.4 项目设计方案
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3.2 PID控制与变频器
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图3.9 热电偶原理
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2.热电阻
热电阻是温度检测中使用的另外一种测温元件。 热电阻利用物质在温度变化时本身电阻也随着发 生变化的特性来测量温度的。热电阻的受热部分 (感温元件)是用细金属丝均匀的缠绕在绝缘材 料制成的骨架上,当被测介质中有温度梯度存在 时,所测得的温度是感温元件所在范围内介质层 中的平均温度。它的主要特点是测量精度高,性 能稳定。其中铂热电阻的测量精确度最高。
图3.22 恒温变频控制系统
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表3.9 变频器PID用多功能输入端子和模拟量输入
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表3.10 变频器PID用多功能输出端子
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针对本项目来说,图3.23所示为硬件设计原理图, 它采用电位器Rp进行设定压力,通过热电阻温度 传感器经智能仪表XMZ601B作为实际温度反馈。 利用变频器内部的PID调节功能,目标信号SV是 一个与温度的控制目标相对应的值,反馈信号PV 是温度变送反馈回来的信号,该信号是一个反映 实际压力的信号。PV和SV两者是相减的,其合成 信号(SP-PV)经过PID调节处理后得到频率给定 信号MV,决定变频器的输出频率f。由于中央空 调的风机控制分两种情况,即冬季取暖的负作用 与夏季制冷的正作用,因此选用AU信号(X64) 作为冬季与夏季的切换开关(即负作用与正作用 切换开关)。
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图3.10 热电阻原理
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3.温度传感器相关仪表
由于热点偶或热电阻都不能输出变频器所能接受 的0~10V或4~20mA信号,而且本项目要求能够 显示实时温度数据,因此,必须再增加一个温度 传感器的相关仪表。
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图3.11 国产XMZ60X系列智能仪表
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图3.7 变频风机的恒温控制
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3.变频风机的多段速变风量控制方式
该控制方式是基于对风量需求进行经验估算的基 础上进行的程序控制。来改变吸气扇转速,控制 进风量,可减少吸气扇电机的能耗,同时还可以 减轻输入暖气时锅炉的热负载和输入冷气时制冷
图3.15 PID自动切换
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4、PID信号输出功能
在很多控制案例中,需要输出PID控制过程的各种 状态,尤其是PID目标值、PID测定值和PID偏差 值。A700变频器提供了这些信号直接输出到CA 和AM端子,具体设定参数如表3.4所示。
表3.4 PID信号输出功能
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表3.1 国产XMZ60X系列智能仪表输入信号
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表3.2 国产XMZ60X系列智能仪表输出信号
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图3.12 XMZ601接线示意
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3.3 技能训练一:A700变频PID 控制线路设计
图3.24所示为电位器旋钮刻度盘,它与多圈电位 器Rp配套使用,尤其适合需要设定指示的场合使 用。在本项目中,采用温度设定0-40℃来说,非 常适合,只要按照刻度盘的旋转就能清楚地知道 需要设定的温度值。
图3.24 电位器旋钮刻度盘
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习题3. 1
根据本项目的知识讲座和技能训练,并结合网络 搜索来回答以下问题: (1)简述PID的定义。 (2)A700变频器使用PID控制需要接哪些线?设定 哪些参数? (3)正负作用对于控制效果来说有何区别? (4)温度传感器的选型对于温度变频控制来说有什 么要求? (5)风机节能的原理是什么?
图3.17 温度负作用
图3.18 温度正作用
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温度偏差与变频器输出频率之间的关系如 表3.5所示。
表3.5正负作用与偏差
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3.5 项目设计方案
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3.5.1 中央恒压供水的变频节能硬件设计
如图3.22为该恒温变频控制系统的示意,其中变 频器选用A700变频器,并采用内置PID运行控制。
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表3.3 6菱A700变频器常用的PID相关参数。
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3.3.2 A700变频器PID构成与动作
1、PID的基本构成 图3.13a所示为PID控制参数Pr.128=10或11(即偏 差信号输入)时的原理,图3.13b所示为Pr.128=20
项目6 恒表压3.1供1恒水压供变水频变频P器ID参控数制设置
项2目、智6 能仪恒表压参数供设水置 变频PID控制
智能仪表XMZ601B是实现温度反馈的重要环节,必 须进行参数设置,具体如下所示。
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项目3、6温度恒设定压电供位水器的变选频择 PID控制
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图3.35 硫酸厂冷却水循环泵工作原理图
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习题3. 5
根据变频风机的控制方式,分别设计6种设计线路 图,变频器型号可以自由选择。
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习题3. 6
图3.36所示为中央空调系统的构成,主要分为冷 冻主机、冷冻水(热水)循环系统、冷却水循环 系统,现需要设计一个智能变频柜,用以控制冷 冻水(热水)回路的压力和冷却水回路的温差。 请尝试使用变频器来设计该暖通空调节能系统。
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如果两种不同成分的均质导体形成回路,直接测温 端叫测量端,接线端子端叫参比端,当两端存在温 差时,就会在回路中产生热电流,那么两端之间就 会存在Seebeck热电势,即塞贝克效应。热电势随 着测量端温度升高而增加,热电势的大小只和热电 偶导体材质以及两端温差有关,和热电偶导体材质 的长度、直径无关
图3. 14 PID动作过程
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3、PID的自动切换 为了加快PID控制运行时开始阶段的系统上升过程,可以仅在 启动时以通常模式上升。Pr.127可以设置自动切换频率,从 起动到Pr.127以通常运行运行,待频率达到该设定值后,才转 为PID控制。如图3.15所示为PID自动切换控制。当然,从图 中也可以看出,Pr.127的设定值仅在PID运行时有效,其他 阶段无效。
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图3.6 中央空调送风机的静压控制
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2.变频风机的恒温PID控制方式
利用了变频器内置的PID算法进行温度控制,当 通过传感器采集的被测温度偏离所希望的给定值 时,PID程序可根据测量信号与给定值的偏差进 行比例(P)、积分(I)、微分(D)运算,从 而输出某个适当的控制信号给执行机构(即变频 器),提高或降低转速,促使测量值室温恢复到 给定值,达到自动控制的效果 。恒温控制中必须 要注意PID的正作用和反作用,所以,必须在控 制系统增设夏季/冬季切换开关以保证控制的准确 性。
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