Обзор PID-регуляторов преобразователя частоты Toshiba VF-AS3

15.05.2019

В частотных преобразователях AS3 Toshiba присутствует 4 встроенных PID-регулятора. PID1 и PID2 являются внутренними регуляторами, PID3 и PID4 — наружными. Внутренние PID-регуляторы позволяют оперировать выходной частотой инвертора. Наружные PID-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
Измеритель натяжения перемоточного станка с датчиком положения

Внутренние регуляторы PID1 и PID2 настраиваются на любой из 4-х режимов работы:

1.Контроль процесса (температура, давление, расход и т.д.)

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

2.Контроль скорости (для перемоточных станков)

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

3.Контроль позиционирования (для механизмов)

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

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

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

Внутренние PID-регуляторы

Использование двух PID-регуляторов для поддержания независимых величин

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

Переключение между внутренними ПИД-регуляторами Toshiba
Переключение между внутренними PID-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 PID1 (основной), для температуры – PID2. В связи с тем, что производится управление одним компрессором, то два PID-регулятора не могут работать одновременно.

В частотнике AS3 Toshiba настраивается значение, при котором должен включиться второй PID-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 PID-регулятор.

Использование двух PID-регуляторов для разных режимов поддержания величины

Рассмотрим возможность переключения между двумя PID-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, привод переключается с регулятора PID1 на PID2. Затем, если значение обратной связи уменьшается и становится в течение 5 секунд ≤ 45% от задания, привод переключается с регулятора PID2 на PID1. Это говорит о том, что регулятор PID2 настроен на более быструю реакцию, чем PID1.

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

Характерные настройки параметров

ПараметрНазваниеДиапазон настройкиНастройка по умолчаниюЗадание для примераПримечание
F359Регулятор PID10: Отключено
1: PID-контроль процесса
2: PID-контроль скорости
3: PID-контроль простого позиционирования
4: PID-контроль регулятора натяжения
5…10: –
11: Минус PID-контроль процесса
12: Минус PID-контроль скорости
13: Минус PID-контроль простого позиционирования
14: Минус PID-контроль регулятора натяжения
01PID-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 PID -регуляторы

Для управления оборудованием, не связанным с выходной частотой инвертора в ПЧ AS3 Toshiba, можно воспользоваться двумя независимыми PID-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 PID-регуляторов ПЧ Toshiba
Схема задания параметров двух внешних ПИД-регуляторов частотников Toshiba
Схема задания параметров двух внешних PID-регуляторов частотников Toshiba

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

Настройки внешних PID-регуляторов PID3 и PID4

ПараметрНазваниеДиапазон настройкиЗначение по умолчанию
A340 | A370PID-регулятор 3 | 40: Отключено
1: Внешний PID-контроль процесса
2: Внешний PID-контроль процесса (связь с входной клеммой)
3…10: –
11: Минус внешний PID-контроль процесса
12: Минус внешний PID-контроль процесса (связь с входной клеммой)
0
A341 | A371Выбор задания PID-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 PID-регулятора 3 | 40: –
1: Клемма RR
2: Клемма RX
3: Клемма II
4: Клемма AI4 (опция)
0
A344 | A374Пропорциональный коэффициент PID-регулятора 3 | 40.01 – 100.00.30
A345 | A375Интегральный коэффициент PID-регулятора 3 | 40.01 – 100.00.20
A346 | A376Верхний предел изменения PID-регулятора 3 | 40.0 – 250.0 (%)100.0
A347 | A377Нижний предел изменения PID-регулятора 3 | 40.0 – 250.0 (%)100.0
A348 | A378Дифференциальный коэффициент PID-регулятора 3 | 40.00 – 2.550.00
A349 | A379Верхний предел задания PID-регулятора 3 | 40.0 – 250.0 (%)100.0
A350 | A380Нижний предел задания PID-регулятора 3 | 40.0 – A349 | 0.0 – A379 (%)0.0
A351 | A381Время задержки старта PID-регулятора 3 | 40 – 2400 (s)0
A352 | A382Верхний предел выхода PID-регулятора 3 | 40.0 – 250.0 (%)100.0
A353 | A383Нижний предел выхода PID-регулятора 3 | 40.0 – 250.0 (%)0.0
A357 | A387Величина задания PID-регулятора 3 | 4A350 – A349 | A380 – A379 (%)0.0

Настройка клемм дискретного входа/выхода ПЧ

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

Мониторинг параметров работы внешнего PID-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 PID-регулятора
131FD97134FE97Величина обратной связи внешнего PID-регулятора
132FD98135FE98Выходная величина внешнего PID-регулятора

Примеры использования PID-регуляторов

Преобразователь частоты HVAC

Пример использования как внутренних, так и внешних PID-регуляторов для системы подготовки воздуха:

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

PID-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.

PID-регулятор PID3 по аналоговому каналу управляет насосом водяного контура для поддержания заданного давления. PID-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.