項目空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制

1、項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制主編 李方園變頻器控制技術(shù)項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制3.1 項目背景及要求3.2 知識講座（PID控制與變頻器）3.3 技能訓(xùn)練一（A700變頻器PID線路設(shè)計）3.4 技能訓(xùn)練二（A700變頻器節(jié)能計算）3.5 項目設(shè)計方案3.1.1 項目背景及要求項目背景及要求 中央空調(diào)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用域，在沒有使用具備負(fù)載隨動調(diào)節(jié)特性的控制系統(tǒng)中，無論外界環(huán)境怎樣變化，各電機(jī)都長期固定在工頻狀態(tài)下全速運行，造成了能量的巨大浪費。它在營運成本費用中占據(jù)越來越大的比例，加之目前各行業(yè)競爭激烈，多數(shù)企業(yè)利潤空間不夠理想。因此電能費用的控制顯然已經(jīng)成為經(jīng)營管理者所關(guān)注

2、的問題所在。故節(jié)約低負(fù)荷時壓縮機(jī)系統(tǒng)和水系統(tǒng)的消耗的能量，具有很重要的意義。 項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制空調(diào)風(fēng)機(jī) 項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制3.1.2 控制優(yōu)勢控制優(yōu)勢中央空調(diào)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用領(lǐng)域 ,而變頻風(fēng)機(jī)已經(jīng)成為中央空調(diào)節(jié)能的一個重要部分 ，其優(yōu)點： 1）節(jié)能潛力大 2）控制靈活 3) 可避免冷凍水,冷凝水上頂棚的麻煩等 項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制圖3.1 中央空調(diào)工作示意 圖項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制3.1. 3 控制要求控制要求 在中央空調(diào)中，風(fēng)機(jī)主要包括一次回風(fēng)、二次回風(fēng)、全新風(fēng)等。 其控制要求如下： 1）空調(diào)風(fēng)機(jī)為三相380V 2.2KW； 2）采用溫度控

3、制，能方便設(shè)定溫度，并實時反映溫度變化。項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制圖3.2 空調(diào)風(fēng)機(jī)溫度控制 項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制3.2 PID控制與變頻器控制與變頻器項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制3.2.1變頻器內(nèi)置變頻器內(nèi)置PID原理原理 PID調(diào)節(jié)是過程控制中應(yīng)用得十分普遍的一種控制方式，它是使控制系統(tǒng)的被控物理量能夠迅速而準(zhǔn)確地?zé)o限接近于控制目標(biāo)的基本手段，在溫度控制中也是如此。正由于PID功能用途廣泛、使用靈活，使得現(xiàn)在變頻器的功能大都集成了PID，簡稱“內(nèi)置PID”，使用中只需設(shè)定三個參數(shù)（Kp， Ti和Td）即可。但并不一定需要全部，可以取其中的一到兩個單元，但比例控制單元是必不可

4、少的。項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制圖3.3 變頻器內(nèi)置PID控制原理 項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制圖3.4 通用變頻器PID控制原理圖要使變頻器內(nèi)置PID閉環(huán)正常運行，必須首先選擇PID閉環(huán)選擇功能有效，同時至少有兩種控制信號：（1）給定量，它是與被控物理量的控制目標(biāo)對應(yīng)的信號。（2）反饋量，它是通過現(xiàn)場傳感器測量的與被控物理量的實際值對應(yīng)的信號。項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制PID調(diào)節(jié)功能是將根據(jù)兩者的差值，利用比例P、積分I、微分D的手段對被控物理量進(jìn)行調(diào)整，直至反饋量和給定量基本相等，達(dá)到預(yù)定的控制目標(biāo)為止。圖3.5 通用變頻器內(nèi)置PID的控制校準(zhǔn)過程項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制3

5、.2.2中央空調(diào)變頻風(fēng)機(jī)的幾種控制方式中央空調(diào)變頻風(fēng)機(jī)的幾種控制方式 1、變頻風(fēng)機(jī)的靜壓變頻風(fēng)機(jī)的靜壓PID控制方式控制方式 2、變頻風(fēng)機(jī)的恒溫、變頻風(fēng)機(jī)的恒溫PID控制方式控制方式 3、變頻風(fēng)機(jī)的多段速變風(fēng)量控制方式、變頻風(fēng)機(jī)的多段速變風(fēng)量控制方式項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制 送風(fēng)機(jī)的空氣處理裝置是采用冷熱水來調(diào)節(jié)空氣溫度的熱交換器，冷、熱水是通過冷、熱源裝置對水進(jìn)行加溫或冷卻而得到的?？刂乒艿漓o壓的好處是有利于系統(tǒng)穩(wěn)定運行并排除各末端裝置在調(diào)節(jié)過程中的相互影響。在靜壓PID控制算法中，通常采用兩種方式，即定靜壓控制法和變靜壓控制法。1.變頻風(fēng)機(jī)的靜壓變頻風(fēng)機(jī)的靜壓PID控制方控制方式式項

6、目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制圖3.6 中央空調(diào)送風(fēng)機(jī)的靜壓控制 項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制2.變頻風(fēng)機(jī)的恒溫變頻風(fēng)機(jī)的恒溫PID控制方式控制方式 利用了變頻器內(nèi)置的PID算法進(jìn)行溫度控制，當(dāng)通過傳感器采集的被測溫度偏離所希望的給定值時，PID程序可根據(jù)測量信號與給定值的偏差進(jìn)行比例（P）、積分（I）、微分（D）運算，從而輸出某個適當(dāng)?shù)目刂菩盘柦o執(zhí)行機(jī)構(gòu)（即變頻器），提高或降低轉(zhuǎn)速，促使測量值室溫恢復(fù)到給定值，達(dá)到自動控制的效果 。恒溫控制中必須要注意PID的正作用和反作用，所以，必須在控制系統(tǒng)增設(shè)夏季/冬季切換開關(guān)以保證控制的準(zhǔn)確性。項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制圖3.7 變頻風(fēng)機(jī)的恒溫控

7、制項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制3.變頻風(fēng)機(jī)的多段速變風(fēng)量控制方式變頻風(fēng)機(jī)的多段速變風(fēng)量控制方式 該控制方式是基于對風(fēng)量需求進(jìn)行經(jīng)驗估算的基礎(chǔ)上進(jìn)行的程序控制。來改變吸氣扇轉(zhuǎn)速，控制進(jìn)風(fēng)量，可減少吸氣扇電機(jī)的能耗，同時還可以減輕輸入暖氣時鍋爐的熱負(fù)載和輸入冷氣時制冷機(jī)的熱負(fù)載。 項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制圖3.8 變頻風(fēng)機(jī)的多段速控制項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制3.2.3溫度傳感器及其相關(guān)儀表的與選型溫度傳感器及其相關(guān)儀表的與選型 1、熱電偶、熱電偶 2、熱電阻、熱電阻 3、溫度傳感器相關(guān)儀表、溫度傳感器相關(guān)儀表項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制1.熱電偶熱電偶 熱電偶傳感器在環(huán)境溫度檢測中

8、使用極為廣泛。其主要優(yōu)點是測溫精度高；熱電動勢與溫度在小范圍內(nèi)基本上呈單值、線性關(guān)系；穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性較好，響應(yīng)時間較快；測溫范圍寬。常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。 項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制如果兩種不同成分的均質(zhì)導(dǎo)體形成回路，直接測溫端叫測量端，接線端子端叫參比端，當(dāng)兩端存在溫差時，就會在回路中產(chǎn)生熱電流，那么兩端之間就會存在Seebeck熱電勢，即塞貝克效應(yīng)。熱電勢隨著測量端溫度升高而增加，熱電勢的大小只和熱電偶導(dǎo)體材質(zhì)以及兩端溫差有關(guān)，和熱電偶導(dǎo)體材質(zhì)的長度、直徑無關(guān) 圖3.9 熱電偶原理項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制2.熱電阻熱電阻 熱電阻是溫度檢測中使用的另外一種

9、測溫元件。熱電阻利用物質(zhì)在溫度變化時本身電阻也隨著發(fā)生變化的特性來測量溫度的。熱電阻的受熱部分（感溫元件）是用細(xì)金屬絲均勻的纏繞在絕緣材料制成的骨架上，當(dāng)被測介質(zhì)中有溫度梯度存在時，所測得的溫度是感溫元件所在范圍內(nèi)介質(zhì)層中的平均溫度。它的主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測量精確度最高。 項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制圖3.10 熱電阻原理項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制3.溫度傳感器相關(guān)儀表溫度傳感器相關(guān)儀表 由于熱點偶或熱電阻都不能輸出變頻器所能接受的010V或420mA信號，而且本項目要求能夠顯示實時溫度數(shù)據(jù)，因此，必須再增加一個溫度傳感器的相關(guān)儀表。 項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PI

10、D控制圖3.11 國產(chǎn)XMZ60X系列智能儀表項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制表3.1 國產(chǎn)XMZ60X系列智能儀表輸入信號項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制表3.2 國產(chǎn)XMZ60X系列智能儀表輸出信號項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制圖3.12 XMZ601接線示意項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制3.3 技能訓(xùn)練一：技能訓(xùn)練一：A700變頻變頻PID控制線路設(shè)計控制線路設(shè)計項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制3.3.1A700變頻器變頻器PID操作操作 三菱A700變頻器常用的PID相關(guān)參數(shù)，它主要包括PID調(diào)節(jié)參數(shù)和PID通道參數(shù)。A700的PID主要用流量、風(fēng)量、壓力、溫度等工藝控制，由端子2輸入信號或

11、參數(shù)設(shè)定值作為目標(biāo)、端子4輸入信號作為反饋量組成PID控制的反饋系統(tǒng)。 項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制表3.3 三菱A700變頻器常用的PID相關(guān)參數(shù)。項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制3.3.2A700變頻器變頻器PID構(gòu)成與動作構(gòu)成與動作 1、PID的基本構(gòu)成的基本構(gòu)成 圖3.13a所示為PID控制參數(shù)Pr.128=10或11(即偏差信號輸入)時的原理,圖3.13b所示為Pr.128=20或21(即測定值輸入)時的原理。項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制a) 誤差信號輸入b)測定信號輸入圖3.13 PID框圖項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制 2、PID動作過程動作過程 圖3.14所示為PID調(diào)節(jié)參數(shù)

12、Pr.129、Pr.130和Pr.134設(shè)定之后的動作過程，稱之為P動作、I動作和D動作的三者之和。圖3. 14 PID動作過程項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制3、PID的自動切換的自動切換 為了加快PID控制運行時開始階段的系統(tǒng)上升過程，可以僅在啟動時以通常模式上升。Pr.127可以設(shè)置自動切換頻率，從起動到Pr.127以通常運行運行，待頻率達(dá)到該設(shè)定值后,才轉(zhuǎn)為PID控制。如圖3.15所示為PID自動切換控制。當(dāng)然，從圖中也可以看出，Pr.127的設(shè)定值僅在PID運行時有效，其他階段無效。圖3.15 PID自動切換項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制4、PID信號輸出功能信號輸出功能 在很多控制案

13、例中，需要輸出PID控制過程的各種狀態(tài)，尤其是PID目標(biāo)值、PID測定值和PID偏差值。A700變頻器提供了這些信號直接輸出到CA和AM端子，具體設(shè)定參數(shù)如表3.4所示。表3.4 PID信號輸出功能項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制5、PID的正負(fù)作用的正負(fù)作用 在PID作用中，存在兩種類型，即負(fù)作用與正作用。負(fù)作用是當(dāng)偏差信號（即目標(biāo)值測量值）為正時，增加頻率輸出，如果偏差為負(fù)，則頻率輸出降低。正作用的動作順序剛好相反，具體如圖3.16所示。a)負(fù)作用 b)正作用 項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制 溫度控制為例，在冬天的暖氣控制時為負(fù)作用，如圖3.17所示；在夏天的冷氣控制時為正作用，如圖3.18

14、所示。 圖3.17 溫度負(fù)作用圖3.18 溫度正作用項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制 溫度偏差與變頻器輸出頻率之間的關(guān)系如表3.5所示。表3.5正負(fù)作用與偏差項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制3.4 技能訓(xùn)練二：變頻器技能訓(xùn)練二：變頻器A700的的節(jié)能計算節(jié)能計算 項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制3.4.1節(jié)能監(jiān)視器節(jié)能監(jiān)視器 表達(dá)風(fēng)機(jī)基本特性的參數(shù)是風(fēng)量Q、風(fēng)壓H、功率P和效率。當(dāng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速從n1變?yōu)閚2時，Q、H、P大致變化關(guān)系為：Q2=Q1(n2/n1)、H2=H1(n2/n1)2、P2=P1(n2/n1)3 由式中可知，風(fēng)機(jī)功率同風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的立方成正比，所以當(dāng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化時，風(fēng)機(jī)的功率會有較大

15、的變化。通過以上分析知道，對風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速達(dá)到對風(fēng)量的調(diào)節(jié)比通常采用調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板控制風(fēng)量的方法有顯著的節(jié)電效果。 變頻器A700能通過一些參數(shù)的設(shè)定進(jìn)行節(jié)能監(jiān)視，這對于風(fēng)機(jī)類負(fù)載來說尤為重要。 項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制1、變頻器能通過節(jié)能監(jiān)視器（即Pr.52、Pr.54、Pr.158=“50”）進(jìn)行監(jiān)視的項目如表3.6所示。表3.6節(jié)能監(jiān)視器一項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制2、變頻器能通過節(jié)能監(jiān)視器（即Pr.52=“51”）進(jìn)行監(jiān)視的項目如表3.7所示。表3.7節(jié)能監(jiān)視器二項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制3.4.2節(jié)能瞬時、節(jié)能平均和節(jié)能累計值節(jié)能瞬時、節(jié)能平均和節(jié)能累計值 1、節(jié)能瞬時

16、監(jiān)視器（省電，省電率）項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制 2、節(jié)能平均值監(jiān)視器（節(jié)能平均值，節(jié)能率平均值，節(jié)能費平均值）項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制如圖3.19所示為節(jié)能平均值的計算與Y92輸出信號。圖3.19 節(jié)能平均值項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制3、節(jié)能累計監(jiān)視器（節(jié)能量，節(jié)能量費用，年度省電量，年度節(jié)能量費用） 項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制4、工頻運行時的功率估計(如圖3.20)項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制圖3.20 消耗功率與對額定的轉(zhuǎn)速比項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制3.4.3年度省電量和節(jié)能費用年度省電量和節(jié)能費用項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制舉例說明：項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PI

17、D控制3.4.4實際工程中風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載的節(jié)能計算實際工程中風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載的節(jié)能計算 1、不同流量控制方法的耗電量、不同流量控制方法的耗電量 2、節(jié)能計算、節(jié)能計算項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制1、不同流量控制方法的耗電量、不同流量控制方法的耗電量表3.8是對100KW的離心水泵的流量通過三種流量控制方法即變頻器控制、輸入閥門控制和輸出閥門得出的實際耗電量。表3.8 水泵100KW三種流量控制方法的耗電實測比較項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制2、節(jié)能計算、節(jié)能計算 對于風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備采用變頻調(diào)速后的節(jié)能效果，通常采用以下三種方式進(jìn)行計算： （1）根據(jù)已知風(fēng)機(jī)、泵類在不同控制方式下的流量負(fù)載關(guān)系曲

18、線和現(xiàn)場運行的負(fù)荷變化情況進(jìn)行計算。 項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制 以一臺BDC300-400/D3S型離心泵為例額定流量1025m3/h，揚程278m；配備YLBT500-4型電動機(jī)，額定功率1060kW。泵在閥門調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時的流量負(fù)載曲線如圖3.所示。根據(jù)運行要求，水泵連續(xù)24小時運行，其中每天11小時運行在90%負(fù)荷，13小時運行在50%負(fù)荷；全年運行時間在300天。則每年的節(jié)電量為：W1=106011（100%69%）300=1084380kWh W2=106013（95%20%）300=3100500kWh W=W1W2=10843803100500=4184880kWh 每度

19、電按0.5元計算，則每年可節(jié)約電費209萬元。由此可見，高壓變頻調(diào)速技術(shù)在變負(fù)荷設(shè)備中應(yīng)用，其節(jié)電效果是相當(dāng)顯著的。項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制圖3.21 離心泵BDC300-400/D3S的流量負(fù)載曲線項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制（2）根據(jù)風(fēng)機(jī)、泵類平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載關(guān)系式：P/P0=（n/n0）3計算，式中為P0額定轉(zhuǎn)速n0時的功率；P為轉(zhuǎn)速n時的功率。 以電廠25MW發(fā)電機(jī)組配備的355kW送風(fēng)機(jī)為例。運行工況仍以24小時連續(xù)運行，其中每天11小時運行在90%負(fù)荷（對應(yīng)變頻運行頻率46Hz，擋板調(diào)節(jié)時電機(jī)功耗98%），13小時運行在60%負(fù)荷（對應(yīng)變頻運行頻率30Hz，擋板調(diào)節(jié)時電機(jī)功耗7

20、0%）；全年運行時間在300天為計算依據(jù)。項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制 則變頻調(diào)速時每年的節(jié)電量為： W1=355111（46/50）3300=259267.01kWh W2=355131（30/50）3300=1085448kWh Wb=W1W2=259267.011085448=1344715.01kWh 擋板開度時的節(jié)電量為： W1=355（198%）11300=23430kWh W2=355（170%）13300=415350kWh Wd=W1W2=23430415350=438780kWh項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制 相比較節(jié)電量為：W=WbWd=1344715.01438780

21、=905935.01kWh以每度電價0.5元計算，則采用變頻調(diào)速每年可節(jié)約電費45.3萬元。通過以上兩種常見設(shè)備工況下的節(jié)能計算也可以看出，變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用在風(fēng)機(jī)和泵類上具有顯著的節(jié)能降耗效果。當(dāng)然，由于各種工業(yè)現(xiàn)場的負(fù)載、運行工況、控制目標(biāo)的差異，在計算方式上存在很大的區(qū)別；因此，針對實際問題要采取不同的原始數(shù)據(jù)和計算公式。項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制（3）根據(jù)GB12497對電機(jī)經(jīng)濟(jì)濟(jì)運行管理的規(guī)定有如下的計算公式，即采用檔板調(diào)節(jié)流量對應(yīng)電動機(jī)輸入功率P1V與流量Q的關(guān)系為： P1V0.45+0.55(Q/QN)2P1e（1） 式中：P1e為額定流量時電動機(jī)輸入功率（kW）、QN為額定

22、流量 節(jié)電率Ki的計算公式為：項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制 例如，某水泥廠機(jī)立窯離心風(fēng)機(jī)245KW，電機(jī)4極、實際用風(fēng)量為0.60.7，準(zhǔn)備改造為變頻器驅(qū)動，估算節(jié)電率和投資回收期。 取Q/QN=0.65，由（2）式 由（1）式P1V=0.45+0.55(0.65)2245=0.6428245=157(KW)項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制 采取風(fēng)門調(diào)節(jié)風(fēng)量時風(fēng)機(jī)所需的軸功率為157kW，變頻器調(diào)速器調(diào)風(fēng)量時相對調(diào)節(jié)風(fēng)門調(diào)風(fēng)量的節(jié)電率為0.6。該設(shè)備的年節(jié)電量，每年按300天計算。 2430615760%=678240KWh67.8（萬kWh） 年節(jié)電費（電價0.5元/kWh）為0.56782

23、40=34萬元 假如該變頻裝置為18萬，則可以計算投資回收期=設(shè)備投資總額(元)年節(jié)電費(元)=1834=0.53（年）=6（個月） 由此可得出，該水泥廠機(jī)立窯離心風(fēng)機(jī)采用變頻器驅(qū)動后，年節(jié)電量67.8萬kWh，年節(jié)電費34萬元，投資回收期6個月，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益可觀。項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制3.5 項目設(shè)計方案項目設(shè)計方案項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制3.5.1中央空調(diào)風(fēng)機(jī)的變頻節(jié)能硬件設(shè)計中央空調(diào)風(fēng)機(jī)的變頻節(jié)能硬件設(shè)計 如圖3.22為該恒溫變頻控制系統(tǒng)的示意，其中變頻器選用A700變頻器，并采用內(nèi)置PID運行控制。圖3.22 恒溫變頻控制系統(tǒng)項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制表3.9 變頻器

24、PID用多功能輸入端子和模擬量輸入項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制表3.10 變頻器PID用多功能輸出端子項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制 針對本項目來說，圖3.23所示為硬件設(shè)計原理圖，它采用電位器Rp進(jìn)行設(shè)定壓力，通過熱電阻溫度傳感器經(jīng)智能儀表XMZ601B作為實際溫度反饋。利用變頻器內(nèi)部的PID調(diào)節(jié)功能，目標(biāo)信號SV是一個與溫度的控制目標(biāo)相對應(yīng)的值，反饋信號PV是溫度變送反饋回來的信號，該信號是一個反映實際壓力的信號。PV和SV兩者是相減的，其合成信號（SP-PV)經(jīng)過PID調(diào)節(jié)處理后得到頻率給定信號MV，決定變頻器的輸出頻率f。由于中央空調(diào)的風(fēng)機(jī)控制分兩種情況，即冬季取暖的負(fù)作用與夏季制冷

25、的正作用，因此選用AU信號（X64）作為冬季與夏季的切換開關(guān)（即負(fù)作用與正作用切換開關(guān)）。項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制圖3.23硬件設(shè)計原理圖項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制3.5.2中央空調(diào)風(fēng)機(jī)的變頻器參數(shù)設(shè)置和調(diào)試中央空調(diào)風(fēng)機(jī)的變頻器參數(shù)設(shè)置和調(diào)試 1、變頻器參數(shù)設(shè)置 如表3.11為該中央空調(diào)風(fēng)機(jī)恒溫控制系統(tǒng)的變頻器參數(shù)設(shè)置，主要包括模擬量通道的設(shè)定（如給定量和實際反饋量的信號類型），還有PID作用類型、使能與比例積分微分環(huán)節(jié)的系數(shù)。項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制 表3.11空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻器參數(shù)設(shè)置項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制2、智能儀表參數(shù)設(shè)置智能儀表XMZ601B是實現(xiàn)溫度反饋的重要環(huán)

26、節(jié)，必須進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，具體如下所示。項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制 3、溫度設(shè)定電位器的選擇 圖3.24所示為電位器旋鈕刻度盤，它與多圈電位器Rp配套使用，尤其適合需要設(shè)定指示的場合使用。在本項目中，采用溫度設(shè)定0-40來說，非常適合，只要按照刻度盤的旋轉(zhuǎn)就能清楚地知道需要設(shè)定的溫度值。圖3.24 電位器旋鈕刻度盤項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制3.6 技術(shù)答疑技術(shù)答疑項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制 【問題【問題1】對于空調(diào)風(fēng)機(jī)溫度控制系統(tǒng)中，如何調(diào)節(jié)】對于空調(diào)風(fēng)機(jī)溫度控制系統(tǒng)中，如何調(diào)節(jié)P、I、D參數(shù)一直

27、是比較犯難的事情，因為這些參數(shù)無法在產(chǎn)品參數(shù)一直是比較犯難的事情，因為這些參數(shù)無法在產(chǎn)品出廠前調(diào)整好，必須到現(xiàn)場根據(jù)實際情況進(jìn)行調(diào)整，是否出廠前調(diào)整好，必須到現(xiàn)場根據(jù)實際情況進(jìn)行調(diào)整，是否有一種經(jīng)驗方法能快速調(diào)整這些參數(shù)？有一種經(jīng)驗方法能快速調(diào)整這些參數(shù)？PID閉環(huán)的參數(shù)調(diào)節(jié)P、I、D的三個參數(shù)調(diào)節(jié)是個難點，下面給出了一個調(diào)節(jié)口訣，以方便記憶：參數(shù)整定找最佳，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，積分時間往下降；曲線波動周期長，積分時間再加長；曲線振蕩頻率快，先把微分降下來；動差大來波動慢，微分時間應(yīng)加長

28、；理想曲線兩個波，前高后低四比一；一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會低。項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制【問題【問題2】在空調(diào)風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)，經(jīng)常會出現(xiàn)溫度】在空調(diào)風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)，經(jīng)常會出現(xiàn)溫度達(dá)到時變頻器在低速運轉(zhuǎn)，是否有什么辦法可以達(dá)到時變頻器在低速運轉(zhuǎn)，是否有什么辦法可以將此時的變頻器停下來？將此時的變頻器停下來？ 休眠功能，就是變頻器在低頻率運行時，如果其產(chǎn)生的作用對于生產(chǎn)過程已經(jīng)沒有太多作用時，可以暫時停機(jī)，一旦從生產(chǎn)過程需要變頻器運轉(zhuǎn)時，變頻器又能馬上投入運行。休眠功能也能在一定程度上節(jié)約電能。 要實現(xiàn)休眠功能，一般通過設(shè)置閾值開關(guān)即可。為了防止系統(tǒng)在開關(guān)附近來回反復(fù)切換和頻繁起動，閾值開關(guān)往

29、往是有一定寬度的，包括零頻閾值頻率和零頻回差。 這里以模擬量電流輸入為例說明休眠過程的實現(xiàn)，見圖3.25：項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制圖3.25 休眠功能示意起動過程：運行命令發(fā)出后，只有當(dāng)模擬量電流輸入到達(dá)或超過某值Ib，其所對應(yīng)的設(shè)定頻率達(dá)到fb時，電動機(jī)才開始啟動，并按加速時間加速到模擬量電流輸入對應(yīng)的頻率。停機(jī)過程：運行過程中當(dāng)模擬量電流值減小到Ib時，變頻器并不會立即停機(jī)，只有當(dāng)AI1電流繼續(xù)減小到Ia，對應(yīng)的設(shè)定頻率為fa時，變頻器才停止輸出（但不停機(jī)），即零頻運行。顯然，這里的fa就是零頻運行閾值，fbfa就是零頻回差。 項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制 以上的例子是針對模擬量輸

30、入的普通運行而言，實際上在其他運行狀態(tài)如PID閉環(huán)也是有效的，只要變頻器的輸出頻率到達(dá)零頻閾值開關(guān)時，休眠功能就可以實現(xiàn)。 在PID閉環(huán)控制中，有些變頻器還提供了另外一種方式的休眠功能，即休眠功能的喚醒不是通過變頻器PID的計算輸出頻率值來確定的，而是通過PID工藝中的反饋量來決定的。在這種休眠功能中，需定義以下參數(shù)：（1）休眠頻率值或速度值；（2）休眠功能起動的延時時間；（3）喚醒時的反饋量工藝數(shù)值；（4）喚醒延時時間。項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制圖3.26為變頻器在PID閉環(huán)運行時的休眠功能，SLEEP MODE即為休眠狀態(tài)。圖3.26 PID過程的休眠功能示意項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID

31、控制項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制【問題【問題3】變頻器在運行過程中經(jīng)常發(fā)生過流】變頻器在運行過程中經(jīng)常發(fā)生過流是什么原因？該如何處理？是什么原因？該如何處理？ 1、工作中過流，即電機(jī)拖動系統(tǒng)在工作過程中出現(xiàn)過流。 2、升速、降速時過流 3、變頻器上電或一運行就過流項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制1.工作中過流 一是電動機(jī)遇到?jīng)_擊負(fù)載或傳動機(jī)構(gòu)出現(xiàn)“卡住”現(xiàn)象，引起電動機(jī)電流的突然增加； 二是變頻器輸出側(cè)發(fā)生短路（如圖3.27所示），如輸出端到電動機(jī)之間的連接線發(fā)生相互短路，或電動機(jī)內(nèi)部發(fā)生短路等、接地（電機(jī)燒毀、絕緣劣化、電纜破損而引起的接觸、接地等）； 圖3.27 變頻器輸出側(cè)短路項目三 空

32、調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制 三是變頻器自身工作不正常，如逆變橋中同一橋臂的兩個逆變器件在不斷交替的工作過程中出現(xiàn)異常。如環(huán)境溫度過高，或逆變器元器件本身老化等原因，使逆變器的參數(shù)發(fā)生變化，導(dǎo)致在交替過程中，一個器件已經(jīng)導(dǎo)通、而另一個器件卻還未來得及關(guān)斷，引起同一個橋臂的上、下兩個器件的“直通”（如圖3.28所示），使直流電壓的正、負(fù)極間處于短路狀態(tài)。圖3.28 橋臂直通故障項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制2、升速、降速時過流 當(dāng)負(fù)載的慣性較大，而升速時間或降速時間又設(shè)定得太短時，也會引起過流。在升速過程中，變頻器工作頻率上升太快，電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速迅速上升，而電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速因負(fù)載慣性較大而跟不上去，結(jié)

33、果是升速電流太大；在降速過程中，降速時間太短，同步轉(zhuǎn)速迅速下降，而電動機(jī)轉(zhuǎn)子因負(fù)載的慣性大，仍維持較高的轉(zhuǎn)速，這時同樣可以使轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線的速度太大而產(chǎn)生過流。 項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制3、變頻器上電或一運行就過流 這種保護(hù)大部分是因變頻器內(nèi)部故障引起的，一般是檢測電路所引起，類似于短路故障的排除，如電流傳感器、取樣電阻或檢測電路等。該處傳感器波形如圖3.29所示，為傳感器損壞，應(yīng)更換之。圖3.29 傳感器的波形圖項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制 過流保護(hù)用的檢測電路一般是模擬運放電路，如圖3.30所示。在靜態(tài)下，測A點的工作電壓應(yīng)為2.4V，若電壓不對即為該電路有問題，應(yīng)查找原因予以

34、排除。R4為取樣電阻，若有問題也應(yīng)更換之。圖3.30 過流檢測電路項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制過流故障的處理 一是要確定負(fù)載本身是否符合正常運行條件； 二是確定變頻器本身是否屬于正常； 三是要確定變頻器的參數(shù)能與負(fù)載運行的工藝條件或加減速過程匹配； 四是檢查變頻器輸入輸出接線是否正常。項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制1、負(fù)載側(cè)檢查 負(fù)載側(cè)的原因是引起變頻器過流的最主要因素，因此一旦發(fā)生過流故障，首先要檢查： 工作機(jī)械有沒有卡住，以避免電機(jī)負(fù)載突變，引起的沖擊過大造成過流； 負(fù)載側(cè)有沒有短路，以避免電機(jī)和電機(jī)電纜相間或每相對地的絕緣破壞、造成匝間或相間對地短路，此項內(nèi)容可以用兆歐表檢查對地或者相

35、間有沒有短路； 電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩過小，拖動系統(tǒng)轉(zhuǎn)不起來；項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制 過流故障還與電機(jī)的漏抗、電機(jī)電纜的耦合電抗有關(guān)，所以選擇電機(jī)電纜一定按照要求去選； 在變頻器輸出側(cè)有無功率因數(shù)矯正電容或浪涌吸收裝置，如果有，就必須撤除； 當(dāng)負(fù)載電機(jī)裝有測速編碼器時，速度反饋信號丟失或非正常時，也會引起過流，因此也必須正確檢查編碼器和其電纜。項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制2、變頻器檢查 變頻器硬件問題主要包括模塊壞、驅(qū)動電路壞、電流檢測電路壞等。具體檢查內(nèi)容如下：a)電流互感器損壞，其現(xiàn)象表現(xiàn)為，變頻器主回路送電，當(dāng)變頻器未起動時，有電流顯示且電流在變化，這樣可判斷互感器已損壞。b)主電路

36、接口板電流、電壓檢測通道被損壞，也會出現(xiàn)過流。 c)由于連接插件不緊、不牢。例如電流或電壓反饋信號線接觸不良，會出現(xiàn)過流故障時有時無的現(xiàn)象。項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制d)電路板損壞，其原因可能是：1)由于環(huán)境太差，導(dǎo)電性固體顆粒附著在電路板上，造成靜電損壞。或者有腐蝕性氣體，使電路被腐蝕。2)電路板的零電位與機(jī)殼連在一起，由于柜體與地角焊接時，強(qiáng)大的電弧，會影響電路板的性能。3)由于接地不良，電路板的零伏受干擾，也會造成電路板損壞。* 當(dāng)檢查以上4項有問題，必須更換為同型號配件或者修復(fù)該配件。項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制3、變頻器參數(shù)檢查 變頻器參數(shù)設(shè)定問題是在負(fù)載、變頻器確認(rèn)都正常的情

37、況下必須懷疑的因素，這里面包括加速時間太短、PID調(diào)節(jié)器的比例P和積分時間I參數(shù)不合理、超調(diào)過大等等，所有這些參數(shù)的不合理設(shè)置都將造成變頻器輸出電流振蕩或直接過流。針對變頻器問題，主要檢查： 升速時間設(shè)定太短，加長加速時間； 減速時間設(shè)定太短，加長減速時間； 轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償（U/f比）設(shè)定太大，引起低頻時空載電流過大； 電子熱繼電器整定不當(dāng)，動作電流設(shè)定得太小，引起變頻器誤動作。項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制 另外，當(dāng)負(fù)載不穩(wěn)定時，建議使用矢量控制模式或DTC模式，因為此兩種模式控制速度非?？?，每隔25微秒產(chǎn)生一組精確的轉(zhuǎn)矩和磁通的實際值，再經(jīng)過電機(jī)轉(zhuǎn)矩比較器和磁通比較器的輸出，優(yōu)化脈沖選擇器決定逆

38、變器的最佳開關(guān)位置，這樣有利用抑制過流。同時使用速度環(huán)的自適應(yīng)(AUTOTUNE)功能來自動調(diào)整PID參數(shù)，從而使變頻器輸出電機(jī)電流平穩(wěn)。項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制4、輸入輸出線路檢查 根據(jù)很多現(xiàn)象表明，過流保護(hù)的其中一個原因就是缺相。當(dāng)變頻器輸入缺相時，勢必引起母線電壓降低，負(fù)載電流加大，引起保護(hù)。而當(dāng)變頻器輸出端缺相時，勢必使電動機(jī)的另外兩相電流加大而引起過流保護(hù)。所以對輸入及輸出都應(yīng)進(jìn)行檢查，排除故障。項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制 針對變頻器容易過流的現(xiàn)象，很多變頻器都推出了自動限流功能，即通過對負(fù)載電流的實時控制，自動限定其不超過設(shè)定的自動限流水平值（通常以額定電流的百分比來表示

39、），以紡織電流過沖而引起的故障跳閘，這對于一些慣量較大或變化劇烈的負(fù)載場合，尤其適用。圖3.31所示為某水泥窯羅茨風(fēng)機(jī)的自動限流工作波形圖。 當(dāng)然，自動限流功能動作時，變頻器輸出頻率可能會有所變化，所以對要求恒速運行時輸出頻率較穩(wěn)定的場合，不宜一直使用該功能，僅僅在啟動或停機(jī)時才用到。 項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制圖3.31 自動限流動作示意項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制【問題【問題4】變頻器在運行過程中經(jīng)常發(fā)生過載】變頻器在運行過程中經(jīng)常發(fā)生過載是什么原因？該如何處理？是什么原因？該如何處理？ 1. 過載的主要原因過載的主要原因 2. 過載故障的解決對策過載故障的解決對策項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變

40、頻PID控制1. 過載的主要原因過載的主要原因 電動機(jī)能夠旋轉(zhuǎn)，但運行電流超過了額定值，稱為過載（圖3.32所示）。過載的基本特征是：電流雖然超過了額定值，但超過的幅度不大，一般也不形成較大的沖擊電流（否則就變成過流故障），而且過載是有一個時間的積累，當(dāng)積累值達(dá)到時才報過載故障。項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制圖3.32 過載示意項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制 過載發(fā)生的主要原因有以下幾點：(1) 機(jī)械負(fù)荷過重，其主要特征是電動機(jī)發(fā)熱，可從變頻器顯示屏上讀取運行電流來發(fā)現(xiàn)；(2) 三相電壓不平衡，引起某相的運行電流過大，導(dǎo)致過載跳閘，其特點是電動機(jī)發(fā)熱不均衡，從顯示屏上讀取運行電流時不一定能發(fā)現(xiàn)(因很多變頻器顯示屏只顯示一相電流)；(3) 誤動作，變頻器內(nèi)部的電流檢測部分發(fā)生故障，檢測出的電流信號偏大，導(dǎo)致過載跳閘。項目三 空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻PID控制2. 過載故障的解決對策過載故障的解決對策 過載故障的檢查方法和解決對策包括：(1) 檢查電動機(jī)是否發(fā)熱 如果電動機(jī)的溫升不高，則首先應(yīng)檢查變頻器的電子熱保護(hù)功能預(yù)置得是否合理，如變頻器尚有余量，則應(yīng)放寬電子熱保護(hù)功能的預(yù)置值。 如果電動機(jī)的溫升過高，而所出現(xiàn)的過載又屬于正常過載，則說明是電動機(jī)的負(fù)荷過重。這時，應(yīng)考慮能否適當(dāng)加大傳動比，以減輕電動機(jī)軸上的負(fù)荷。如能夠加大，則加大傳