项目6 恒压供水变频PID控制[专业教学]

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1、项目6恒压供水变频PID控制变频器1优选知识项目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2优选知识3.2 PID控制与变频器控制与变频器项目6 恒压供水变频PID控制3优选知识3.2.1变频器内置变频器内置PID原理原理 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

2、（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。项目6 恒压供水变频PID控制4优选知识图3.3 变频器内置PID控制原理 项目6 恒压供水变频PID控制5优选知识图3.4 通用变频器PID控制原理图要使变频器内置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。项目6 恒压供水变频PID控制6优选知识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

3、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的控制校准过程项目6 恒压供水变频PID控制7优选知识3.2.2中央空调变频风机的几种控制方式中央空调变频风机的几种控制方式 1、变频风机的静压变频风机的静压PID控制方式控制方式 2、变频风机的恒温、变频风机的恒温PID控制方式控制方式 3、变频风机的多段速变风量控制方式、变频风机的多段速变风量控制方式项目6 恒压供水变频PID控制8优选知识 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

4、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。1.变频风机的静压变频风机的静压PID控制方控制方式式项目6 恒压供水变频PID控制9优选知识图3.6 中央空调送风机的静压控制 项目6 恒压供水变频PID控制10优选知识2.变频风机的恒温变频风机的恒温PID控制方式控制方式 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

5、。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。项目6 恒压供水变频PID控制11优选知识图3.7 变频风机的恒温控制项目6 恒压供水变频PID控制12优选知识3.变频风机的多段速变风量控制方式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机的热负载。项目6 恒压供水变频PID控制13优选知识图3.8 变频风机的多段速控制项目6 恒压供水变频PID控制14优选知识3.2.3温度传感器

6、及其相关仪表的与选型温度传感器及其相关仪表的与选型 1、热电偶、热电偶 2、热电阻、热电阻 3、温度传感器相关仪表、温度传感器相关仪表项目6 恒压供水变频PID控制15优选知识1.热电偶热电偶 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。项目6 恒压供水变频PID控制16优选知识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

7、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3.9 热电偶原理项目6 恒压供水变频PID控制17优选知识2.热电阻热电阻 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。项目6 恒压供水变频PID控制18优选知识图3.10 热

8、电阻原理项目6 恒压供水变频PID控制19优选知识3.温度传感器相关仪表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010V或420mA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。项目6 恒压供水变频PID控制20优选知识图3.11 国产XMZ60X系列智能仪表项目6 恒压供水变频PID控制21优选知识表3.1 国产XMZ60X系列智能仪表输入信号项目6 恒压供水变频PID控制22优选知识表3.2 国产XMZ60X系列智能仪表输出信号项目6 恒压供水变频PID控制23优选知识图3.12 XMZ601接线示意项目6 恒压供水变频PID控

9、制24优选知识3.3 技能训练一：技能训练一：A700变频变频PID控制线路设计控制线路设计项目6 恒压供水变频PID控制25优选知识3.3.1A700变频器变频器PID操作操作 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。项目6 恒压供水变频PID控制26优选知识表3.3 6菱A700变频器常用的PID相关参数。项目6 恒压供水变频PID控制27优选知识3.3.2A700变频器变频器PID构成与动作构成与动作 1

10、、PID的基本构成的基本构成 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或21(即测定值输入)时的原理。项目6 恒压供水变频PID控制28优选知识a)误差信号输入b)测定信号输入图3.13 PID框图项目6 恒压供水变频PID控制29优选知识 2、PID动作过程动作过程 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。图3.14 PID动作过程项目6 恒压供水变频PID控制30优选知识3、PID的自动切换的自动切换 为了加快PID控制运

11、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。图3.15 PID自动切换项目6 恒压供水变频PID控制31优选知识4、PID信号输出功能信号输出功能 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

12、项目6 恒压供水变频PID控制32优选知识5、PID的正负作用的正负作用 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 项目6 恒压供水变频PID控制33优选知识 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。图3.17 温度负作用图3.18 温度正作用项目6 恒压供水变频PID控制34优选知识 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正负作用与偏差项目6

13、恒压供水变频PID控制35优选知识3.5 项目设计方案项目设计方案项目6 恒压供水变频PID控制36优选知识3.5.1中央恒压供水的变频节能硬件设计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。图3.22 恒温变频控制系统项目6 恒压供水变频PID控制37优选知识表3.9 变频器PID用多功能输入端子和模拟量输入项目6 恒压供水变频PID控制38优选知识表3.10 变频器PID用多功能输出端子项目6 恒压供水变频PID控制39优选知识 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，

14、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）。项目6 恒压供水变频PID控制40优选知识图3.23硬件设计原理图项目6 恒压供水变频PID控制41优选知识3.5.2中央恒

15、压供水的变频器参数设置和调试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。项目6 恒压供水变频PID控制42优选知识 表3.11恒压供水变频器参数设置项目6 恒压供水变频PID控制43优选知识2、智能仪表参数设置智能仪表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。项目6 恒压供水变频PID控制44优选知识项目6 恒压供水变频PID控制45优选知识项目6 恒压供水变频PID控制46优选知识项目

16、6 恒压供水变频PID控制47优选知识 3、温度设定电位器的选择 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 电位器旋钮刻度盘项目6 恒压供水变频PID控制48优选知识习题习题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

17、能的原理是什么？项目6 恒压供水变频PID控制49优选知识习题习题3.2 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项目6 恒压供水变频PID控制50优选知识习题习题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？图3.34 锅炉给水泵给水示意项目6 恒压供水变频PID控制51优选知识习题习题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

18、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。项目6 恒压供水变频PID控制52优选知识图3.35 硫酸厂冷却水循环泵工作原理图 项目6 恒压供水变频PID控制53优选知识习题习题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。项目6 恒压供水变频PID控制54优选知识习题习题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。项目6 恒压供水变频PID控制55优选知识图3.36 中央空调水循环控制原理项目6 恒压供水变频PID控制56优选知识习题习题3.7 通过了解注塑机的工作原理，设计注塑变频节能的控制方式（如图3.37所示）。图3.37住宿机变频节能改造示意图 项目6 恒压供水变频PID控制57优选知识习题习题3.8 某停车库采用1台11KW风机进行通风，以保证库内CO2含量保持在一定值以下，请选择合适的CO2传感器，并设计线路图和设置参数。项目6 恒压供水变频PID控制58优选知识