變頻器PID閉環(huán)控制功能在恒壓供水中的應(yīng)用

易驅(qū)變頻器PID閉環(huán)控制功能在恒壓供水中的應(yīng)用

發(fā)布日期：[2007-10-28]    共閱[33]次

恒壓供水方案－PID閉環(huán)控制功能應(yīng)用。一般按照工藝對控制性能的要求，來選擇比例常數(shù)Kp和積分常數(shù)Ki。比例控制KP加大，使系統(tǒng)的動作靈敏，速度加快，KP偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時間加長。當(dāng)KP太大時，系統(tǒng)會趨于不穩(wěn)定。若KP太小，又會使系統(tǒng)的動作緩慢;積分環(huán)節(jié)Ki通常使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。Ki太小系統(tǒng)將不穩(wěn)定。Ti偏小，振蕩次數(shù)較多。Ki偏大，對系統(tǒng)性能的影響減小。當(dāng)Ki合適時，過渡過程比較合理。微分控制Kd可以改善動態(tài)特性，當(dāng)Kd偏大時，超調(diào)量δd較大，調(diào)節(jié)時間較長，當(dāng)Kd偏小時，超調(diào)量δp也較大，調(diào)節(jié)時間也較長，只有Kd合適時，可以得到比較滿意的過渡過程。
PID調(diào)節(jié)過程首先引入比例控制KP，在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，減小穩(wěn)態(tài)誤差，提高精度，但是加大KP只能減小穩(wěn)態(tài)誤差，卻不能完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。然后引入積分控制Ki，消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制系統(tǒng)的控制精度。最后引入微分控制Kd，減小超調(diào)量，改善系統(tǒng)品質(zhì)。變頻器根據(jù)偏差調(diào)節(jié)PID的參數(shù)，當(dāng)運行參數(shù)遠離目標(biāo)參數(shù)時，調(diào)節(jié)幅度加快，隨著偏差的逐步接近，跟蹤的幅度逐漸減小，近似相等時，系統(tǒng)達到一個動態(tài)平衡，維持系統(tǒng)的恒壓穩(wěn)定狀態(tài)。結(jié)束語
本系統(tǒng)是按照工業(yè)供水需求設(shè)計的，試驗記錄的數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)控制品質(zhì)良好，響應(yīng)速度快。實現(xiàn)了預(yù)定的一系列功能，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，在長時間運行中取得了良好的效果。本系統(tǒng)只需作相應(yīng)修改就可推廣到相關(guān)供水系統(tǒng)中。

　概況
●三臺立式離心泵由變頻器和可編程控制器為主體的控制柜控制取水灌溉，管道以環(huán)狀網(wǎng)為主體，主干管為直徑150、200和250mm的球墨鑄鐵管，支干管為直徑90mm的塑料管。全網(wǎng)裝有一百多個閘閥把水送到每個地塊，在閥門后接上水管配備微噴灌設(shè)施就可以灌溉。
　控制要求
●維持水壓恒定
●手動－自動供水選通運用手動，自動兩種方式進行供水。
●三臺泵自動切換運行當(dāng)正在運行的水泵不能滿足恒壓供水要求時，自動增減運行泵。由于系統(tǒng)采用一臺變頻器控制三臺水泵，而變頻器每次只能控制一臺水泵，因此除改變水泵電機轉(zhuǎn)速外，還要在運行過程中通過增加和減少在工頻運行的水泵的臺數(shù)來維持水壓恒定。所以事先確定增減水泵臺數(shù)的條件和次序非常重要。當(dāng)正在控制某臺水泵運行的變頻器輸出頻率達到頻率上限，而管道中壓力傳感器反饋的電流信號值未達到預(yù)設(shè)值時，發(fā)出加泵信號，將變頻器控制下運行的水泵投入工頻，并啟動下一臺泵供水。當(dāng)管道中壓力傳感器反饋的電流信號值達到預(yù)設(shè)值，正在控制某臺水泵運行的變頻器輸出頻率降到頻率下限時，發(fā)出減泵信號，切除在工頻運行的一臺泵，若只有一臺泵運行，則進入休眠狀態(tài)。
●當(dāng)外界停止用水時，系統(tǒng)處于睡眠狀態(tài)，直至有用水時自動喚醒。
●泵組及線路保護檢測報警
●考慮到水泵電機在低速運行時危險，必須保證其頻率不低于10Hz，因此頻率上限設(shè)為工頻50Hz，下限設(shè)為20Hz進行比較，實現(xiàn)泵的切換與轉(zhuǎn)速的變化。
●系統(tǒng)在設(shè)計時應(yīng)使水泵在變頻器和工頻電網(wǎng)之間的切換過程盡可能快，以保證供水的連續(xù)性，水壓波動盡可能小，從而提高供水質(zhì)量。但元件動作過程太快，會有回流損壞變頻器。
●考慮到管網(wǎng)覆蓋面積大，泵站海拔相對低，遠端供水壓力需維持3kg，因此泵站出水口壓力必須維持5kg(均為壓力表的顯示值)。
　變頻器PID控制原理簡介
變頻器是水泵電機的控制設(shè)備，能按照水壓恒定需要將0～50Hz的頻率信號供給水泵電機，調(diào)整其轉(zhuǎn)速。
水壓由安裝在管網(wǎng)的干線上壓力傳感器檢測，并將其轉(zhuǎn)化為4～20mA的電流信號，反饋給變頻器和PLC。變頻器根據(jù)設(shè)定的給定值（變頻器控制端口AI1設(shè)定）和反饋的實際值（變頻器控制端口AI2反饋），即根據(jù)恒壓時對應(yīng)的電壓設(shè)定值與從壓力傳感器獲得的反饋電流信號，利用PID控制自動調(diào)節(jié)，改變頻率輸出值來調(diào)節(jié)所控制的水泵電機轉(zhuǎn)速，以保證管網(wǎng)壓力恒定要求。

步進電機發(fā)熱問題分析

    步進電機作為一種數(shù)字式執(zhí)行元件，在運動控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。許多用戶朋友在使用步進電機的時候，
感覺電機工作時有較大的發(fā)熱，心存疑慮，不知這種現(xiàn)象是否正常。實際上發(fā)熱是步進電機的一個普遍現(xiàn)象，
但怎樣的發(fā)熱程度才算正常，以及如何盡量減小步進電機發(fā)  
1，步進電機為什么會發(fā)熱？

任何電機都會發(fā)熱，只是發(fā)熱程度不同罷了。對于各種步進電機而言，內(nèi)部都是由鐵芯和繞組線圈組成的。繞組有電阻，
通電會產(chǎn)生損耗，損耗大小與電阻和電流的平方成正比，這就是我們常說的銅損，如果電流不是標(biāo)準(zhǔn)的直流或正弦波，
還會產(chǎn)生諧波損耗；鐵心有磁滯渦流效應(yīng)，在交變磁場中也會產(chǎn)生損耗，其大小與材料，電流，頻率，電壓有關(guān)，這叫鐵損。
銅損和鐵損都會以發(fā)熱的形式表現(xiàn)出來，從而影響電機的效率。步進電機一般追求定位精度和力矩輸出，效率比較低，
電流一般比較大，且諧波成分高，電流交變的頻率也隨轉(zhuǎn)速而變化，因而步進電機普遍存在發(fā)熱情況，且情況比一般交流電機嚴(yán)重。  
3，步進電機發(fā)熱的合理范圍？
  電機發(fā)熱允許到什么程度，主要取決于電機內(nèi)部絕緣等級。內(nèi)部絕緣性能在高溫下（130度以上）才會被破壞。
所以只要內(nèi)部不超過130度，電機便不會損壞，而這時表面溫度會在90度以下。所以，步進電機表面溫度在70-80度都是正常的
簡單的溫度測量方法有用點溫計的，也可以粗略判斷：用手可以觸摸1-2秒以上，不超過60度；用手只能碰一下，大約在70-80度；
滴幾滴水迅速氣化，則90度以上了。

4，步進電機工作方式不同，發(fā)熱也不同。

  遇采用恒流驅(qū)動技術(shù)時，步進電機在靜態(tài)和低速下，電流會維持相對恒定，以保持恒力矩輸出。速度高到一定程度，
電機內(nèi)部反電勢升高，電流將逐步下降，力矩也會下降。因此，因銅損帶來的發(fā)熱情況就與速度相關(guān)了。靜態(tài)和低速時一般發(fā)熱高，
高速時發(fā)熱低。但是鐵損（雖然占的比例較�。┳兓�的情況卻不盡然，而電機整個的發(fā)熱是二者之和，所以上述只是一般情況。  
  5，步進電機發(fā)熱會影響步進電機的工作壽命嗎？  
電機發(fā)熱雖然一般不會影響電機的壽命，對大多數(shù)客戶來說沒必要理會。但是，嚴(yán)重的發(fā)熱會帶來一些負面影響。
如電機內(nèi)部各部分熱膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致結(jié)構(gòu)應(yīng)力的變化和內(nèi)部氣隙的微小變化，會影響電機的動態(tài)響應(yīng)，高速會容易失步。
又如有些場合不允許電機的過度發(fā)熱，如醫(yī)療器械和高精度的測試設(shè)備等。因此對電機的發(fā)熱應(yīng)當(dāng)進行必要的控制。
我們的步進電機用在鋼鐵機器人上，環(huán)境溫度100多度，至今工作正常。  
  6，步進電機發(fā)熱問題的解決方案？  

  1，如果步進電機驅(qū)動器有自動半流模式，盡量讓其工作在半流狀態(tài)，因為此時步進電機全流工作發(fā)熱最大 。

  2，如果負載力矩范圍允許的情況下，可以把電機額定電流降下來，比如5A電機，讓其工作在4A狀態(tài)下；
步進電機的工作電壓越高，其高速

  3，選擇低電阻，低電流的步進電機，減少銅損和鐵損。

  4，加裝風(fēng)機，強制散熱。