西门子430变频器PID调试个人总结.doc

西门子MicroMaster 430 PID调试总结关键字：430 PID 正作用 反作用 PID转换器类型 ADC标定概述：用西门子430系列变频器驱动风机，实现风机前端废气入口恒压调节。涉及到PID正作用。翻阅无数书本及网上资料，汇集百家之言，并通过现场情况选取符合我系统的方法及设定参数，终于实现了非常规（即正作用）PID系统（针对430变频器来说）的组建及参数的整定，最终效果颇尽人意。PID模型简述首先，需要了解PID控制模型的含义，以前总觉得这不就是自动控制系统最基础的那个模型吗，但是经过这次实际应用，我在网上搜资料的时候发现了几个问题，并最终弄懂。其实PID系统模型都各家提出的思路是完全相同的，只是各家在表达这三个参数的时候选用了不同的方式，如有的说为PID三个参数，而有的却以KP KI KD等等一系列表达方式，因为表达方式不同，在选取参数值的时候可能会有所不同，所以必须搞懂这三个参数真正的含义。就拿比例系数来说，这里为了不混淆，我只称之为“比例系数”而不是P或者KP。比如这家说：比例部分整定。首先将积分系数KI和微分系数KD置零，取消微分和积分作用而采用纯比例控制。将比例系数Kp由小到大变化，观察系统的响应，直至响应速度快，且有一定范围的超调为止。如果系统静差在规定范围之内，且响应曲线已满足设计要求，那么只需用纯比例调节器即可。而另一家的说法是这样的：P参数越小比例作用越强，动态响应越快，消除误差的能力越强。这就存在两种反向的说法，第一种说法中，KP越大比例作用越强，而第二种说法中P参数越小比例作用越强，就搞得我不知道到底是大强还是小强。希望高手不要笑话我，因为我在调试的时候的确是遭遇这种困扰，因为我根本没有从根本上读懂PID控制模型。其实，这两家的说法都没有错，只是表达方式不同而已。经过我查阅资料，终于理解了这两种表达方式。KP：模型中的比例系数，这是真正意义上的比例系数，430参数P2280中的设定值就是这个参数；P：这是比例系数的另外一种表达方式，是有些课件上为了让读者换个方式理解PID控制而提出的，这里有其解释：名称：比例带参数，单位为(%)。比例作用定义：比例作用控制输出的大小与误差的大小成正比，当误差占量程的百分比达到P值时，比例作用的输出=100%，这P就定义为比例带参数。复杂的公式我就不往外列了，直接借用这个例子：也可以理解成，当误差达到量程乘以P(%)时，比例作用的输出达100%。例：对于量程为0-1300的温控系统，当P设置为10%时，FS乘以P等于130，说明当误差达到130时，比例作用的输出等于100%，误差每变化1，比例作用输出变化0.79%，若需加大比例作用的调节能力，则需把P参数设置小些，或把量程设置小些。具体多少可依据上述方法进行定量计算。通过以上的分析，大家最终我搞懂了这两个参数为什么有关大小的说法是相逆的，而且实际应用时，要搞清楚你所使用的设备的厂家是怎么定义这个比例系数的，是所谓的P还是KP。我的系统简述众所周知，PID经典模型为恒压供水系统，其系统组成有：压力传感器（用作反馈信号，即PV）,西门子变频器（执行器，直接被控对象），风机（间接被控对象）。控制过程简述为：当设定值大于实际值时，输出减小；当设定值小于实际值时，输出增大。但我的系统控制过程为：当设定值大于实际值时，输出增大；当设定值小于实际值时，输出减小。即所谓的正作用。压力传感器采集压力，通过420ma信号传输到变频器的模拟输入2端，作为PID调节的反馈信号，通过的P I D 三个参数值的选取，使能PID控制模式，使现场压力与BOP-2面板的SP(即设定值)相等，也可以选用模拟量输入1作为设定值。我用的压力传感器量程为-22KPa，现场显示单位为百分比，即显示0时对应-2kpa，显示100时对应2kpa。远传为420mA信号，所以首先要对变频器模拟输入端进行ADC标定（根据430参数表P180中P2264下面一行小字）：说 明: 当选择模拟量输入时，可以使用参数P0756 P0760(ADC 定标)实现补偿和增益。找到参数P0756，仔细阅读，有时候参数调不出来了或许就是因为漏看了一句话。为了从电压模拟量输入切换成电流模拟量输入，仅仅修改参数P0756是不够的。更确切地说，端子板上的DIP 也必须设定到正确位置上。DIP的设定如下:- OFF = 电压输入(10 V)- ON = 电流输入(20 mA)DIP对模拟量输入的分配如下:- 左侧的DIP(DIP 1)= 模拟量输入1- 右侧的DIP(DIP 2)= 模拟量输入2P0756可能的设定:0 单极性电压输入(0 +10 V)1 单极性电压输入带监控功能(0 +10 V)2 单极性电流输入(0 20 mA)3 单极性电流输入带监控功能(0 20 mA)4 双极性电压输入(-10 V +10 V)也可参照MicroMaster 430 简明调试指南第三章 模拟量输入功能进行标定，我的系统设置值为：P0756=2 带监控的单极性电流输入(020ma);注：“带监控”指模拟通道具有监控功能，当断线或信号超限，报故障F0080。再补充一点，也可以让F0080延时报警，参见参数P0762。下一步是标定信号源，我的系统是模拟量通道2电流信号420ma，因此如下设定：P07571 设定值为4 意为：最低电流为4maP07581 设定值为0% 4mA时定标为0%P07591 设定值为20 意为：最低电流为20maP07601 设定值为100% 20mA时定标为100%注 ：在设定参数时，会有in000和in001两个选项，本文中均以P07570表示In000中的值。传输信号接好并设置上述参数后，实际信号传输值可以从P0752之后的几个值中读出。接下来就是PID设定的关键环节了，网上的高手们只是列出了需要设定的几个基本参数代码，而我在参考的时候，总是希望能找到一个和我这个系统相似或相近的，但一直就是没找到，我先说说我的调试过程，并且我会尽量详细的写出我所遇到的困难和最终是如何解决的。首先，我读了一篇名为西门子430变频器在自动恒压供水应用中不降速的原因分析，知道了需要开环调试，闭环调试，并且在参数表中读到参数P2271，觉得在我的系统中应该是反相控制，我的之后三天的困惑正是因为430设定了这个参数，如果没有这个参数，我可能不会止步不前，所以说，功能多了有时候也是个困扰。根据简明调试指南中，第六章第十一节中闭环PID控制，恒压供水应用举例，开始我设定我的参数：参数 设定值 功能解释P0700 =2 控制命令源于端子P0701 =1 5#端子作为启动信号P07561 =2 反馈信号为电流信号P0757P0761在前边已经详述过，注意反馈信号我用的是模拟量通道2，因此需要设置in001中的参数P01000 =1 频率给定源于BOP-2面板P2250 =1 使能PID简明手册中可能出现了错误，这里应该设定P2200 =1 使能PIDP2253 =2250.0 PID目标给定源于面板P2240 =xxx 用户压力设定的百分比P2264 755.1 PID反馈源于模拟通道2P2265 =5 PID反馈滤波时间常数P2280 =0.5 比例增益设置P2285 =15 积分时间设置P2274 =0 微分时间设置，通常微分关掉我注意到我的系统是P2271中说:您必须选择正确的转换器类型。如果您没有把握是0还是1 适用，您可以按如下所述确定出正确的类型:1. 禁止PID功能(P2200 = 0)。2. 在测量反馈信号的同时增大电动机频率。3. 如果反馈信号随电动机频率的增大而增大，则PID 转换器类型应当为0。4. 如果反馈信号随电动机频率的增大而减小，则PID 转换器类型应当设定为1。P2271 =1 反馈信号反相 设定如上参数后，由于我系统要求入口处压力为-400Pa左右，首先我将P2240设置为30，启动变频器，发现变频器一直升速至50HZ。因为入口处的负压不能太低，因此如下设定：P2291 =0.8 PID输出值上限发现变频器总是朝最大值升速，很长时间我都在挠头为什么会这样。我开始查阅PID参数经验值以及参数整定方法。其中，经验值的选取最通常是这个版本：温度T: P=2060%,T=180600s,D=3-180s 压力P: P=3070%,T=24180s, 液位L: P=2080%,T=60300s, 流量L: P=40100%,T=660s。 但是我开始把这个P值当成是P2280中的那个KP值，但无论大小，变频器总是以最大频率运行。接下来的时间我都是用来挠头了。后来看到如下这个版本，发现这个KP与上边的P值正好是倒数关系，于是有了前边的关于“比例系数”的讨论。被控参数特点流 量对象时间常数小，并有噪声，故较小，较小，不用微分。11.250.11温 度对象为多容量系统，有较大滞后，常用微分。1.653100.53. 压 力对象为容量系统，滞后一般不大，不用微分。1.43.50.43液 位在允许有静差时，不必用积分和微分。1.255我知道PID输出其实就是误差驱动，但是我在变频器中读出r2264(滤波反馈)为正值，而r2272(PID定标反馈)中的值为负值，这是由于我的P2271设置为反相，而r2273(误差值)总是设定值与滤波反馈的和，我知道问题出在哪了。但我一直没想出为什么会是这个样子，于是开始了所谓的瞎调，天马行空似的，想到什么就调什么（主要是在选取比例，积分参数方面，还有就是设定值，所有的值我都试过了）。这其中也有积极地也有消极的，总之虽然这个过程漫长而又没有希望，但这其中我开始翻阅大量的资料，更多的读参数表和调试手册，收益也算是颇多的。这时变频器已经有了PID效果，设定一个值后，变频器会停在某个频率上做小幅的震荡，但其实这根本只是我的设定值和比例系数设定的巧合而已。直到第四天，我开始冷静下来，做简明手册中所说的开环调试，因为我发现设定值和实际值好像根本就不匹配。我开始开环调试，并做了如下的记录(注意这是P2271=1)：KP(P2280) SP(P2240)积分时间滤波给定值(R2262)滤波反馈（R2266）HZ0.85005023.7528.320.84504525.9027.100.84004027.7025.850.83503528.2024.530.83003031.3423.280.82502533.0621.880.82002034.6819.130.81001037.8017.20分析数据，我发现，虽然设定值和实际值相背离，但貌似其中也有一定的规律，我将其总结对应关系为为：SP: -100100PV: 1000HZ: 050我又通过一些列的测试通过了我上述规律的正确性，根据规律，我可以推算出设定值后，对应的实际值应该是多少，我取值：SP=0,20,40,60,80 照规律，对应值应该是PV=50,40,30,20,10,0于是我又做了开环实验，记录数值如下： SP(P2240)PVKP(P2280)204060800.835.05(22.04HZ)28.06(27.26HZ)20.20(32.08HZ)12.18(36.46)0.732.23(24.23HZ)0.640.24(16.92HZ)35.48(21.73HZ)29.78(26.13HZ)0.538.57(18.72)之后的一天，我一直在想，怎么能把设定值和实际值定标成同一种形式，我想到从ADC定标入手，把P07581 设定值为-100% P07601 设定值为100%但这样，定标反馈r2272就一直是0，r2273就一直是设定值，并且变频器输出也是超一个方向增大。我发现这样子很难实现，最终，我分析所谓的误差控制，无非是e=SP-PV当负反馈时，e为正（即SPPV），输出减小；e为负（即SPPV），输出增大；e为负（即SPPV）时，输出减小。在自动化在线网上查到一篇名为MM440变频器PID正作用的正确使用一文，文中说到：PID的正作用仅仅作用在反馈信号上，非偏差信号，但可以通过以下两种方法解决:1. 将P2253设定信号源改为反馈信号源，将P2264反馈信号源改为PID设定信号源，PID作用方向P2271 为反作用；2. P2271为正作用，P2253设定信号源的值转为负值（可以由自由功能模块或参数设定）根据上述方法，但还是不行。后来一想，还是利用偏差信号控制才是PID控制的精髓，于是我就把P2271还是设定为0（即反作用），利用上述第一种方法，最终大功告成。注意，MM440变频器PID正作用的正确使用中方法一对我的系统来说他的描述是欠妥的，因为430参数表中的反作用是指P2270=1（反馈反相），而这里的反作用是指的负反馈。接下来开始参数整定就是比较顺利的了，按照网上一贯的做法，用最简单的试凑法，就容易多了，其中注意的是，我的系统是气体的压力，参数表P2280中有这样一段分析：如果系统的反馈信号中容易出现突然的阶跃变化，通常，为了得到最佳性能，应当在一个较快速的I 项时将P项设定成一个小值(0.5)。我的比例增益设为0.5，积分时间设为15分，然后开启系统，虽然这之中出现几次超调和震荡（变频器故障报警），但最终我一点一点的修改参数，主要是积分时间常数改小。最终大功告成，系统稳定运行后，从R2273中独到的误差只有0.0x0.x，并且改变了几次设定值，和现