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主办单位：新疆博识通咨询有限公司中国工业自动化培训网1王老师：15811515136第三章：变频器工程应用•3.1变频器PID应用•变频器PID应用主要应用在过程控制中，如恒压供水控制、恒压供气控制、恒温控制等。变频器控制什么量，就由传感器将什么量转化为电信号，这个电信号和给定信号在变频器内进行比较，比较的差值控制变频器的输出频率，来控制电动机的转速，使变频器的控制量保持恒定。第三章：变频器工程应用•3.1.1富士G11S变频器PID控制•富士G11S变频器，驱动7KW电动机，拖动水泵恒压供水，PID控制，压力表量程1MPa,输出电流4~20mA,要求管道中压力为0.6MPa。•1.控制电路压力变送器第三章：变频器工程应用2.需要解决的问题：1）反馈端子的确定；•2）目标信号给定端子的确定；•3）目标信号的给定值为多少；•4）PID控制端子的确定；•5）P、I、D参数的选取。•上述5项都要通过变频器的功能码进行预置。•下面根据富士变频器的流程图分析参数的选择及设置情况。第三章：变频器工程应用第三章：变频器工程应用•3.功能参数•E01=20(X1端子有效，OFF,PID有效)•E02=11（X2端子有效，OFF,F01设定目标值。•F01=1（模拟电压端子设定目标值）•H20=1（PID正动作）•H21=1（C1端子为反馈端子，并正动作）•H22，P增益，0.01～10.0倍；•H23，I积分时间，0.01～3600s•H24，D微分时间，0.01～10.0s；现场调试决定,H25，PID反馈滤波，0.0～60s见下图第三章：变频器工程应用•PID控制特性：•PID控制特性见右图；负载反映特性见下图。第三章：变频器工程应用第三章：变频器工程应用•4.PID控制目标量选择•1）反馈信号和给定信号量纲相同•如给定信号为0~10V,反馈信号也为0~10V，则给定信号和反馈信号相同。•如压力表量程为1MP，给定压力为0.6MP，则反馈信号为6V，给定信号也为6V。•2）反馈信号和给定信号量纲不同•如给定信号为0~10V,反馈信号为4~20mA，则给定信号和反馈信号以总量程的%比计算。•如本例中压力表量程为1MP，给定压力为0.6MP，反馈信号为总反馈信号的60%，则给定信号也为总给定信号的60%，即6V。第三章：变频器工程应用•3）反馈信号和给定信号量纲不同，反馈信号和变频器设置起点不同•如反馈信号为4~20mA，变频器反馈端子为0~20mA，反馈信号的4mA起始电流对变频器来说应算为有效电流。计算时将反馈信号4~20mA当做0~20mA看待。•如西门子变频器，反馈端子为0~20mA，反馈信号为4~20mA，压力表量程为1MP，给定压力为0.6MP，•则反馈电流为4+（20-4）x60%=13.6mA，折算到反馈端子为13.6/20mA=68%，则给定电压为10V的•68%，即6.8V。第三章：变频器工程应用•3.3西门子440变频器PID应用•3.3.1变频器的访问级P0004=2时变频器的访问级第三章：变频器工程应用•3.3.2PID控制参数设置•如同其它变频器一样，要想完成某项具体的控制工作，必须要修改一些相应的参数。怎样才能把相关的参数找出来，进行修改预置，同样是一件细致的工作。一些简单的控制，需要修改的参数较少，通过参数访问级和参数表就能解决。一些复杂应用，就要借助变频器的功能框图和参数数表中的提示，在读懂功能框图的前提下，进行参数设置。第三章：变频器工程应用•1.PID控制在恒压供水中的应用框图第三章：变频器工程应用•在上图中，PID切换还没有确定。查手册，P2200为PID切换参数，P2200=1，变频器自动为PID控制，也可以设置为外端子控制。P2200=722.1，数字端子2有效，当该端子闭合，变频器PID控制。•数字端子2在参数表中并没有PID切换功能，是通过将代表数字端子2的功能代码P0702设置为P0702=99，99为将该端子的功能“参数化”，该端子参数化后可以命名新的功能。P2200=722.1，就是将数字端子2命名为新的功能“PID切换”。第三章：变频器工程应用•2.电路连接•选用0～10V压力传感器，反馈信号接于模拟输入端子AIN2的10、11之间，设定信号用4.7k电位器，接于模拟输入端子AIN1的1、3、4之间，要把2、4、11端子连接一起（模拟输入公共端）。•数字输入端子DINI为运行控制，DIN2为PID切换。第三章：变频器工程应用•3.参数选择•为访问PI调节器参数，先设过滤参数：P0003=2(访问标准和扩展级)，P0004=22(选择PI调节器控制参数群)，•P2200=1,变频器PID控制(也可以用一个多功能输入端子来控制PID切换，如设P0702=99，P2200=722.1，DIN2端子控制切换，在变频器停止时，可进行PID控制和U/f控制切换)；•P2253=755.0，选择“模拟输入端子1”为给定控制信号源；•P2264=755.1，选择“模拟输入端子2”为反馈控制信号源；•P值：P2280设为0.3～1.5；•I值：P2285设为0.03～0.15s；•D值：P2274，先保持默认值；•其他参数参考说明书精细调整第三章：变频器工程应用•变频器PID控制应设置的几个关键参数：•1.PID控制切换参数，该参数是使变频器进入PID控制的，一般变频器都是设置一个外端子进行切换，也有的变频器直接设置为PID控制。•2.反馈输入端子设置参数，该参数确定反馈输入端子，反馈信号的类型。•3.目标信号给定，该参数确定目标信号由什么给定，是直接由面板设置还是由外端子设置。第三章：变频器工程应用第三章：变频器工程应用•3.3变频器在回转窑上的应用•回转窑广泛用于冶金、化工、建筑耐火材料、环保等工业。水泥回转窑是水泥熟料干法和湿法生产线的主要设备。回转窑由筒体，支承装置，带挡轮支承装置，传动装置，活动窑头,复合碎石机，窑尾密封装置，喷煤管装置等部件组成。回转窑的回转部分如右图所示。回转窑的窑体与水平呈一定的倾斜，整个窑体由托轮装置支承，并有控制窑体上下窜动的挡轮装置。回转窑的转动由电动机通过齿轮减速箱，减速箱的输出齿轮和回转窑的回转齿条啮合，拖动回转窑转动。第三章：变频器工程应用•3.3.1.回转窑负载分析•1.起动力矩分析•启动时回转窑内的物料处于正下方，在窑体起动并不断加速的过程中，整个窑体要克服摩擦力、窑体变形产生的阻力以及窑内的物料堆积角产生的阻力。当窑体克服所有阻力开始转动时，堆积物料的偏转角也随着变化，当物料偏转角达到90度时，此时物料所引起的附加转矩最大，变频器的输出电流也最大，达到正常工作电流的3-4倍。此时变频器的输出频率上升到10-13Hz。第三章：变频器工程应用•2.运行力矩分析•回转窑起动过程，既是一个加速过程，也是克服设备巨大惯性的过程。一旦变频器克服了这种大惯性负载而起动起来，维持正常运转时，所需的驱动转矩及功率减小。•回转窑在正常工作时，因为物料运行的不规则冲击和窑体受热变形弯曲引起的附加力矩，回转窑为冲击负载。•根据回转窑的这种负载特点，选择变频器及电动机的功率就比较复杂，功率选择过大，起动没问题，但正常运转时出现大马拉小车现象，能耗大，一次性投资加大；功率选择小些适合于正常运行，效率高投资小，但不能正常起动。第三章：变频器工程应用•3.3.2.变频器选择原则•根据上述回转窑负载特性的分析，变频器在选型和容量选择上有其特殊性。•1）变频器在起动时负载很大，是正常工作时的几倍，因此，变频器的容量选择要有充分的裕量，否则变频器将不能正常启动。•2）变频器是在起动时的低速区（10～13Hz）电流最大，因此变频器在选型时要选择起动过载能力大、具有低频转矩补偿的变频器。•3）提高电动机的上限转速，加大减速装置的传动比，以提高起动时的低频转矩。第三章：变频器工程应用•3.3.3应用实例•1.工作现状有一回转窑改造项目，原来选用55KW电动机调速驱动，因回转窑烧结温度较高，热膨胀系数较大，窑体变形严重,使起动及工作电流增大,电动机经常堵转不能正常运转。•2.改造分析改造时考虑到原电动机的功率不足，同时考虑到55KW、4极电动机转速为1460r/min，而回转窑正常运行时电动机的转速只有800r/min左右，电动机的散热效果差。根据以上情况，将电动机改为6极、90kW，该电动机额定转速960r/min，当运转在800r/min时，变频器的输出频率为40Hz左右，电动机发热量下降。•选择惠丰HF-G7-90T3型通用变频器，该变频器功率为90kW，额定电流180A。第三章：变频器工程应用•3.系统调试•1）变频器选择HF-G7-90T3，起动正常（？），但在运行中频繁跳“OC”过流，使生产不能正常进行。查其原因，发现由于负载惯量大，物料在窑中滚动时不断形成附加转矩，使变频器产生瞬间过流。瞬时峰值电流达340A。而HF-G7-90T3变频器的过载极限电流为270A，小于其负载峰值电流，故不能正常工作。第三章：变频器工程应用•2）根据这一现场情况，经反复论证计算，最后变频器选择为HF-G9-160T3型，该变频器额定功率160kW，额定电流320A。过载能力为1.5-1.8倍，过载极限电流为480-570A。•该变频器足可以克服负载瞬时波动产生的峰值电流，回转窑运行正常，不再跳“OC”过流。•3）变频器在正常停机的情况下，启动困难，借助辅助设备才有可能起动。分析其情况，判断为起动转矩不足，修改变频器的转矩补偿曲线，变频器启动正常。第三章：变频器工程应用•总结：•1）变频器的容量是以瞬时冲击电流为依据，变频器只有满足了负载的瞬时冲击电流要求，才能不跳闸。该例中瞬时峰值电流为340A，所选变频器的额定电流为320A（略小于峰值电流，见下图）。•2）电动机的容量根据负载的平均功率选取，只要负载的瞬时电流达不到堵转电流，电动机的容量就不必增加。•3）考虑低速电动机的发热问题，尽量使电动机工作在高转速区。第三章：变频器工程应用•3.4变频器在张力控制设备上的应用•生产线一般由多个驱动环节组成，每个驱动环节有一台或多台电动机。因为生产线工作时的连续性，要求众多的驱动环节在运行时的速度或同速、或按比例运行、或根据现场情况随机调整。在采用变频器控制时，为各个驱动环节的调速控制提供了方便。变频器根据速度传感器的取样信号，可方便的进行速度控制。第三章：变频器工程应用3.4.1.检测传感装置•1.张力控制传感装置•卷取机械是带材和线材生产不可缺少的设备，如塑料带的卷取，造纸厂纸张的卷取，冶金厂的薄板卷取、带铜卷取等。在卷取过程中，为了使产品合格，要给卷材上加一定的张力，张力的大小关系到产品的质量。同时，卷取工序与前道工序之间有着密切的联系，如与前道工序速度要同步、稳定、调速精度要高等。第三章：变频器工程应用•（1）用变频器转矩电流控制张力•图为以转矩电流作为控制信号的张力控制系统示意图。如图所示，用滚筒2移动加工物，在滚筒1上施加与旋转方向相反的转矩，使两组滚筒间的加工物具有张力，该张力与滚筒1电动机的制动转矩大小成比例。因此，变频器2可以选用通用变频器调速；而变频器1则必须选用具有转矩控制功能的矢量控制变频器。图中所用传感器为电流传感器，它将电动机的定子电流（定子电流和电动机的转矩成正比）转化为4～20mA的控制信号，加在变频器的反馈输入端，控制变频器输出转矩的稳定，达到控制带材张力稳定的目的。第三章：变频器工程应用•（2）采用调节辊控制张力•图为调节辊装置的示意图。调节辊利用弹簧、气压、重锤等在一定方向上施加一定大小的力，不管其位置是否变动始终使加工物保持一定的张力。使用调节辊时，张力与变频器的控制没有直接关系，其大小为F的一半。调节辊的张力控制功能只限于在其容许的行程以内。第三章：变频器工程应用•（3）张力检测器控制张力•对于高精度张力控制或用调节辊控制在控制失调时对产品质量影响很大的场合，可采用张力检测器的反馈控制。张力检测器有差动变压器式和测力传感器式等类别。第三章：变频器工程应用•3