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XC--5000变频器用于恒压供水安装与调试

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XC--5000变频器用于恒压供水安装与调试

发布日期:2018-06-04 作者: 点击:

XC--5000变频器用于恒压供水安装与调试

 

一,PID过程控制概述:

PID 控制是过程控制的一种常用方法,通过对被控量反馈信号与目标信号的差量进行比例、积分、微分运算,通过调整变频器的输出频率,构成闭环系统,使被控量稳定在目标值。

适用于流量控制、压力控制及温度控制等过程控制场合,图6-26为过程PID 的控制原理框图。

2222.png 

6-26   过程PID 原理框图

 

XC-5000内置有PID调节器,配合频率给定通道的选择,用户可方便地实现过程控制的自动调节,实现例如恒温、恒压、张力等控制应用。

看个故事,就明白了PID的意义。

小明接到这样一个任务:有一个水缸点漏水(而且漏水的速度还不一定固定不变),要求水面高度维持在某个位置,一旦发现水面高度低于要求位置,就要往水缸里加水。

小明接到任务后就一直守在水缸旁边,时间长就觉得无聊,就跑到房里看小说了,每30分钟来检查一次水面高度。水漏得太快,每次小明来检查时,水都快漏完了,离要求的高度相差很远,小明改为每3分钟来检查一次,结果每次来水都没怎么漏,不需要加水,来得太频繁做的是无用功。几次试验后,确定每10分钟来检查一次。这个检查时间就称为
采样周期

开始小明用瓢加水,水龙头离水缸有十几米的距离,经常要跑好几趟才加够水,于是小明又改为用桶加,一加就是一桶,跑的次数少了,加水的速度也快了,但好几次将缸给加溢出了,不小心弄湿了几次鞋,小明又动脑筋,我不用瓢也不用桶,老子用盆,几次下来,发现刚刚好,不用跑太多次,也不会让水溢出。这个加水工具的大小就称为
比例系数

小明又发现水虽然不会加过量溢出了,有时会高过要求位置比较多,还是有打湿鞋的危险。他又想了个办法,在水缸上装一个漏斗,每次加水不直接倒进水缸,而是倒进漏斗让它慢慢加。这样溢出的问题解决了,但加水的速度又慢了,有时还赶不上漏水的速度。于是他试着变换不同大小口径的漏斗来控制加水的速度,最后终于找到了满意的漏斗。漏斗的时间就称为
积分时间

小明终于喘了一口,但任务的要求突然严了,水位控制的及时性要求提高,一旦水位过低,必须立即将水加到要求位置,而且不能高出太多,否则不给工钱。小明又为难了!于是他又开
脑筋,终于让它想到一个办法,常放一盆备用水在旁边,一发现水位低的快了,不经过漏斗就是一盆水下去,水位有时会高的快,就直接一盆舀出来。这样保证了及时性。这就称为微分时间变频器厂

二,接线:

1)首先要确定电机的正反转,确保电机转向正确,电机反转也会上水,只不过反转上水速度慢。比较一下压力、上升快慢,出水快的,说明U,V,W接线正确。

2)压力传感器接线:

传感器接线选择三芯屏蔽线,屏蔽层接控制板GND,传感器屏蔽层端悬空,有起始电阻端,接控制板的GND,压力传感器内部电阻滑动端,接控制板的AI1,剩下的,也就是总电阻的另一端,接控制板的10V。控制板跳线帽接线改为外部AI1

3333.png

 

     三,相关功能码意义及其设置:


变频器厂 

4-22   过程控制的频率闭环控制

使用PID频率闭环控制时,需要选定频率源F0-03=8:即选择PID输出频率。PID相关参数在FA组功能参数中,相关的PID功能码关系如上图所示。

F0-03

主频率源X 选择

出厂值

0

设定范围

0

数字设定(预置频率 F0-08 UP/DOWN 可修改,掉电不记忆)

1

数字设定(预置频率 F0-08 UP/DOWN 可修改,掉电记忆)

2

AI1

3

AI2

4

AI3

5

脉冲设定(DI5

6

多段指令

7

PLC

8

PID

9

通讯给定

选择变频器主给定频率的输入通道。共有10种主给定频率通道:在这里需要设置:使用PID频率闭环控制时,需要选定频率源F0-03=8:即选择PID输出频率。

 

 

 

F A组   过程控制PID 功能码意义与设置:

FA-00

PID 给定源

出厂值

0

设定范围

0

FA-01 设定

1

AI1

2

AI2

3

AI3

4

PULSE脉冲(DI5)

5

通讯

6

多段指令

FA-01

PID 数值给定

出厂值

50.0%

设定范围

0.0%100.0%

此参数用于选择过程PID 的目标量给定通道。

过程PID 的设定目标量为相对值,设定范围为 0.0%~100.0%。同样 PID 的反馈量也是相对量,PID 的作用就是使这两个相对量相同。

FA-02

PID 反馈源

出厂值

0

设定范围

0

AI1

1

AI2

2

AI3

3

AI1 AI2

4

PULSE脉冲(DI5

5

通讯

6

AI1+AI2

7

MAX(|AI1|,|AI2|)

8

MIN (|AI1|,|AI2|)

此参数用于选择过程PID 的反馈信号通道。

过程PID 的反馈量也为相对值,设定范围为0.0%~100.0%

FA-03

PID 作用方向

出厂值

0

设定范围

0

正作用,一般适合恒压供水,默认,不用设置。

1

反作用

正作用:当PID 的反馈信号小于给定量时,变频器输出频率上升。如收卷的张力控制场合。

反作用:当PID 的反馈信号小于给定量时,变频器输出频率下降。如放卷的张力控制场合。

该功能受多功能端子PID 作用方向取反(功能35)的影响,使用中需要注意。

FA-04

PID 给定反馈量程

出厂值

1000

设定范围

0 65535

PID 给定反馈量程是无量纲单位,用于PID 给定显示U0-15 PID 反馈显示U0-16

PID 的给定反馈的相对值100.0%,对应给定反馈量程FA-04 。例如如果FA-04 设置为2000,则当PID 给定100.0% 时,PID 给定显示U0-15 2000

FA-05

比例增益Kp1

出厂值

20.0

设定范围

0.0 100.0

FA-06

积分时间Ti1

出厂值

2.00s

设定范围

0.01s 10.00s

FA-07

微分时间Td1

出厂值

0.000s

设定范围

0.00 10.000

比例增益Kp1

决定整个PID 调节器的调节强度,Kp1 越大调节强度越大。该参数1000 表示当PID 反馈量和给定量的偏差为100.0% 时,PID 调节器对输出频率指令的调节幅度为最大频率。

积分时间Ti1

决定PID 调节器积分调节的强度。积分时间越短调节强度越大。积分时间是指当PID 反馈量和给定量的偏差为100.0% 时,积分调节器经过该时间连续调整,调整量达到最大频率。

微分时间Td1

决定PID 调节器对偏差变化率调节的强度。微分时间越长调节强度越大。微分时间是指当反馈量在该时间内变化100.0%,微分调节器的调整量为最大频率。

FA-08

PID反转截止频率极限

出厂值

2.00Hz

设定范围

000~最大频率

有些情况下,只有当PID 输出频率为负值(即变频器反转)时,PID 才有可能把给定量与反馈量控制到相同的状态,但是过高的反转频率对有些场合是不允许的,FA-08 用来确定反转频率上限。

FA-09

PID 偏差极限

出厂值

0.0%

设定范围

0. 0% 100.0%

PID 给定量与反馈量之间的偏差小于FA-09 时,PID 停止调节动作。这样,给定与反馈的偏差较小时输出频率稳定不变,对有些闭环控制场合很有效。         

FA-10

PID 微分限幅

出厂值

0.10%

设定范围

000%100.00%

PID 调节器中,微分的作用是比较敏感的,很容易造成系统振荡,为此,一般都把PID 微分的作用限制在一个较小范围,FA-10 是用来设置PID 微分输出的范围。

FA-11

PID 给定变化时间

出厂值

0.00s

设定范围

0.00s 650.00s

PID 给定变化时间,指PID 给定值由0.0%变化到100.0% 所需时间。

PID 给定发生变化时,PID 给定值按照给定变化时间线性变化,降低给定发生突变对系统造成的不利影响。

FA-12

PID 反馈滤波时间

出厂值

0.00s

设定范围

0.00s 60.00s

FA-13

PID 输出滤波时间

出厂值

0.00s

设定范围

0.00s 60.00s

FA-12 用于对PID 反馈量进行滤波,该滤波有利于降低反馈量被干扰的影响,但是会带来过程闭环系统的响应性能下降。

FA-13 用于对PID 输出频率进行滤波,该滤波会减弱变频器输出频率的突变,但是同样会带来过程闭环系统的响应性能下降。

FA-15

比例增益Kp2

出厂值

20.0

设定范围

0.0 100.0

FA-16

积分时间Ti2

出厂值

2.00s

设定范围

0.01s 10.00s

FA-17

微分时间Td2

出厂值

0.000s

设定范围

0.00 10.000

FA-18

PID 反馈源

出厂值

0

设定范围

0

不切换

1

通过DI端子切换

2

根据偏差自动切换

FA-19

PID 参数切换偏差1

出厂值

20.0%

设定范围

0.0%FA-20

FA-20

PID 参数切换偏差2

出厂值

80.0%

设定范围

FA-19 100.0%

在某些应用场合,一组PID 参数不能满足整个运行过程的需求,需要不同情况下采用不同PID参数。

这组功能码用于两组PID 参数切换的。其中调节器参数FA-15~FA-17 的设置方式,与参数FA-05~FA-07 类似。

两组PID 参数可以通过多功能数字DI端子切换,也可以根据PID 的偏差自动切换。

选择为多功能DI端子切换时,多功能端子功能选择要设置为43PID 参数切换端子),当该端子无效时选择参数组1FA-05~FA-07),端子有效时选择参数组2FA-15~FA-17)。

选择为自动切换时,给定与反馈之间偏差绝对值小于PID 参数切换偏差1 FA-19 时,PID 参数选择参数组1。给定与反馈之间偏差绝对值大于PID 切换偏差2 FA-20 时,PID 参数选择选择参数组2。给定与反馈之间偏差处于切换偏差1 和切换偏差2 之间时,PID 参数为两组PID 参数线性插补值,如图6-27所示。

 5555.png

6-27  PID参数切换

FA-21

PID 初值

出厂值

0.0%

设定范围

0.0%100.0%

FA-22

PID 初值保持时间

出厂值

0.00s

设定范围

0.00s 650.00s

变频器启动时,PID 输出固定为PID 初值FA-21 ,持续PID 初值保持时间FA-22 后,PID 才开始闭环调节运算。图6-28PID 初值的功能示意图。

 666.png

6-28  PID初值功能示意图

FA-23

两次输出偏差正向最大值

出厂值

1.00%

设定范围

0.00% 100.00%

FA-24

两次输出偏差反向最大值

出厂值

1.00%

设定范围

0.00% 100.00%

此功能用来限值PID 输出两拍(2ms/拍)之间的差值,以便抑制PID 输出变化过快,使变频器运行趋于稳定。

FA-23 FA-24 分别对应,正向和反向时的输出偏差绝对值的最大值。

FA-25

PID 积分属性

出厂值

00

设定范围

个位

积分分离

0

无效

1

有效

十位

输出到限值后是否停止积分

0

继续积分

1

停止积分

积分分离:

若设置积分分离有效,则当多功能数字DI积分暂停(功能22)有效时,PID 的积分PID 积分停止运算,此时PID 仅比例和微分作用有效。

在积分分离选择为无效时,无论多功能数字DI是否有效,积分分离都无效。

输出到限值后是否停止积分:

PID 运算输出到达最大值或最小值后,可以选择是否停止积分作用。若选择为停止积分,则此时PID 积分停止计算,这可能有助于降低PID 的超调量。

FA-26

PID反馈丢失检测值

出厂值

0.0%

设定范围

0.0%:不判断反馈丢失;0.1%100.0%

FA-27

PID反馈丢失检测时间

出厂值

0.0s

设定范围

0.0s 20.0s

此功能码用来判断PID 反馈是否丢失。

PID 反馈量小于反馈丢失检测值FA-26 ,且持续时间超过PID 反馈丢失检测时间FA-27 后,变频器报警故障Err31,并根据所选择故障处理方式处理。

FA-28

PID 停机运算

出厂值

0

设定范围

0

停机不运算

1

停机运算

用于选择PID 停机状态下,PID 是否继续运算。一般应用场合,在停机状态下PID 应该停止运算。如果设置启用睡眠功能,需要设置停机运算,FA-28=1.

 

F8-49

唤醒频率

出厂值

0.00Hz

设定范围

休眠频率(F8-51)~最大频率(F0-10

F8-50

唤醒延迟时间

出厂值

0.0s

设定范围

0.0s 6500.0s

F8-51

休眠频率

出厂值

0.00Hz

设定范围

0.00Hz~唤醒频率(F8-49

F8-52

休眠延迟时间

出厂值

0.0s

设定范围

0.0s 6500.0s

这组参数用于实现供水应用中的休眠和唤醒功能。

变频器运行过程中,当设定频率小于等于F8-51 休眠频率时,经过F8-52 延迟时间后,变频器进入休眠状态,并自动停机。

若变频器处于休眠状态,且当前运行命令有效,则当设定频率大于等于F8-49 唤醒频率时,经过时间F8-50 延迟时间后,变频器开始启动。

一般情况下,请设置唤醒频率大于等于休眠频率。设定唤醒频率和休眠频率均为0.00Hz,则休眠和唤醒功能无效。

在启用休眠功能时,若频率源使用PID,则休眠状态PID 是否运算,受功能码FA-28 的影响,此时必须选择PID 停机时运算(FA-28=1)。

 

一般设置来电启动运行。用接线端子控制起停,DI1COM.F0-02,选1.

 

 

 

 

JZL-3000变频器内置有2 个等效PID计算单元,其特性参数可以分别设置,适合根据工况采用不同PID调节特性的应用,分别强调PID的调节速度和精度,两者的切换可以自动,也可由外部DI端子信号控制。


常用口诀:

参数整定找最佳,从小到大顺序查;
先是比例后积分,最后再把微分加;
曲线振荡很频繁,比例系数要放大;
曲线漂浮绕大,比例系数往小
曲线偏离回复慢,积分时间往下降;
曲线波动周期长,积分时间再加长;
曲线振荡频率快,先把微分降下来;
动差大来波动慢。微分时间应加长;
理想曲线两个波,前高后低41
一看二调多分析,调节质量不会低。

PID参数的设置的大小,一方面是要根据控制对象的具体情况而定;另一方面是经验。P是解决幅值震荡,P大了会出现幅值震荡的幅度大,但震荡频率小,系统达到稳定时间长;I是解决动作响应的速度快慢的,I大了响应速度慢,反之则快;D是消除静态误差的,一般D设置都比较小,而且对系统影响比较小。

PID参数怎样调整最佳
设置压力,和实际压力差,叫误差;

在用水量相对稳定,不变时的误差是静态误差,也叫稳态误差;

在用水量突然变化,增大或者减小时的误差叫动态误差;


1)整定比例控制
先将积分作用选择最大,消除所起作用,将微分设置为0将比例控制作用由小变到大,观察各次响应,直至得到反应快、超调小的响应曲线。

2)整定积分环节
若在比例控制下稳态误差不能满足要求,需加入积分控制。

先将步骤(1)中选择的比例系数减小为原来的5080%,再将积分时间置一个较大值,观测响应曲线。然后减小积分时间,加大积分作用,并相应调整比例系数,反复试凑至得到较满意的响应,确定比例和积分的参数。

3)整定微分环节
若经过步骤(2),PI控制只能消除稳态误差,而动态过程不能令人满意,则应加入微分控制,构成PID控制。先置微分时间TD=0,逐渐加大TD,同时相应地改变比例系数和积分时间,反复试凑至获得满意的控制效果和PID控制参数。


深入学习

比例(P)控制
比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差
积分(I)控制
    在积分控制中,控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统,如果在进入稳态后存在稳态误差,则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统(System with Steady-state Error)。为了消除稳态误差,在控制器中必须引入积分项。积分项对误差取决于时间的积分,随着时间的增加,积分项会增大。这样,即便误差很小,积分项也会随着时间的增加而加大,它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小,直到等于零。因此,比例+积分(PI)控制器,可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
微分(D)控制
    在微分控制中,控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件(环节)或有滞后(delay)组件,具有抑制误差的作用,其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化超前,即在误差接近零时,抑制误差的作用就应该是零。这就是说,在控制器中仅引入比例项往往是不够的,比例项的作用仅是放大误差的幅值,而目前需要增加的是微分项,它能预测误差变化的趋势,这样,具有比例+微分的控制器,就能够提前使抑制误差的控制作用等于零,甚至为负值,从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象,比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。在PID参数进行整定时如果能够有理论的方法确定PID参数当然是最理想的方法,但是在实际的应用中,更多的是通过凑试法来确定PID的参数。增大比例系数P一般将加快系统的响应,在有静差的情况下有利于减小静差,但是过大的比例系数会使系统有比较大的超调,并产生振荡,使稳定性变坏。增大积分时间I有利于减小超调,减小振荡,使系统的稳定性增加,但是系统静差消除时间变长。增大微分时间D有利于加快系统的响应速度,使系统超调量减小,稳定性增加,但系统对扰动的抑制能力减弱。在凑试时,可参考以上参数对系统控制过程的影响趋势,对参数调整实行先比例、后积分,再微分的整定步骤。


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