变频器内藏PID功能在闭环控制系统中的应用
1 引言
交流变频调调速技术以其卓越的调速性能、显著的节电效果以及在国民经济领域的广泛适用性，已被公认为是一种最有前途的调速方式。在能源日益紧张的今天，变频器作为交流调速的一种主要手段，在工业生产中取得越来越广泛的应用。本文介绍的闭环恒压供水系统采用三垦SAMCO-vm05型变频器实现，详细叙述了其实现闭环控制的内藏PID功能主要参数设置及闭环调试方法。
2 闭环供水系统的原理
该闭环系统应用于工厂的生产用水，其目的是向车间提供连续的水压稳定的水。图1是供水系统框图。它主要由变频控制箱、超压排流阀、液位传感控制器、压力传感器等组成。
系统中，1#泵为恒速泵，2#泵为变频调速泵。正常工作时，由1#泵抽取河水，经净化后直接供生产车间，由于1#水泵供水量总大于车间用水量，因此设置了超压排流阀，当管道水压超过设定水压时，排流阀开始工作，多余的净化水被排到水池中，当水池水位到达水位上限时，系统控制1#泵停机，同时启动2#泵，由变频器控制2#泵向车间供水，当水池水位下降到水位下限时，2#泵停止工作，1#泵启动运行，如此循环。
图1 闭环恒压供水系统框图
3 变频器闭环控制
变频器用于2#泵的控制，即在抽取水池水时，根据用水管网压力的变化，通过变频器实现自动跟踪来调节水泵电机的转速，保持用水管网压力稳定。三垦通用变频器SAMCO-vm05为用户实现闭环控制提供了内藏的PID功能，它能将外部变送器输入的模拟信号(4~20mA、0~5V、0~10V)反馈输入到变频器，并取得与变频器设定频率指令之间的偏差，进行P(比例)、I(积分)、D(微分)控制，从而使负载一侧的动作跟随指令值的变化而改变。
3.1 硬件原理
闭环控制的硬件原理如图2所示。压力传感变送器将管网水压信号转变成4~20mA电流信号作为反馈输入到变频器的IRF/VRF2端子，外部压力设定器将指定的压力(0~1.0Mpa)转变为0~10V电压信号输入到变频器VRF1端子。变频器根据给定值与反馈值的偏差量进行PID控制，输出频率控制电机的转速，从而使系统处于稳定的工作状态，管网水压保持恒定。
3.2 闭环控制的相关功能代码与参数
图2闭环控制的硬件原理图
变频器的功能参数很多，这里只介绍与PID闭环控制相关的参数设置，需要说明的是SAMCO-vm05型变频器内部PID控制采样周期Ts为10ms。
Cd071=3 内藏PID控制模式
Cd120=5 反馈信号为4~20mA电流输入
Cd002=3 给定信号为0~10V电压输入
Cd122=0.00~100.00 PID控制比例增益
Cd123=0.00~100.00 PID控制积分增益
Cd124=0.00~100.00 PID控制微分增益
Cd125=1~500 反馈输入滤波时间常数
3.3 设定值和反馈值的频率变换
在利用外部模拟信号作为设定值或反馈值时，输入模拟信号最小值(0V或4mA)时频率(偏置频率)和最大值(5V或10V或20 mA时的频率(增益频率)须根据其F-V特性(或F-I特性)来设定。
