PID控制技術(shù)在鼓風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用

王朝軍

摘? 要：多數(shù)企業(yè)但凡生產(chǎn)氣體或者需要進(jìn)行能源介質(zhì)升壓操作輸出的企業(yè)一般會(huì)用到鼓風(fēng)機(jī)這種設(shè)備。隨著氣體工業(yè)不斷的發(fā)展進(jìn)步，越來越多的企業(yè)選擇了使用PID對(duì)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速控制，使得PID控制變頻鼓風(fēng)機(jī)技術(shù)得到了巨大的提高與發(fā)展。那么如何才能應(yīng)用好這項(xiàng)技術(shù)呢？這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)是要掌握系統(tǒng)工作原理確定目標(biāo)控制信號(hào)。在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)現(xiàn)場情況選擇合適的目標(biāo)信號(hào)，從而通過信號(hào)對(duì)鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，通過這種控制可以使氣體的壓力和流量得到準(zhǔn)確、穩(wěn)定的控制，還能達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

關(guān)鍵詞：PID? 變頻? 鼓風(fēng)機(jī)? 閉環(huán)控制

中圖分類號(hào)：TH442? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1672-3791（2019）03（c）-0037-02

多數(shù)企業(yè)但凡生產(chǎn)氣體或者需要進(jìn)行能源介質(zhì)升壓操作輸出的企業(yè)一般會(huì)用到鼓風(fēng)機(jī)這種設(shè)備。鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備在生產(chǎn)應(yīng)用中一般需要長期運(yùn)行，鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備的主要作用是將氣體介質(zhì)吸入設(shè)備進(jìn)行加壓然后再按生產(chǎn)工藝要求的標(biāo)準(zhǔn)將氣體輸送到相應(yīng)的管道中，然后將氣體輸送到需要的地方。隨著氣體工業(yè)不斷的發(fā)展進(jìn)步，越來越多的企業(yè)選擇了使用PID對(duì)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速控制，使得PID控制變頻鼓風(fēng)機(jī)技術(shù)得到了巨大的提高與發(fā)展。

1? 鼓風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速基本原理

所謂的PID控制，其實(shí)就是比例單元、積分單元以及微分單元3個(gè)單元組成PID控制器。這種控制方式是在一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)中，使被控制量能夠根據(jù)需求迅速變化從而使目標(biāo)值無限接近于設(shè)定目標(biāo)值的一種自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)。PID控制技術(shù)可以說是變頻器應(yīng)用技術(shù)中非常重要的技術(shù)，也是使變頻器充分發(fā)揮其功能的重要手段。工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)活動(dòng)中，一般對(duì)穩(wěn)定的流量、壓力、溫度、液位等要求很高，有了這些穩(wěn)定量才能滿足生產(chǎn)工藝的要求保證生產(chǎn)產(chǎn)品的品質(zhì)、促進(jìn)生產(chǎn)效率的提高，使用PID對(duì)變頻器進(jìn)行的控制可以輕而易舉的使被控制量穩(wěn)定在設(shè)定值附近。根據(jù)原理我們一般把PID控制歸結(jié)為3種控制方式即：比例控制方式、積分控制方式及微分控制方式，這3種控制方式我們可以根據(jù)實(shí)際需求自由的選擇與組合。比例控制是這幾種方法中最簡單的一種控制方式，原理是把控制系統(tǒng)中輸入的信號(hào)和輸出的信號(hào)按照一定比例進(jìn)行放大或者縮小，也就是說將輸入的信號(hào)進(jìn)行放大或縮小后再進(jìn)行信號(hào)輸出。積分控制單元，該控制技術(shù)主要目的是要消除比例控制的穩(wěn)態(tài)誤差，在一般的控制系統(tǒng)中我們都會(huì)選擇引用積分控制單元進(jìn)行控制，積分控制單元作用是通過對(duì)誤差的時(shí)間進(jìn)行積分，使其隨著時(shí)間變化而不斷增大，選擇比例控制與積分控制兩種方式同時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，穩(wěn)態(tài)誤差就會(huì)不斷減小從而使調(diào)節(jié)系統(tǒng)逐漸趨于平穩(wěn)。微分控制單元，該單元的主要原理與目的和積分控制系統(tǒng)原理基本相同，是為了消除比例控制過程中的穩(wěn)態(tài)誤差，實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的輸出值，單微分控制單元一般會(huì)較為超前，使得系統(tǒng)得到準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，避免出現(xiàn)嚴(yán)重超調(diào)的現(xiàn)象。

實(shí)際使用中煤氣鼓風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本原理如下。壓力傳感器把現(xiàn)場信號(hào)傳遞給PLC，PID控制中它的給定值一般要依據(jù)實(shí)際工作情況來確定，我們一般用PLC系統(tǒng)的功能塊來進(jìn)行PID調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)，現(xiàn)場反饋值經(jīng)過PID的運(yùn)算之后把計(jì)算值輸出給變頻器，變頻器收到信號(hào)對(duì)鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行改變從而實(shí)現(xiàn)對(duì)煤氣的流量和壓力的調(diào)節(jié)。在煤氣鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中一般都會(huì)采用變頻調(diào)速方式來運(yùn)行，這種方式能根據(jù)現(xiàn)場負(fù)荷的變化而對(duì)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，這樣就可以充分利用自有，為企業(yè)降低生產(chǎn)成本、延長設(shè)備的使用壽命，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，還可以減輕勞動(dòng)者的工作強(qiáng)度、改善工作環(huán)境，為新型環(huán)保企業(yè)開創(chuàng)新的途徑。

2? PID系統(tǒng)目標(biāo)信號(hào)的控制

現(xiàn)場的傳感器會(huì)對(duì)檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行分析然后再將數(shù)據(jù)反饋到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)收到信號(hào)會(huì)與事先設(shè)定的信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，結(jié)果將會(huì)按照預(yù)先設(shè)定好的程序進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，直到信號(hào)比對(duì)值達(dá)到程序設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間之內(nèi)，自動(dòng)調(diào)節(jié)程序到此結(jié)束，一旦信號(hào)值超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，自動(dòng)調(diào)節(jié)程序隨之啟動(dòng)。對(duì)鼓風(fēng)機(jī)PID閉環(huán)控制系統(tǒng)而言被控量的確定十分重要，若想把變頻調(diào)速系統(tǒng)中的某個(gè)被控量穩(wěn)定在設(shè)定的目標(biāo)值左右，變頻器的PID控制功能電路需將反饋信號(hào)不斷的與目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行比較，然后根據(jù)比較的結(jié)果，實(shí)時(shí)調(diào)整變頻器的輸岀頻率從而改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。在變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中，若想使用PID控制變頻器的輸出值，則在變頻調(diào)速系統(tǒng)中有至少兩種信號(hào)實(shí)現(xiàn)控制功能，這兩種信號(hào)為目標(biāo)控制信號(hào)和系統(tǒng)的反饋信號(hào)。目標(biāo)信號(hào)是指與某被控量的理想穩(wěn)定值所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，也可稱為目標(biāo)值或者給定值;而通過傳感器測(cè)量到的實(shí)際值對(duì)應(yīng)的電信號(hào)稱為反饋信號(hào)、反饋量或當(dāng)前值。對(duì)PID控制系統(tǒng)本身而言，被控量如何來確定一般沒有特殊的要求，單一的值或者多個(gè)值都可作為被控量，受其控制原理限制，在滿足工藝要求的前提下，我們一般盡可能采用最少的被控量進(jìn)行控制，這樣可以使控制系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定。除了PID控制系統(tǒng)本身，被控量如何進(jìn)行選擇確認(rèn)最為核心的是要根據(jù)工藝要求進(jìn)行確定。對(duì)鼓風(fēng)機(jī)來說，主要工藝要求是保證設(shè)備一直處于正壓工作狀態(tài)，還要根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品型號(hào)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來滿足鼓風(fēng)機(jī)前后的壓力。受生產(chǎn)工藝不同的影響因素，鼓風(fēng)機(jī)在各領(lǐng)域的使用中相應(yīng)的工藝要求也不完全相同，鼓風(fēng)機(jī)被控量的確定除了要從安全運(yùn)行角度去考慮以外，在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中被控量的確定還根據(jù)生產(chǎn)工藝的實(shí)際要求進(jìn)行確定。

3? 實(shí)際應(yīng)用

在工業(yè)實(shí)際應(yīng)用中，基于PID控制的鼓風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)主要應(yīng)用在以下方面。

（1）變頻鼓風(fēng)機(jī)可以選擇使用PID控制系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)主要通過調(diào)節(jié)頻率來改變鼓風(fēng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，并與PLC控制程序相結(jié)合，通過壓力變送器使正規(guī)系統(tǒng)形成閉環(huán)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的自動(dòng)控制，其主要控制原理是根據(jù)鼓風(fēng)機(jī)實(shí)際負(fù)荷變化情況來不斷調(diào)整轉(zhuǎn)速，從而輸出相應(yīng)的值控制鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)鼓風(fēng)機(jī)機(jī)后壓力根據(jù)設(shè)定情況進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，這種控制系統(tǒng)不僅可以調(diào)節(jié)氣體介質(zhì)的壓力，還可以達(dá)到節(jié)能降耗的目的

（2）PID控制系統(tǒng)具有系統(tǒng)參數(shù)自定義設(shè)定與根據(jù)需求修改功能，在實(shí)際生產(chǎn)使用中，通常會(huì)與PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，可根據(jù)現(xiàn)場工藝的變化情況，按實(shí)際需要修改系統(tǒng)設(shè)定值，這種調(diào)節(jié)系統(tǒng)不僅可以對(duì)單一工藝指標(biāo)進(jìn)行調(diào)節(jié)，也可對(duì)多個(gè)工藝指標(biāo)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而提升整個(gè)系統(tǒng)控制功能。

（3）隨著PID控制系統(tǒng)技術(shù)的不斷發(fā)展，該技術(shù)在鼓風(fēng)機(jī)工藝調(diào)節(jié)中的效率、精度、速度以及可靠性都有了較大的提升。所以該系統(tǒng)可以在一定程度上完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝進(jìn)行流量、壓力等進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，工藝更加簡單，操作更加方便。

4? 結(jié)語

PID控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)工藝被控量的計(jì)算以及參數(shù)修改，對(duì)于基于PID控制系統(tǒng)的變頻鼓風(fēng)機(jī)，在工業(yè)企業(yè)的應(yīng)用當(dāng)中也要根據(jù)實(shí)際工藝需要合理選擇，雖然在諸多方面有著突出優(yōu)點(diǎn)，但相比傳統(tǒng)鼓風(fēng)機(jī)造價(jià)較高，因此，無論選用何種鼓風(fēng)機(jī)均要從安全和工藝要求的角度出發(fā)。

參考文獻(xiàn)

[1] 王鵬.基于DSP的小功率直流伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].能源與環(huán)保，2019，41（1）：116-119，124.

[2] 劉光星，賀剛，張毅.模糊PID控制在電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電子測(cè)試，2019（2）：21-23.

[3] 楊佳澎，柳卓明，王浩.電機(jī)調(diào)速中的控制技術(shù)[J].中國新通信，2017，19（11）：161.