PID調(diào)節(jié)屬于閉環(huán)控制，是過(guò)程控制中應(yīng)用得相當(dāng)普遍的一種控制方式。PID控制是使控制系統(tǒng)的被控物理量能夠迅速而準(zhǔn)確地盡可能接近控制目標(biāo)的一種手段。

一、如何使變頻器的PID控制功能有效

要實(shí)現(xiàn)閉環(huán)的PID控制功能，首先應(yīng)將PID功能預(yù)置為有效。具體方法有如下兩種： 一是通過(guò)變頻器的功能參數(shù)碼預(yù)置，例如，康沃CVF-G2系列變頻器中，功能碼H-48用于預(yù)置“內(nèi)置PID控制”，其數(shù)據(jù)碼是：“0”——無(wú)PID控制；“1”——普通PID控制；“2”——恒壓供水PID。 二是由變頻器的外接多功能端子的狀態(tài)決定，例如明電VT230S系列變頻器，如圖1所示，在多功能輸入端子PSI1～PSI5中任選一個(gè)，將功能碼C03-1～C03-5（與端子PSI1～PSI5相對(duì)應(yīng)）預(yù)置為8，則該端子即具有決定PID控制是否有效的功能，該端子與公共端子RY0“ON”時(shí)有效，“OFF”時(shí)無(wú)效。 應(yīng)注意的是，大部分變頻器兼有上述兩種預(yù)置方式，但有少數(shù)品牌的變頻器只有其中的一種方式。 二、目標(biāo)信號(hào)與反饋信號(hào) 欲使變頻系統(tǒng)中的某一個(gè)物理量穩(wěn)定在預(yù)期的目標(biāo)值上，變頻器的PID功能電路將反饋信號(hào)與目標(biāo)信號(hào)不斷地進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果來(lái)實(shí)時(shí)地調(diào)整輸出頻率和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。所以，變頻器的PID控制至少需要兩種控制信號(hào)：目標(biāo)信號(hào)和反饋信號(hào)。這里所說(shuō)的目標(biāo)信號(hào)是某物理量預(yù)期穩(wěn)定值所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，亦稱(chēng)目標(biāo)值或給定值；而該物理量通過(guò)傳感器測(cè)量到的實(shí)際值對(duì)應(yīng)的電信號(hào)稱(chēng)為反饋信號(hào)，亦稱(chēng)反饋量或當(dāng)前值。 三、目標(biāo)信號(hào)的輸入通道與數(shù)值大小 實(shí)現(xiàn)變頻器的閉環(huán)控制，對(duì)于目標(biāo)信號(hào)來(lái)說(shuō)，有兩個(gè)問(wèn)題需要解決，一是選擇將目標(biāo)值（目標(biāo)信號(hào)）傳送給變頻器的輸入通道，二是確定目標(biāo)值的大小。對(duì)于第一個(gè)問(wèn)題，各種變頻器大體上有如下兩種方案。一是自動(dòng)轉(zhuǎn)換法，即變頻器預(yù)置PID功能有效時(shí)，其開(kāi)環(huán)運(yùn)行時(shí)的頻率給定功能自動(dòng)轉(zhuǎn)為目標(biāo)值給定，如表1中的安川CIMR-G7A與富士G11S變頻器。二是通道選擇法，如表1中的康沃CVF-G2與格立特VF-10系列變頻器。 表1 變頻器目標(biāo)值輸入通道舉例

第二個(gè)問(wèn)題是確定目標(biāo)值的大小。由于目標(biāo)信號(hào)和反饋信號(hào)有時(shí)不是同一種物理量，難以進(jìn)行直接比較，所以，變頻器的目標(biāo)信號(hào)可以用傳感器量程的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。例如，某儲(chǔ)氣罐的空氣壓力要求穩(wěn)定在8MPa，壓力傳感器的量程為10Mpa，則與8Mpa對(duì)應(yīng)的百分?jǐn)?shù)為80%，目標(biāo)值就是80%。 四、PID的反饋邏輯 所謂反饋邏輯，是指被控物理量經(jīng)傳感器檢測(cè)到的反饋信號(hào)對(duì)變頻器輸出頻率的控制極性。例如中央空調(diào)系統(tǒng)在夏天制冷時(shí)，如果循環(huán)水回水溫度偏低，經(jīng)溫度傳感器得到的反饋信號(hào)減小，說(shuō)明房間溫度過(guò)低，從節(jié)約能源的角度考慮，可以降低變頻器的輸出頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)速，減少冷水的流量。而冬天制熱時(shí)，如果回水溫度偏低，反饋信號(hào)減小，說(shuō)明房間溫度偏低，要求提高變頻器輸出頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)速，加大熱水的流量。由此可見(jiàn)，同樣是溫度偏低，反饋信號(hào)減小，但要求變頻器的頻率變化方向卻是相反的。這就是引入反饋邏輯的緣由。變頻器反饋邏輯的功能選擇舉例見(jiàn)表2。 表2 變頻器反饋邏輯功能選擇舉例

五、反饋信號(hào)輸入通道 所謂反饋信號(hào)，就是變頻調(diào)速系統(tǒng)的受控物理量通過(guò)傳感器測(cè)量到的實(shí)際值對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，亦稱(chēng)反饋量或當(dāng)前值。 通常變頻器都有若干個(gè)反饋信號(hào)輸入通道，表3介紹了幾種變頻器的反饋信號(hào)輸入通道供參考。由表可見(jiàn)，海利普變頻器只指定4～20mA的模擬量電流信號(hào)通道為唯一的反饋信號(hào)輸入通道，是一個(gè)例外。 表3幾種變頻器反饋信號(hào)通道

六、參數(shù)值的預(yù)置與調(diào)整 一般在調(diào)試剛開(kāi)始時(shí)，P可按中間偏大值預(yù)置，或者暫時(shí)默認(rèn)出廠值，待設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)再按實(shí)際情況細(xì)調(diào)。開(kāi)始運(yùn)行后如果被控物理量在目標(biāo)值附近振蕩，首先加大積分時(shí)間I，如仍有振蕩，可適當(dāng)減小比例增益P。被控物理量在發(fā)生變化后難以恢復(fù)，首先加大比例增益P，如果恢復(fù)仍較緩慢，可適當(dāng)減小積分時(shí)間I，還可加大微分時(shí)間D。 七、PID應(yīng)用實(shí)例 這里介紹一個(gè)變頻器在中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例。 本應(yīng)用實(shí)例使用了一款智能型自動(dòng)化儀表，并且啟用了該儀表的PID功能，所以無(wú)須再讓變頻器的PID功能有效。這樣做的效果與啟用變頻器的PID功能具有異曲同工之效，可以更好的拓展我們的應(yīng)用技術(shù)視野。 中央空調(diào)夏天可以制冷，冬天可以制熱。實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定制冷或制熱的關(guān)鍵，是冬天控制循環(huán)水泵讓適當(dāng)流量的熱水或夏天以適當(dāng)流量的冷水（或冷媒介質(zhì)）流經(jīng)所有受調(diào)節(jié)房間，當(dāng)受益房間的控制開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，盤(pán)管風(fēng)機(jī)即向室內(nèi)釋放熱空氣（冬天）或冷空氣（夏天），使室內(nèi)穩(wěn)定在一個(gè)令人舒適的溫度范圍內(nèi)。以冬天為例，中央空調(diào)系統(tǒng)向所有房間提供的熱量，與循環(huán)水的流量以及出水（經(jīng)水泵加壓后流向房間的熱水）、回水（從房間流回系統(tǒng)的水）的溫差有直接關(guān)系。只要保證了出水、回水的溫差相對(duì)穩(wěn)定，室內(nèi)溫度也就穩(wěn)定了。而室內(nèi)溫度的高低，則取決于溫差值的大小。如果冬天出水、回水的溫差值過(guò)大，說(shuō)明室內(nèi)溫度偏低，需要加大循環(huán)水的流量；如果溫差值過(guò)小，則說(shuō)明室內(nèi)溫度偏高。傳統(tǒng)操作手動(dòng)閥門(mén)的調(diào)溫方法既浪費(fèi)人力，又不能保證溫度的穩(wěn)定，并且浪費(fèi)電能。 某醫(yī)院門(mén)診大樓的中央空調(diào)系統(tǒng)，選用富士牌FRN30P11S-4CX型45kW風(fēng)機(jī)水泵專(zhuān)用變頻器，配合UL-906H型智能化儀表溫差儀對(duì)中央空調(diào)的循環(huán)水進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了節(jié)約人力，節(jié)約能源，穩(wěn)定室內(nèi)溫度的良好效果。電路控制方案見(jiàn)圖2。 圖2中的溫差儀是UL-906H型的智能化儀表，它的輸入端可以連接兩只Pt100型溫度傳感器，在本系統(tǒng)中就是用來(lái)測(cè)量出水管道上的溫度傳感器t1和回水管道上的溫度傳感器t2。溫差儀通過(guò)參數(shù)設(shè)置可以輸出4～20mA的PID控制信號(hào)，送到變頻器的頻率控制端，用于調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，實(shí)現(xiàn)水泵轉(zhuǎn)速的閉環(huán)反饋控制。溫差儀和變頻器均可啟用PID功能，這里將溫差儀的PID功能設(shè)置為有效，就可以不使用變頻器的PID功能。對(duì)于中央空調(diào)這樣的要求具有恒溫控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)，開(kāi)啟PID功能是必須的。 溫差儀與變頻器的參數(shù)設(shè)置分別見(jiàn)表4和表5。由于溫差儀使用LED顯示，受顯示效果限制，其參數(shù)碼中的字母為大小寫(xiě)混用。 變頻器的參數(shù)中，必須設(shè)置“下限頻率”，如果默認(rèn)使用該參數(shù)的出廠值為0，則水泵電機(jī)有可能停轉(zhuǎn)?？照{(diào)循環(huán)水一旦停止流動(dòng)，溫度傳感器t1和t2測(cè)值經(jīng)溫差儀處理后輸出的PID控制信號(hào)即喪失了實(shí)用意義?！跋孪揞l率” 參數(shù)設(shè)置的原則是：水泵電機(jī)在“下限頻率”持續(xù)運(yùn)行，制熱時(shí)尚不足以使空調(diào)房間的溫度達(dá)到需要的溫度，同樣制冷時(shí)不能使房間溫度降到合適值，這時(shí)，t1和t2的溫差值增大，溫差儀輸出的控制信號(hào)增大，變頻器輸出頻率上升，循環(huán)水流量增加，室內(nèi)溫度得到調(diào)節(jié)。其后，變頻器根據(jù)出水、回水溫差的變化，溫差儀輸出信號(hào)的大小，隨時(shí)調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速和流量，控制空調(diào)房間溫度的穩(wěn)定。 表4 ?UL-906H型溫差儀的參數(shù)設(shè)置表

表5 45kW變頻器的參數(shù)設(shè)置表

按照電路圖2連接好電路，設(shè)置好參數(shù)，就可通電開(kāi)始運(yùn)行。首先合上斷路器QF，變頻器經(jīng)過(guò)RO、TO端子獲得工作電源。這時(shí)按壓按鈕SB1，交流接觸器KM線圈得電，變頻器的R、S、T端獲得電源。綠燈HG點(diǎn)亮，指示接觸器已向變頻器供電。接著按壓按鈕SB3，中間繼電器KA2線圈得電吸合，并由其常開(kāi)觸點(diǎn)KA2-1自保持。常開(kāi)觸點(diǎn)KA2-3閉合，接通變頻器的FWD和CM端子，變頻器啟動(dòng)，向電動(dòng)機(jī)供電，變頻器從8Hz的啟動(dòng)頻率開(kāi)始加速，加速的速率由參數(shù)F07加速時(shí)間設(shè)定。啟動(dòng)完成后，變頻器的輸出頻率由溫差儀輸出的電流信號(hào)調(diào)整，保證中央空調(diào)系統(tǒng)中的所有房間溫度穩(wěn)定舒適。KA2的常開(kāi)觸點(diǎn)KA2-2閉合接通紅燈HR的供電通路，紅燈點(diǎn)亮，指示變頻器處于正常工作中。按壓按鈕SB4可停止變頻器的運(yùn)行。變頻器停止運(yùn)行后，可按壓按鈕SB2切斷接觸器KM的線圈電源，斷開(kāi)變頻器的輸入端電源。 變頻器在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)電流或短路等異常情況，變頻器可及時(shí)實(shí)施保護(hù)。這種情況出現(xiàn)時(shí)，變頻器的保護(hù)觸點(diǎn)30B、30C斷開(kāi)（見(jiàn)圖2），中間繼電器KA1線圈斷電，其串聯(lián)在接觸器KM線圈回路中的常開(kāi)觸點(diǎn)KA1-1斷開(kāi)，接觸器KM線圈斷電，主觸點(diǎn)斷開(kāi)，變頻器因失去電源而停機(jī)，得到保護(hù)。 中央空調(diào)的循環(huán)水流量控制中，水泵屬于二次方律負(fù)載，在忽略空載功率的情況下，負(fù)載的功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，所以，只要轉(zhuǎn)速稍微降低一點(diǎn)，負(fù)載功率就會(huì)下降很多，具有明顯的節(jié)能效果。經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)算，本方案的節(jié)電效果超過(guò)了20%。同時(shí)還具有節(jié)約人力，穩(wěn)定空調(diào)房間溫度，延長(zhǎng)設(shè)備壽命等諸多效益。