PID調(diào)節(jié)屬于閉環(huán)控制，是過程控制中應用得相當普遍的一種控制方式。PID控制是使控制系統(tǒng)的被控物理量能夠迅速而準確地盡可能接近控制目標的一種手段。

一、如何使變頻器的PID控制功能有效

要實現(xiàn)閉環(huán)的PID控制功能，首先應將PID功能預置為有效。具體方法有如下兩種： 一是通過變頻器的功能參數(shù)碼預置，例如，康沃CVF-G2系列變頻器中，功能碼H-48用于預置“內(nèi)置PID控制”，其數(shù)據(jù)碼是：“0”——無PID控制；“1”——普通PID控制；“2”——恒壓供水PID。 二是由變頻器的外接多功能端子的狀態(tài)決定，例如明電VT230S系列變頻器，如圖1所示，在多功能輸入端子PSI1～PSI5中任選一個，將功能碼C03-1～C03-5（與端子PSI1～PSI5相對應）預置為8，則該端子即具有決定PID控制是否有效的功能，該端子與公共端子RY0“ON”時有效，“OFF”時無效。 應注意的是，大部分變頻器兼有上述兩種預置方式，但有少數(shù)品牌的變頻器只有其中的一種方式。 二、目標信號與反饋信號 欲使變頻系統(tǒng)中的某一個物理量穩(wěn)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地進行比較，并根據(jù)比較結(jié)果來實時地調(diào)整輸出頻率和電動機的轉(zhuǎn)速。所以，變頻器的PID控制至少需要兩種控制信號：目標信號和反饋信號。這里所說的目標信號是某物理量預期穩(wěn)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。 三、目標信號的輸入通道與數(shù)值大小 實現(xiàn)變頻器的閉環(huán)控制，對于目標信號來說，有兩個問題需要解決，一是選擇將目標值（目標信號）傳送給變頻器的輸入通道，二是確定目標值的大小。對于第一個問題，各種變頻器大體上有如下兩種方案。一是自動轉(zhuǎn)換法，即變頻器預置PID功能有效時，其開環(huán)運行時的頻率給定功能自動轉(zhuǎn)為目標值給定，如表1中的安川CIMR-G7A與富士G11S變頻器。二是通道選擇法，如表1中的康沃CVF-G2與格立特VF-10系列變頻器。 表1 變頻器目標值輸入通道舉例

第二個問題是確定目標值的大小。由于目標信號和反饋信號有時不是同一種物理量，難以進行直接比較，所以，變頻器的目標信號可以用傳感器量程的百分數(shù)來表示。例如，某儲氣罐的空氣壓力要求穩(wěn)定在8MPa，壓力傳感器的量程為10Mpa，則與8Mpa對應的百分數(shù)為80%，目標值就是80%。 四、PID的反饋邏輯 所謂反饋邏輯，是指被控物理量經(jīng)傳感器檢測到的反饋信號對變頻器輸出頻率的控制極性。例如中央空調(diào)系統(tǒng)在夏天制冷時，如果循環(huán)水回水溫度偏低，經(jīng)溫度傳感器得到的反饋信號減小，說明房間溫度過低，從節(jié)約能源的角度考慮，可以降低變頻器的輸出頻率和電機轉(zhuǎn)速，減少冷水的流量。而冬天制熱時，如果回水溫度偏低，反饋信號減小，說明房間溫度偏低，要求提高變頻器輸出頻率和電機轉(zhuǎn)速，加大熱水的流量。由此可見，同樣是溫度偏低，反饋信號減小，但要求變頻器的頻率變化方向卻是相反的。這就是引入反饋邏輯的緣由。變頻器反饋邏輯的功能選擇舉例見表2。 表2 變頻器反饋邏輯功能選擇舉例

五、反饋信號輸入通道 所謂反饋信號，就是變頻調(diào)速系統(tǒng)的受控物理量通過傳感器測量到的實際值對應的電信號，亦稱反饋量或當前值。 通常變頻器都有若干個反饋信號輸入通道，表3介紹了幾種變頻器的反饋信號輸入通道供參考。由表可見，海利普變頻器只指定4～20mA的模擬量電流信號通道為唯一的反饋信號輸入通道，是一個例外。 表3幾種變頻器反饋信號通道

六、參數(shù)值的預置與調(diào)整 一般在調(diào)試剛開始時，P可按中間偏大值預置，或者暫時默認出廠值，待設備運轉(zhuǎn)時再按實際情況細調(diào)。開始運行后如果被控物理量在目標值附近振蕩，首先加大積分時間I，如仍有振蕩，可適當減小比例增益P。被控物理量在發(fā)生變化后難以恢復，首先加大比例增益P，如果恢復仍較緩慢，可適當減小積分時間I，還可加大微分時間D。 七、PID應用實例 這里介紹一個變頻器在中央空調(diào)系統(tǒng)中的應用實例。 本應用實例使用了一款智能型自動化儀表，并且啟用了該儀表的PID功能，所以無須再讓變頻器的PID功能有效。這樣做的效果與啟用變頻器的PID功能具有異曲同工之效，可以更好的拓展我們的應用技術視野。 中央空調(diào)夏天可以制冷，冬天可以制熱。實現(xiàn)穩(wěn)定制冷或制熱的關鍵，是冬天控制循環(huán)水泵讓適當流量的熱水或夏天以適當流量的冷水（或冷媒介質(zhì)）流經(jīng)所有受調(diào)節(jié)房間，當受益房間的控制開關打開時，盤管風機即向室內(nèi)釋放熱空氣（冬天）或冷空氣（夏天），使室內(nèi)穩(wěn)定在一個令人舒適的溫度范圍內(nèi)。以冬天為例，中央空調(diào)系統(tǒng)向所有房間提供的熱量，與循環(huán)水的流量以及出水（經(jīng)水泵加壓后流向房間的熱水）、回水（從房間流回系統(tǒng)的水）的溫差有直接關系。只要保證了出水、回水的溫差相對穩(wěn)定，室內(nèi)溫度也就穩(wěn)定了。而室內(nèi)溫度的高低，則取決于溫差值的大小。如果冬天出水、回水的溫差值過大，說明室內(nèi)溫度偏低，需要加大循環(huán)水的流量；如果溫差值過小，則說明室內(nèi)溫度偏高。傳統(tǒng)操作手動閥門的調(diào)溫方法既浪費人力，又不能保證溫度的穩(wěn)定，并且浪費電能。 某醫(yī)院門診大樓的中央空調(diào)系統(tǒng)，選用富士牌FRN30P11S-4CX型45kW風機水泵專用變頻器，配合UL-906H型智能化儀表溫差儀對中央空調(diào)的循環(huán)水進行控制，實現(xiàn)了節(jié)約人力，節(jié)約能源，穩(wěn)定室內(nèi)溫度的良好效果。電路控制方案見圖2。 圖2中的溫差儀是UL-906H型的智能化儀表，它的輸入端可以連接兩只Pt100型溫度傳感器，在本系統(tǒng)中就是用來測量出水管道上的溫度傳感器t1和回水管道上的溫度傳感器t2。溫差儀通過參數(shù)設置可以輸出4～20mA的PID控制信號，送到變頻器的頻率控制端，用于調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，實現(xiàn)水泵轉(zhuǎn)速的閉環(huán)反饋控制。溫差儀和變頻器均可啟用PID功能，這里將溫差儀的PID功能設置為有效，就可以不使用變頻器的PID功能。對于中央空調(diào)這樣的要求具有恒溫控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)，開啟PID功能是必須的。 溫差儀與變頻器的參數(shù)設置分別見表4和表5。由于溫差儀使用LED顯示，受顯示效果限制，其參數(shù)碼中的字母為大小寫混用。 變頻器的參數(shù)中，必須設置“下限頻率”，如果默認使用該參數(shù)的出廠值為0，則水泵電機有可能停轉(zhuǎn)。空調(diào)循環(huán)水一旦停止流動，溫度傳感器t1和t2測值經(jīng)溫差儀處理后輸出的PID控制信號即喪失了實用意義。“下限頻率” 參數(shù)設置的原則是：水泵電機在“下限頻率”持續(xù)運行，制熱時尚不足以使空調(diào)房間的溫度達到需要的溫度，同樣制冷時不能使房間溫度降到合適值，這時，t1和t2的溫差值增大，溫差儀輸出的控制信號增大，變頻器輸出頻率上升，循環(huán)水流量增加，室內(nèi)溫度得到調(diào)節(jié)。其后，變頻器根據(jù)出水、回水溫差的變化，溫差儀輸出信號的大小，隨時調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速和流量，控制空調(diào)房間溫度的穩(wěn)定。 表4 ?UL-906H型溫差儀的參數(shù)設置表

表5 45kW變頻器的參數(shù)設置表

按照電路圖2連接好電路，設置好參數(shù)，就可通電開始運行。首先合上斷路器QF，變頻器經(jīng)過RO、TO端子獲得工作電源。這時按壓按鈕SB1，交流接觸器KM線圈得電，變頻器的R、S、T端獲得電源。綠燈HG點亮，指示接觸器已向變頻器供電。接著按壓按鈕SB3，中間繼電器KA2線圈得電吸合，并由其常開觸點KA2-1自保持。常開觸點KA2-3閉合，接通變頻器的FWD和CM端子，變頻器啟動，向電動機供電，變頻器從8Hz的啟動頻率開始加速，加速的速率由參數(shù)F07加速時間設定。啟動完成后，變頻器的輸出頻率由溫差儀輸出的電流信號調(diào)整，保證中央空調(diào)系統(tǒng)中的所有房間溫度穩(wěn)定舒適。KA2的常開觸點KA2-2閉合接通紅燈HR的供電通路，紅燈點亮，指示變頻器處于正常工作中。按壓按鈕SB4可停止變頻器的運行。變頻器停止運行后，可按壓按鈕SB2切斷接觸器KM的線圈電源，斷開變頻器的輸入端電源。 變頻器在運行過程中出現(xiàn)過電流或短路等異常情況，變頻器可及時實施保護。這種情況出現(xiàn)時，變頻器的保護觸點30B、30C斷開（見圖2），中間繼電器KA1線圈斷電，其串聯(lián)在接觸器KM線圈回路中的常開觸點KA1-1斷開，接觸器KM線圈斷電，主觸點斷開，變頻器因失去電源而停機，得到保護。 中央空調(diào)的循環(huán)水流量控制中，水泵屬于二次方律負載，在忽略空載功率的情況下，負載的功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，所以，只要轉(zhuǎn)速稍微降低一點，負載功率就會下降很多，具有明顯的節(jié)能效果。經(jīng)過實際測算，本方案的節(jié)電效果超過了20%。同時還具有節(jié)約人力，穩(wěn)定空調(diào)房間溫度，延長設備壽命等諸多效益。