PID控制技術在鼓風機變頻調速系統中的應用
來源:用戶上傳
作者:
摘 要：多數企業但凡生產氣體或者需要進行能源介質升壓操作輸出的企業一般會用到鼓風機這種設備。隨著氣體工業不斷的發展進步，越來越多的企業選擇了使用PID對鼓風機進行變頻調速控制，使得PID控制變頻鼓風機技術得到了巨大的提高與發展。那么如何才能應用好這項技術呢？這項技術的應用要點是要掌握系統工作原理確定目標控制信號。在實際應用中可根據現場情況選擇合適的目標信號，從而通過信號對鼓風機的轉速進行控制，通過這種控制可以使氣體的壓力和流量得到準確、穩定的控制，還能達到節能降耗的目的。
關鍵詞：PID 變頻 鼓風機 閉環控制
中圖分類號：TH442 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）03（c）-0037-02
多數企業但凡生產氣體或者需要進行能源介質升壓操作輸出的企業一般會用到鼓風機這種設備。鼓風機設備在生產應用中一般需要長期運行，鼓風機設備的主要作用是將氣體介質吸入設備進行加壓然后再按生產工藝要求的標準將氣體輸送到相應的管道中，然后將氣體輸送到需要的地方。隨著氣體工業不斷的發展進步，越來越多的企業選擇了使用PID對鼓風機進行變頻調速控制，使得PID控制變頻鼓風機技術得到了巨大的提高與發展。
1 鼓風機變頻調速基本原理
所謂的PID控制，其實就是比例單元、積分單元以及微分單元3個單元組成PID控制器。這種控制方式是在一個閉環控制系統中，使被控制量能夠根據需求迅速變化從而使目標值無限接近于設定目標值的一種自動調節技術。PID控制技術可以說是變頻器應用技術中非常重要的技術，也是使變頻器充分發揮其功能的重要手段。工業企業在生產活動中，一般對穩定的流量、壓力、溫度、液位等要求很高，有了這些穩定量才能滿足生產工藝的要求保證生產產品的品質、促進生產效率的提高，使用PID對變頻器進行的控制可以輕而易舉的使被控制量穩定在設定值附近。根據原理我們一般把PID控制歸結為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實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，原理是把控制系統中輸入的信號和輸出的信號按照一定比例進行放大或者縮小，也就是說將輸入的信號進行放大或縮小后再進行信號輸出。積分控制單元，該控制技術主要目的是要消除比例控制的穩態誤差，在一般的控制系統中我們都會選擇引用積分控制單元進行控制，積分控制單元作用是通過對誤差的時間進行積分，使其隨著時間變化而不斷增大，選擇比例控制與積分控制兩種方式同時進行調節，穩態誤差就會不斷減小從而使調節系統逐漸趨于平穩。微分控制單元，該單元的主要原理與目的和積分控制系統原理基本相同，是為了消除比例控制過程中的穩態誤差，實現更穩定的輸出值，單微分控制單元一般會較為超前，使得系統得到準確調節，避免出現嚴重超調的現象。
實際使用中煤氣鼓風機變頻調速系統的基本原理如下。壓力傳感器把現場信號傳遞給PLC，PID控制中它的給定值一般要依據實際工作情況來確定，我們一般用PLC系統的功能塊來進行PID調節器的設計，現場反饋值經過PID的運算之后把計算值輸出給變頻器，變頻器收到信號對鼓風機電機的轉速進行改變從而實現對煤氣的流量和壓力的調節。在煤氣鼓風機系統中一般都會采用變頻調速方式來運行，這種方式能根據現場負荷的變化而對風機的轉速進行自動調節，這樣就可以充分利用自有，為企業降低生產成本、延長設備的使用壽命，實現節能降耗的目的，還可以減輕勞動者的工作強度、改善工作環境，為新型環保企業開創新的途徑。
2 PID系統目標信號的控制
現場的傳感器會對檢測到的信號進行分析然后再將數據反饋到控制系統，控制系統收到信號會與事先設定的信號進行比對，結果將會按照預先設定好的程序進行自動調節，直到信號比對值達到程序設定標準區間之內，自動調節程序到此結束，一旦信號值超出標準范圍，自動調節程序隨之啟動。對鼓風機PID閉環控制系統而言被控量的確定十分重要，若想把變頻調速系統中的某個被控量穩定在設定的目標值左右，變頻器的PID控制功能電路需將反饋信號不斷的與目標信號進行比較，然后根據比較的結果，實時調整變頻器的輸岀頻率從而改變電動機轉速。在變頻調速控制系統中，若想使用PID控制變頻器的輸出值，則在變頻調速系統中有至少兩種信號實現控制功能，這兩種信號為目標控制信號和系統的反饋信號。目標信號是指與某被控量的理想穩定值所對應的電信號，也可稱為目標值或者給定值;而通過傳感器測量到的實際值對應的電信號稱為反饋信號、反饋量或當前值。對PID控制系統本身而言，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行控制，這樣可以使控制系統運行更加穩定。除了PID控制系統本身，被控量如何進行選擇確認最為核心的是要根據工藝要求進行確定。對鼓風機來說，主要工藝要求是保證設備一直處于正壓工作狀態，還要根據實際產品型號、技術標準來滿足鼓風機前后的壓力。受生產工藝不同的影響因素，鼓風機在各領域的使用中相應的工藝要求也不完全相同，鼓風機被控量的確定除了要從安全運行角度去考慮以外，在現實應用中被控量的確定還根據生產工藝的實際要求進行確定。
3 實際應用
在工業實際應用中，基于PID控制的鼓風機變頻調速系統主要應用在以下方面。
?。?）變頻鼓風機可以選擇使用PID控制系統，這種控制系統主要通過調節頻率來改變鼓風機的輸出轉速，并與PLC控制程序相結合，通過壓力變送器使正規系統形成閉環，進而實現對鼓風機轉速的自動控制，其主要控制原理是根據鼓風機實際負荷變化情況來不斷調整轉速，從而輸出相應的值控制鼓風機電機的轉速，實現鼓風機機后壓力根據設定情況進行自動調整，這種控制系統不僅可以調節氣體介質的壓力，還可以達到節能降耗的目的
?。?）PID控制系統具有系統參數自定義設定與根據需求修改功能，在實際生產使用中，通常會與PLC控制系統進行有機結合，可根據現場工藝的變化情況，按實際需要修改系統設定值，這種調節系統不僅可以對單一工藝指標進行調節，也可對多個工藝指標進行調節，從而提升整個系統控制功能。
?。?）隨著PID控制系統技術的不斷發展，該技術在鼓風機工藝調節中的效率、精度、速度以及可靠性都有了較大的提升。所以該系統可以在一定程度上完全代替傳統工藝進行流量、壓力等進行自動調節，工藝更加簡單，操作更加方便。
4 結語
PID控制系統可以實現對多個工藝被控量的計算以及參數修改，對于基于PID控制系統的變頻鼓風機，在工業企業的應用當中也要根據實際工藝需要合理選擇，雖然在諸多方面有著突出優點，但相比傳統鼓風機造價較高，因此，無論選用何種鼓風機均要從安全和工藝要求的角度出發。
參考文獻
[1] 王鵬.基于DSP的小功率直流伺服電機調速系統設計[J].能源與環保，2019，41（1）：116-119，124.
[2] 劉光星，賀剛，張毅.模糊PID控制在電機調速系統中的應用[J].電子測試，2019（2）：21-23.
[3] 楊佳澎，柳卓明，王浩.電機調速中的控制技術[J].中國新通信，2017，19（11）：161.
轉載注明來源:http://www.hailuomaifang.com/8/view-14874909.htm
