Co to jest regulator PID w falownikach – konfiguracja, podłączenie i sterowanie procesem

Regulator PID jest już pewnym standardem w rynku przemienników częstotliwości. Ten sposób sterowania jest najbardziej spotykany w aplikacjach wodnych, np. utrzymywania stałego ciśnienia, oraz aplikacjach wentylacyjno-temperaturowych, np. gdzie wentylator ma za zadanie chłodzić pomieszczenie. Dzięki wbudowanemu regulatorowi PID w falowniku nie potrzebujemy oddzielnego urządzenia do sterowania prostymi procesami.

Z tego artykułu dowiesz się:

Regulator PID co to jest?

Regulator PID, czyli regulator proporcjonalno-całkująco-różniczkujący. Jego celem jest utrzymanie wartości wyjściowej PID na stałym, zadanym poziomie lub podążanie za wartością zadaną. Regulator PID pracuje w pętli sprzężenia zwrotnego. Oznacza to, że oblicza wartość uchybu jako różnicę między wartością zadaną i zmierzoną i wysteruje wyjście tak, aby zredukować ten uchyb do 0.

Algorytm regulacji PID

Algorytm regulacji PID opiera się na 3 członach:

• Proporcjonalnym (P) o wzmocnieniu Kp, który kompensuje bieżący uchyb;

• Całkującym (I) o czasie zdwojenia (całkowania) Ti, który kompensuje akumulację uchybów z przeszłości;

• Różniczkującym (D) o czasie wyprzedzenia (różniczkowania) Td, który kompensuje przewidywaną wartość uchybu w przyszłości.

Dlaczego spotykamy regulator PID w falownikach?

Najważniejszym zadaniem falownika jest zmniejszenie prędkości obrotowej silnika elektrycznego i taki był też cel powstania takiego urządzenia. Zaraz po tym mamy możliwość zmiany prędkości, sterowanie momentem, zabezpieczenia itd. Zaimplementowany PID po prostu … wiele ułatwia! Nie musimy posiadać dodatkowych sterowników, zewnętrznych regulatorów. Odchodzi nam dodatkowe ciągnięcie przewodów sterujących.

Wbudowany regulator PID w przemienniku częstotliwości również dostarcza dodatkowe funkcjonalności i zabezpieczenia, np. funkcja uśpienia czy pre-PID.

Jak uruchomić podstawowy regulator PID w falowniku?

Teraz uruchomimy regulator PID w podstawowej wersji na przykładzie najprostszego falownika Elmatic EL1000. W pierwszej kolejności należy uruchomić funkcję regulatora PID ustawiając wartość 8 w parametrze P101. Teraz możemy przejść do samego regulatora.

a. Włączenie regulatora PID

Parametry regulatora PID ustawiamy w grupie P6xx. Znajdziemy tu również poziomy zabezpieczeń działania regulatora, funkcje uśpienia i wybudzenia. Sam tryb PID falownika uruchamiamy w parametrze P600 i mamy do wyboru:

• 0 – Uruchomienie regulatora w parametrze P101 = 8, co też już zrobiliśmy;

• 1 – Włączenie regulatora poprzez ustawienie tego parametru na 1

• 2 – Wyzwalanie regulatora wejściem cyfrowym

b. Określenie trybu działania regulatora PID

Następnie wybieramy tryb działania regulatora w parametrze P601. Ustawienie wartości 0 sprawdza się w np. regulacji ciśnienia przepływu. Kiedy sygnał zwrotny z czujnika będzie wzrastał wskazując na wysokie ciśnienie, pompa będzie zwalniała obroty, a kiedy sygnał będzie maleć – pompa będzie przyspieszać. Wybranie wartości 1 w P601 spowoduje odwrócenie działania, co idealnie sprawdzi się w wszelkich aplikacjach klimatyzacyjno-wentylatorowych. Wzrost temperatury będzie sprawiał, że obroty wentylatora będą się zwiększać w celu schłodzenia pomieszczenia, a jeśli temperatura spadnie to obroty również.

Dalej będziemy rozpatrywać przykład wentylatora, czyli P601 ustawiam na wartość 1.

c. Źródło wartości zadanej regulatora PID i skalowanie

Przechodzimy do wartości zadanej. W pierwszej kolejności wybieramy jej źródło w parametrze P602. W EL1000 mamy tylko 1 wejście analogowe, a na nie będzie będziemy zadawać wartość sprzężenia zwrotnego. Z tego powodu wartość zadana będzie podawana ręcznie w parametrze P604 (P602=0). Tą wartość możemy przeskalować w parametrze P614. Ustawiam w pierwszej kolejności P614 na 50.00, a wartość zadaną w P604 ustawiam na 25.00.

d. Limity regulatora PID i poziomy alarmów

W następnej kolejności ustawiamy górny i dolny limit sygnału PID. Parametry P605 i P606 określają również alarmy HP (wysokiego ciśnienia) oraz LP (niskiego ciśnienia). Parametry te są skalowane wraz ze zmianą parametru P614.

e. Ustawienia członów regulatora PID

Kolejne 3 parametry odpowiadają ustawieniom wartości członów regulatora PID:

• P607 - Człon proporcjonalny (wzmocnienie Kp);
• P608 - Człon całkujący (czas całkowania Ti);
• P609 - Człon różniczkujący (czas różniczkowania Td).

Domyślnie mamy włączony człon P i I. W większości przypadków człon D nie jest potrzebny przy regulacji.

f. Uśpienie i wybudzenie falownika

Funkcja uśpienia i wybudzenia przemiennika częstotliwości w aplikacjach wentylatorowych i pompowych pozwalają na zaoszczędzenie energii elektrycznej. Jaki jest sens pracy urządzeń jeśli temperatura w pomieszczeniu utrzymuje się na stałym poziomie? Praca wentylatora jest wtedy bezsensowna.

W P611 ustawiamy wartość częstotliwości uśpienia, a w P612 ustawiamy czas uśpienia. Jeśli podczas regulacji częstotliwość pracy przemiennika będzie równa lub mniejsza częstotliwości uśpienia przez czas P612, przemiennik przejdzie w tryb sleep i wyświetli komunikat SLP.

Przemiennik wróci do pracy po osiągnięciu wartości wzbudzenia PID, którą ustawiamy w P613.

g: Utrata sygnału sprzężenia zwrotnego regulacji PID

Jedna z najważniejszych informacji o błędzie podczas regulacji. Dobrze jest wiedzieć, czy przemiennik pracuje na maksymalnych obrotach dlatego, że jest zbyt gorąco czy dlatego, że ktoś wypiął kabel sygnałowy.

W parametrze P621 musimy uruchomić tą funkcję, ponieważ domyślnie jest ona wyłączona. Ustawiamy akcję, jaką falownik ma wykonać w momencie utraty sygnału:

• Wartość 1 – wyświetlenie błędu „20” i dalsza praca.
• Wartość 2 – wyświetlenie błędu „20” i zatrzymanie pracy

W następnym parametrze P622 ustawiamy czas po jakim przemiennik ma wykryć utratę sygnału.

h: pre-PID, czyli podbij obroty przed rozpoczęciem regulacji

W przypadku aplikacji, gdzie będziemy potrzebowali podbić obroty silnika przed rozpoczęciem regulacji (np. kompresory) warto wykorzystać funkcję pre-PID.

W P636 ustawiamy procentowo wartość częstotliwości, z jaką ma pracować przemiennik przed rozpoczęciem regulacji. Wartość 0.0% wyłącza funkcję. 100.0% odpowiada ustawionej górnej granicy częstotliwości pracy przemiennika.

W parametrze P637 ustawiamy czas utrzymywania częstotliwości z parametru P636. Po odliczeniu tego czasu przemiennik rozpocznie standardową regulację PID.

Podsumowanie

Przedstawione funkcje pokazują podstawową konfigurację regulatora PID na przykładzie falownika EL1000. W takiej formie każdą mało skomplikowaną aplikację przygotujemy do poprawnego działania.

Z dodatkowych parametrów PID, które jeszcze możemy ustawić to np. inne wartości członów regulatora od danej częstotliwości, funkcja przeciw zamarzaniu, funkcja wykrycia braku wody. A to są ustawienia, które dostajemy już w najprostszym przemienniku skalarnym. A im bardziej zaawansowany falownik tym dostępność tych funkcji rośnie.