Обзор ПИД-регуляторов преобразователя частоты Toshiba VF-AS3

15.05.2019

В частотных преобразователях AS3 Toshiba присутствует 4 встроенных ПИД-регулятора. Два первых (ПИД1 и ПИД2) называются внутренними, а два остальных (ПИД3 и ПИД4) называются наружными. Внутренние ПИД-регуляторы позволяют оперировать выходной частотой инвертора. Наружные ПИД-регуляторы можно свободно использовать для управления заслонками или другой запорно-регулирующей арматурой.

Инвертор VF-AS3 Toshiba
Инвертор VF-AS3 Toshiba
Контроль позиционирования с помощью частотника VF-AS3
Контроль позиционирования с помощью частотного преобразователя VF-AS3

Регулятор натяжения перемоточного станка с датчиком положения
Регулятор натяжения перемоточного станка с датчиком положения

Внутренние регуляторы ПИД1 и ПИД2 настраиваются на любой из 4-х режимов работы:

1.Контроль процесса (температура, давление, расход …)

Схема задания параметров внутреннего ПИД-регулятора процесса
Схема задания параметров внутреннего ПИД-регулятора процесса

2.Контроль скорости (для перемоточных станков)

Схема задания параметров внутреннего ПИД-регулятора скорости
Схема задания параметров внутреннего ПИД-регулятора скорости

3.Контроль позиционирования (для механизмов)

Схема задания параметров внутреннего ПИД-регулятора позиционирования
Схема задания параметров внутреннего ПИД-регулятора позиционирования

4.Контроль позиции в регуляторе натяжения (для перемоточных станков)

Схема задания параметров внутреннего ПИД-регулятора натяжения перемоточного станка
Схема задания параметров внутреннего ПИД-регулятора натяжения перемоточного станка
Схема работы внутреннего ПИД-регулятора натяжения перемоточного станка
Схема работы внутреннего ПИД-регулятора натяжения перемоточного станка

Внутренние ПИД-регуляторы

Использование двух ПИД-регуляторов для поддержания независимых величин

Частотный преобразователь AS3 Toshiba позволяет в процессе работы переключаться между двумя внутренними ПИД-регуляторами. Принцип работы изображен на схеме ниже.

Переключение между внутренними ПИД-регуляторами Toshiba
Переключение между внутренними ПИД-регуляторами ПЧ Toshiba

Допустим, требуется поддерживать давление воздуха в системе на уровне 100 кПа, но при этом температура воздуха в системе не должна превышать 38 °С. Для поддержания давления используется регулятор ПИД1 (основной), для температуры – ПИД2. В связи с тем, что производится управление одним компрессором, то два ПИД-регулятора не могут работать одновременно.

В частотнике AS3 Toshiba настраивается значение, при котором должен включиться второй ПИД-регулятор. Допустим, это должно происходить при превышении температуры 50 °С. Также необходимо задавать гистерезис на переключение регуляторов (диапазон пропуска) для обеспечения стабильности работы. Таким образом, при понижении температуры ниже 38 °С частотник переключит управление на первый ПИД-регулятор.


Использование двух ПИД-регуляторов для разных режимов поддержания величины

На другом примере рассматривается возможность переключения между двумя ПИД-регуляторами, настроенными на разную реакцию изменения величины обратной связи. Оба они работают на один и тот же датчик температуры.

Если значение обратной связи PID1 от датчика температуры быстро возрастает и становится в течение 5 секунд ≥ 55% от задания, то привод переключается с регулятора PID1 на PID2. Затем, если значение обратной связи уменьшается и становится в течение 5 секунд ≤ 45% от задания, то привод переключается с регулятора PID2 на PID1. Из этого можно заметить, что регулятор PID2 настроен на более быструю реакцию, что PID1.

Диаграмма переключения внутренних ПИД-регуляторов ПЧ Toshiba
Диаграмма переключения внутренних ПИД-регуляторов ПЧ Toshiba

К этому примеру можно выделить характерные настройки параметров в виде следующей таблицы:

ПараметрНазваниеДиапазон настройкиНастройка по умолчаниюЗадание для примераПримечание
F359Регулятор PID10: Отключено
1: ПИД-контроль процесса
2: ПИД-контроль скорости
3: ПИД-контроль простого позиционирования
4: ПИД-контроль регулятора натяжения
5…10: –
11: Минус ПИД-контроль процесса
12: Минус ПИД-контроль скорости
13: Минус ПИД-контроль простого позиционирования
14: Минус ПИД-контроль регулятора натяжения
01ПИД-контроль процесса
A310Регулятор PID20: Полярность идентичная регулятору PID1
1: Полярность реверсивная регулятору PID1
00Полярность идентичная регулятору PID1
A300Канал переключения PID1/PID20: Отключено
1: Обратная связь PID1
2: Обратная связь PID2
3: Входная клемма
4: Время
01Обратная связь PID1
A301
Уровень переключения PID1/PID2
0 – 200 (%)050Когда значение обратной связи PID1 достигает ≥ 55% ([A301] + [A302]) от установленного значения, происходит переключение на PID2. PID1 активируется, когда значение обратной связи становится ≤ 45% ([A301] – [A302])% от установленного значения.
A302Гистерезис переключения PID1/PID2 0 – 200 (%)05
A303Время переключения с PID1 на PID20: Отключено
1 – 2400 (сек)
00Переключение с PID1 на PID2 по истечении времени [A303] от начала PID1.
A304Время переключения с PID2 на PID10: Отключено
1 – 2400 (сек)
00Переключение с PID2 на PID1 по истечении времени [A304] от начала PID2.

Внешние ПИД-регуляторы

Для управления оборудованием, не связанным с выходной частотой инвертора в ПЧ AS3 Toshiba, можно воспользоваться двумя независимыми ПИД-регуляторами PID3 и PID4. В качестве единиц измерения величины задания, величины выхода и величины обратной связи применяются проценты.

Схема двух внешних ПИД-регуляторов ПЧ Toshiba
Схема двух внешних ПИД-регуляторов ПЧ Toshiba
Схема задания параметров двух внешних ПИД-регуляторов частотников Toshiba
Схема задания параметров двух внешних ПИД-регуляторов частотников Toshiba

Важно! Выходной сигнал в момент включения внешнего ПИД-регулятора равен нулю. Когда внешний ПИД-регулятор выключается, выходной сигнал также становится равен нулю.


В представленной ниже таблице показаны все настройки внешних ПИД-регуляторов PID3 и PID4.

ПараметрНазваниеДиапазон настройкиЗначение по умолчанию
A340 | A370ПИД-регулятор 3 | 40: Отключено
1: Внешний ПИД-контроль процесса
2: Внешний ПИД-контроль процесса (связь с входной клеммой)
3…10: –
11: Минус внешний ПИД-контроль процесса
12: Минус внешний ПИД-контроль процесса (связь с входной клеммой)
0
A341 | A371Выбор задания ПИД-регулятора 3 | 40: задается параметром FMOd/F207
1: Клемма RR
2: Клемма RX
3: Клемма II
4: Клемма AI4 (опция)
5…11: –
12: A357 | A387
0
A342 | A372Выбор входа обратной связи ПИД-регулятора 3 | 40: –
1: Клемма RR
2: Клемма RX
3: Клемма II
4: Клемма AI4 (опция)
0
A344 | A374Пропорциональный коэффициент ПИД-регулятора 3 | 40.01 – 100.00.30
A345 | A375Интегральный коэффициент ПИД-регулятора 3 | 40.01 – 100.00.20
A346 | A376Верхний предел изменения ПИД-регулятора 3 | 40.0 – 250.0 (%)100.0
A347 | A377Нижний предел изменения ПИД-регулятора 3 | 40.0 – 250.0 (%)100.0
A348 | A378Дифференциальный коэффициент ПИД-регулятора 3 | 40.00 – 2.550.00
A349 | A379Верхний предел задания ПИД-регулятора 3 | 40.0 – 250.0 (%)100.0
A350 | A380Нижний предел задания ПИД-регулятора 3 | 40.0 – A349 | 0.0 – A379 (%)0.0
A351 | A381Время задержки старта ПИД-регулятора 3 | 40 – 2400 (s)0
A352 | A382Верхний предел выхода ПИД-регулятора 3 | 40.0 – 250.0 (%)100.0
A353 | A383Нижний предел выхода ПИД-регулятора 3 | 40.0 – 250.0 (%)0.0
A357 | A387Величина задания ПИД-регулятора 3 | 4A350 – A349 | A380 – A379 (%)0.0

Таблица настройки клемм дискретного входа/выхода ПЧ

КлеммаВнешний регулятор PID3Внешний регулятор PID4Функция
Положительная логикаОтрицательная логикаПоложительная логикаОтрицательная логика
Входная154155156157Включение внешнего ПИД-регулятора
162163170171Сброс расчетов интегрального и дифференциального коэффициентов внешнего ПИД-регулятора
164165172173Переключение плюс/минус характеристики [A340] | [A370] внешнего ПИД-регулятора
Выходная206207210211Регулирование в пределах заданного диапазона изменения [A346]…[A347] | [A376]…[A377] внешнего ПИД-регулятора
204205208209Внешнее ПИД-регулирование в процессе работы

Таблица мониторинга параметров работы внешнего ПИД-регулятора

Мониторинг и клеммы аналогового выхода FM/AM/импульсыФункция
Внешний регулятор PID3Внешний регулятор PID4
Задание параметраРегистр для мониторинга по цифровой сетиЗадание параметраРегистр для мониторинга по цифровой сети
130FD96133FE96Величина задания внешнего ПИД-регулятора
131FD97134FE97Величина обратной связи внешнего ПИД-регулятора
132FD98135FE98Выходная величина внешнего ПИД-регулятора

Пример использования ПИД-регуляторов

Пример использования как внутренних, так и внешних ПИД-регуляторов для системы подготовки воздуха показан ниже.

Управление кондиционированием воздуха с помощью встроенных ПИД-регуляторов частотника AS3 Toshiba
Управление кондиционированием воздуха с помощью встроенных ПИД-регуляторов частотника AS3 Toshiba

На представленной схеме вентилирования помещения показан процесс охлаждения воздуха с помощью водовоздушного теплообменника. Водяной контур служит для циркуляции холодной воды через теплообменник с помощью насоса.

ПИД-регуляторы PID1 и PID2 управляют вентилятором для обеспечения заданного расхода и, в критических случаях, для обеспечения заданной температуры воздуха. Например, при больших отрицательных температурах воздуха расходом можно пренебречь, достигая вторым регулятором улучшенного прогрева воздуха за счет более медленного его движения через нагреватель.

ПИД-регулятор PID3 по аналоговому каналу управляет насосом водяного контура для поддержания заданного давления. ПИД-регулятор PID4 может управлять другими вспомогательными системами (на схеме не показаны).


Компания СПИК СЗМА как единственный официальный дилер Toshiba предлагает купить для решения задач управление насосами, вентиляторами и станками частотники серии VF-AS3 по доступной цене. Вы получаете максимально качественную техническую поддержку и гарантию долгой работы преобразователя частоты.