流量控制的变频PID控制设计

电梯变频器技术

    比较温度、压力、流量和液位这4种最常见的过程变量，流量或许是其中最容易控制的过程变量。由于连续过程中物料的流动贯穿于整个生产过程，泵的主要作用是输送液体，风机的主要作用是输送气体，所以流量回路是最多的。
    在流体力学上，泵与风机在许多方面的特性及数学、物理描述是一样或类似的。如出口侧压力P与流量Q的压力-流量特性（即P-Q特性曲线）是一致的。流体流过热交换器、管道、阀门、过滤器时会产生压力的损耗，人们通常将由此产生的压力损耗之和与流量的关系曲线叫流体机械阻抗曲线。因此，当压力-流量的P-Q特性曲线与阻抗曲线产生交点时，就基本确定了流体的流量。通常对流量回路的控制手段是改变压力-流量的P-Q特性曲线或者改变流体机械的阻抗曲线。  
    流量控制具有以下特点：风机、泵类负载一般情况下其转矩都与转速平方成正比，所以也把它们称为具有平方转矩特性的负载。流量控制中，对于启动、停止、加减速控制的定量化分析是非常重要的。因为在这些过程中，电机与机械都处在一个非稳定的运行过程，这一过程将直接影响流量控制的好坏。在暂态过程中，风机的惯量一般是传动电机的10～50倍，而泵的惯量则只有传动电机的20%～80%。同时，启动、停止、加减速中，加减速时间也是一个重要指标。  
    对于流量控制的变频器必须考虑到以下几个方面。  
    （1）瞬停的处理环节  
    如果出现电源侧的瞬时停电并瞬间又恢复供电，使变频器保护跳闸，电机负载进入惯性运转阶段，如果上电再启动时，因风机类负载会仍处于转动状态，为此必须设置变频器为转速跟踪启动功能，以先辨识电机的运转方向后再启动。  
    同时，对于有些负载，还可以设置瞬停不停功能，以保证生产的连续性。  
    （2）无流量保护  
    对有实际扬程的供水系统，当电动机的转速下降时，泵的出口压比实际扬程低，就进入无流量状态（无供水状态），水泵在此状态下工作，温度会持续上升导致泵体损坏。因此，要选择无流量状态的检测和保护环节，并设置变频器最低运行频率。  
    （3）启动连锁环节  
    变频器从低频启动，如果电机在旋转时，便进入再生制动状态，会出现变频器过压保护。因此需设定电机停止后再启动的连锁环节。另外，水泵停转后，由于水流的作用会反向缓慢旋转，此时启动变频器也会造成故障，只有安装单向阀才能解决这个问题。