三菱D700變頻器PID控制的應用

王林艷 李曉娓

摘要：本文在介紹PID控制的基礎上，主要分析了三菱D700系列變頻器的PID實際應用，并通過實例來驗證三菱D700變頻器PID控制的作用。

關鍵詞：D700 變頻器;PID控制

中圖分類號：TP3? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1009-3044（2018）34-0222-02

隨著變頻器技術的不斷發展，其功能將不斷擴大和加強，在實際生產中將有越來越廣闊的應用前景。三菱公司的變頻器是世界知名的變頻器之一，在國內市場，因其穩定的價格，廣泛應用于各個領域，其中D700系列變頻器是具有超高性價比、操作簡單、功能強大的緊湊型多功能變頻器。本文在介紹PID控制的基礎上，主要分析了三菱D700系列變頻器的PID實際應用，并通過實例來驗證三菱D700變頻器PID控制的作用。

比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。當僅有比例控制時系統輸出存在穩態誤差。為了消除穩態誤差，必須引入“積分項”，比例+積分（PI）控制器，可以使系統在進入穩態后無穩態誤差。比例+微分（PD）控制器能改善系統在調節過程中的動態特性。

2 三菱D700變頻器的PID控制

三菱D700變頻器能夠進行流量、風量或壓力等的過程控制。PID基本構成如圖1所示。其中，以端子2輸入信號或參數Pr.133設定值為目標，以測定值作為反饋信號輸入端子4，組成D700變頻器的反饋系統，以進行PID控制。具體參數設置如下。

2.1 PID控制

Pr.127 PID控制自動切換頻率，初始值為9999，無PID控制自動切換功能。若設定在0～400HZ，則自動切換到PID控制的頻率。如圖2所示，從啟動到到達Pr.127 設定頻率為止，在無PID控制的情況下上升，一旦進入PID控制運行后，即便輸出頻率低于PR.127 設定頻率，仍舊繼續進行PID控制。

Pr.128 PID動作選擇，初始值為0，PID不動作;若設置為20，則PID負作用;若設置為21，則PID正作用。要進行PID控制，在變頻器的端子2或Pr.133中輸入目標值，向變頻器的端子4輸入測定值。需設定Pr.128=“20、21”。

2.2 PID參數

Pr.129 PID比例帶，初始值為100%，設定范圍為0.1～1000%。比例帶狹窄時，即參數的設定值小時，測定值的微小變化可以帶來大的操作量變化。隨比例帶的變小，響應靈敏度會變得更好，但可能會引起振動等，降低穩定性。

Pr.130 PID積分時間，初始值為1s，設定范圍為0.1～3600s。隨著積分時間變小，到達目標值的速度會加快，但是容易發生振動現象。

Pr.131 PID上限，初始值為9999，設定范圍為0 ～100%。測定值超過設定值的情況下輸出FUP信號。可以將Pr.190、Pr.192 中的任意一個設定為15或115。

Pr.132 PID下限，初始值為9999，設定范圍為0 ～100%。測定值低于設定值范圍的情況下輸出FDN信號。可以將Pr.190、Pr.192 中的任意一個設定為14或114。

Pr.134 PID微分時間，初始值為9999，設定范圍為0.01 ～10s。 隨著微分時間的增大，對偏差變化的反應也越大。

以上PID比例帶、積分時間和微分時間，若設置為9999，則均無對應的作用。

2.3 PID目標

Pr.133 PID動作目標值，初始值為9999，則端子2輸入為目標值，若設定在0 ～100%，則是PID控制時的目標值。

2.4 PID控制調整步驟

在實際應用三菱D700的PID控制中，首先進行PID控制參數的設定，設定P127～P134參數;其次進行端子的設定，設定PID控制用的輸入和輸出端子，分配一個PID控制選擇信號端X14和上下限溢出信號端FUP、FDN;最后將X14信號止于ON，即可運行變頻器，進制PID控制。

設定PID控制用的輸入和輸出端子時，將Pr. 178～Pr.182中的任意一個參數設定為“14”，即分配了一個PID控制選擇信號（X14），Pr. 178～Pr.182為默認值時，分別代表初始信號STF（正轉）、STR（反轉）、RL（低速運行）、RM（中速運行）和RH（高速運行）。通過控制端子位使X14信號為ON，PID控制有效。也可以通過RS485通訊等經由網絡分配了X14信號的端子位的ON/OFF來實現PID控制。未分配X14信號時，只需通過Pr.128的設定即可使PID控制生效。Pr.128=“0”或X14=OFF時，不進行PID動作，而為通常的變頻器運行。

3 三菱D700變頻器PID控制應用實例

采用三菱D700作為電源控制空氣壓縮機的電動機，系統能根據需要改變壓縮機的轉速，連續調節供氣量，使系統壓力始終維持在所要求的數值上，達到恒壓供氣的目的。系統經過簡單的壓力傳感器信號轉換，便可得到4～20mA的電流信號，反饋給變頻器，變頻器則根據輸入的給定值和反饋的實際值，利用PID控制自動調節變頻器輸出頻率，從而實現壓縮機的壓力平穩。

恒壓供氣系統的接線圖如圖2所示，通過外部模擬電壓輸入端子2設定目標值，通過外部模擬電流輸入端子4輸入反饋值，5為目標值與反饋值的公共端。選擇RL作為PID信號控制端。壓力變送器采用ATE1151電容式壓力變送器，其輸出信號為二線制24V供電、4～20mA輸出，量程范圍0～2000 kPa。變頻器參數功能表設置如下表所示，注意設置參數前先設置ALLC=1，將變頻器參數復位為工廠的缺省值。

在很多情況下，PID控制不一定需要全部比例、積分和微分單元。在恒壓供氣系統中，因為被控壓力量不屬于大慣量滯后，因此只需PI功能，D功能可以基本不用，但比例控制單元是必不可少的。

與傳統控制方式相比，采用變頻器控制大大提高了輕載運行時的工作效率，降低了運行成本。同時，通過變頻器實現電動機的軟啟動、軟停車，提高了供氣質量，改善了運行性能。外圍電路簡單，變頻器功能設置合理，系統操作、運行簡便。

4 結語

總之，要使變頻器內置PID閉環正常運行，必須首先選擇PlD閉環選擇功能有效，同時至少有兩種控制信號：一是給定量，它是與被控物理量的控制目標對應的信號。二是反饋量，它是通過現場傳感器測量的與被控物理量的實際值對應的信號。本文在介紹變頻器PID控制系統的構成和工作原理的基礎上，對變頻器功能參數以及使用中的關鍵性問題進行了研究，并通過恒壓供氣的實例，進一步驗證了三菱變頻器PID控制的作用。對變頻器的功能應用相對于通常設置進行了改進和完善，取得了很好的應用效果。

參考文獻：

[1] 朱應煌. 變頻器在空氣壓縮機恒壓控制中的應用[J]. 自動化儀表， 2009， 30（l）.

[2] 馮小玲， 羅鋒華， 房馳. 基于三菱可編程邏輯控制器與變頻器的恒壓供水控制系統設計[J]. 電機與控制應用， 2011， 38（6）.

[3] 屈有安. 變頻器PID恒壓供水系統[J]. 江蘇電器， 2002（3）.

【通聯編輯：張薇】