基于內(nèi)置PID模塊變頻控制的設(shè)計與應(yīng)用

鄒蕾 李麟 肖浩 朱靳 姜錦飛

1.課題背景

在項目的實施過程中，有時出現(xiàn)在驗收消缺的階段，電廠或業(yè)主可能會提出電機控制方式更改為變頻方式。如果在通過重新敷設(shè)控制電纜、更新卡件備用點、并更改上位機邏輯程序，施工難度較大，費用較高。因此考慮是否有更合理的解決方法，既滿足施工實際可行性，又可以解決電機變頻調(diào)節(jié)的需求，同時優(yōu)化成本。

欲使變頻系統(tǒng)中的某一個物理量穩(wěn)定在預(yù)期的目標值上，變頻器的 PID 功能電路將反饋信號與目標信號不斷進行比較，并根據(jù)比較結(jié)果來實時地調(diào)整輸出頻率和電動機的轉(zhuǎn)速。所以，變頻器的 PID 控制需要兩種控制信號：目標信號和反饋信號。這里目標信號是某物理量預(yù)期穩(wěn)定值所對應(yīng)的電信號，亦稱目標值或給定值;而該物理量通過傳感器測量到的實際值對應(yīng)的電信號稱為反饋信號，亦稱反饋量或當前值。項目課題北京為基于內(nèi)置PID模塊變頻控制的設(shè)計與應(yīng)用。

項目資金使用情況，該項目預(yù)算資金資金總額 3萬元，共計使用 0萬元，在國能諫壁電廠泥水改造項目中完成試驗驗證。

2.研究目標

在過程控制中，為了保證被調(diào)量在可控范圍內(nèi)，例如壓力或液位，方法就是采用閉環(huán)控制。閉環(huán)控制就是通過傳感與檢測元件把被調(diào)量的實際值測量出來，將它的全部或一部分反饋給輸入端，和給定量進行比較，判斷是否達到預(yù)定值。如尚未達到，則根據(jù)兩者的差值進行比例（P）、積分（I）、微分（D）運算，進行補償，使之產(chǎn)生一個新的執(zhí)行量，從而達到預(yù)定值。

PID控制是利用PI控制和PD控制的優(yōu)點組合而成的控制。由比例（P）和積分（I）組成的PI控制，能根據(jù)偏差及時間變化，產(chǎn)生一個執(zhí)行量。而由比例（P）和微分（D）組成的PD控制能根據(jù)偏差變化的動態(tài)特性及偏差的變化速率產(chǎn)生一個執(zhí)行量。

主流變頻器內(nèi)置有PID控制功能，給定信號通過變頻器控制端子輸入，反饋信號也加到變頻器的控制端，在變頻器內(nèi)部進行PID運算，調(diào)節(jié)執(zhí)行量用以改變輸出頻率。因此考慮采用變頻器內(nèi)置PID模塊，采集到壓力或液位信號后，輸入至變頻器內(nèi)置模塊，經(jīng)設(shè)定算法計算后內(nèi)部輸出信號作為指令直接給變頻器對電機進行調(diào)速。可以較好的解決電機變頻調(diào)速需求，避免了重新安裝等施工工作量。

3.試驗方案

諫壁電廠泥水改造項目中，泥水加藥泵為2.2KW兩臺，加藥泵給脫水機加藥用使泥漿可以快速聚攏，位置位于脫水樓二樓?？紤]功率負荷較小，且無特殊頻率控制要求，按普通電機回路考慮，并訂購就地箱及電纜，相應(yīng)DCS程控柜監(jiān)測及遠控信號均為數(shù)字量信號。

進入到現(xiàn)場調(diào)試階段后，電廠提出考慮加藥量的微細調(diào)節(jié)及加藥量的跟蹤特性，泥水加藥泵需按照變頻方式，如果兩臺加藥泵按照增加模擬量電纜、增加DCS程控柜卡件以及上位機編程組態(tài)等工作量計算，需要耗費訂購時間，增加成本，還需協(xié)調(diào)敷設(shè)安裝單位與DCS控制廠家等進行軟硬件改造。

綜合考慮，ABB ACS系列變頻器，帶有內(nèi)置PID控制功能，將PAM加藥給定信號通過變頻器控制端子輸入，在變頻器反饋信號也加到變頻器的控制端，在變頻器內(nèi)部進行PID運算，調(diào)節(jié)執(zhí)行量用以改變輸出頻率給泥水加藥泵。在節(jié)省周期成本的同時，可以較好的滿足電廠加藥泵電機變頻調(diào)速需求。

4.試驗結(jié)論

通過現(xiàn)場研究，采用ABB ACS系列變頻器的PID功能，使之能夠?qū)o定量與反饋量進行內(nèi)部比較進行PID運算，并自動輸出頻率信號至需調(diào)節(jié)水泵，滿足加藥泵等頻率轉(zhuǎn)速調(diào)整要求;在對比硬接線模擬量電纜傳輸至PLC或DCS上位機進行遠程監(jiān)控的方式，采用變頻器自身內(nèi)部所帶的PID內(nèi)置模塊，對需要變頻控制的水泵進行調(diào)節(jié)，節(jié)約了實施工期，優(yōu)化了成本，提高了變頻調(diào)節(jié)的效果。

通過以上兩種方式比較發(fā)現(xiàn)，兩種方式成本費用表如下：

第一種方式第二種方式序號名稱費用（元）序號名稱費用（元）1模擬量信號電纜100001變頻器內(nèi)部PID模塊02PLC或DCS控制（涉及軟硬件）150003敷設(shè)安裝50004調(diào)試費用30005.總結(jié)

將ABB變頻器內(nèi)置PID模塊給水泵作為變頻控制使用，避免了重新敷設(shè)安裝電纜、PLC或DCS增加卡件，上位機軟件改造變成等，也節(jié)省了施工周期，優(yōu)化了成本，更有效地達到變頻控制需求。后續(xù)，在其它系統(tǒng)大功率水泵功能需求的同時，也可借鑒與參考。減少施工周期，優(yōu)成本，電機高效精細調(diào)節(jié)，是本課題的研究關(guān)鍵。