變頻器應(yīng)用技術(shù)項目四

1、項目引入 某項目現(xiàn)有如下工程控制要求。 按下啟動按鈕，電動機以30 Hz頻率運行。 運行5 s后自動轉(zhuǎn)為45 Hz頻率運行。 再過5 s后自動轉(zhuǎn)為20 Hz頻率運行。 按停止按鈕，電動機即停止。 應(yīng)該如何設(shè)置變頻器來實現(xiàn)上述控制要求呢？項目目標掌握變頻器多擋運行的手動操作方法了解變頻器多擋運行的PLC控制方法掌握變頻器PID控制的作用及控制邏輯掌握上位機與變頻器之間的硬件連接了解上位機與變頻器之間的通信規(guī)格、過程及數(shù)據(jù)格式5 任務(wù)一手動操作控制變頻器多段速運行任務(wù)導(dǎo)入 有些生產(chǎn)機械正、反轉(zhuǎn)的運行速度都一樣。但在實際生產(chǎn)中，也有很多生產(chǎn)機械正、反轉(zhuǎn)的運行速度需要經(jīng)常改變，那么變頻器如何對此類生產(chǎn)

2、機械特性進行運行控制呢？相關(guān)知識一控制端子接線圖 以三菱變頻器FRE540為例，其多段速運行時的控制端子接線如圖4-1所示，可通過斷開或閉合外部端子RH、RM、RL及REX來選擇各段運行速度（頻率）。 在變頻器的外接輸入控制端子中，通過功能預(yù)置，可以將若干個（通常為24個）輸入端子作為多段速控制端子。圖4-1 控制端子接線 外部端子RH、RM、RL分別為高、中、低速運行控制端子，在三菱變頻器FRE540中并無REX端子，REX信號輸入所使用的端子可通過將Pr.180Pr.186中的任一參數(shù)設(shè)定為“8”來對其進行功能的分配。二多段速開關(guān)組合運行圖 通過外部端子RH、RM、RL的不同組合可實現(xiàn)變頻

3、器的7段速運行，而通過外部端子RH、RM、RL、REX的不同組合則可實現(xiàn)變頻器的15段速運行，7段速和15段速組合運行圖如圖4-2所示。（a）7段速開關(guān)組合運行圖 （b）15段速開關(guān)組合運行圖圖4-2 多段速開關(guān)組合運行圖三參數(shù)預(yù)置 變頻器多段速運行需要設(shè)置的參數(shù)號有Pr.4Pr.6、Pr.24Pr.27、Pr.232Pr.239，參數(shù)說明如表4-1所示。表4-1 變頻器多段速運行需要設(shè)置的參數(shù)說明參數(shù)號出廠設(shè)定（Hz）設(shè)定范圍（Hz）功能備注Pr.4500400設(shè)定RH閉合時的頻率Pr.5300400設(shè)定RM閉合時的頻率Pr.6100400設(shè)定RL閉合時的頻率Pr.24Pr.279 9990

4、400 Hz，9 999設(shè)定47段速9 999：未選擇Pr.232Pr.2399 9990400 Hz，9 999設(shè)定815段速9 999：未選擇任務(wù)實施一、變頻器7段速運行操作 某生產(chǎn)機械在運行過程中要求分別在16 Hz、20 Hz、25 Hz、30 Hz、35 Hz、40 Hz、45 Hz的運行頻率下工作。通過控制變頻器FRE540多段速運行外部端子所連接的開關(guān)K3、K4、K5按不同的方式組合，實現(xiàn)變頻器7種不同的輸出頻率，以此來控制電動機7段速運行。1控制要求 對變頻器進行“全部清除操作”，將變頻器的參數(shù)恢復(fù)為出廠設(shè)定值。2恢復(fù)出廠設(shè)定值 變頻器的多段速控制功能只在外部操作模式（Pr.7

5、9 2）和組合操作模式（Pr.79 3或4）中有效，此時需要設(shè)置的參數(shù)如下。3設(shè)置參數(shù)。Pr.1 = 50 Hz（上限頻率）；Pr.2 = 0 Hz（下限頻率）；Pr.7 = 5 s（加速時間）；Pr.8 = 5 s（減速時間）；Pr.79 = 3（組合模式1）。 各段速運行頻率設(shè)置如下。Pr.4 = 16 Hz；Pr.5 = 20 Hz；Pr.6 = 25 Hz；Pr.24 = 30 Hz；Pr.25 = 35 Hz；Pr.26 = 40 Hz；Pr.27 = 45 Hz。 7段速運行時變頻器FRE540的外部端子連接如圖4-3所示，據(jù)此進行變頻器外部端子連接。4連接變頻器圖4-3 7段速運

6、行時變頻器FRE540的外部端子連接 如表4-2所示為變頻器7段速開關(guān)狀態(tài)與輸出頻率的關(guān)系，表中，“ON”表示開關(guān)閉合，“OFF”表示開關(guān)斷開。將開關(guān)K1一直閉合，按照表4-2所示順序依次操作各開關(guān)組合。通過PU面板監(jiān)視變頻器輸出頻率的變化，觀察電動機的運轉(zhuǎn)速度，并將結(jié)果填入表4-2中。5運行操作表4-2 變頻器7段速開關(guān)狀態(tài)與輸出頻率的關(guān)系段速序號K3（RH）K4（RM）K5（RL）輸出頻率值（Hz）對應(yīng)參數(shù)1ONOFFOFFPr.42OFFONOFFPr.53OFFOFFONPr.64OFFONONPr.245ONOFFONPr.256ONONOFFPr.267ONONONPr.27二、1

7、5段速實訓(xùn)操作 某控制系統(tǒng)要求分別在5 Hz、8 Hz、10 Hz、12 Hz、15 Hz、20 Hz、25 Hz、28 Hz、30 Hz、35 Hz、39 Hz、42 Hz、45 Hz、48 Hz、50 Hz運行頻率下進行15段速運行。通過控制變頻器FRE540多段速運行外部端子所連接的開關(guān)K2、K3、K4、K5按不同的方式組合，實現(xiàn)變頻器15種不同的輸出頻率，以此來控制電動機15段速運行。1控制要求 對變頻器進行“全部清除操作”，將變頻器的參數(shù)恢復(fù)為出廠設(shè)定值。2恢復(fù)出廠設(shè)定值 變頻器的15段速運行需要設(shè)置的參數(shù)如下。3設(shè)置參數(shù)。Pr.1 = 50 Hz（上限頻率）；Pr.2 = 0 Hz

8、（下限頻率）；Pr.7 = 5 s（加速時間）；Pr.8 = 5 s（減速時間）；Pr.183 = 8（將MRS端子的功能變更為REX端子功能）；Pr.79 = 3（組合模式1）。 各段速運行頻率設(shè)置如下。Pr.4Pr.6對應(yīng)的頻率分別為5 Hz、8 Hz、10 Hz；Pr.24Pr.27對應(yīng)的頻率分別為12 Hz、15 Hz、20 Hz、25 Hz；Pr.232Pr.239對應(yīng)的頻率分別為28 Hz、30 Hz、35 Hz、39 Hz、42 Hz、45Hz、48 Hz、50 Hz。 15段速運行時變頻器FRE540的外部端子連接如圖4-4所示，據(jù)此進行變頻器外部端子連接。4連接變頻器圖4-4

9、 15段速運行時變頻器FRE540的外部端子連接 如表4-3所示為15段速開關(guān)狀態(tài)與輸出頻率的關(guān)系，將開關(guān)K1一直閉合，按照表4-3所示順序依次操作各開關(guān)組合。通過PU面板監(jiān)視變頻器運行頻率的變化，觀察電動機運轉(zhuǎn)速度，并將結(jié)果填入表4-3中。5多段速運行表4-3 15段速開關(guān)狀態(tài)與輸出頻率的關(guān)系段速序號K2（REX）K3（RH）K4（RM）K5（RL）輸出頻率值對應(yīng)參數(shù)1OFFONOFFOFFPr.42OFFOFFONOFFPr.53OFFOFFOFFONPr.64OFFOFFONONPr.245OFFONOFFONPr.256OFFONONOFFPr.267OFFONONONPr.278ON

10、OFFOFFOFFPr.2329ONOFFOFFONPr.23310ONOFFONOFFPr.23411ONOFFONONPr.23512ONONOFFOFFPr.23613ONONOFFONPr.23714ONONONOFFPr.23815ONONONONPr.239任務(wù)總結(jié) 利用“參數(shù)預(yù)置”功能可將變頻器多段速運行頻率先行設(shè)定，并在運行時由變頻器的外部端子進行切換，可使電動機獲得多種不同的運行速度。變頻器多段速運行控制必須在外部運行模式或組合運行模式（Pr.79 = 3或4）下才有效。22 任務(wù)二利用PLC控制變頻器多段運行任務(wù)導(dǎo)入 在上一任務(wù)中，我們通過手動選擇變頻器的控制端子RH、RM

11、、RL、REX的接通或關(guān)斷來實現(xiàn)變頻器的多段速運行。本任務(wù)中將利用PLC的輸出來控制上述端子的通斷，以此來實現(xiàn)變頻器多段速的自動切換運行。相關(guān)知識 PLC對變頻器進行控制，必然會涉及PLC與變頻器的互聯(lián)接線即接口電路問題。兩者的連接方式主要包括以下3種。一PLC對變頻器的控制方式 PLC的輸出端、COM端直接與變頻器的STF（正轉(zhuǎn)啟動）、RH（高速）、RM（中速）、RL（低速）等端口相連，PLC可以通過程序自動控制變頻器的啟動、停止等，也可以控制變頻器高速、中速、低速端子的不同組合，以實現(xiàn)變頻器的多段速運行。PLC的開關(guān)量輸出端一般可以與變頻器的開關(guān)量輸入端直接相連。這種控制方式接線簡單，抗干

12、擾能力強。 繼電器輸出型PLC、NPN輸出型PLC及PNP輸出型PLC與變頻器的連接分別如圖4-5、圖4-6和圖4-7所示。1利用PLC的開關(guān)量輸出控制變頻器圖4-5 繼電器輸出型PLC與變頻器的連接圖4-6 NPN輸出型PLC與變頻器的連接圖4-7 PNP輸出型PLC與變頻器的連接經(jīng)驗傳承 PLC在使用繼電器觸點進行連接時，有時存在因接觸不良而導(dǎo)致的誤動作現(xiàn)象；在使用晶體管進行連接時，則需要考慮晶體管自身的電壓及電流容量等因素，應(yīng)保證系統(tǒng)的可靠運行。2利用PLC的模擬量輸出控制變頻器 PLC的模擬量輸出模塊可輸出05 V的電壓信號或420 mA的電流信號，以此作為變頻器的模擬量輸入信號，來控

13、制變頻器的輸出頻率，PLC的模擬量輸出模塊與變頻器的連接如圖4-8所示。 采用模擬量信號來控制變頻器的優(yōu)點是PLC程序編制簡單方便、調(diào)速曲線平滑連續(xù)、工作穩(wěn)定；缺點是在大規(guī)模生產(chǎn)線中，控制電纜較長，尤其是模擬量輸出模塊采用電壓信號輸出時，線路上會有較大的電壓降，將影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。圖4-8 PLC的模擬量輸出模塊與變頻器的連接3利用PLC擴展存儲器的通信控制變頻器 PLC采用擴展存儲器與變頻器連接的通信方式有RS串行接口無協(xié)議通信、RS485的ModbusRTU協(xié)議通信和現(xiàn)場總線通信3種。PLC可采用擴展存儲器的通信方式控制變頻器，此類方法有造價低廉、易學(xué)易用、性能可靠的優(yōu)勢，若配置人

14、機界面，則對變頻器的參數(shù)設(shè)置和運行監(jiān)控將變得更加便利。 在利用PLC對變頻器進行控制時，由于信號的傳輸及PLC的CPU進行數(shù)據(jù)處理均需要時間，在系統(tǒng)運行時會產(chǎn)生一定的時間延遲，對于控制精度要求較高的系統(tǒng)，在選擇PLC時必須考慮時間延遲因素的影響。 此外，因為變頻器在運行中會產(chǎn)生較強的電磁干擾，所以還應(yīng)考慮PLC的抗干擾性，要保證PLC不會因變頻器的干擾而受影響。二PLC與變頻器的匹配1時間延遲2連接阻抗 通常變頻器會通過接線端子向外部輸出相應(yīng)的檢測模擬信號，在對PLC進行選型時，必須注意PLC一側(cè)的輸入阻抗大小，應(yīng)保證電路中的電壓和電流信號不超過電路的允許值，以保證系統(tǒng)的可靠性并較少運行誤差。

15、3注意事項 PLC與變頻器的匹配還應(yīng)注意以下問題。 接線問題。應(yīng)按PLC規(guī)定的接線標準和接地條件進行接地，接地時PLC應(yīng)單獨接地，避免和變頻器使用共同的接地線。接線問題。在接線時應(yīng)使用屏蔽線或雙絞線，以達到提高抗干擾和降低噪聲的目的。 電源問題。當(dāng)電源條件不理想時，應(yīng)在PLC電源模塊即I/O模塊的電源線上接入噪聲濾波器和降低噪聲用的隔離變壓器等器件，如果有必要還應(yīng)在變頻器一側(cè)采取其他相應(yīng)的措施。 安裝問題。當(dāng)PLC與變頻器需要安裝在同一控制柜中時，與變頻器有關(guān)的導(dǎo)線和與PLC有關(guān)的導(dǎo)線嚴禁綁扎在一起，應(yīng)盡可能使其分開固定。任務(wù)實施 由PLC和變頻器組成控制系統(tǒng)，要求按下啟動按鍵時電動機以30

16、Hz頻率運行，5 s后以45 Hz頻率運行，再過5 s后則以20 Hz頻率運行，按下停止鍵時電動機停止運行。根據(jù)以上要求編寫控制程序（梯形圖），畫出PLC與變頻器的連線圖，按圖接線，并完成系統(tǒng)的調(diào)試，步驟如下。 參數(shù)設(shè)置。變頻器選擇FRE540變頻器，對參數(shù)進行如下設(shè)置。 Pr.79 = 3（組合操作模式）；Pr.1 = 50 Hz（上限頻率）；Pr.2 = 0 Hz（下限頻率）；各段速度設(shè)置為：Pr.4=30Hz , Pr.5=45Hz , Pr.6=20Hz 。 畫接線圖。根據(jù)要求選擇變頻器的外部接線端子，畫出PLC與變頻器的外部端子接線圖，并按圖進行接線。 設(shè)計PLC控制程序（梯形圖），

17、將其通過程序編輯器輸入PLC中。 按下啟動鍵，變頻器開始運行，變頻器上的RUN顯示標志應(yīng)點亮。觀察變頻器的運行頻率與設(shè)定頻率是否一致。 按下停止按鍵，電動機停止運行。 如果希望變頻器的輸出頻率在30、45、20之間循環(huán)，PLC的程序梯形圖應(yīng)如何修改？請畫出修改后的梯形圖。任務(wù)總結(jié) 變頻器與PLC的組合運行是工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中常用的方法。由于PLC是一種數(shù)字運算與操作的控制裝置，具有體積小、組裝靈活、編程簡單、抗干擾能力強及可靠性高等特點，因此特別適合于惡劣環(huán)境下運行。變頻PLC控制系統(tǒng)是在變頻器相關(guān)的控制中最通用的一種控制系統(tǒng)。36 任務(wù)三變頻器的PID控制任務(wù)導(dǎo)入 恒壓供水是指在供水網(wǎng)中用

18、水量發(fā)生變化時，出水口壓力保持不變的供水方式。傳統(tǒng)的恒壓供水方式是采用水塔、高位水箱、氣壓罐等設(shè)施實現(xiàn)的。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟和廣泛的應(yīng)用，可將變頻器內(nèi)部包含的PID調(diào)節(jié)器、單片機、PLC等器件有機結(jié)合起來，組成供水專用變頻器控制系統(tǒng)，來調(diào)節(jié)水泵輸出流量。那么，該如何利用變頻器的PID功能來實現(xiàn)恒壓供水呢？相關(guān)知識 PID控制是使控制系統(tǒng)的被控量在各種情況下，都能夠迅速而準確地?zé)o限接近控制目標的一種手段。具體地說，PID控制就是隨時將傳感器測量的實際信號（稱為反饋信號）與被控量的目標信號相比較，判斷是否已經(jīng)到達預(yù)定的控制目標，如尚未達到，則根據(jù)兩者的差值（偏差）進行調(diào)整，直到達到預(yù)定的控

19、制目標為止。 PID控制是由比例增益控制（P）、積分控制（I）、微分控制（D）3個環(huán)節(jié)組合而成。如圖4-9所示為PID控制基本原理框圖，圖中r為目標信號，y為反饋信號，變頻器輸出頻率f的大小由合成信號x決定；PID控制的作用是使反饋信號y無限接近目標信號r，即x趨近于0。一PID各環(huán)節(jié)的作用圖4-9 PID控制基本原理框圖 PID運算的傳遞函數(shù)為式中，KP比例增益； T1積分時間常數(shù)； TD微分時間常數(shù)。 比例增益KP對執(zhí)行量的瞬間變化有很大影響；積分時間常數(shù)T1越小，達到目標值就越快，但也更容易引起振蕩，積分作用一般會使輸出響應(yīng)滯后；微分時間常數(shù)TD越大，反饋的微小變化就越會引起較大的響應(yīng)，

20、微分作用一般會使輸出響應(yīng)超前。1比例增益環(huán)節(jié)（P） 比例增益 Kp滿足KG = KP ( XT XF )式中， XG頻率給定信號； XT目標信號； XF反饋信號； KP比例增益，也叫做放大倍數(shù)。 由上式變換可得 由于 XG 是 XT XF成正比放大的結(jié)果，故將此環(huán)節(jié)稱為比例增益環(huán)節(jié)。1）靜差 Kp 越大，則 XT XF 越小， XF 越接近于 XT ，但 XT 與 XF 之間總會有一個差值。在系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)運行時 XT 與 XF 之間的差值稱為靜差，用 表示。 比例控制就是當(dāng)被控變量偏離給定值而產(chǎn)生偏差時，控制器的輸出能與偏差大小成比例關(guān)系，如圖4-10（a）所示。2）超調(diào)與振蕩 由于系統(tǒng)運行具

21、有慣性，如果 Kp 過大，當(dāng)反饋值隨著目標值的變化而變化時，有可能會使返回值瞬間大幅度地增大（或減小），從而使變頻器的輸出頻率超調(diào)（過度調(diào)節(jié)）；此時系統(tǒng)又反過來對超調(diào)信號進行調(diào)整，引起被控量忽大忽小，形成振蕩，此時系統(tǒng)的運行曲線如圖4-10（b）所示。（a）比例控制 （b）超調(diào)震蕩曲線圖4-10 比例增益調(diào)節(jié)2積分環(huán)節(jié)（I）1）基本概念 積分控制是與偏差存在時間相關(guān)的控制規(guī)律，其所作用的輸出變化量 p與輸入偏差X 的積分成正比，其表達式為：式中， KI = 1/TI， TI為積分時間。2）結(jié)論積分控制作用對輸出信號的影響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間長短。積分控制器輸出

22、的變化速度與偏差成正比。積分控制作用在最后達到穩(wěn)定時，偏差等于零，即積分環(huán)節(jié)可以有效地消除靜差。3微分環(huán)節(jié)（D）1）概念 微分控制規(guī)律是一個與偏差變化率有關(guān)系的控制規(guī)律，其表達式為式中， TD微分時間。2）結(jié)論微分控制輸出 與偏差的變化率成正比，而與偏差本身數(shù)值大小無關(guān)。微分控制的作用是用比較大的輸出“超前”調(diào)整，以克服由于積分時間過長而使恢復(fù)滯后的缺點，微分調(diào)節(jié)輸出波形如圖4-11所示。（a）PI調(diào)節(jié) （b）PID調(diào)節(jié)圖4-11 微分調(diào)節(jié)輸出波形二 在恒壓變頻供水控制中，當(dāng)水壓升高（反饋信號增大大）時，要求變頻器的輸出頻率下降，以降低電動機的轉(zhuǎn)速。這種反饋量的變化趨勢與變頻器輸出頻率的變化趨

23、勢相反的控制方式，稱為負反饋。 由于在閉環(huán)控制中，負反饋控制應(yīng)用得較多，故有的變頻器把這種控制邏輯稱為正邏輯。一般來說，在壓力控制、流量控制、溫度控制時多采用負反饋，即在測量值（水壓、液體流量、溫度）升高時，應(yīng)減小執(zhí)行量，反之則應(yīng)增大執(zhí)行量。PID的控制邏輯1負反饋 反饋量的變化趨勢與變頻器輸出頻率的變化趨勢相同的控制方式，稱為正反饋。有的變頻器把這種控制邏輯稱為負邏輯。 在排水、降溫時應(yīng)采用正反饋，即在測量值（水壓、溫度）升高時，應(yīng)增大執(zhí)行量，反之則應(yīng)減小執(zhí)行量。2正反饋三 目前，大部分變頻器中都集成了PID控制功能，即變頻器的內(nèi)置PID功能。若要使用變頻器的內(nèi)置PID功能，必須先設(shè)定PID

24、功能有效，然后確定PID控制器的信號輸入類型及PID閉環(huán)正常運行所需的目標值（又稱給定值）和反饋值兩種控制信號。 在信號輸入類型中，如采用有反饋信號輸入式，則要求有目標值信號，目標值可來自外部信號，也可以由面板設(shè)定；如采用偏差信號輸入式，則無需目標值信號。變頻器的內(nèi)置PID功能1預(yù)置PID功能有效2目標值和反饋值的確定1）目標值的預(yù)置 目標值的預(yù)置有面板給定和外接給定兩種方法。面板給定，直接通過面板上的鍵盤來給定目標值。目標值的確定方法通常是取目標值（壓力、溫度等）與傳感器量程之比的百分數(shù)。例如，在供水系統(tǒng)中所選用壓力傳感器的量程是01 MPa，而需保持0.7 MPa的壓力，則70%就是目標值

25、（即給定值），在三菱變頻器中，通過設(shè)置參數(shù)Pr.133 = 70%（僅限于PU和PU/EXT模式下有效）進行預(yù)置。外接給定，由外接電位器對目標值進行預(yù)置。目標值和所選傳感器的量程有關(guān)。在三菱變頻器中，在外部運行模式時由變頻器10、2、5端子進行預(yù)置，假設(shè)傳感器量程為01.0 MPa，則對應(yīng)于0.7 MPa的目標值應(yīng)該在2、5端子間施加對應(yīng)的3.5 V（570% = 3.5 V）電壓進行預(yù)置。2）反饋值 PID閉環(huán)的反饋值是通過現(xiàn)場傳感器測量的與被控物理量實際值相對應(yīng)的信號，它將被控量轉(zhuǎn)換成電壓信號或電流信號。兩種反饋信號的接線圖如圖4-12所示。（a）電壓信號 （b）電流信號圖4-12 不同反

26、饋信號的接線圖 在三菱變頻器中，若傳感器測得的反饋值為電流信號，則應(yīng)將反饋值接到變頻器的4、5端子上才有效。貼心服務(wù)窗 在選用變頻器的內(nèi)置PID功能時，應(yīng)根據(jù)變頻器手冊上的指定接線方式進行接線。以三菱變頻器FRE540為例，其接線圖如圖4-13所示。圖4-13 三菱變頻器FRE540的PID控制接線圖3變頻器連接 為了實現(xiàn)PID調(diào)節(jié)功能，必須對變頻器進行相應(yīng)的參數(shù)預(yù)置。如表4-4所示為三菱變頻器內(nèi)置PID功能參數(shù)預(yù)置說明。4參數(shù)預(yù)置表4-4 三菱變頻器內(nèi)置PID功能參數(shù)預(yù)置說明參數(shù)設(shè)定值參數(shù)名稱說明Pr.1280選擇PID控制PID不動作20對于加熱、壓力等控制PID負作用21對于冷卻等PID

27、正作用Pr.1290.11 000%PID比例范圍 如果比例范圍較窄（參數(shù)設(shè)定值較?。答伭康奈⑿∽兓瘯饒?zhí)行量的很大改變；因此，隨著比例范圍變窄，響應(yīng)的靈敏性（增益）得到改善，但穩(wěn)定性變差，易發(fā)生振蕩9 999無比例控制Pr.1300.13 600 sPID積分時間 這個時間是指由積分（I）作用時達到與比例（P）作用時相同的執(zhí)行量所需要的時間；積分時間越小，到達設(shè)定值就越快，但也更容易發(fā)生振蕩9 999無積分控制Pr.1310100%上限 設(shè)定上限，如果檢測值超過此設(shè)定，就輸出FUP信號；檢測值的4 mA等于0%，20 mA等于100%9 999功能無效表4-4 （續(xù)）參數(shù)設(shè)定值參數(shù)名稱

28、說明Pr.1320100%下限 設(shè)定下限，測定值低于設(shè)定范圍時，則輸出一個報警；此時，檢測值的4 mA相當(dāng)于0%，20 mA相當(dāng)于100%9 999功能無效Pr.1330100% 用PU設(shè)定的PID控制設(shè)定值 僅在“PU操作模式”或“組合模式”下對于PU指令有效；對于外部操作，設(shè)定值由端子2、5間的電壓決定；Pr.902的值等于0%，Pr.903的值等于100%Pr.1340.0110.00 sPID微分時間 時間值僅要求向微分作用環(huán)節(jié)提供一個與比例作用相同的檢測值；時間的增加會對偏差的改變有較大的響應(yīng)9 999無微分控制 變頻器參數(shù)的變化會對系統(tǒng)的控制過程產(chǎn)生影響，可通過以下方法對參數(shù)進行調(diào)

29、試。5參數(shù)調(diào)試 增大比例系數(shù)。一般將會加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，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)幅度，并容易產(chǎn)生振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變壞。 增大積分時間。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)靜差消除時間將會變長。 在測試時，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)的調(diào)試實行先比例、后積分、再微分的整定步驟。 增大微分時間。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，但會使系統(tǒng)對擾動的抑制能力減弱。 P、I、D參數(shù)調(diào)試口訣如下。 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，

30、曲線漂浮繞大彎，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； 理想曲線兩個波，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。經(jīng)驗傳承任務(wù)實施 如圖4-14所示為單泵恒壓變頻供水系統(tǒng)PID控制示意圖，請按照以下步驟對系統(tǒng)進行調(diào)試。圖4-14 單泵恒壓變頻供水系統(tǒng)PID示意圖一、變頻器的接線 如圖4-15所示為單泵恒壓變頻供水系統(tǒng)PID接線圖，根據(jù)圖示方法對變頻器外部端子進行接線。圖4-15 單泵恒壓變頻供水系統(tǒng)PID接線圖二、使用端子說明 變頻器I/O信號使用端子說明如表4-5所示。表4-5

31、 變頻器I/O信號使用端子說明信號使用端子功能說明備注輸入X14通過Pr.178Pr.189設(shè)定PID控制選擇 X14閉合時選擇PID控制 設(shè)定Pr.178Pr.189中的任意一個為1422目標值輸入 輸入PID的目標值11偏差信號輸入 輸入外部計算機的偏差信號44反饋值輸入 從傳感器的420 mA反饋量輸出FUP按照Pr.190Pr.196設(shè)定上限輸出 反饋值超過上限值（Pr.131）時輸出 Pr.128 = 20、21、60、61、Pr.190Pr.196中的任意一個設(shè)定為15FDN下限輸出 反饋值超過下限值（Pr.132）時輸出 Pr.190Pr.196中的任意一個設(shè)定為14RL正（反）

32、方向輸出 參數(shù)單元的輸出顯示為正轉(zhuǎn)（FWD）時輸出“Hi”，反轉(zhuǎn)（REV）停止（STOP）時輸出“Low” Pr.190Pr.196中的任意一個設(shè)定為16PIDPID控制動作中 PID控制動作中置于ON Pr.190Pr.196中的任意一個設(shè)定為47SESE輸出公共端子 FUP、FDN、RL、PID的公共端子三、參數(shù)設(shè)定 參照表4-4所示的參數(shù)預(yù)置說明對變頻器的參數(shù)進行設(shè)置，具體分析如下。1下限頻率 如果供水系統(tǒng)有靜揚程，或在多臺水泵“并聯(lián)”的情況下管路內(nèi)會有一定壓力，若頻率過低系統(tǒng)將無法供水。因此，需要預(yù)置下限頻率，通常為 fL 2535Hz 。2加/減速時間 為了徹底消除水錘效應(yīng)，加/減速

33、時間不應(yīng)設(shè)置的太短；而在較低轉(zhuǎn)速時，管路內(nèi)的水壓可能形成回流，加/減速時間也不宜太長。通常設(shè)置 tA = tD 10 20s 。3加/減速方式 為了避免回流，水泵在低速段的滯留時間不宜太長，因此可采用線性或半S形加/減速方式為好。4參數(shù)預(yù)置 除上述參數(shù)設(shè)定內(nèi)容外，還需對變頻器的以下參數(shù)進行預(yù)制。Pr.183 = 14（將RT端子設(shè)定為X14，當(dāng)K2閉合時，PID控制有效）。Pr.191 = 47（將SU端子設(shè)定為PID控制動作中）。Pr.192 = 16（將IPF端子設(shè)定為RL，PID正反轉(zhuǎn)輸出）。Pr.193 = 14（將OL端子設(shè)定為FDN，達到PID下限時輸出）。Pr.194 = 15（

34、將FU端子設(shè)定為FDP，達到PID上限時輸出）。Pr.128 = 20（選擇PID負作用，給定值由2、5端輸入，反饋值由4、5端輸入）。Pr.129 = 100（PID比例常數(shù)范圍）。Pr.130 = 2 s（PID積分時間）。Pr.131 = 100（PID上限）。Pr.132 = 0（PID下限）。Pr.134 = 9 999（PID微分時間）。注意 當(dāng)變頻器參數(shù)Pr.134設(shè)定為“9 999”時，微分控制無效，變頻器只采用PI控制。四、系統(tǒng)調(diào)試 單泵恒壓變頻供水系統(tǒng)的PID調(diào)試流程圖如圖4-16所示，請按照調(diào)試流程對系統(tǒng)進行調(diào)試。圖4-16 單泵恒壓變頻供水系統(tǒng)的PID調(diào)試流程圖任務(wù)總結(jié)

35、 由于PID控制與系統(tǒng)的慣性大小有很大的關(guān)系，因此很難一次調(diào)定?？梢允紫葘⑽⒎止δ埽―）調(diào)為0。在許多要求不高的控制系統(tǒng)中，微分功能均可以不用。在某些動態(tài)響應(yīng)要求高的系統(tǒng)中，應(yīng)考慮增加微分環(huán)節(jié)。初次調(diào)試時，比例增益 KP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)運行起來，觀察其工作情況；然后根據(jù)實際運行狀態(tài)做具體的整定。若系統(tǒng)響應(yīng)太慢，則要調(diào)大KP或減小積分時間；若發(fā)生振蕩則應(yīng)減小KP或加大積分時間。70 任務(wù)四上位機對變頻器的控制任務(wù)導(dǎo)入 通常，變頻器控制可由操作面板來完成，也可通過外部輸入控制信號來實現(xiàn)。但現(xiàn)在越來越多的場合需要對變頻器進行網(wǎng)絡(luò)通信和監(jiān)控，近年來，實現(xiàn)PC機與

36、變頻器之間通信控制的技術(shù)發(fā)展越來越受到人們的關(guān)注。某項目現(xiàn)要求利用RS485接口，通過通信電纜將變頻器和計算機進行連接，并通過在計算機上編制用戶程序?qū)崿F(xiàn)對變頻器運行狀態(tài)的監(jiān)控、運行頻率的設(shè)定、啟動、停止等操作。該項目如何才能實現(xiàn)上述要求？ 相關(guān)知識 由于變頻器的PU口是一個RS485接口，因此相應(yīng)的計算機也必須有RS485接口。為了防止干擾，配線應(yīng)盡可能短，計算機與變頻器的標準連接采用5根線。帶有RS485接口的計算機與一臺變頻器的連接示意圖如圖4-17所示。一計算機與變頻器之間的硬件連接1計算機與一臺變頻器的連接圖4-17 帶有RS485接口的計算機與一臺變頻器的連接示意圖 計算機作為主機只

37、能是一臺，但可以連接多臺變頻器，此時應(yīng)為連接的變頻器分配不同的站號。帶有RS485接口的計算機與n臺變頻器的連接示意圖如圖4-18所示。2計算機與多臺變頻器的連接圖4-18 帶有RS485接口的計算機與多臺變頻器組合的連接示意圖 若計算機串行接口是RS232C，則需外加RS232C與RS485的電平轉(zhuǎn)換器。帶有RS232C接口的計算機與多臺變頻器的連接示意圖如圖4-19所示。圖4-19 帶有RS23C接口的計算機與多臺變頻器的連接示意圖 在計算機與變頻器的具體連接時必須注意以下事項。3注意事項圖4-20 PU接口插針排列 RS485接口采用RJ45插座，如圖4-20所示，連接電纜采用10BAS

38、ET電纜。 在電纜與PU接口連接時，必須要首先卸下操作面板。 不能將PU接口連入計算機的局域網(wǎng)卡、傳真機調(diào)制解調(diào)器或電話接口，否則，由于電子規(guī)格的不同，可能會損壞變頻器。 通信電纜使用五芯電纜，插針2和8不使用。 計算機與變頻器之間要按照一定的規(guī)格進行通信，變頻器與計算機的通信規(guī)格如表4-6所示。二計算機與變頻器之間的通信規(guī)格表4-6 變頻器與計算機的通信規(guī)格符合的標準RS485可連接的變頻器數(shù)量1N（最多32臺變頻器）通信速率可選擇19 200、9 600和4 800 bps控制協(xié)議異步通信方式半雙工通信規(guī)格字符方式ASCII（7位/8位）可選停止位長可在1位和2位之間選擇結(jié)束CR/LF（有

39、/沒有）可選校驗方式奇偶校驗可選擇有（奇或偶）或無總和校驗有等待時間設(shè)定在有和無之間選擇 計算機和變頻器之間進行通信，必須在變頻器的初始化中設(shè)定通信規(guī)格，如果沒有設(shè)定或設(shè)定錯誤，數(shù)據(jù)將不能通信，需要設(shè)定的參數(shù)見表4-7。特別要注意的是：每次參數(shù)設(shè)定后，需復(fù)位變頻器，確保設(shè)定的參數(shù)有效。三變頻器的初始化參數(shù)設(shè)定表4-7 變頻器初始化參數(shù)設(shè)定表PU接口通信參數(shù)設(shè)定值備注Pr.117 變頻器站號0 00號站變頻器Pr.118 通信速度192 通信波特率為19.2 kPr.119 停止位長度/字長1 8位數(shù)據(jù)，停止位為2位Pr.120 奇偶校驗是/否2 偶校驗Pr.121 通信重試次數(shù)9 999 通信

40、再試次數(shù)Pr.122 通信檢查時間間隔9 999Pr.123 等待時間設(shè)置20 變頻器設(shè)定Pr.124 CR、LF是/否選擇0 無CR，無LFPr.79 操作模式1 計算機通信模式 計算機與變頻器之間的數(shù)據(jù)傳輸是自動以ASCII碼進行的。通信時計算機作為發(fā)送單元，啟動通信過程，而變頻器只能作為接收單元。計算機和變頻器之間的通信比較復(fù)雜，根據(jù)實現(xiàn)功能不同，它們之間的通信過程也不相同，通信過程可分為3個階段：通信請求階段、變頻器響應(yīng)階段和計算機對響應(yīng)數(shù)據(jù)應(yīng)答階段（并不是所有功能都需3階段）。具體3個階段的執(zhí)行過程如圖4-21所示。四計算機與變頻器的通信過程圖4-21 計算機與變頻器通信的執(zhí)行過程

41、在圖4-21中，“*1”表示如果發(fā)現(xiàn)用戶程序通信請求發(fā)送到變頻器的數(shù)據(jù)有錯誤時，則由用戶程序通信執(zhí)行再試操作；如果連續(xù)再試次數(shù)超過參數(shù)設(shè)定值，變頻器將進入到報警停止狀態(tài)?！?2”表示如果發(fā)現(xiàn)從變頻器返回的數(shù)據(jù)錯誤時，則由變頻器給計算機返回“再試數(shù)據(jù)”；如果連續(xù)數(shù)據(jù)錯誤次數(shù)達到或超過參數(shù)設(shè)定值，變頻器將進入到報警停止狀態(tài)。 圖4-21中的空白處均表示無通信操作。其中，“”為變頻器數(shù)據(jù)處理時間，除變頻器復(fù)位外，其他情況下均有數(shù)據(jù)通信；“”為計算機處理延遲時間，期間無通信操作。五計算機與變頻器的通信數(shù)據(jù)格式 計算機與變頻器的通信數(shù)據(jù)格式類型如表4-8所示。1數(shù)據(jù)格式類型表4-8 計算機與變頻器的通信

42、數(shù)據(jù)格式類型編號操作運行指令運行頻率參數(shù)寫入變頻器復(fù)位監(jiān)示參數(shù)讀出1根據(jù)用戶程序通信請求發(fā)送到變頻器AAAABB2變頻器數(shù)據(jù)處理時間有有有無有有3從變頻器返回的數(shù)據(jù)（檢查數(shù)據(jù)1的錯誤）沒有錯誤CCC無EEE接受請求有錯誤拒絕請求DDD無FF4計算機處理延遲時間無無無無無無5計算機根據(jù)返回數(shù)據(jù)3的應(yīng)答檢查數(shù)據(jù)3的錯誤沒有錯誤無無無無GG不處理隨著錯誤數(shù)據(jù)3輸出無無無無HH2具體通信數(shù)據(jù)格式圖4-22 從計算機到變頻器的通信請求數(shù)據(jù)格式 從計算機到變頻器的通信請求數(shù)據(jù)格式如圖4-22所示。圖4-23 寫入數(shù)據(jù)時從變頻器到計算機的應(yīng)答數(shù)據(jù)格式 寫入數(shù)據(jù)時從變頻器到上位計算機的應(yīng)答數(shù)據(jù)格式如圖4-23

43、所示。 讀出數(shù)據(jù)時從變頻器到計算機的應(yīng)答數(shù)據(jù)格式如圖4-24所示。圖4-24 讀出數(shù)據(jù)時從變頻器到計算機的應(yīng)答數(shù)據(jù)格式圖4-25 讀出數(shù)據(jù)時從計算機到變頻器的發(fā)送數(shù)據(jù)格式 讀出數(shù)據(jù)時從計算機到變頻器的發(fā)送數(shù)據(jù)格式如圖4-25所示。3數(shù)據(jù)格式中的數(shù)據(jù)定義1）控制代碼 數(shù)據(jù)格式中的“*3”表示控制代碼，各控制代碼的定義如表4-9所示。表4-9 控制代碼的定義信號ASCII碼說明STXH02正文開始（數(shù)據(jù)開始）ETXH03正文結(jié)束（數(shù)據(jù)結(jié)束）ENQH05查尋（通信請求）ACKH06承認（沒發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)錯誤）LFH0A換行CRH0D回車NAKH15不承認（發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)錯誤）2）變頻器站號 上位機在與多臺變頻器

44、連接時，應(yīng)為連接的變頻器分配與計算機通信的站號，變頻器站號的范圍在H00HIF（0031）之間設(shè)定。表4-10 指令代碼的定義3）指令代碼 指令代碼由計算機發(fā)給變頻器，指明程序工作（如運行、監(jiān)視）狀態(tài)。因此，通過響應(yīng)指令代碼，變頻器可工作在運行或監(jiān)視等狀態(tài)。指令代碼的定義如表4-10所示。指令代碼指令定義對應(yīng)的ASCII碼HFA正轉(zhuǎn)H02HFA反轉(zhuǎn)H04HFA停止H00HED頻率寫入H0000H2EE0H6F頻率輸出H0000H2EE0H71電流輸出H0000HFFFFH72電壓輸出H0000HFFFF4）數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)表示與變頻器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，如頻率和參數(shù)等。應(yīng)依照指令代碼來確認數(shù)據(jù)的定義和設(shè)定范圍。5）等待時間 等待時間規(guī)定為變頻器從接收到計算機發(fā)送的數(shù)據(jù)到傳輸應(yīng)答數(shù)據(jù)之間的時間。根據(jù)計算機的響應(yīng)時間在0150 ms之間來設(shè)定等待時間，最小設(shè)定單位為10 ms。若設(shè)定值為1，則等待時間為10 ms；若設(shè)定值為2，則等待時間為20 ms。如圖4-26所示為等待時間示意圖。圖4-26 等待時間示意圖注意 Pr.123響應(yīng)時間設(shè)定不設(shè)定為9 999的場合下，沒有數(shù)據(jù)格式中的“響應(yīng)時間”字節(jié)，而是作為通信請求數(shù)據(jù)，將其字符數(shù)減少一個。6）總和校驗 總和校驗是指被校驗的ASCII碼數(shù)據(jù)的總和。它的求法是將從“站號”到“數(shù)據(jù)”的ASCII碼按十