PID控制技术在鼓风机变频调速系统中的应用

王朝军

摘  要：多数企业但凡生产气体或者需要进行能源介质升压操作输出的企业一般会用到鼓风机这种设备。随着气体工业不断的发展进步，越来越多的企业选择了使用PID对鼓风机进行变频调速控制，使得PID控制变频鼓风机技术得到了巨大的提高与发展。那么如何才能应用好这项技术呢？这项技术的应用要点是要掌握系统工作原理确定目标控制信号。在实际应用中可根据现场情况选择合适的目标信号，从而通过信号对鼓风机的转速进行控制，通过这种控制可以使气体的压力和流量得到准确、稳定的控制，还能达到节能降耗的目的。

关键词：PID  变频  鼓风机  闭环控制

中图分类号：TH442                                文献标识码：A                          文章编号：1672-3791（2019）03（c）-0037-02

多数企业但凡生产气体或者需要进行能源介质升压操作输出的企业一般会用到鼓风机这种设备。鼓风机设备在生产应用中一般需要长期运行，鼓风机设备的主要作用是将气体介质吸入设备进行加压然后再按生产工艺要求的标准将气体输送到相应的管道中，然后将气体输送到需要的地方。随着气体工业不断的发展进步，越来越多的企业选择了使用PID对鼓风机进行变频调速控制，使得PID控制变频鼓风机技术得到了巨大的提高与发展。

1  鼓风机变频调速基本原理

所谓的PID控制，其实就是比例单元、积分单元以及微分单元3个单元组成PID控制器。这种控制方式是在一个闭环控制系统中，使被控制量能够根据需求迅速变化从而使目标值无限接近于设定目标值的一种自动调节技术。PID控制技术可以说是变频器应用技术中非常重要的技术，也是使变频器充分发挥其功能的重要手段。工业企业在生产活动中，一般对稳定的流量、压力、温度、液位等要求很高，有了这些稳定量才能满足生产工艺的要求保证生产产品的品质、促进生产效率的提高，使用PID对变频器进行的控制可以轻而易举的使被控制量稳定在设定值附近。根据原理我们一般把PID控制归结为3种控制方式即：比例控制方式、积分控制方式及微分控制方式，这3种控制方式我们可以根据实际需求自由的选择与组合。比例控制是这几种方法中最简单的一种控制方式，原理是把控制系统中输入的信号和输出的信号按照一定比例进行放大或者缩小，也就是说将输入的信号进行放大或缩小后再进行信号输出。积分控制单元，该控制技术主要目的是要消除比例控制的稳态误差，在一般的控制系统中我们都会选择引用积分控制单元进行控制，积分控制单元作用是通过对误差的时间进行积分，使其随着时间变化而不断增大，选择比例控制与积分控制两种方式同时进行调节，稳态误差就会不断减小从而使调节系统逐渐趋于平稳。微分控制单元，该单元的主要原理与目的和积分控制系统原理基本相同，是为了消除比例控制过程中的稳态误差，实现更稳定的输出值，单微分控制单元一般会较为超前，使得系统得到准确调节，避免出现严重超调的现象。

实际使用中煤气鼓风机变频调速系统的基本原理如下。压力传感器把现场信号传递给PLC，PID控制中它的给定值一般要依据实际工作情况来确定，我们一般用PLC系统的功能块来进行PID调节器的设计，现场反馈值经过PID的运算之后把计算值输出给变频器，变频器收到信号对鼓风机电机的转速进行改变从而实现对煤气的流量和压力的调节。在煤气鼓风机系统中一般都会采用变频调速方式来运行，这种方式能根据现场负荷的变化而对风机的转速进行自动调节，这样就可以充分利用自有，为企业降低生产成本、延长设备的使用寿命，实现节能降耗的目的，还可以减轻劳动者的工作强度、改善工作环境，为新型环保企业开创新的途径。

2  PID系统目标信号的控制

现场的传感器会对检测到的信号进行分析然后再将数据反馈到控制系统，控制系统收到信号会与事先设定的信号进行比对，结果将会按照预先设定好的程序进行自动调节，直到信号比对值达到程序设定标准区间之内，自动调节程序到此结束，一旦信号值超出标准范围，自动调节程序随之启动。对鼓风机PID闭环控制系统而言被控量的确定十分重要，若想把变频调速系统中的某个被控量稳定在设定的目标值左右，变频器的PID控制功能电路需将反馈信号不断的与目标信号进行比较，然后根据比较的结果，实时调整变频器的输岀频率从而改变电动机转速。在变频调速控制系统中，若想使用PID控制变频器的输出值，则在变频调速系统中有至少两种信号实现控制功能，这两种信号为目标控制信号和系统的反馈信号。目标信号是指与某被控量的理想稳定值所对应的电信号，也可称为目标值或者给定值;而通过传感器测量到的实际值对应的电信号称为反馈信号、反馈量或当前值。对PID控制系统本身而言，被控量如何来确定一般没有特殊的要求，单一的值或者多个值都可作为被控量，受其控制原理限制，在满足工艺要求的前提下，我们一般尽可能采用最少的被控量进行控制，这样可以使控制系统运行更加稳定。除了PID控制系统本身，被控量如何进行选择确认最为核心的是要根据工艺要求进行确定。对鼓风机来说，主要工艺要求是保证设备一直处于正压工作状态，还要根据实际产品型号、技术标准来满足鼓风机前后的压力。受生产工艺不同的影响因素，鼓风机在各领域的使用中相应的工艺要求也不完全相同，鼓风机被控量的确定除了要从安全运行角度去考虑以外，在现实应用中被控量的确定还根据生产工艺的实际要求进行确定。

3  实际应用

在工业实际应用中，基于PID控制的鼓风机变频调速系统主要应用在以下方面。

（1）变频鼓风机可以选择使用PID控制系统，这种控制系统主要通过调节频率来改变鼓风机的输出转速，并与PLC控制程序相结合，通过压力变送器使正规系统形成闭环，进而实现对鼓风机转速的自动控制，其主要控制原理是根据鼓风机实际负荷变化情况来不断调整转速，从而输出相应的值控制鼓风机电机的转速，实现鼓风机机后压力根据设定情况进行自动调整，这种控制系统不仅可以调节气体介质的压力，还可以达到节能降耗的目的

（2）PID控制系统具有系统参数自定义设定与根据需求修改功能，在实际生产使用中，通常会与PLC控制系统进行有机结合，可根据现场工艺的变化情况，按实际需要修改系统设定值，这种调节系统不仅可以对单一工艺指标进行调节，也可对多个工艺指标进行调节，从而提升整个系统控制功能。

（3）随着PID控制系统技术的不断发展，该技术在鼓风机工艺调节中的效率、精度、速度以及可靠性都有了较大的提升。所以该系统可以在一定程度上完全代替传统工艺进行流量、压力等进行自动调节，工艺更加简单，操作更加方便。

4  结语

PID控制系统可以实现对多个工艺被控量的计算以及参数修改，对于基于PID控制系统的变频鼓风机，在工业企业的应用当中也要根据实际工艺需要合理选择，虽然在诸多方面有着突出优点，但相比传统鼓风机造价较高，因此，无论选用何种鼓风机均要从安全和工艺要求的角度出发。

参考文献

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