《變頻及伺服應(yīng)用技術(shù)》項(xiàng)目3 變頻器常用控制電路2016.7

任務(wù)3.1變頻器正反轉(zhuǎn)控制電路任務(wù)3.2變頻器同步運(yùn)行控制電路任務(wù)3.3變頻器PID控制電路教學(xué)內(nèi)容2023/1/12相關(guān)知識一、變頻器的外接主電路變頻器內(nèi)部具有電子熱保護(hù)功能，故在只接一臺電動機(jī)的情況下，可不必接熱繼電器

外部接線及說明外接能耗制動電阻直流電抗器高頻噪聲濾波器〔鐵氧體磁環(huán)〕交流接觸器交流電抗器〔隔離變壓器〕斷路器電源U、V、W操作面板快速切斷變頻器，防止變頻器極其電路故障導(dǎo)致電源短路在變頻器故障時(shí)切斷電源，并防止掉電及故障后的再啟動改善輸入功率因數(shù)，減小高次諧波的影響，并抑制浪涌電流改善功率因數(shù)，抑制尖峰電流用于大慣量負(fù)載、頻繁啟制動及正反轉(zhuǎn)的場合變頻器減小變頻器產(chǎn)生的高頻干擾信號●熱繼電器：變頻器內(nèi)置的熱敏元件是作為過負(fù)載保護(hù)之用的。

對于缺相保護(hù)，請使用帶缺相保護(hù)的熱繼電器。注意變頻器電源側(cè)需要接入電抗器交流電抗器直流電抗器〔1〕交流電抗器除了可以將功率因數(shù)提高至〔〕外，還具有削弱浪涌電流和電源電壓不平衡的影響?！?〕配接直流電抗器，功率因數(shù)可提高至以上。變頻器輸出端需要接入電抗器的場合a〕電動機(jī)與變頻器距離遠(yuǎn)b〕小變頻器帶輕載大電動機(jī)

在輕載大電動機(jī)配用小容量變頻器的情況下，如電動機(jī)的容量為90kW，實(shí)際運(yùn)行的功率只有45kW，配用的變頻器的功率為55kW。因?yàn)榇箅妱訖C(jī)的等效阻抗相對較小，故電流的峰值較大，可能會損壞變頻器，接入輸出電抗器后，可以消減輸出電流的峰值，從而保護(hù)了變頻器。當(dāng)變頻器與電動機(jī)距離較遠(yuǎn)時(shí)，傳輸線路中的分布電容和電感的作用變得強(qiáng)烈，可能會出現(xiàn)電動機(jī)側(cè)電壓升高，電動機(jī)振動等。使用電抗器后可降低電動機(jī)的噪音，延長電機(jī)的絕緣壽命?！鼋泳€時(shí)的注意點(diǎn)

●變頻器的輸出端請勿安裝進(jìn)相電容器或浪涌吸收器?！襁@會導(dǎo)致變頻器發(fā)生故障或使電容器等受損，如果已經(jīng)接上了，請撤除。注意電容器電流【理由】變頻器的輸出電壓波形是高電壓脈沖波形，所以在進(jìn)相電容器充/放電中會產(chǎn)生過電流！變頻器電機(jī)輸出電壓波形故障變頻器運(yùn)行中５０Ｈｚ電磁接觸器〔或斷路器〕ＯＮ?ＯＦＦ產(chǎn)生的沖擊電流是電機(jī)額定電流的6倍以上如果輸出側(cè)安裝了電磁接觸器〔或斷路器〕，在變頻器運(yùn)行中進(jìn)行ON／OFF操作，會產(chǎn)生很大的沖擊電流，導(dǎo)致變頻器損壞。?電機(jī)的啟動和停止應(yīng)使用變頻器的運(yùn)行信號來進(jìn)行不可！2023/1/12二、變頻器啟?？刂齐娐方佑|器KM控制變頻器接通和斷開電源KA控制變頻器啟動和停止順序啟動觸點(diǎn)逆序停止觸點(diǎn)變頻器發(fā)生故障報(bào)警時(shí)，切斷電源變頻器電源側(cè)接接觸器的原因①變頻器的保護(hù)功能動作時(shí)可以通過接觸器迅速切斷電源。②變頻器在剛接通電源的瞬間，充電電流是很大的，會構(gòu)成對電網(wǎng)的干擾。因此，應(yīng)將變頻器接通電源的次數(shù)減少到最少程度。③通過接觸器KM切斷電源時(shí)，變頻器已經(jīng)不工作了，變頻器立即停止輸出，電動機(jī)將處于自由制動狀態(tài)，不能按預(yù)置的減速時(shí)間來停機(jī)。因此不允許運(yùn)行中的變頻器突然斷電。2023/1/12任務(wù)實(shí)施【訓(xùn)練工具、材料和設(shè)備】西門子MM440變頻器1臺《西門子MM440通用變頻器使用手冊》通用電工工具一套三相異步電動機(jī)1臺電位器按鈕接觸器2023/1/121．硬件電路變頻器上電變頻器正轉(zhuǎn)變頻器反轉(zhuǎn)接觸器KM控制變頻器接通和斷開電源KA1和KA2控制變頻器正反轉(zhuǎn)變頻器發(fā)生故障報(bào)警時(shí)，切斷電源SB控制變頻器復(fù)位2023/1/122．參數(shù)設(shè)置參數(shù)號參數(shù)名稱出廠值設(shè)定值說明P0003=1，設(shè)用戶訪問級為標(biāo)準(zhǔn)級，P0004=7，命令和數(shù)字I/OP0700[0]選擇命令給定源（啟動/停止）22命令源選擇由端子排輸入P0003=2，設(shè)用戶訪問級為擴(kuò)展級，P0004=7，命令和數(shù)字I/OP0701[0]設(shè)置端子511ON接通正轉(zhuǎn)，OFF停止P0702[0]設(shè)置端子6122ON接通反轉(zhuǎn)，OFF停止P0703[0]設(shè)置端子799故障確認(rèn)P0731[0]選擇數(shù)字輸出1的功能52.352.3將數(shù)字輸出1設(shè)置為變頻器故障P0003=3，設(shè)用戶訪問級為專家級，P0004=7，命令和數(shù)字I/OP0748數(shù)字輸出反相01P0748=1時(shí)，變頻器上電，數(shù)字輸出1的繼電器不得電，一旦變頻器故障時(shí)，數(shù)字輸出1的繼電器得電，其常閉觸點(diǎn)18、20斷開，切斷變頻器的電源P0003=1，用戶訪問級為標(biāo)準(zhǔn)級，P0004=10，設(shè)定值通道和斜坡函數(shù)發(fā)生器P1000[0]設(shè)置頻率給定源22選擇AIN1給定頻率*P1080[0]下限頻率00電動機(jī)的最小運(yùn)行頻率（0Hz）*P1082[0]上限頻率5050電動機(jī)的最大運(yùn)行頻率（50Hz）*P1120[0]加速時(shí)間105斜坡上升時(shí)間（5s）*P1121[0]減速時(shí)間105斜坡下降時(shí)間（5s）P0003=2，用戶訪問級為標(biāo)準(zhǔn)級，P0004=8，模擬I/OP0756[0]設(shè)置ADC1的類型00AIN1通道選擇0～10V電壓輸入，同時(shí)將I/O板上的DIP1開關(guān)置于OFF位置P0757[0]標(biāo)定ADC1的x1值00設(shè)定AIN1通道給定電壓的最小值0VP0758[0]標(biāo)定ADC1的y1值0.00.0設(shè)定AIN1通道給定頻率的最小值0Hz對應(yīng)的百分比0%P0759[0]標(biāo)定ADC1的x2值1010設(shè)定AIN1通道給定電壓的最大值10VP0760[0]標(biāo)定ADC1的y2值100.0100.0設(shè)定AIN1通道給定頻率的最大值50Hz對應(yīng)的百分比100%P0761[0]死區(qū)寬度00標(biāo)定ADC死區(qū)寬度P0003=2，用戶訪問級為標(biāo)準(zhǔn)級。P0004=20，通信P2000[0]基準(zhǔn)頻率50.0050.00基準(zhǔn)頻率設(shè)為50Hz2023/1/123．運(yùn)行操作〔1〕按下按鈕SB1，接觸器KM得電并自鎖，其3對主觸點(diǎn)閉合，變頻器上電；按下按鈕SB3，中間繼電器KA1得電并自鎖，KA1的常開觸點(diǎn)閉合，將端子5接通，變頻器正轉(zhuǎn)運(yùn)行，此時(shí)調(diào)節(jié)電位器RP，就可以調(diào)節(jié)變頻器的速度。按下按鈕SB4，KA1失電，5端子斷開，變頻器停止運(yùn)行?！?〕按下按鈕SB1，接觸器KM得電并自鎖，其三對主觸點(diǎn)閉合，變頻器上電；按下按鈕SB5，中間繼電器KA2得電并自鎖，KA2的常開觸點(diǎn)閉合，將端子6接通，變頻器反轉(zhuǎn)運(yùn)行，此時(shí)調(diào)節(jié)電位器RP，就可以調(diào)節(jié)變頻器的速度。按下按鈕SB4，KA2失電，6端子斷開，變頻器停止運(yùn)行?！?〕在KA1和KA2線圈電路中串入KM的常開觸點(diǎn)，是為了實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)運(yùn)行只有在接觸器KM已經(jīng)動作、變頻器已經(jīng)通電的狀態(tài)下才能進(jìn)行。〔4〕在SB2按鈕兩端并聯(lián)繼電器KA1、KA2的常開觸點(diǎn)用以防止電動機(jī)在運(yùn)行狀態(tài)下通過KM直接停機(jī)。變頻器安裝時(shí)為了防止電磁干擾、提高功率因數(shù)以及電動機(jī)的制動等，要選用一些選配件〔又稱為選件〕，這些選配件由廠家另外供給。右圖是變頻器安裝時(shí)的連接圖，圖中各選件可根據(jù)需要選用。知識拓展1．低壓斷路器QF

〔1〕主要作用。一是隔離作用；二是保護(hù)作用，當(dāng)變頻器的輸入側(cè)發(fā)生短路或電源電壓過低等故障時(shí)，進(jìn)行過電流及欠電壓保護(hù)?！?〕選用原那么。由于以下原因：①變頻器在剛接通電源的瞬間，對電容器的充電電流可高達(dá)額定電流的2～3倍；②變頻器的進(jìn)線電流是脈沖電流，其峰值?？赡艹^額定電流；③變頻器允許的過載能力為150%、1min。所以，為了防止誤動作，低壓斷路器的額定電流 斷路器：ＩQN≥〔～〕ＩN式中，IN為變頻器的額定電流

在工頻和變頻切換控制電路中，斷路器應(yīng)按電動機(jī)在工頻下的啟動電流來進(jìn)行選擇

IQNIMN2．接觸器KM〔1〕主要作用。①可通過按鈕方便地控制變頻器的通電與斷電。②變頻器發(fā)生故障時(shí)，可自動切斷電源，并防止掉電及故障后的再啟動。請不要用接觸器啟動和停止變頻器，這樣將降低變頻器的壽命。〔2〕選擇原那么。由于接觸器自身并無保護(hù)功能，不存在誤動作的問題，應(yīng)選擇原那么是主觸點(diǎn)的額定電流IKN≥IN。注意輸入側(cè)KM1：ＩKM≥ＩN輸出側(cè)

KM2：ＩKM≥1.5ＩMN3．制動電阻一般每個(gè)變頻器制造廠家都會為變頻器提供適宜的制動單元，稱為獨(dú)立選件單元。西門子MM440變頻器的制動電阻需要接在B+和B?端子之間，如圖

3-6

所示。制動電阻的過熱保護(hù)是通過熱敏開關(guān)〔隨制動電阻一起供貨〕來實(shí)現(xiàn)的，這一開關(guān)的觸頭與接觸器的線圈串聯(lián)連接，如圖3-6所示。2023/1/12〔1〕安裝。制動電阻必須垂直安裝并緊固在隔熱的面板上。其上部、下部必須留有至少100mm的間隙，制動電阻的兩側(cè)不應(yīng)阻礙冷卻空氣的流通?！?〕制動電阻的保護(hù)。制動電阻在變頻器工作過程中會發(fā)熱，為了防止制動電阻過熱，如圖3-6所示，變頻器的電源電壓要經(jīng)過接觸器接入，一旦制動電阻過熱，接觸器將在熱敏開關(guān)的作用下斷開變頻器的供電電源。在制動電阻的溫度降低以后熱敏開關(guān)的觸頭將重新閉合。〔3〕制動電阻的選型。西門子MM440變頻器制動電阻可按表3-2選擇，表3-2中只列出了幾個(gè)型號，更多型號請參考西門子變頻器使用手冊。制動電阻變頻器的外形尺寸變頻器的額定電壓（V）變頻器的額定功能（kW）電阻阻值（Ω）+/?10%4BC05-0AA0A2300.751804BD11-0AA0A4001.53904BD12-0BA0B4004.0160表3-2 制動電阻選型表〔局部〕2023/1/12任務(wù)3.2變頻器的同步運(yùn)行控制電路任務(wù)導(dǎo)入

在紡織、印染以及造紙機(jī)械中，根據(jù)生產(chǎn)工藝的需要，往往劃分成許多個(gè)加工單元，每個(gè)單元都有各自獨(dú)立的拖動系統(tǒng)，如圖3-7所示，如果后面單元的線速度低于前面，將導(dǎo)致被加工物的堆積；反之，如果后面單元的線速度高于前面，將導(dǎo)致被加工物的撕裂。因此，要求各單元的運(yùn)行速度能夠步調(diào)一致，即實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行?！?〕統(tǒng)調(diào)〔2〕微調(diào)〔3〕單獨(dú)調(diào)試2023/1/12相關(guān)知識一、模擬電壓輸入端子控制的同步運(yùn)行1．運(yùn)行要求〔1〕3臺變頻器的電源通過接觸器KM由控制電路控制?！?〕按下SB1的上電按鈕，接觸器KM得電并自鎖，接觸器的3對主觸點(diǎn)閉合，保證變頻器持續(xù)通電。〔3〕按下SB3的運(yùn)行按鈕，中間繼電器KA得電并自鎖，其常開觸點(diǎn)閉合，3臺變頻器上的5端子閉合，保證變頻器連續(xù)運(yùn)行，且運(yùn)行過程中變頻器不能斷電?！?〕SB4停止按鈕只用于停止變頻器的運(yùn)行，而不能切斷變頻器的電源。〔5〕任何一個(gè)變頻器故障報(bào)警時(shí)都要切斷控制電路，從而切斷變頻器的電源。2023/1/122．電路的設(shè)計(jì)接觸器KM控制3變頻器通電、斷電中間繼電器KA控制3變頻器運(yùn)行電位器控制3臺變頻器調(diào)速2023/1/123．參數(shù)設(shè)置3臺變頻器均需設(shè)置如下參數(shù)。P0700=2，外部端子給定啟動信號；P0701=1，正轉(zhuǎn)；P0756[0]=0，選擇電壓給定，同時(shí)將I/O板上的第一個(gè)DIP開關(guān)設(shè)置為OFF；，將18、20端子設(shè)置為變頻器故障；P0748=1，將18、20端子的輸出邏輯設(shè)置為變頻器故障時(shí)，端子18、20之間的常閉觸點(diǎn)斷開；，模擬量輸出端子12、13之間輸出實(shí)際頻率；P1000=2，選擇模擬1通道〔3、4端子〕給定頻率。電位器控制變頻器同步運(yùn)行的缺點(diǎn)？2023/1/12二、西門子變頻器升降速控制端功能用P0702=13和P0703=14將6、7端子分別設(shè)定為升降速端子的功能。此時(shí)一直閉合5端子信號。6端子接通→頻率上升。6端子斷開→頻率保持。7端子接通→頻率下降。7端子斷開→頻率保持。斷開5端子信號，那么變頻器停止運(yùn)行。頻率只能在上限P1082和下限P1080之間調(diào)節(jié)2023/1/12數(shù)字輸入端子號參數(shù)號出廠值設(shè)定值說明DIN15P070111ON接通正轉(zhuǎn)，OFF停止DIN26P07021213ON接通電動電位計(jì)升速，OFF速度保持DIN37P0703914ON接通電動電位計(jì)降速，OFF速度保持P070022命令源選擇由外部端子輸入P1000210無主設(shè)定值+MOP設(shè)定值表3-3 升降速端子參數(shù)2023/1/12采用升降速端子的優(yōu)點(diǎn)：①升、降速端子給定屬于數(shù)字量給定，精度較高；②用按鈕來調(diào)節(jié)頻率，非但操作簡便，且不易損壞；③因?yàn)槭情_關(guān)量控制，故不受線路電壓降等的影響，抗干擾性能極好。2023/1/12任務(wù)實(shí)施【訓(xùn)練工具、材料和設(shè)備】西門子MM440變頻器3臺《西門子MM440通用變頻器使用手冊》通用電工工具一套三相異步電動機(jī)3臺按鈕接觸器2023/1/121．運(yùn)行要求〔1〕3臺變頻器要同時(shí)運(yùn)行，運(yùn)行速度一致，且調(diào)速通過各自的升降速端子實(shí)現(xiàn)，即3臺變頻器的升降速端子要由同一個(gè)器件控制?！?〕3臺變頻器能通過各自的升降速端子微調(diào)輸出頻率?！?〕3臺變頻器的規(guī)格型號、加/減速時(shí)間必須相同?！?〕任何一臺變頻器故障報(bào)警時(shí)均能切斷控制電路，變頻器主電路由KM斷電?！?〕各臺變頻器的輸出頻率要由面板上的LED數(shù)碼顯示屏或數(shù)字頻率表進(jìn)行指示?！?〕此控制電路多應(yīng)用于控制精度不很高的場合，如紡織、印染、造紙等多個(gè)控制單元的聯(lián)動傳動中。2023/1/122．硬件電路接觸器KM：控制3臺變頻器上電；中間繼電器KA：控制3臺變頻器啟動；KA1：控制3臺變頻器同步升速；KA2：控制3臺變頻器同步降速；按鈕SB11、SB21、SB31分別對3臺變頻器進(jìn)行升速微調(diào)；按鈕SB12、SB22、SB32分別對3臺變頻器進(jìn)行降速微調(diào)；將3臺變頻器輸出端18、20串聯(lián)在一起，一旦有一臺變頻器故障，就切斷電源2023/1/123．參數(shù)設(shè)置參數(shù)號參數(shù)名稱出廠值設(shè)定值說明P0003=1，設(shè)用戶訪問級為標(biāo)準(zhǔn)級P0004=7，命令和數(shù)字I/OP0700選擇命令給定源22命令源選擇由端子排輸入P0003=2，設(shè)用戶訪問級為擴(kuò)展級P0004=7，命令和數(shù)字I/OP0701設(shè)置端子511ON接通正轉(zhuǎn)，OFF停止P0702設(shè)置端子61213ON接通升速，OFF保持P0703設(shè)置端子7914ON接通降速，OFF保持P0731選擇數(shù)字輸出1的功能52.352.3將數(shù)字輸出1設(shè)置為變頻器故障P0003=3，設(shè)用戶訪問級為專家級P0004=7，命令和數(shù)字I/OP0748數(shù)字輸出反相01P0748=1時(shí)，變頻器上電，數(shù)字輸出1的繼電器不得電，一旦變頻器故障時(shí)，數(shù)字輸出1的繼電器得電，其常閉觸點(diǎn)18、20斷開，切斷變頻器的電源P0003=1，用戶訪問級為標(biāo)準(zhǔn)級P0004=10，設(shè)定值通道和斜坡函數(shù)發(fā)生器P1000[0]設(shè)置頻率給定源210無主設(shè)定值+MOP設(shè)定值*P1080[0]下限頻率00電動機(jī)的最小運(yùn)行頻率（0Hz）*P1082[0]上限頻率5050電動機(jī)的最大運(yùn)行頻率（50Hz）*P1120[0]加速時(shí)間105斜坡上升時(shí)間（5s）*P1121[0]減速時(shí)間105斜坡下降時(shí)間（5s）P0003=2，用戶訪問級為標(biāo)準(zhǔn)級P0004=8，模擬I/OP0771[0]DAC的功能21.021.0設(shè)置模擬輸出1端子12、13輸出實(shí)際頻率2023/1/124．運(yùn)行操作〔1〕按下通電按鈕SB1，KM線圈得電并自鎖，3對主觸點(diǎn)閉合，3臺變頻器上電。按下運(yùn)行按鈕SB3，KA線圈得電并自鎖，其常開觸點(diǎn)閉合，3臺變頻器的正轉(zhuǎn)端子5閉合，變頻器開始運(yùn)行。此時(shí)，按下升速按鈕SB5，KA1線圈得電，KA1的常開觸點(diǎn)閉合，3臺變頻器的升速端子6閉合，3臺變頻器同步升速，松開按鈕SB5，變頻器以一定頻率保持運(yùn)行；按下降速按鈕SB6，KA2線圈得電，KA2的常開觸點(diǎn)閉合，3臺變頻器的降速端子7閉合，3臺變頻器同步降速，松開按鈕SB6，變頻器以一定頻率保持運(yùn)行。在變頻器運(yùn)行過程中，注意觀察3臺頻率表顯示的頻率是否相同。〔2〕按下停止按鈕SB4，KA線圈失電，其常開觸點(diǎn)復(fù)位，3臺變頻器停止運(yùn)行。按下斷電按鈕SB2，KM線圈失電，把3臺變頻器的電源切除。壓力高變頻器降速，壓力低變頻器升速

知識拓展升降速功能在恒壓供水控制中的應(yīng)用1．恒壓供水控制系統(tǒng)用接點(diǎn)壓力表進(jìn)行恒壓供水控制。恒壓供水系統(tǒng)由節(jié)水閥門1控制出水口的流量。2．水位控制系統(tǒng)用水位接點(diǎn)變送器進(jìn)行水位控制。水位控制系統(tǒng)由節(jié)水閥門2控制出水流量。變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速。水位高變頻器降速，水位低變頻器升速

此供水系統(tǒng)在進(jìn)行恒壓供水實(shí)訓(xùn)時(shí)，將節(jié)水閥門2開到最大，控制節(jié)水閥門1；進(jìn)行水位控制供水時(shí)，將節(jié)水閥門1開到最大，控制節(jié)水閥門2。

注意3．控制電路與變頻器的連接將接點(diǎn)壓力表和水位接點(diǎn)變頻器的輸出通過一只轉(zhuǎn)換開關(guān)連接到變頻器的升、降速端子?！吧舷蕤暯咏邓俣俗?，“下限〞接升速端子，利用轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行兩種控制的切換。4．參數(shù)設(shè)置其主要參數(shù)設(shè)置如下：P0700=2，外部端子控制啟停；P0701=1，5端子正轉(zhuǎn)啟動；P0702=13，6端子升速；P0703=14，7端子降速；P1000=10，設(shè)置頻率給定源。自我訓(xùn)練按圖3-12接線，把變頻器進(jìn)行參數(shù)去除，然后將轉(zhuǎn)換開關(guān)調(diào)到接點(diǎn)壓力表控制端，先進(jìn)行恒壓供水控制操作。將5端子閉合，再將接點(diǎn)壓力表的上限觸點(diǎn)接至降速端子7，當(dāng)壓力由于用水流量較小而升高，并超過上限值時(shí)，上限觸點(diǎn)使7端子導(dǎo)通，變頻器的輸出頻率下降，水泵的轉(zhuǎn)速和流量也下降，從而使壓力下降。當(dāng)壓力低于上限值時(shí)，7端子斷開，變頻器的輸出頻率停止下降；這時(shí)將節(jié)水閥1開大，當(dāng)壓力由于用水流量較大而降低，并低于下限值時(shí)，壓力表的下限觸點(diǎn)使6端子導(dǎo)通，變頻器的輸出頻率上升，水泵的轉(zhuǎn)速和流量也上升，從而使壓力升高，當(dāng)壓力高于下限值時(shí)，6端子斷開，變頻器的輸出頻率停止上升。在操作過程中，可適當(dāng)將節(jié)水閥門1開大或開小，觀察變頻器的運(yùn)行情況。將轉(zhuǎn)換開關(guān)調(diào)到水位接點(diǎn)變送器控制端，控制節(jié)水閥門2，觀察變頻器的運(yùn)行情況；當(dāng)把節(jié)水閥門2關(guān)至最小，水箱中水位到達(dá)上限水位時(shí)，觀察變頻器的運(yùn)行情況；然后將節(jié)水閥門2開最大，再觀察變頻器的運(yùn)行情況。由以上操作過程可以看出，變頻器供水具有節(jié)能功能并防止了電動機(jī)的頻繁啟動。2023/1/12任務(wù)3.3變頻器PID控制電路任務(wù)導(dǎo)入

圖3-13采用面板給定目標(biāo)值，壓力傳感器的量程為0～對應(yīng)0～20mA，目標(biāo)壓力為，電機(jī)的揚(yáng)程為〔應(yīng)該大于目標(biāo)壓力〕，如何設(shè)置變頻器的PID參數(shù)，才能實(shí)現(xiàn)變頻器的恒壓供水控制呢？2023/1/12相關(guān)知識一、PID控制功能

PID控制是閉環(huán)控制中的一種常見形式，是使控制系統(tǒng)的被控量在各種情況下都能夠迅速而準(zhǔn)確地?zé)o限接近控制目標(biāo)的一種手段。1．PID控制系統(tǒng)構(gòu)成具有內(nèi)置PID功能的變頻器?！?〕反響信號XF和目標(biāo)信號XT反響信號XF：就是壓力傳感器實(shí)際測得的壓力信號。目標(biāo)信號XT：就是與所要求的水泵壓力相對應(yīng)的信號。無論用水量如何變化，經(jīng)過PID調(diào)節(jié)后，要求XF永遠(yuǎn)無限接近于XT，即始終保持供水管道中的壓力為恒值。

〔2〕PID控制的工作過程目標(biāo)信號與反響信號的偏差信號為X： X=XT?XF 當(dāng)用水流量減小時(shí)，供水能力QG＞用水流量QU時(shí)，那么供水壓力上升P↑→XF↑→合成信號X

=

(XT?XF)＜0→變頻器輸出頻率fX↓→電動機(jī)轉(zhuǎn)速n↓→供水能力QG↓→直至壓力大小回復(fù)到目標(biāo)值、供水能力與用水流量重又平衡〔QG

=

QU〕時(shí)為止。當(dāng)用水流量增加，QG＜QU時(shí)，那么P↓→XF↓→X

=

(XT?XF)＞0→變頻器輸出頻率增大fX↑→電動機(jī)轉(zhuǎn)速n↑→水泵壓力P↑→QG↑→QG

=

QU，又到達(dá)新的平衡。結(jié)論：比例控制就是當(dāng)被控變量偏離給定值產(chǎn)生偏差時(shí)，控制器的輸出能與偏差大小成比例變化關(guān)系。XT與XF之間總會一個(gè)差值，稱為靜差比例增益KP靜差ε2．PID的控制作用〔1〕比例控制〔P〕。比例控制就是當(dāng)被控變量偏離給定值產(chǎn)生偏差時(shí)，其控制器的輸出與輸入偏差信號成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)，系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差ε〔又叫靜差〕。KP越大，那么XT?XF越小，XF越接近于XT。交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)超調(diào)與振蕩由于系統(tǒng)有慣性，因此，KP太大了，當(dāng)反響值隨著目標(biāo)值的變化而變化時(shí)，有可能一下子增大〔或減小〕了許多，使變頻器的輸出頻率很容易超調(diào)〔調(diào)過了頭〕，于是又反過來調(diào)整，引起被控量忽大忽小，形成振蕩超調(diào)結(jié)論:②積分控制器輸出的變化速度與偏差成正比。③積分控制作用在最后到達(dá)穩(wěn)定時(shí)，偏差等于零。即積分環(huán)節(jié)可以有效地消除靜差。①積分控制作用輸出信號的大小不僅取決于偏差信號的大小,而且主要取決于偏差存在的時(shí)間長短?！?〕積分控制〔I〕為了防止超調(diào)，可以適當(dāng)減小比例增益KP，而增加積分環(huán)節(jié)。在積分控制中，控制器的輸出與輸入偏差信號的積分成正比關(guān)系。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)〞。結(jié)論：

①微分控制輸出Δp與偏差的變化率成正比，而與偏差本身數(shù)值大小無關(guān)。②微分控制的作用是用比較大的輸出“超前〞調(diào)整，克服由于積分時(shí)間過長而使恢復(fù)滯后的缺點(diǎn)。〔3〕微分控制〔D〕在微分控制中，控制器的輸出與輸入偏差信號的微分〔即誤差的變化率〕成比例關(guān)系。其作用是，可根據(jù)偏差的變化趨勢，提前給出較大的調(diào)節(jié)動作，從而縮短調(diào)節(jié)時(shí)間，克服了因積分時(shí)間過長而使恢復(fù)滯后的缺點(diǎn)。2023/1/12二、MM440變頻器的PID實(shí)現(xiàn)圖3-16MM440變頻器PID控制原理簡圖2023/1/12表3-5 PID控制需要設(shè)置的參數(shù)2023/1/121．使能PID控制功能設(shè)定P2251〔PID方式〕=0、P2200=1時(shí)，允許投入PID閉環(huán)控制器。這時(shí)如果將數(shù)字量輸入端子，比方5端子〔P0701=1〕閉合，當(dāng)前變頻器為PID控制運(yùn)行。2．目標(biāo)值的設(shè)定〔P2253〕PID控制的目標(biāo)值具體選擇哪種方式，由參數(shù)P2253的設(shè)定值決定。目標(biāo)值的信號源主要通過以下幾種方式設(shè)定?！?〕模擬輸入設(shè)定〔或〕。通過模擬通道1和模擬通道2設(shè)定PID的目標(biāo)值。〔2〕已激活的PID設(shè)定值〔P2253=2250〕，即通過面板BOP在參數(shù)P2240中設(shè)定PID的目標(biāo)值。目標(biāo)值和所選傳感器的量程有關(guān)，其值為目標(biāo)值占傳感器量程的百分比?！?〕固定PID設(shè)定值〔P2253=2224〕。PID控制的目標(biāo)值具體選擇哪種方式，由參數(shù)P2253的設(shè)定值決定，P2253的具體設(shè)定值如表3-5所示。當(dāng)目標(biāo)壓力為時(shí)，如所選壓力傳感器的量程為0～，那么對應(yīng)于的目標(biāo)值為70%；如所選壓力傳感器的量程為0～，那么對應(yīng)于的目標(biāo)值為12%。2023/1/123．反響值的設(shè)定〔P2264〕通過各種傳感器、編碼器采集的信號或者變頻器的模擬量輸出信號，均可以作為閉環(huán)控制系統(tǒng)的反響信號，反響值一般選擇模擬量輸入端口AIN1〔〕或AIN2〔〕作為反響通道。4．PID控制器的設(shè)計(jì)〔1〕比例增益系數(shù)P。比例增益系數(shù)P〔P2280〕的作用是使控制器的輸入、輸出成比例關(guān)系，一一對應(yīng)，一旦有偏差立即會產(chǎn)生控制作用，當(dāng)偏差為0時(shí)，控制作用也就為0。一般情況下應(yīng)將比例項(xiàng)設(shè)定為較小的數(shù)值〔〕。2023/1/12〔2〕積分作用I。PID的積分作用I〔P2285〕是為了消除靜差而引入的，然而I的引入使得響應(yīng)的快速性下降，穩(wěn)定性變差，尤其在大偏差階段的積分往往使得系統(tǒng)的響應(yīng)出現(xiàn)過大的超調(diào)，調(diào)節(jié)時(shí)間變長，因此可以通過增大積分時(shí)間來減少積分作用，從而增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如果PID的積分項(xiàng)I=0，那么，PID控制器的作用相當(dāng)于P或PD控制器?！?〕微分作用D。微分作用D〔P2274〕的引入使之能夠根據(jù)偏差變化趨勢做出反響，加快了對偏差變化的反響速度，能夠有效地減少超調(diào)，縮小最大動態(tài)偏差，但同時(shí)又使系統(tǒng)容易受到高頻干擾的影響。通常情況下，并不投入微分項(xiàng)，即P2274=0。2023/1/125．濾波參數(shù)設(shè)置在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，無論是傳感器測量，主設(shè)定值的給定，都不可防止引入系統(tǒng)噪聲，噪聲的引入會引起系統(tǒng)不穩(wěn)定和精度下滑。因此，MM440變頻器在PID控制器的功能中又參加了濾波環(huán)節(jié)，為了平滑PID的設(shè)定值，設(shè)置P2261為一時(shí)間常數(shù)。為了平滑PID反響信號，設(shè)置參數(shù)P2265為相應(yīng)時(shí)間常數(shù)。6．PID正反響和負(fù)反響確定〔P2271〕PID正反響和負(fù)反響的選擇由參數(shù)P2271〔PID傳感器的反響形式〕設(shè)定。正反響：P2271=0[缺省值]，如果反響信號低于PID設(shè)定值，PID控制器將增加電動機(jī)的速度，以校正它們的偏差，這種方式成為正反響。負(fù)反響：P2271=1。如果反響信號低于PID設(shè)定值，PID控制器將降低電動機(jī)的速度，以校正它們的偏差，這種方式成為負(fù)反響。2023/1/12正確選擇傳感器的反響形式是十分重要的。如果您不能確定設(shè)定值應(yīng)該是0還是1，可以按以下方法確定傳感器實(shí)際的形式：①禁止PID功能〔P2200=0〕。②增加電動機(jī)的頻率，同時(shí)測量反響信號。③如果反響信號隨著電動機(jī)頻率的增加而增加，PID傳感器的型式就應(yīng)該設(shè)定為0。④如果反響信號隨著電動機(jī)頻率的增加而減少，PID傳感器的型式就應(yīng)該設(shè)定為1。2023/1/12任務(wù)實(shí)施【訓(xùn)練工具、材料和設(shè)備】西門子MM440變頻器3臺《西門子MM440通用變頻器使用手冊》通用電工工具一套三相異步電動機(jī)3臺按鈕壓力變送器2023/1/121．硬件電路圖3-17變頻器恒壓供水接線圖圖3-17為面板設(shè)定目標(biāo)值時(shí)PID控制端子接線圖，模擬輸入端AIN2〔10、11端子〕接入反響信號0～20mA的電流信號，其對應(yīng)的壓力為0～1MPa，同時(shí)將I/O板上的撥碼開關(guān)DIP2置于ON位置；數(shù)字量輸入端5接入開關(guān)SA控制變頻器的運(yùn)行/停止，給定目標(biāo)值為60%〔給定壓力為〕由BOP面板設(shè)定。2023/1/122．參數(shù)設(shè)置〔1〕參數(shù)復(fù)位。恢復(fù)變頻器工廠默認(rèn)值。設(shè)定P0010=30和P0970=1，按下鍵，開始復(fù)位，復(fù)位過程大約3s，這樣就保證了變頻器的參數(shù)恢復(fù)到工廠默認(rèn)值?！?〕設(shè)置電動機(jī)參數(shù)。表3-6 電動機(jī)參數(shù)設(shè)置參數(shù)號出廠值設(shè)定值說明P000311設(shè)定用戶訪問級為標(biāo)準(zhǔn)級P001001快速調(diào)試P010000功率為kW表示，頻率為50HzP0304230380電動機(jī)額定電壓（V）P03053.21.1電動機(jī)額定電流（A）P03070.750.37電動機(jī)額定功率（kW）P03105050電動機(jī)額定頻率（Hz）P031101400電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速（r/min）2023/1/12〔3〕設(shè)置控制參數(shù)，如表3-7所示。表3-7控制參數(shù)表參數(shù)號出廠值設(shè)定值說明P000312用戶訪問級為擴(kuò)展級P000400參數(shù)過濾顯示全部參數(shù)P070022由端子排輸入（選擇命令源）P070111端子5功能為ON接通/OFF停車P0702120端子6禁用P070390端子7禁用P070400端子8禁用P072511數(shù)字量端子輸入為高電平有效P0756[1]020～20mA電流反饋信號接入AIN2P100021頻率設(shè)定由BOP面板設(shè)置P1080020電動機(jī)運(yùn)行的最低頻率（Hz）水泵的揚(yáng)程必須滿足供水所需的基本揚(yáng)程，故下限頻率一般應(yīng)大于20HzP10825050電動機(jī)運(yùn)行的最高頻率（Hz）P220001PID控制功能有效2023/1/12〔4〕設(shè)置目標(biāo)參數(shù)，如表3-8所示。表3-8目標(biāo)參數(shù)表參數(shù)號出廠值設(shè)定值說明P000312用戶訪問級為擴(kuò)展級P000400參數(shù)過濾顯示全部參數(shù)P225302250PID面板給定值源于面板P22401060由面板設(shè)定的目標(biāo)值P225400無PID微調(diào)信號源P2255100100PID設(shè)定值的增益系數(shù)（輸入的設(shè)定值乘以這一增益系數(shù)后，使設(shè)定值與微調(diào)值之間得到一個(gè)適當(dāng)?shù)谋嚷赎P(guān)系）

P22561000PID微調(diào)信號的增益系數(shù)P225711PID設(shè)定值的斜坡上升時(shí)間（s）P225811PID設(shè)定值的斜坡下降時(shí)間（s）P226100PID設(shè)定值的無濾波2023/1/12〔5〕設(shè)置反響參數(shù)，如表3-9所示。表3-9反響參數(shù)表參數(shù)號出廠值設(shè)定值說明P000313用戶訪問級為專家級P000400參數(shù)過濾顯示全部參數(shù)P2264755.0755.1PID反饋信號由AIN2設(shè)定P226505PID反饋濾波時(shí)間常數(shù)P2267100100PID反饋信號的上限值（%）（當(dāng)PID控制投入（P2200=1），而且反饋信號上升到高于這一最大值時(shí)，變頻器將因故障

F0222而跳閘）P226800PID反饋信號的下限值（%）（當(dāng)PID控制投入（P2200=1），而且反饋信號下降到低于這一最小值時(shí)，變頻器將因故障

F0221而跳閘）P2269100100PID反饋信號的增益（允許用戶對

PID反饋信號進(jìn)行標(biāo)定，以%值的形式表示；增益系數(shù)為100.0%時(shí)表示反饋信號仍然是其默認(rèn)值，沒有發(fā)生變化）P227000不用PID反饋功能選擇器

P227100PID傳感器的反饋為負(fù)反饋，=1為正反饋2023/1/12〔6〕設(shè)置PID參數(shù)，如表3-10所示。表3-10PID參數(shù)表參數(shù)號出廠值設(shè)定值說明P000313用戶訪問級為專家級P000400參數(shù)過濾顯示全部參數(shù)P227400PID微分項(xiàng)不起作用，范圍0～60sP228030.5PID比例增益系數(shù)，范圍0～65P2285015PID積分時(shí)間，范圍0～60sP2291100100PID輸出上限P229200PID輸出下限P229311PID限幅值的斜坡上升/下降時(shí)間2023/1/123．運(yùn)行操作〔1〕閉合開關(guān)SA時(shí)，5端子為ON，變頻器啟動電動機(jī)，當(dāng)反響的電流信號發(fā)生改變時(shí)，將會引起電動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化。〔2〕在變頻器運(yùn)行操作中，分別按以下兩組參數(shù)值修改變頻器的參數(shù)。目標(biāo)值P2240=30%〔9mA〕、比例增益P2280=10、積分時(shí)間P2285=30；目標(biāo)值P2240=30%〔9mA〕、比例增益P2280=30、積分時(shí)間P2285=10。〔3〕如果需要，那么目標(biāo)設(shè)定值〔P2240〕可直接通過操作面板上的和鍵來改變。當(dāng)設(shè)置P2231=1時(shí)，由和鍵改變了的目標(biāo)值將被保存在內(nèi)存中?！?〕斷開開關(guān)SA，5端子為OFF，電動機(jī)停止運(yùn)行。P、I、D參數(shù)調(diào)試

增大比例系數(shù)KP一般將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，在有靜差的情況下有利于減小靜差，但是過大的比例系數(shù)會使系統(tǒng)有比較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，使穩(wěn)定性變壞。

增大積分時(shí)間有利于減小超調(diào)，減小振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加，但是系統(tǒng)靜差消除時(shí)間變長。

增大微分時(shí)間有利于加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，使系統(tǒng)超調(diào)量減小，穩(wěn)定性增加，但系統(tǒng)對擾動的抑制能力減弱。

在湊試時(shí)，可參考以上參數(shù)對系統(tǒng)控制過程的影響趨勢，對參數(shù)調(diào)整實(shí)行先比例、后積分，再微分的整定步驟。

首先將微分功能D調(diào)為0。在許多要求不高的控制系統(tǒng)中，D可以不用。在初次調(diào)試時(shí)，P可按中間偏大值來預(yù)置。保持變頻器的出廠設(shè)定值不變，使系統(tǒng)運(yùn)行起來，觀察其工作情況。如果在壓力下降或上升后難以恢復(fù)，說明反響太慢，那么應(yīng)加大比例增益KP，直至比較滿意為止；在增大KP后，雖然反響快了，但卻容易在目標(biāo)值附近波動，說明系統(tǒng)有振蕩。那么適當(dāng)減小KP而加大積分時(shí)間Ti，直至根本不振蕩為止。交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

參數(shù)整定找最正確，從小到大順序查，先是比例后積分，最后再把微分加，曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大，曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳，曲線偏離回復(fù)慢，積分時(shí)間往下降，曲線波動周期長，積分時(shí)間再加長，曲線振蕩頻率快，先把微分降下來，動差大來波動慢，微分時(shí)間應(yīng)加長，理想曲線兩個(gè)波，前高后低4比1，一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會低P、I、D參數(shù)調(diào)試口訣2023/1/12知識拓展多目標(biāo)值的PID控制圖3-18多個(gè)目標(biāo)值的PID

控制外部接線圖MM440變頻器還可以實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)值的PID調(diào)節(jié)，如果設(shè)定P2253=2224〔固定PID設(shè)定值〕，變頻器由數(shù)字輸入端子DIN1～DIN6通過參數(shù)P0701～P0706設(shè)置實(shí)現(xiàn)多個(gè)目標(biāo)值的選擇控制。每個(gè)目標(biāo)值的固定頻率設(shè)定值分別由P2201～P2215進(jìn)行設(shè)置，端子選擇目標(biāo)值的方式和7段速控制的目標(biāo)選擇方式相同，目標(biāo)選擇方式設(shè)定由P2216～P2222設(shè)定。2023/1/12選擇PID固定頻率設(shè)定值有以下3種方法?！?〕直接選擇目標(biāo)值〔P0701～P0706=15〕。在這