ПІД-регулятор в перетворювачах частоти ABB серії ACS355
- Вступ
- Що таке ПІД-регулятор в перетворювачі частоти?
- Принципи ПІД-регулювання в перетворювачах частоти
- Застосування перетворювачів частоти ACS355 з ПІД-регулятором у водопостачанні
- Перетворювачі частоти ABB серії ACS355
- Налаштування ПІД-регулятора в перетворювачі ACS355
- Блок-схема налаштування ПІД-регулятора ПЧ ACS 355
- висновки
11.07.2017 Тематика:
Корисна інформація 
Вступ
Перетворювачі частоти ABB серії ACS355 оснащені вбудованим ПІД-регулятором ( «ПІД-регулятор» розшифровується як «пропорційно-інтегрально-диференціальний регулятор»).
Компанія Овердрайв-Електро пропонує частотно-регульовані приводи ABB зі складу в Мінську:
Що таке ПІД-регулятор в перетворювачі частоти?
ПІД-регулятор є одним з основних вузлів замкнутої системи регулювання: тиску, витрати, рівня, швидкості, положення, температури і т.д., і використовується в системах автоматичного управління для формування керуючого сигналу з метою отримання необхідної точності і належної якості перехідного процесу регулювання .
Рис.1. Умовна схема ПІД-регулятора в перетворювачі частоти ACS355 ABB.
ПІД-регулятор перетворювача частоти умовно має два входи (див. Рис. 1).
На перший вхід подається сигнал завдання величини параметра технологічного процесу, наприклад, необхідна величина тиску або температури. Цей сигнал завдання часто називають «уставкой».
На другий вхід ПІД-регулятора перетворювача частоти надходить сигнал зворотного зв'язку (наприклад, сигнал 4..20mA від пропорційного датчика тиску).
Залежно від величини і знака неузгодженості між цими сигналами на виході ПІД-регулятора, формується сигнал, який змінює вихідну частоту перетворювача таким чином, щоб заданий значення технологічного параметра (наприклад, тиск в трубопроводі) підтримувалося із заданою точністю і з заданою якістю.
Пояснення принципу роботи ПІД-регулятора простою мовою виглядає наступним чином. Наприклад, необхідно регулювати тиск у водопроводі за допомогою насоса з перетворювачем частоти і пропорційного датчика зворотного зв'язку по тиску.
Якщо тиск у водопроводі буде меншим, ніж уставка, то ПІД-регулятор сформує вихідний сигнал для збільшення вихідної частоти перетворювача. Це призведе до збільшення продуктивності (витрати) насоса і тиск у водопроводі почне збільшуватися.
Якщо тиск у водопроводі буде більше величини, встановленої завданням (уставки), то ПІД-регулятор сформує керуючий сигнал на зменшення вихідної частоти перетворювача і тиск в трубопроводі зменшиться.
Принципи ПІД-регулювання в перетворювачах частоти
Вихідний сигнал ПІД-регулятора перетворювача частоти є керуючий сигнал, який є сумою трьох доданків (складових):
- Пропорційна складова (П) - пропорційна різниці вхідного сигналу і сигналу зворотного зв'язку (сигнал неузгодженості).
- Інтегральна складова (І) - інтеграл сигналу неузгодженості.
- Диференціальна складова (Д) - похідна сигналу неузгодженості.
Пропорційна складова (П) - це неузгодженість між величиною уставки і сигналом зворотного зв'язку. При використанні тільки пропорційною складовою завжди буде мати місце статична помилка. Наприклад, в замкнутій системі підтримки тиску в системі водопостачання реальний тиск буде менше заданого. Для того, щоб зменшити статичну помилку необхідно збільшити коефіцієнт посилення П-регулятора (пропорційною складовою).
Надмірне збільшення коефіцієнта посилення пропорційною складовою ПІД-регулятора перетворювача частоти призводить до автоколебаниям і до нестійкої роботи замкнутої системи регулювання. Тому, на практиці роблять так: збільшують коефіцієнт посилення пропорційної складової (П) до появи автоколивань, і після цього, зменшують цей коефіцієнт на 20 - 30%.
Для усунення статичної помилки змінюють інтегральну (І) складову ПІД-регулятора. Таким чином, змінюючи час інтегрування, отримують необхідну точність і якість регулювання.
Диференціальна складова (Д) використовується рідко - зазвичай, тільки в високодинамічних системах регулювання швидкості, положення, синхронізації і т.д.
В цілому, для настройки ПІД-регулятора не потрібно відмінного розуміння формальної теорії управління системами. При цьому використання ПІД-регулятора дозволяє вирішити близько 90% всіх завдань управління простими системами замкнутого циклу.
Застосування перетворювачів частоти ACS355 з ПІД-регулятором у водопостачанні
На рис.2 і рис.3 наведені умовні блок-схеми систем регулювання тиску води у водопостачанні з використанням перетворювачів частоти ABB серії ACS355.
Рис.2. Умовна блок-схема системи регулювання тиску води у водопостачанні.
Рис.3. Приклад застосування ПІД-регулятора на базі ПЧ ACS355 у водопостачанні.
(ПІД-регулятор контролює швидкість обертання насоса підкачки, в залежності від виміряного і заданого тиску.)
Перетворювачі частоти ABB серії ACS355
Перетворювачі частоти ABB серії ACS355 - оптимальний вибір по співвідношенню «ціна-якість» для вирішення завдань з ПІД-регулюванням. Загальний вигляд приводів ACS355 показаний на рис.4.
Частотні приводи ACS355 мають широкий набір параметрів і можливостей. Налаштувати необхідний режим роботи можливо як з панелі управління перетворювачем, так і за допомогою персонального комп'ютера, за допомогою спеціалізованого програмного забезпечення DriveWindow Light.
Рис.4. Перетворювачі частоти ABB серії ACS355 з базовою панеллю управління.
У даній статті, для прикладу, розглянутий варіант настройки ПІД-регулятора перетворювача ACS355 за допомогою панелі управління.
Панель управління до частотного приводу ACS355 пропонується в двох варіантах виконання: базова панель і інтелектуальна панель управління (див. Рис.5).
Рис.5. Варіанти панелей управління до перетворювачів частоти ABB серії ACS355.
Інтелектуальна панель керування частотним приводом ACS355 має вбудований майстер запуску (настройки) і інтерактивну довідку. За допомогою цих інструментів налаштування перетворювача частоти ACS355 на режим ПІД-регулювання можна виконати без особливих витрат часу і не користуючись керівництвом по експлуатації.
При використанні базової панелі управління вбудованих зручних інструментів, зазначених вище, немає.
Налаштування ПІД-регулятора в перетворювачі ACS355
Для простоти налаштування режиму ПІД-регулювання в перетворювачі частоти ACS355 (з базовою або інтелектуальної панеллю керування) нижче викладено мінімально необхідний перелік параметрів, на які необхідно звернути увагу (див. Таблицю 1).
Таблиця 1: Список параметрів для налаштування режиму ПІД-регулювання в перетворювачі частоти ACS355
Номер і назва параметра Опис функції параметра Значення параметра Опис обраного значення параметра Вибір макросу ПІД-регулятор 9902 прикл. МАКРОС Вибирає прикладної макрос 6 (ПІД-Регул) ПІД-регулювання. Для додатків, в яких привід регулює параметр технологічного процесу. Переходимо на зовнішній 2 (ЦВ1 - автоматичний режим) 1002 КОМАНДИ зовнішніх. 2 Визначає спосіб підключення і джерело команд пуску, зупинки і напрямку обертання для зовнішнього пристрою управління 2 (ВНЕШНІЙ2) 1 (ЦВХ1) Команди пуску і зупинки подаються через цифровий вхід 1 (0 = зупинка, 1 = пуск). Напрямок обертання фіксується відповідно до параметром 1003 напрямок (установка ВПЕРЕД, НАЗАД = ВПЕРЕД) Управління по каналу Зовнішній 2 (там є ПІД) 1102 вибраний зовнішній. 1/2 Визначає джерело, з якого привід зчитує сигнал, вибирається одне з двох зовнішніх пристроїв управління (ВНЕШНІЙ1 або ВНЕШНІЙ2). 7 (ВНЕШНІЙ2) Активно зовнішній пристрій управління 2. Джерела керуючих сигналів визначаються параметрами 1002 КОМАНДИ зовнішніх. 2 і 1106 Істочному. ЗАВДАННЯ 2. Вихід ПІД1 підключаємо в роботу 1106 Істочному. ЗАДАНІЯ2 Вибір джерела сигналу для зовнішнього завдання 2 (ЗАДАНІЕ2) 19 (ВИХІД. ПІД1) Вихід регулятора ПІД1 Див. Групи параметрів 40 ПІД РЕГУЛЯТОР1 і 41 ПІД РЕГУЛЯТОР2 Вибір напрямку обертання 1003 НАПРЯМОК Дозволяє управління напрямком обертання двигуна або фіксує напрямок 1 (ВПЕРЕД) Напрямок обертання - тільки вперед Дозвіл на запуск приводу 1601 ДОЗВІЛ рОБОТИ Вибирає джерело зовнішнього сигналу дозволу роботи. 0 (НЕ ВИБРАНЕ) Дозволяє запуск приводу без зовнішнього сигналу дозволу роботи. Запуск без намагнічування постійним струмом 2101 РЕЖИМ ПУСКУ Вибір способу пуску двигуна 1 (АВТОМАТ) Привід запускає двигун відразу ж з нульової частоти, якщо для параметра 9904 РЕЖИМ УПР.ДВІГ. встановлено значення СКАЛЯРИЯ: частина. Якщо потрібно пуск на ходу, виберіть ПУСК СКАН. Якщо для параметра 9904 РЕЖИМ УПР.ДВІГ. встановлено значення ВЕКТОР: ШВИДКІСТЬ або ВЕКТОР: МОМЕНТ, перед пуском привід попередньо намагнічує двигун постійним струмом. Час попереднього намагнічування визначається значенням параметра 2103 ЧАС ПОДМАГНІЧ. Див. Значення НАМАГН.ПТ. Вибір режиму зупинки 2102 РЕЖИМ зупинити вибір режиму зупинки двигуна 1 (вибіг) Зупинка двигуна шляхом відключення живлення. Двигун обертається по інерції до зупинки. Вибираємо одиниці виміру і формат відображення 4006 Одиниця виміру Вибирає одиницю виміру для поточних значень (регульованої величини) ПІД-регулятора. 4 (%) відсоток 22 (бар) бар 40 (куб.м / хв) кубометр в хвилину 4007 ПОЛОЖ.ДЕС. ТОЧКИ Визначає положення десяткового дробу для регульованих ПІД регулятором величин. 1 4008 ЗНАЧЕННЯ 0% Разом з параметром 4009 ЗНАЧЕННЯ 100% визначає масштабування регульованих ПІД регулятором величин. 4009 ЗНАЧЕННЯ 100% Разом з параметром 4008 ЗНАЧЕННЯ 0% визначає масштабування регульованих ПІД-регулятором величин. Вибір сигналу уставки 4010 ВИБІР УСТАВКИ Визначає джерело сигналу завдання для ПІД-регулятора технологічного процесу. 0 (ПАНЕЛЬ УПРАВ) Панель управління 1 (AI1) Аналоговий вхід АВХ1 2 (AI2) Аналоговий вхід АВХ2 19 (ВНУТРІШНІЙ) Фіксована значення, яке визначається параметром 4011 ВНУТР. Уставки. 4011 ВНУТР. Уставки Вибирає фіксоване значення в якості завдання ПІД-регулятора процесу, коли параметр 4010 ВИБІР УСТАВКИ встановлений на ВНУТРІШНІЙ. 40 Значення цього пункту необхідно змінювати в разі, коли параметр 4011 дорівнює 19 і встановлювати необхідне для технологічного процесу значення. 1 (AI1) Аналоговий вхід АВХ1 2 (AI2) Аналоговий вхід АВХ2 19 (ВНУТРІШНІЙ) Фіксована значення, яке визначається параметром 4011 ВНУТР. Уставки. 1107 МІН. ЗАДАНІЯ2 Визначає мінімальну величину зовнішнього завдання 2 (ЗАДАНІЕ2). Відповідає мінімальній установці для використовуваного джерела сигналу. 0,00% 1108 МАКС. ЗАДАНІЯ2 Визначає максимальну величину зовнішнього заданія2 (ЗАДАНІЕ2). Відповідає максимальній установці для використовуваного джерела сигналу. 100,00% Вибір сигналу ОС 4016 ВХІД СІГН.1 Визначає джерело дійсної величини 1 (СІГН.1). Див. Також параметр 4018 СІГН.1 МІН 2 (АВХ2) Використовується аналоговий вхід АВХ2 для СІГН.1 Інвертування сигналу ОС 4005 инверта. ПОМИЛКИ Вибирається залежність між сигналом зворотного зв'язку і швидкістю приводу. 0 (НІ) Пряма залежність: зменшення сигналу зворотного зв'язку призводить до збільшення швидкості приводу. Помилка = завдання-Зворотній зв'язок Налаштування ПІД-регулятора 4001 коеф. ПОСИЛЕННЯ Визначає коефіцієнт посилення ПІД-регулятора технологічного процесу. 1 Цей параметр настройки ПІД-регулятора підбирається для кожної системи індивідуально при налагодженні. 4002 ЧАС інтегрується Визначає час інтегрування ПІД-регулятора1 технологічного процесу. 10,0с Цей параметр настройки ПІД-регулятора підбирається для кожної системи індивідуально при налагодженні. 4003 ЧАС дифференцией Визначає час диференціювання ПІД-регулятора технологічного процесу. 0 Цей параметр настройки ПІД-регулятора підбирається для кожної системи індивідуально при налагодженні. Параметри управління 2202 ЧАС прискорити. 1 Визначає час ускоренія1 5,0 с 2203 часом уповільнив. 1 Визначає час замедленія1 5,0 с
Даний базовий набір параметрів дозволяє запустити перетворювач частоти ABB серії ACS355 в режимі ПІД-регулювання в загальному випадку. Вивчивши керівництво по експлуатації, користувач може виконати більш тонке налаштування, що оптимально підходить для конкретного застосування.
Керівництво по експлуатації російською мовою в друкованому вигляді поставляється разом з перетворювачем частоти ACS355 в одній коробці. Також керівництво російською мовою можна скачати в електронному варіанті тут .
Блок-схема налаштування ПІД-регулятора ПЧ ACS 355
Блок-схема настройки регулятора технологічного процесу PID1 (ПІД-регулятора) перетворювача частоти ABB серії ACS355 показана на рис.6.
Рис.6. Блок-схема настройки регулятора технологічного процесу PID1 (ПІД-регулятора) в перетворювачах частоти ABB серії ACS355.
На блок-схемі вказані номери параметрів і номера груп параметрів з керівництва по експлуатації перетворювача частоти.
висновки
Перетворювачі частоти ABB серії ACS355 мають зручну настройку ПІД-регулятора (майстер запуску) і інтерактивну російськомовну довідку. Це дозволяє адаптувати перетворювач під широкий спектр завдань і швидко ввести привід в експлуатацію. Можливість настройки перетворювача частоти, як через панель управління, так і за допомогою комп'ютера, додає гнучкості і зручності у використанні ПЧ ACS355.