某厂用油自控系统目的是向车间提供连续压力稳定的油。图7-20 为供油系统框图,主要由变频控制箱、超压排流阀、液位传感控制器及压力传感变速器等组成。系统中 #1 泵为恒速泵、2# 泵为变频调速泵。正常工作时由 #1 泵抽取油罐中油、经净化后直接供给生产车间;因 #1 油泵供油量总大于车间用油量,故设超压排流阀:管道油压超过设定油压时排流阀工作、多余净化油排到油池;油池油位达上限时系统控制泵停机、同时启动 #2 泵由变频器控制向车间供油;油池油位降到下限时 #2 泵停止、#1 泵启动运行,如此循环。
图7-20 供油系统框图
(1)变频器闭环控制。变频器用于 #2 泵控制,即在抽取油池油时根据用油管网压力变化通过变频器自动跟踪调节油泵电动机转速、保持管网压力稳定。本例使用三垦 SAMCO-VM05 通用变频器内置 PID 功能实现闭环控制,能将外部变送器输入的模拟信号(4~20 mA、0~5 V、0~10 V)反馈输入变频器,并取得与设定频率指令间偏差进行 PID 控制,使负载侧动作跟随指令值变化。
(2)硬件原理。闭环控制硬件原理如图7-21 所示:压力传感变送器将管网油压信号转变成 4~20 mA 电流信号作为反馈输入变频器 IRF/VRF2 端子;外部压力设定器将指定压力(0~1.0 MPa)转变为 0~10 V 电压信号输入 VRF1 端子。变频器根据给定值与反馈值偏差量进行 PID 控制、输出频率控制电动机转速,使系统管网油压保持恒定。
图7-21 闭环控制的硬件原理图
(3)闭环控制参数设置与调试。①相关功能代码与参数:SAMCO-VM05 内部 PID 控制采样周期 Ts 为 10 ms,表7-1 介绍与 PID 闭环控制相关的参数设置。
表7-1 PID 闭环控制相关的参数设置
②设定值与反馈值的频率变换。利用外部模拟信号作为设定值或反馈值时,输入模拟信号最小值(0 V 或 4 mA)时的频率(偏置频率)和最大值(10 V 或 20 mA)时的频率(增益频率)须根据其 F/V 特性(或 F/I 特性)设定。
a. 设定值频率变换:外部压力设定器将压力 0~1.0 MPa 变换成 0~10 V 电压信号输入 VRF1 端子,其 F/V 特性如图7-22 所示,故偏置频率(Cd054)设为 0.0 Hz、增益频率(Cd055)设为 50.0 Hz。
图7-22 设定值的频率变换特性
b. 反馈量频率变换:压力传感器将管网压力 0~1.0 MPa 变换成 4~20 mA 电流信号输入 IRF/VRF2 端子,其 F/I 特性如图7-23 所示,故偏置频率(Cd062)设为 -12.5 Hz、增益频率(Cd063)设为 50.0 Hz。
图7-23 反馈量的频率变换特性
③闭环调试步骤与方法:a. 先将变频器设在开环运行模式,检测压力传感变送器反馈信号是否正常;b. 根据传感变送器 P/I 特性和变频器 F/I 特性求出反馈量偏置频率 Cd062、增益频率 Cd063;c. 根据外部压力设定器 P/V 特性和变频器 F/V 特性求出设定值偏置频率 Cd054、增益频率 Cd055。
④设置负载电动机可驱动的最高频率 Cd007 与最低频率 Cd008,本系统中设 Cd007=50 Hz、Cd008=15 Hz。
⑤设置 Cd071=3 为内置 PID 控制模式。
⑥增加 Cd122 单元比例增益直至系统开始振荡,然后取振荡时增益的 1/2 设定。
⑦增加 Cd123 单元积分增益直至系统开始振荡,然后取振荡时增益的 1/2 设定。
⑧微分增益在以压力、流量为对象的控制系统中,因滞后不大故一般设为 0。
⑨滤波时间常数 Cd125 单元值根据实际情况调整,以消除信号传输过程中的干扰。