ПИД-регулирование – распространенный метод регулирования, часто используемый в управлении технологическими процессами. Данный метод обеспечивает регулирование выходной частоты ПЧВ на основе пропорциональных, интегральных и дифференциальных вычислений по разности между сигналом обратной связи контролируемой величины и заданной уставкой, образуя систему отрицательной обратной связи. ПИД-регулирование подходит для управления такими процессами, как регулирование расхода, давления или температуры.
Структурная схема ПИД-регулятора представлена на рисунке.
Для работы с параметрами группы F9 необходимо выбрать ПИД-регулятор в качестве источника задания частоты (в параметрах F0.03, F0.04 задать значение 8).
Параметр F9.00
F9.00 | Выбор способа задания уставки ПИД-регулятора | Значение по умолчанию | 1 | |
Диапазон значений | 0 | Панель управления. Заданное значение ПИД-регулятора определяется значением параметра F9.01 | ||
1 | Аналоговый вход AI1. Задание уставки ПИД-регулятора с помощью сигнала напряжения | |||
2 | Аналоговый вход AI2. Задание уставки ПИД-регулятора с помощью сигнала напряжения/токового сигнала | |||
3 | Резерв | |||
4 | Импульсный вход DI6 | |||
5 | Интерфейс RS-485 | |||
6 | Многоскоростной режим | |||
Данный параметр определяет способ задания уставки ПИД-регулятора.
Уставка задается в качестве относительной величины: значение уставки равное 100% соответствует 100% величины сигнала обратной связи (например, от датчика давления, подключенного к аналоговому входу).
Параметр F9.01
F9.01 | Уставка или значение обратной связи панели | Значение по умолчанию | 50.0 % | |
Диапазон значений | 0.0 % – 100.0 % | |||
Данный параметр используется для задания величины уставки, когда в параметре F9.00 задано значение 0. Опорным значением параметра F9.01 является величина сигнала обратной связи в системе.
Параметр F9.02
F9.02 | Источник обратной связи ПИД-регулятора | Значение по умолчанию | 0 | |
Диапазон значений | 0 | Аналоговый вход AI1 | ||
1 | Аналоговый вход AI2 | |||
2 | Резерв | |||
3 | Разница AI1 – AI2 | |||
4 | Импульсный вход DI6 | |||
5 | Интерфейс RS-485 | |||
6 | Сумма AI1 + AI2 | |||
7 | Максимальный сигнал среди AI1/AI2 | |||
8 | Минимальный сигнал среди AI1/AI2 | |||
Параметр F9.02 используется для выбора источника сигнала обратной связи ПИД-регулятора.
Если сигнал обратной связи поступает от датчика давления или температуры, подключенного к одному из аналоговых входов ПЧВ, то в качестве источника обратной связи в параметре F9.02 необходимо выбрать соответствующий аналоговый вход:
AI1 является аналоговым входом сигнала напряжения 0 – 10 В;
AI2 является универсальным аналоговым входом (сигнала напряжения 0 – 10 В или сигнала тока 4 – 20 мА), выбор режима работы осуществляется при помощи джампера J2.
Параметр F9.03
F9.03 | Источник обратной связи ПИД-регулятора | Значение по умолчанию | 0 | |
Диапазон значений | 0 | Положительная обратная связь | ||
1 | Отрицательная обратная связь | |||
0: Положительная обратная связь
Применяется, когда при превышении сигналом обратной связи значения заданной уставки, необходимо снизить выходную частоту преобразователя, чтобы обеспечить баланс. Примеры применения: водоснабжение, газоснабжение, контроль натяжения намотки;
1: Отрицательная обратная связь
Применяется, когда при превышении сигналом обратной связи значения уставки, необходимо увеличить выходную частоту преобразователя, чтобы обеспечить баланс. Примеры применения: температурный контроль центральной системы кондиционирования, контроль натяжения при размотке.
Переключение между положительной и отрицательной обратной связью можно осуществить с помощью дискретного входа с назначенной функцией “Переключение характеристики ПИД-регулятора” (в соответствующем параметре F5.00 – F5.05, F5.10 задано значение 35).
Параметр F9.04
F9.04 | Диапазон задания обратной связи ПИД-регулятора | Значение по умолчанию | 1000 | |
Диапазон значений | 0 – 65535 | |||
Параметр F9.04 используется для отображения величины сигнала обратной связи в виде абсолютного значения контролируемого параметра (например, давления). Для вывода величины сигнала обратной связи на ЛПО, в параметре F7.04 должно быть выбрано “Бит 00: Обратная связь ПИД”.
Значение параметра F9.04 определяется соотношением:
F9.04 – значение параметра F9.04;
Ддатч. – абсолютное значение контролируемого параметра, соответствующее 100 % величины сигнала обратной связи (измеряемый диапазон датчика).
Пример
На ЛПО требуется отображать абсолютное значение сигнала обратной связи от датчика избыточного давления с характеристиками:измеряемый диапазон: от 0 до 1,6 МПа;
выходной сигнал датчика: от 0 до 10 В.
Последовательность действий настройки:
В параметре F7.04 выбираем “Бит 00: Обратная связь ПИД” для отображения величины сигнала обратной связи на ЛПО;
Определяем значение, которое требуется задать в параметре F9.04.
Поскольку диапазон измерения подключенного датчика давления составляет от 0 до 1,6 МПа, то значение давления, соответствующее 100 % величины сигнала обратной связи (10 В) Ддатч. = 1,6 МПа. Следовательно, F9.04 = 10 × 1,6 = 16;
В параметре F9.04 задаем значение 16.
Параметры F9.05 – F9.07
F9.05 | Пропорциональная составляющая P1 | Значение по умолчанию | 20.0 | |
Диапазон значений | 0.0 – 100.0 | |||
Пропорциональная составляющая P1 (F9.05)
В параметре F9.05 задается пропорциональный коэффициент (P).
Этот коэффициент определяет степень реакции на текущую ошибку – разницу между требуемым значением параметра (уставкой) и его текущим значением. Чем больше эта ошибка, тем сильнее воздействие регулятора. Однако, слишком большое значение этого коэффициента приводит к нестабильной работе системы и постоянному перерегулированию.
Время интегрирования I1 (F9.06)
В параметре F9.06 задается интегральный коэффициент (I).
Этот коэффициент служит для корректировки ошибок, которые накапливаются со временем. Если ошибка остаётся длительное время, даже небольшое значение интегрального коэффициента обеспечивает ее “накапливание” и корректировку управления, чтобы компенсировать отклонение. Таким образом, при заданном значении интегрального коэффициента, действие системы направлено на исправление возникающего в ней постоянного смещения, чтобы результат ее работы точно соответствовал заданной уставке контролируемого параметра.
Дифференциальная составляющая D1 (F9.07)
В параметре F9.07 задается дифференциальный коэффициент (D).
Дифференциальный коэффициент определяет реакцию системы на скорость изменения ошибки. При быстром уменьшении или увеличении ошибки, дифференциальный коэффициент “сглаживает” реакцию системы, чтобы избежать резких скачков. Если, в результате быстрого изменения ошибки, система движется к цели слишком быстро, дифференциальный коэффициент замедляет этот процесс, чтобы не “проскочить” целевую точку и обеспечить плавный подвод системы к значению заданной уставки контролируемого параметра.
Каждый из этих трех коэффициентов выполняет свою функцию и, в совокупности, они помогают добиться плавного и точного управления.
Параметры F9.08 и F9.09
F9.08 | Частота обратного среза ПИД-регулятора | Значение по умолчанию | 0.00 Гц | |
Диапазон значений | 0.00 – F0.10 | |||
Значение частоты обратного среза, задаваемое в параметре F9.08, определяет границу фильтрации для высокочастотного шума в дифференциальной составляющей ПИД-регулятора, чтобы обеспечить устойчивую работу системы.
Параметр F9.09 служит для управления регулированием в зависимости от величины текущей ошибки (отклонения обратной связи): ПИД-регулятор прекращает регулирование, когда отклонение обратной связи находится в пределах диапазона, заданного в параметре F9.09.
Параметр F9.10
F9.10 | Диапазон пределов дифференциальной составляющей ПИД-регулятора | Значение по умолчанию | 0.10 % | |
Диапазон значений | 0.00 % – 100.00 % | |||
Значение данного параметра определяет уровень воздействия дифференциальной составляющей на процесс ПИД-регулирования.
ПримечаниеПараметр F9.11
F9.11 | Время изменения значения уставки | Значение по умолчанию | 0.00 с | |
Диапазон значений | 0.00 с – 650.00 с | |||
Параметр F9.11 определяет скорость изменения выходного сигнала ПИД-регулятора при изменении уставки контролируемого параметра.
При изменении значения уставки выходной сигнал ПИД-регулятора не изменяется мгновенно, а в течение определенного времени. В данном параметре задается время, в течение которого после изменения уставки выходной сигнал ПИД-регулятора изменится от 0 % до 100 %.
Параметры F9.12 и F9.13
F9.12 | Время фильтра для обратной связи | Значение по умолчанию | 0.00 с | |
Диапазон значений | 0.00 с – 60.00 с | |||
Фильтры по сигналу обратной связи (параметр F9.12) и по выходному сигналу ПИД-регулятора (параметр F9.13) используются, чтобы исключить резкие изменения в системе.
Параметры F9.14 – F9.16
F9.14 | Пропорциональная составляющая P2 | Значение по умолчанию | 20.0 | |
Диапазон значений | 0.0 – 100.0 | |||
Параметры F9.14 – F9.16 используются в качестве второй группы коэффициентов ПИД-регулятора, их функции полностью аналогичны функциям параметров F9.05 – F9.07.
Данные параметры требуются для задач, предполагающих наличие второго набора коэффициентов ПИД-регулятора. Условия переключения коэффициентов задаются в параметре F9.17. Если переключение коэффициентов не требуется, то по умолчанию используются значения, заданные в параметрах F9.05 – F9.07.
Параметры F9.17 – F9.19
F9.17 | Условия переключения параметров ПИД-регулятора | Значение по умолчанию | 0 | |
Диапазон значений | 0 | Без возможности переключения | ||
1 | Переключение с помощью клеммы DI | |||
2 | Переключение в соответствии с величиной ошибки регулирования | |||
Параметр F9.17 используется для переключения между двумя наборами коэффициентов ПИД-регулятора (см. параметры F9.05 – F9.07 и F9.14 – F9.16).
По умолчанию в параметре F9.17 задано значение 0, при данном значении параметра функция переключения коэффициентов не задействована и применяются только значения, заданные в параметрах F9.05 – F9.07.
Когда в параметре F9.17 задано значение 1, задействована функция переключения коэффициентов с помощью дискретного входа. Для этого соответствующему дискретному входу необходимо назначить функцию “Переключение коэффициентов ПИД-регулятора” (задать значение 43 в соответствующем параметре F5.00 – F5.05. По активному сигналу на данном дискретном входе задействуется вторая группа коэффициентов ПИД-регулятора (F9.14 – F9.16).
Когда в параметре F9.17 задано значение 2, переключение коэффициентов осуществляется автоматически и определяется значениями, заданными в параметрах F9.18 и F9.19:
если отклонение между значением заданной уставки и величиной сигнала обратной связи меньше значения, заданного чем параметре F9.18, то используется первая группа коэффициентов ПИД-регулятора (F9.05 – F9.07);
если отклонение между значением заданной уставки и величиной сигнала обратной связи больше значения, заданного чем параметре F9.19, то используется вторая группа коэффициентов ПИД-регулятора (F9.14 – F9.16).
Параметры F9.20 и F9.21
F9.20 | Предустановленное значение выхода ПИД-регулятора | Значение по умолчанию | 0.0 % | |
Диапазон значений | 0.0 % – 100.0 % | |||
При необходимости, во время пуска, ПИД-регулятор может работать с предустановленным значением выходного сигнала, которое задается в параметре F9.20. Время работы ПИД-регулятора с предустановленным значением выходного сигнала задается в параметре F9.21. По истечении заданного времени ПИД-регулятор автоматически начнет работу в обычном режиме по сигналу обратной связи.
Параметры F9.22 и F9.23
F9.22 | Максимальное отклонение на выходе ПИД-регулятора при прямом вращении | Значение по умолчанию | 1.00 % | |
Диапазон значений | 0.00 % – 100.00 % | |||
Параметры F9.22 и F9.23 служат для обеспечения плавности изменения выходного сигнала ПИД-регулятора.
Сигнал на выходе ПИД-регулятора изменяется пошагово с фиксированным шагом равным 2 мс. Величина изменения выходного сигнала ПИД-регулятора за один шаг (2 мс) ограничивается значением, задаваемым в параметре F9.22 (при прямом вращения вала двигателя) и значением, задаваемым в параметре F9.23 (при обратном вращении вала двигателя).
Данное ограничение величины изменения выходного сигнала требуется для предотвращения резких скачков и колебаний выходного сигнала ПИД-регулятора, особенно при резких изменениях величины ошибки.
Параметр F9.24
F9.24 | Свойства интегральной составляющей ПИД-регулятора | Значение по умолчанию | 00 | |
Диапазон значений | 0х | Разделение интегральной составляющей | ||
0 | Выключено | |||
1 | Включено | |||
х0 | Действия при достижении крайнего значения | |||
0 | Продолжить вычисления | |||
1 | Остановить вычисления | |||
Включение функции разделения интегральной составляющей (в разряде 0х параметра F9.24 задано значение 1) позволяет исключить интегральную составляющую из процесса регулирования. Отключение интегральной составляющей выполняется по активному сигналу на дискретном входе с назначенной функцией “Отключение интегральной составляющей ПИД-регулятора” (в соответствующем параметре F5.00 – F5.05, F5.10 задано значение 38).
При достижении выходного сигнала ПИД-регулятора одного из крайних значений (максимального или минимального) на выбор предоставляется две опции:
интегральная составляющая продолжит процесс своих вычислений (в разряде х0 параметра F9.24 задано значение 0);
интегральная составляющая остановит процесс своих вычислений (в разряде х0 параметра F9.24 задано значение 1).
Параметры F9.25 и F9.26
F9.25 | Значение обнаружения обрыва обратной связи | Значение по умолчанию | 0.0 % | |
Диапазон значений | 0.0 % (обрыв обратной связи не отслеживается) 0.1 % – 100.0 % | |||
Если величина сигнала обратной связи ПИД-регулятора становится меньше значения обнаружения обрыва обратной, связи, заданного в параметре F9.25 в течение времени, заданного в параметре F9.26, то преобразователь сообщает о неисправности и переходит в предустановленный режим работы при обнаружении неисправности (см. параметр FA15).
Параметр F9.27
F9.27 | Работа ПИД-регулятора при останове | Значение по умолчанию | 0 | |
Диапазон значений | 0 | ПИД-регулирование выключено при останове | ||
1 | ПИД-регулирование активно при останове | |||
Когда преобразователь частоты находится в режиме “СТОП” и ожидает команду на пуск двигателя, его выходная частота может изменяться в режиме реального времени в соответствии с сигналом обратной связи. Для этого необходимо включить ПИД-регулирование при останове (в параметре F9.27 задать значение 1). В данном режиме вал двигателя не вращается, ПЧВ ожидает команды на пуск, но при этом отображает выходную частоту на панели оператора, осуществляя ПИД-регулирование по сигналу обратной связи.
Параметр F9.28
F9.28 | Активация режима сна | Значение по умолчанию | 0 | |
Диапазон значений | 0 | Выключен | ||
1 | Включен | |||
Параметр F9.28 используется для программного включения и отключения функции спящего режима.
Когда включена функция спящего режима (в параметре F9.28 задано значение 1), обеспечивается автоматическое отключение (режим сна) и выдача (режим пробуждения) выходной частоты в зависимости от значений, заданных в параметрах спящего режима F9.29 – F9.32 и уставки PID-регулятора, заданного в параметре F9.01.
Спящий режим может использоваться в ситуациях, когда штатная работа системы предполагает интервалы простоя и постоянная работа ПЧВ экономически нецелесообразна. Во время таких интервалов спящий режим, снижая выходную частоту до нуля, позволяет сократить энергопотребление и, в тоже время, не допускает нарушения штатных условий работы системы (слишком высокое давление, переохлаждение воды в охладительных колоннах, проблемы герметизации здания). Кроме этого, возможны ситуации, когда ПЧВ используется совместно с устройствами, не позволяющими ПЧВ снижать скорость двигателя, что может стать причиной раннего износа насосных систем, преждевременной выработке смазки в коробках передач или неравномерной работе вентиляторов. В таких случаях также может быть задействован спящий режим.
Параметры F9.29 – F9.32
F9.29 | Значение активации режима сна | Значение по умолчанию | 60.0 % | |
Диапазон значений | 0.0 % – 100.0 % | |||
Значения параметров F9.29 – F9.32 определяют работу функции спящего режима.
Наглядная иллюстрация логики работы спящего режима с использованием данных параметров показана в примере, приведенном ниже.
Пример
Задача: поддержание давления по сигналу обратной связи, поступающего от датчика давления, с использованием спящего режима.
Характеристики датчика:
диапазон измерения: 0 – 16 бар;
диапазон выходного сигнала: 4 – 20 мА.
Заданное значение уставки (F9.01): 50.0 %
Заданные значения параметров спящего режима:
Значение активации режима сна (F9.29): 60.0 %;
Задержка при переходе в режим сна (F9.30): 3.0 с;
Значение активации режима пробуждения (F9.31): 40.0 %;
Задержка при переходе в режим пробуждения (F9.32): 3.0 с.
Описание работы спящего режима с заданными параметрами приведено ниже.
Спящий режим опирается на значение сигнала обратной связи, поступающего от датчика давления 4 – 20 мА. Диапазон измерения датчика от 0 до 16 бар соответствует диапазону выходного тока датчика от 4 мА до 20 мА (значение 0 бар соответствует выходному току 4 мА, а значение 16 бар – выходному току 20 мА).
В параметре F9.01 задано значение уставки 50,0 %, что соответствует выходному току датчика 12 мА. При значении сигнала обратной связи менее 12 мА скорость изменяется по ПИД-закону. При достижении значения 12 мА, то есть уставки, заданной в параметре F9.01, скорость начинает снижаться. Если значение сигнала обратной связи превышает 12 мА и достигает порогового значения 60%, заданного в параметре F9.29 (ток на выходе датчика давления составляет 13,6 мА и выше), то ПЧВ выжидает время, заданное в параметре F9.30 (3,0 с) и затем переходит в режим сна, в котором выходная частота сбрасывается до нуля.
Для выхода из режима сна значение сигнала обратной связи, поступающего от датчика давления, должно стать ниже порогового значения 40,0 %, заданного в параметре F9.31 (ток на выходе датчика давления менее 10,4 мА) и оставаться ниже порогового значения в течение времени, заданного в параметре F9.32 (3,0 с). По истечении этого времени ПЧВ выйдет из режима сна и обеспечит выдачу выходной частоты.
Диаграмма, поясняющая логику работы функции спящего режима, представлена на рисунке.
