变频器PID功能的使用

控制方式分类

开环控制

开环控制是指输入独立于输出的控制系统。例如给供水泵的变频器设定某个频率，输出产生的供水压力不会反过来影响变频器设定的这个频率。

闭环控制

闭环控制是将输出反馈给输入且会影响改变输入。例如给供水泵变频器设定某个频率，此时水泵产生的供水压力会反馈给控制器，如果压力并不等于设定压力，控制器会改变变频器的设定频率从而使输出的供水压力发生改变向目标压力靠近。

闭环控制方式的推演

控制需求（恒压供水）

假设使用变频器驱动水泵向用户供水，要求供水压力稳定在0.3MPa。

人工控制

当出水压力为0.25MPa，低于0.3MPa的目标，我们会将变频器的设定频率调高一些，以将出水压力升高至0.3MPa；当出水压力为0.32MPa时，高于0.3MPa的目标，我们会将变频器的设定频率调低一些，以将出水压力降低至0.3MPa。

推演

通过以上描述，我们可以发现人工控制压力时，需要时不时（采样时间）观察出水压力表（检测机构）所指示的压力大小，并对出水压力（实际值）和目标压力（设定值）进行比较，当实际值<设定值时，需要调高变频器的频率（执行机构的输出），当实际值>设定值时，需要调低变频器的频率（执行机构的输出）。我们可以抽象出这样一个逻辑：通过对实际值和设定值不断进行比较，用一定的策略来控制输出值，输出值改变的结果就是使实际值发生改变，最终使实际值等于设定值。

自动控制

那么如果需要设计一个自动控制系统来自动控制供水压力，我们需要的几个关键点：实际值（通过检测装置检测并反馈给控制器），设定值（设定给控制器），策略（控制器的调节算法），输出值（改变被控对象的状态以改变实际值）。

以下为自动控制系统的关键结构

下面是一个闭环控制系统的结构框图，也许可以帮助你更好地理解自动控制器的工作方式。

实际值PV

也称为过程量，需要使用仪表进行测量以便让控制器知道当前的实际值。例如人工控制时，通过观察现场安装的压力表上的指针和刻度就可以知道当前的压力值；当使用控制器控制时，需要通过压力变送器将压力变送为控制器可以接收的信号使控制器知道当前的压力。

设定值SP

是目标值，控制策略的终极目标压力。

控制策略

人工调节时当你知道每次比较压力然后调节变频器的频率，每次的调节量的多少是由大脑做出判断后决定的，如果压力与目标值差的多，那就多调一些，如果压力与目标值已经接近了，那就少调一些，这就是一个简单的控制策略。而控制器的控制策略可以是，每次采样将实际值与设定值相减，将误差值乘以一个比例系数作为输出的增减量，这样就可以做到偏差越大调节量越大。还可以对误差进行累加，误差累计越大调节量也就越大；还可以对误差变化的趋势进行判断，误差减小地越快，就减小相应的调节量而避免调节过度。

输出值

改变变频器的频率以改变被控量（压力）的大小。

变频器的PID控制功能

PID控制策略

PID是比例（P）、积分（I）和微分（D）三个字母的组合，根据实际需求可组合成P控制，PI控制，PD控制，PID等，本质上是一种控制策略，且这种控制策略是闭环控制。

变频器的PID控制

之前的文章讲过变频器初级调试的核心是命令源（启停变频器）和给定源（控制变频器频率）。变频器的PID控制的核心就是将变频器的给定源交给了PID控制器，然后再定义好PID控制器的反馈和设定信号源，最后根据实际控制效果调整控制策略。

变频器内部PID设置举例

安邦信AMB100

参数设置

以安邦信变频AMB100为例，下图详细列出了变频器PID控制相关的各个参数。

这里重点介绍一下变频器的PID参数，上文中有介绍闭环控制的几个关键是实际值（PID反馈源）、设定值（PID设定源）、控制策略（PID控制器参数）、输出。供水特定参数是为特殊行业应用所设计。

检测装置接线

压力变送器接变频器的24V+端子和AI1端子，GND端子和COM端子短接，注意AI1端子输入跳线应选择为电流类型。

ABB ACS510

参数设置

检测装置接线

压力变送器接变频器的10号端子24V+和5号端子AI2，6号AGND端子和11号GND端子短接。

特别说明

以上变频器PID的设定值通常是以百分比的形式设定的，百分比与实际值的对应关系是：如果变送器量程是0-1.6MPa，设定25%相当于设定压力为1.6x25%=0.4MPa。

压力反馈值的采集

以上举例仅针对通过压力变送器反馈4-20mA信号检测压力，如果是使用远传压力表，则需要将变频器的模拟量输入端子设置为电压输入类型，并连接变频器的10V端子和0V端子。

压力变送器采集

压力变送器可以将压力反馈值按量程转换为标准的4-20mA信号经变频器的模拟量输入通道传递给变频器的PID控制器。压力变送器的接线方式一般采用两线制，只需要给变送器加上一个24V电压，变送出的4-20mA之间的电流能够流入模拟量输入端子并最终流回电源负极就可以正常工作，这也是为什么要将模拟量通道的负极和24V电源的负极连接起来的原因，参见下图中的红线。

远传压力表采集

远传压力表变送信号的方式是电阻分压原理，可以看作是一个滑动变阻器，测量到的压力越高，中心头与一端的阻值越大，分得的电压也就越高。远传压力表需要接3根线，如果没有说明书，应该怎样正确接线呢。可以用万用表的电阻挡对三根线中的两根线进行两两测量，排除阻值最大的两根线，另一根线就是中心头。再测量中心头和另外两根线的阻值，阻值最小的那根线接0V，阻值最大的那根线接10V，中心头接模拟量输入端子。

远传压力表接入变频器的接线图如下:

总结

其他变频器也可以按照上文的思路进行参数设置，现将参数分类总结如下：

要使用变频器的PID控制器，除了要配置变频器的基本功能，最后还需要对P,I,D参数进行整定以达到理想的控制效果。