控制方式分類

開(kāi)環(huán)控制

開(kāi)環(huán)控制是指輸入獨(dú)立于輸出的控制系統(tǒng)。例如給供水泵的變頻器設(shè)定某個(gè)頻率，輸出產(chǎn)生的供水壓力不會(huì)反過(guò)來(lái)影響變頻器設(shè)定的這個(gè)頻率。

閉環(huán)控制

閉環(huán)控制是將輸出反饋給輸入且會(huì)影響改變輸入。例如給供水泵變頻器設(shè)定某個(gè)頻率，此時(shí)水泵產(chǎn)生的供水壓力會(huì)反饋給控制器，如果壓力并不等于設(shè)定壓力，控制器會(huì)改變變頻器的設(shè)定頻率從而使輸出的供水壓力發(fā)生改變向目標(biāo)壓力靠近。

閉環(huán)控制方式的推演

控制需求（恒壓供水）

假設(shè)使用變頻器驅(qū)動(dòng)水泵向用戶供水，要求供水壓力穩(wěn)定在0.3MPa。

人工控制

當(dāng)出水壓力為0.25MPa，低于0.3MPa的目標(biāo)，我們會(huì)將變頻器的設(shè)定頻率調(diào)高一些，以將出水壓力升高至0.3MPa；當(dāng)出水壓力為0.32MPa時(shí)，高于0.3MPa的目標(biāo)，我們會(huì)將變頻器的設(shè)定頻率調(diào)低一些，以將出水壓力降低至0.3MPa。

推演

通過(guò)以上描述，我們可以發(fā)現(xiàn)人工控制壓力時(shí)，需要時(shí)不時(shí)（采樣時(shí)間）觀察出水壓力表（檢測(cè)機(jī)構(gòu)）所指示的壓力大小，并對(duì)出水壓力（實(shí)際值）和目標(biāo)壓力（設(shè)定值）進(jìn)行比較，當(dāng)實(shí)際值<設(shè)定值時(shí)，需要調(diào)高變頻器的頻率（執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出），當(dāng)實(shí)際值>設(shè)定值時(shí)，需要調(diào)低變頻器的頻率（執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出）。我們可以抽象出這樣一個(gè)邏輯：通過(guò)對(duì)實(shí)際值和設(shè)定值不斷進(jìn)行比較，用一定的策略來(lái)控制輸出值，輸出值改變的結(jié)果就是使實(shí)際值發(fā)生改變，最終使實(shí)際值等于設(shè)定值。

自動(dòng)控制

那么如果需要設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)自動(dòng)控制供水壓力，我們需要的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：實(shí)際值（通過(guò)檢測(cè)裝置檢測(cè)并反饋給控制器），設(shè)定值（設(shè)定給控制器），策略（控制器的調(diào)節(jié)算法），輸出值（改變被控對(duì)象的狀態(tài)以改變實(shí)際值）。

以下為自動(dòng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)

下面是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，也許可以幫助你更好地理解自動(dòng)控制器的工作方式。

實(shí)際值PV

也稱為過(guò)程量，需要使用儀表進(jìn)行測(cè)量以便讓控制器知道當(dāng)前的實(shí)際值。例如人工控制時(shí)，通過(guò)觀察現(xiàn)場(chǎng)安裝的壓力表上的指針和刻度就可以知道當(dāng)前的壓力值；當(dāng)使用控制器控制時(shí)，需要通過(guò)壓力變送器將壓力變送為控制器可以接收的信號(hào)使控制器知道當(dāng)前的壓力。

設(shè)定值SP

是目標(biāo)值，控制策略的終極目標(biāo)壓力。

控制策略

人工調(diào)節(jié)時(shí)當(dāng)你知道每次比較壓力然后調(diào)節(jié)變頻器的頻率，每次的調(diào)節(jié)量的多少是由大腦做出判斷后決定的，如果壓力與目標(biāo)值差的多，那就多調(diào)一些，如果壓力與目標(biāo)值已經(jīng)接近了，那就少調(diào)一些，這就是一個(gè)簡(jiǎn)單的控制策略。而控制器的控制策略可以是，每次采樣將實(shí)際值與設(shè)定值相減，將誤差值乘以一個(gè)比例系數(shù)作為輸出的增減量，這樣就可以做到偏差越大調(diào)節(jié)量越大。還可以對(duì)誤差進(jìn)行累加，誤差累計(jì)越大調(diào)節(jié)量也就越大；還可以對(duì)誤差變化的趨勢(shì)進(jìn)行判斷，誤差減小地越快，就減小相應(yīng)的調(diào)節(jié)量而避免調(diào)節(jié)過(guò)度。

輸出值

改變變頻器的頻率以改變被控量（壓力）的大小。

變頻器的PID控制功能

PID控制策略

PID是比例（P）、積分（I）和微分（D）三個(gè)字母的組合，根據(jù)實(shí)際需求可組合成P控制，PI控制，PD控制，PID等，本質(zhì)上是一種控制策略，且這種控制策略是閉環(huán)控制。

變頻器的PID控制

之前的文章講過(guò)變頻器初級(jí)調(diào)試的核心是命令源（啟停變頻器）和給定源（控制變頻器頻率）。變頻器的PID控制的核心就是將變頻器的給定源交給了PID控制器，然后再定義好PID控制器的反饋和設(shè)定信號(hào)源，最后根據(jù)實(shí)際控制效果調(diào)整控制策略。

變頻器內(nèi)部PID設(shè)置舉例

安邦信AMB100

參數(shù)設(shè)置

以安邦信變頻AMB100為例，下圖詳細(xì)列出了變頻器PID控制相關(guān)的各個(gè)參數(shù)。

這里重點(diǎn)介紹一下變頻器的PID參數(shù)，上文中有介紹閉環(huán)控制的幾個(gè)關(guān)鍵是實(shí)際值（PID反饋源）、設(shè)定值（PID設(shè)定源）、控制策略（PID控制器參數(shù)）、輸出。供水特定參數(shù)是為特殊行業(yè)應(yīng)用所設(shè)計(jì)。

檢測(cè)裝置接線

壓力變送器接變頻器的24V+端子和AI1端子，GND端子和COM端子短接，注意AI1端子輸入跳線應(yīng)選擇為電流類型。

ABB ACS510

參數(shù)設(shè)置

檢測(cè)裝置接線

壓力變送器接變頻器的10號(hào)端子24V+和5號(hào)端子AI2，6號(hào)AGND端子和11號(hào)GND端子短接。

特別說(shuō)明

以上變頻器PID的設(shè)定值通常是以百分比的形式設(shè)定的，百分比與實(shí)際值的對(duì)應(yīng)關(guān)系是：如果變送器量程是0-1.6MPa，設(shè)定25%相當(dāng)于設(shè)定壓力為1.6x25%=0.4MPa。

壓力反饋值的采集

以上舉例僅針對(duì)通過(guò)壓力變送器反饋4-20mA信號(hào)檢測(cè)壓力，如果是使用遠(yuǎn)傳壓力表，則需要將變頻器的模擬量輸入端子設(shè)置為電壓輸入類型，并連接變頻器的10V端子和0V端子。

壓力變送器采集

壓力變送器可以將壓力反饋值按量程轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA信號(hào)經(jīng)變頻器的模擬量輸入通道傳遞給變頻器的PID控制器。壓力變送器的接線方式一般采用兩線制，只需要給變送器加上一個(gè)24V電壓，變送出的4-20mA之間的電流能夠流入模擬量輸入端子并最終流回電源負(fù)極就可以正常工作，這也是為什么要將模擬量通道的負(fù)極和24V電源的負(fù)極連接起來(lái)的原因，參見(jiàn)下圖中的紅線。

遠(yuǎn)傳壓力表采集

遠(yuǎn)傳壓力表變送信號(hào)的方式是電阻分壓原理，可以看作是一個(gè)滑動(dòng)變阻器，測(cè)量到的壓力越高，中心頭與一端的阻值越大，分得的電壓也就越高。遠(yuǎn)傳壓力表需要接3根線，如果沒(méi)有說(shuō)明書，應(yīng)該怎樣正確接線呢。可以用萬(wàn)用表的電阻擋對(duì)三根線中的兩根線進(jìn)行兩兩測(cè)量，排除阻值最大的兩根線，另一根線就是中心頭。再測(cè)量中心頭和另外兩根線的阻值，阻值最小的那根線接0V，阻值最大的那根線接10V，中心頭接模擬量輸入端子。

遠(yuǎn)傳壓力表接入變頻器的接線圖如下:

總結(jié)

其他變頻器也可以按照上文的思路進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，現(xiàn)將參數(shù)分類總結(jié)如下：

要使用變頻器的PID控制器，除了要配置變頻器的基本功能，最后還需要對(duì)P,I,D參數(shù)進(jìn)行整定以達(dá)到理想的控制效果。