基于內置PID模塊變頻控制的設計與應用

鄒蕾 李麟 肖浩 朱靳 姜錦飛

1.課題背景

在項目的實施過程中，有時出現在驗收消缺的階段，電廠或業主可能會提出電機控制方式更改為變頻方式。如果在通過重新敷設控制電纜、更新卡件備用點、并更改上位機邏輯程序，施工難度較大，費用較高。因此考慮是否有更合理的解決方法，既滿足施工實際可行性，又可以解決電機變頻調節的需求，同時優化成本。

欲使變頻系統中的某一個物理量穩定在預期的目標值上，變頻器的 PID 功能電路將反饋信號與目標信號不斷進行比較，并根據比較結果來實時地調整輸出頻率和電動機的轉速。所以，變頻器的 PID 控制需要兩種控制信號：目標信號和反饋信號。這里目標信號是某物理量預期穩定值所對應的電信號，亦稱目標值或給定值;而該物理量通過傳感器測量到的實際值對應的電信號稱為反饋信號，亦稱反饋量或當前值。項目課題北京為基于內置PID模塊變頻控制的設計與應用。

項目資金使用情況，該項目預算資金資金總額 3萬元，共計使用 0萬元，在國能諫壁電廠泥水改造項目中完成試驗驗證。

2.研究目標

在過程控制中，為了保證被調量在可控范圍內，例如壓力或液位，方法就是采用閉環控制。閉環控制就是通過傳感與檢測元件把被調量的實際值測量出來，將它的全部或一部分反饋給輸入端，和給定量進行比較，判斷是否達到預定值。如尚未達到，則根據兩者的差值進行比例（P）、積分（I）、微分（D）運算，進行補償，使之產生一個新的執行量，從而達到預定值。

PID控制是利用PI控制和PD控制的優點組合而成的控制。由比例（P）和積分（I）組成的PI控制，能根據偏差及時間變化，產生一個執行量。而由比例（P）和微分（D）組成的PD控制能根據偏差變化的動態特性及偏差的變化速率產生一個執行量。

主流變頻器內置有PID控制功能，給定信號通過變頻器控制端子輸入，反饋信號也加到變頻器的控制端，在變頻器內部進行PID運算，調節執行量用以改變輸出頻率。因此考慮采用變頻器內置PID模塊，采集到壓力或液位信號后，輸入至變頻器內置模塊，經設定算法計算后內部輸出信號作為指令直接給變頻器對電機進行調速。可以較好的解決電機變頻調速需求，避免了重新安裝等施工工作量。

3.試驗方案

諫壁電廠泥水改造項目中，泥水加藥泵為2.2KW兩臺，加藥泵給脫水機加藥用使泥漿可以快速聚攏，位置位于脫水樓二樓。考慮功率負荷較小，且無特殊頻率控制要求，按普通電機回路考慮，并訂購就地箱及電纜，相應DCS程控柜監測及遠控信號均為數字量信號。

進入到現場調試階段后，電廠提出考慮加藥量的微細調節及加藥量的跟蹤特性，泥水加藥泵需按照變頻方式，如果兩臺加藥泵按照增加模擬量電纜、增加DCS程控柜卡件以及上位機編程組態等工作量計算，需要耗費訂購時間，增加成本，還需協調敷設安裝單位與DCS控制廠家等進行軟硬件改造。

綜合考慮，ABB ACS系列變頻器，帶有內置PID控制功能，將PAM加藥給定信號通過變頻器控制端子輸入，在變頻器反饋信號也加到變頻器的控制端，在變頻器內部進行PID運算，調節執行量用以改變輸出頻率給泥水加藥泵。在節省周期成本的同時，可以較好的滿足電廠加藥泵電機變頻調速需求。

4.試驗結論

通過現場研究，采用ABB ACS系列變頻器的PID功能，使之能夠對給定量與反饋量進行內部比較進行PID運算，并自動輸出頻率信號至需調節水泵，滿足加藥泵等頻率轉速調整要求;在對比硬接線模擬量電纜傳輸至PLC或DCS上位機進行遠程監控的方式，采用變頻器自身內部所帶的PID內置模塊，對需要變頻控制的水泵進行調節，節約了實施工期，優化了成本，提高了變頻調節的效果。

通過以上兩種方式比較發現，兩種方式成本費用表如下：

第一種方式第二種方式序號名稱費用（元）序號名稱費用（元）1模擬量信號電纜100001變頻器內部PID模塊02PLC或DCS控制（涉及軟硬件）150003敷設安裝50004調試費用30005.總結

將ABB變頻器內置PID模塊給水泵作為變頻控制使用，避免了重新敷設安裝電纜、PLC或DCS增加卡件，上位機軟件改造變成等，也節省了施工周期，優化了成本，更有效地達到變頻控制需求。后續，在其它系統大功率水泵功能需求的同時，也可借鑒與參考。減少施工周期，優成本，電機高效精細調節，是本課題的研究關鍵。