Главная страница » Статьи » ПИД-регулятор в преобразователях частоты ABB серии ACS355

Статьи

11.07.2017
Тематика: Полезная информация

ПИД-регулятор в преобразователях частоты ABB серии ACS355

 

 

Введение

 

Преобразователи частоты ABB серии ACS355 оснащены встроенным ПИД-регулятором («ПИД-регулятор» расшифровывается как «пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор»).

Основные примеры применения ПИД-регулятора в преобразователе частоты - это процессы поддержания заданного давления в водяной магистрали, температуры воздуха в конденсаторе охлаждения, давления воздуха компрессора и пр.

 

Компания Овердрайв-Электро предлагает частотно-регулируемые приводы ABB со склада в Минске:

 

Что такое ПИД-регулятор в преобразователе частоты?

 

ПИД-регулятор является одним из основных узлов замкнутой системы регулирования: давления, расхода, уровня, скорости, положения, температуры и т.д., и используется в системах автоматического управления для формирования управляющего сигнала с целью получения необходимой точности и должного качества переходного процесса регулирования.

Условная схема ПИД-регулятора в преобразователе частоты ACS355 ABB

Рис.1. Условная схема ПИД-регулятора в преобразователе частоты ACS355 ABB.

 

ПИД-регулятор преобразователя частоты условно имеет два входа (см. рис. 1).

На первый вход подается сигнал задания величины параметра технологического процесса, например, необходимая величина давления или температуры. Этот сигнал задания часто называют «уставкой».

На второй вход ПИД-регулятора преобразователя частоты поступает сигнал обратной связи (например, сигнал 4..20mA от пропорционального датчика давления).

В зависимости от величины и знака рассогласования между этими сигналами на выходе ПИД-регулятора, формируется сигнал, который изменяет выходную частоту преобразователя таким образом, чтобы заданное значение технологического параметра (например, давление в трубопроводе) поддерживалось с заданной точностью и с заданным качеством.

Объяснение принципа работы ПИД-регулятора простым языком выглядит следующим образом. Например, необходимо регулировать давление в водопроводе при помощи насоса с преобразователем частоты и пропорционального датчика обратной связи по давлению.

Если давление в водопроводе будет меньшим, чем уставка, то ПИД-регулятор сформирует выходной сигнал для увеличения выходной частоты преобразователя. Это приведёт к увеличению производительности (расхода) насоса и давление в водопроводе начнет увеличиваться.

Если давление в водопроводе будет больше величины, установленной заданием (уставки), то ПИД-регулятор сформирует управляющий сигнал на уменьшение выходной частоты преобразователя и давление в трубопроводе уменьшится. 

 

Принципы ПИД-регулирования в преобразователях частоты

 

Выходной сигнал ПИД-регулятора преобразователя частоты представляет собой управляющий сигнал, являющийся суммой трёх слагаемых (составляющих):

  • Пропорциональная составляющая (П) -  пропорциональна разности входного сигнала и сигнала обратной связи (сигнал рассогласования).
  • Интегральная составляющая (И) — интеграл сигнала рассогласования.
  • Дифференциальная составляющая (Д) — производная сигнала рассогласования.

 

Пропорциональная составляющая (П) – это рассогласование между величиной уставки и сигналом обратной связи. При использовании только пропорциональной составляющей всегда будет иметь место статическая ошибка. Например, в замкнутой системе поддержания давления в системе водоснабжения реальное давление будет меньше заданного. Для того, чтобы уменьшить статическую ошибку необходимо увеличить коэффициент усиления П-регулятора (пропорциональной составляющей).

Чрезмерное увеличение коэффициента усиления пропорциональной составляющей ПИД-регулятора преобразователя частоты приводит к автоколебаниям и к неустойчивой работе замкнутой системы регулирования. Поэтому, на практике поступают так: увеличивают коэффициент усиления пропорциональной составляющей (П) до появления автоколебаний, и после этого, уменьшают этот коэффициент на 20 – 30%.

Для устранения статической ошибки изменяют интегральную (И) составляющую ПИД-регулятора. Таким образом, изменяя время интегрирования, получают требуемую точность и качество регулирования.

Дифференциальная составляющая (Д) используется редко – обычно, только в высоко динамичных системах регулирования скорости, положения, синхронизации и т.д.

В целом, для настройки ПИД-регулятора не требуется отличного понимания формальной теории управления системами. При этом использование ПИД-регулятора позволяет решить около 90% всех задач управления простыми системами замкнутого цикла.

 

Применение преобразователей частоты ACS355 с ПИД-регулятором в водоснабжении

 

На рис.2 и рис.3 приведены условные блок-схемы систем регулирования давления воды в водоснабжении с использованием преобразователей частоты ABB серии ACS355.

Условная блок-схема системы регулирования давления воды в водоснабжении

Рис.2. Условная блок-схема системы регулирования давления воды в водоснабжении.

 

Рис.3. Пример применения ПИД-регулятора на базе ПЧ ACS355 в водоснабжении.
(ПИД-регулятор контролирует скорость вращения насоса подкачки, в зависимости от измеренного и заданного давления.)

 

Преобразователи частоты ABB серии ACS355

 

Преобразователи частоты ABB серии ACS355 – оптимальный выбор по соотношению «цена-качество» для решения задач с ПИД-регулированием. Общий вид приводов ACS355 показан на рис.4.

Частотные приводы ACS355 обладают широким набором параметров и возможностей. Настроить необходимый режим работы возможно как с панели управления преобразователем, так и при помощи персонального компьютера, посредством специализированного программного обеспечения DriveWindow Light. 

Преобразователи частоты ABB серии ACS355 с базовой панелью управления 1Преобразователи частоты ABB серии ACS355 с базовой панелью управления 2

Рис.4. Преобразователи частоты ABB серии ACS355 с базовой панелью управления.

 

В данной статье, для примера, рассмотрен вариант настройки ПИД-регулятора преобразователя ACS355 при помощи панели управления.

Панель управления к частотному приводу ACS355 предлагается в двух вариантах исполнения: базовая панель и интеллектуальная панель управления (см. рис.5).

 Рис.5. Варианты панелей управления к преобразователям частоты ABB серии ACS355.

 

Интеллектуальная панель управления частотным приводом ACS355 имеет встроенный мастер запуска (настройки) и интерактивную справку. С помощью этих инструментов настройку преобразователя частоты ACS355 на режим ПИД-регулирования можно выполнить без особых временных затрат и не пользуясь руководством по эксплуатации.

При использовании базовой панели управления встроенных удобных инструментов, указанных выше, нет.

 

Настройка ПИД-регулятора в преобразователе ACS355

 

Для простоты настройки режима ПИД-регулирования в преобразователе частоты ACS355 (с базовой или интеллектуальной панелью управления) ниже изложен минимально необходимый перечень параметров, на которые необходимо обратить внимание (см. таблицу 1). 

 

Таблица 1: Список параметров для настройки режима ПИД-регулирования в преобразователе частоты ACS355

Номер и название параметра Описание функции параметра Значение параметра Описание выбранного значения параметра
Выбор макроса ПИД-регулятор
9902 ПРИКЛ. МАКРОС Выбирает прикладной макрос 6 (ПИД-РЕГУЛЯТ) ПИД-регулирование. Для приложений, в которых привод регулирует параметр технологического процесса.
Переходим на внешний 2 (ЦВ1 – автоматический режим)
1002 КОМАНДЫ ВНЕШН. 2 Определяет способ подключения и источник команд пуска, останова и направления вращения для внешнего устройства управления 2 (ВНЕШНИЙ2) 1 (ЦВХ1) Команды пуска и останова подаются через цифровой вход 1 (0 = останов, 1= пуск). Направление вращения фиксируется в соответствии с параметром 1003 НАПРАВЛЕНИЕ (установка ВПЕРЕД, НАЗАД= ВПЕРЕД)
Управление по каналу Внешний 2 (там есть ПИД)
1102 ВЫБОР ВНЕШН. 1/2 Определяет источник, с которого привод считывает сигнал, выбирается одно из двух внешних устройств управления (ВНЕШНИЙ1 или ВНЕШНИЙ2). 7 (ВНЕШНИЙ2) Активно внешнее устройство управления 2. Источники управляющих сигналов определяются параметрами 1002 КОМАНДЫ ВНЕШН. 2 и 1106 ИСТОЧН. ЗАДАНИЯ 2.
Выход ПИД1 подключаем в работу
1106 ИСТОЧН. ЗАДАНИЯ2 Выбор источника сигнала для внешнего задания 2 (ЗАДАНИЕ2) 19 (ВЫХ. ПИД1) Выход регулятора ПИД1 См. группы параметров 40 ПИД РЕГУЛЯТОР1 и 41 ПИД РЕГУЛЯТОР2
Выбор направления вращения
1003 НАПРАВЛЕНИЕ Разрешает управление направлением вращения двигателя или фиксирует направление 1 (ВПЕРЕД) Направление вращения – только вперед
Разрешение на запуск привода
1601 РАЗРЕШЕНИЕ РАБОТЫ Выбирает источник внешнего сигнала разрешения работы. 0 (НЕ ВЫБРАН) Позволяет запуск привода без внешнего сигнала разрешения работы.
Запуск без намагничивания постоянным током
2101 РЕЖИМ ПУСКА Выбор способа пуска двигателя 1 (АВТОМАТ) Привод запускает двигатель сразу же с нулевой частоты, если для параметра 9904 РЕЖИМ УПР.ДВИГ. установлено значение СКАЛЯР: ЧАСТ. Если требуется пуск на ходу, выберите ПУСК СКАН. Если для параметра 9904 РЕЖИМ УПР.ДВИГ. установлено значение ВЕКТОР: СКОРОСТЬ или ВЕКТОР: МОМЕНТ, перед пуском привод предварительно намагничивает двигатель постоянным током. Время предварительного намагничивания определяется значением параметра 2103 ВРЕМЯ ПОДМАГНИЧ. См. значение НАМАГН.ПТ.
Выбор режима останова
2102 РЕЖИМ ОСТАНОВА Выбор режима останова двигателя 1 (ВЫБЕГ) Останов двигателя путем отключения питания. Двигатель вращается по инерции до остановки.
Выбираем единицы измерения и формат отображения
4006 ЕДИНИЦЫ ИЗМЕР Выбирает единицу измерения для текущих значений (регулируемой величины) ПИД-регулятора. 4 (%) процент
22 (бар) бар
40(куб.м/мин) кубометр в минуту
4007 ПОЛОЖ.ДЕС. ТОЧКИ Определяет положение десятичной точки для регулируемых ПИД регулятором величин. 1  
4008 ЗНАЧЕНИЕ 0% Вместе с параметром 4009 ЗНАЧЕНИЕ 100 % определяет масштабирование регулируемых ПИД регулятором величин.    
4009 ЗНАЧЕНИЕ 100% Вместе с параметром 4008 ЗНАЧЕНИЕ 0% определяет масштабирование регулируемых ПИД-регулятором величин.    
Выбор сигнала уставки
4010 ВЫБОР УСТАВКИ Определяет источник сигнала задания для ПИД-регулятора технологического процесса. 0 (ПАНЕЛЬ УПРАВ) Панель управления
1 (AI1) Аналоговый вход АВХ1
2 (AI2) Аналоговый вход АВХ2
19(ВНУТРЕННИЙ) Фиксированное значение, определяемое параметром 4011 ВНУТР. УСТАВКА.
   
4011 ВНУТР. УСТАВКА Выбирает фиксированное значение в качестве задания ПИД-регулятора процесса, когда параметр 4010 ВЫБОР УСТАВКИ установлен на ВНУТРЕННИЙ. 40 Значение этого пункта необходимо изменять в случае, когда параметр 4011 равен 19 и устанавливать необходимое для технологического процесса значение.
1 (AI1) Аналоговый вход АВХ1
2 (AI2) Аналоговый вход АВХ2
19(ВНУТРЕННИЙ) Фиксированное значение, определяемое параметром 4011 ВНУТР. УСТАВКА.
   
1107 МИН. ЗАДАНИЯ2 Определяет минимальную величину внешнего задания 2 (ЗАДАНИЕ2). Соответствует минимальной установке для используемого источника сигнала. 0,00%  
1108 МАКС. ЗАДАНИЯ2 Определяет максимальную величину внешнего задания2 (ЗАДАНИЕ2). Соответствует максимальной установке для используемого источника сигнала. 100,00%  
Выбор сигнала ОС
4016 ВХОД СИГН.1 Определяет источник действительной величины 1 (СИГН.1). См. также параметр 4018 СИГН.1 МИН 2 (АВХ2) Используется аналоговый вход АВХ2 для СИГН.1
Инвертирование сигнала ОС
4005 ИНВЕРТ. ОШИБКИ Выбирается зависимость между сигналом обратной связи и скоростью привода. 0 (НЕТ) Прямая зависимость: уменьшение сигнала обратной связи приводит к увеличению скорости привода. Ошибка= Задание- Обратная связь
Настройки ПИД-регулятора
4001 КОЭФ. УСИЛЕНИЯ Определяет коэффициент усиления ПИД-регулятора технологического процесса. 1 Этот параметр настройки ПИД-регулятора подбирается для каждой системы индивидуально при наладке.
4002 ВРЕМЯ ИНТЕГРИР Определяет время интегрирования ПИД-регулятора1 технологического процесса. 10,0с Этот параметр настройки ПИД-регулятора подбирается для каждой системы индивидуально при наладке.
4003 ВРЕМЯ ДИФФЕРЕНЦ Определяет время дифференцирования ПИД-регулятора технологического процесса. 0 Этот параметр настройки ПИД-регулятора подбирается для каждой системы индивидуально при наладке.
Параметры управления
2202 ВРЕМЯ УСКОР. 1 Определяет время ускорения1 5,0 с  
2203 ВРЕМЯ ЗАМЕДЛ. 1 Определяет время замедления1 5,0 с  

 

Данный базовый набор параметров позволяет запустить преобразователь частоты ABB серии ACS355 в режиме ПИД-регулирования в общем случае. Изучив руководство по эксплуатации, пользователь может выполнить более тонкую настройку, оптимально подходящую для конкретного применения.

Руководство по эксплуатации на русском языке в печатном виде поставляется вместе с преобразователем частоты ACS355 в одной коробке. Также руководство на русском языке можно скачать в электронном варианте здесь

 

Блок-схема настройки ПИД-регулятора ПЧ ACS355

 

Блок-схема настройки регулятора технологического процесса PID1 (ПИД-регулятора) преобразователя частоты ABB серии ACS355 показана на рис.6.

Блок-схема настройки регулятора технологического процесса PID1 (ПИД-регулятора) в преобразователях частоты ABB серии ACS355

Рис.6. Блок-схема настройки регулятора технологического процесса PID1 (ПИД-регулятора) в преобразователях частоты ABB серии ACS355.

 

На блок-схеме указаны номера параметров и номера групп параметров из руководства по эксплуатации преобразователя частоты.

 

Выводы

 

Преобразователи частоты ABB серии ACS355 имеют удобную настройку ПИД-регулятора (мастер запуска) и интерактивную русскоязычную справку. Это позволяет адаптировать преобразователь под широкий спектр задач и быстро ввести привод в эксплуатацию. Возможность настройки преобразователя частоты, как через панель управления, так и при помощи компьютера, добавляет гибкости и удобства в использовании ПЧ ACS355.