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在企业生产中，往往需要有稳定的压力、温度、流量、液位或转速，作为保证产品质量、提高生产效率、满足工艺要求的前提，这时就要用到变频柜的PID控制功能。PID就是比例微分积分控制，是一种闭环控制。它将偏差比的比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。
一、 变频柜PID控制原理分析
1．基本PID控制框图
如图1所示为基本PID控制框图。
图1 基本PID控制框图
2．PID控制概述
在工艺生产和机械设备的自动控制中，一般PID操作不单独作用，即P（增益）、I（积分时间）、D（微分时间）不单独使用。常使用PI控制、PD控制和PID控制等组合控制方式。
1) PI控制
仅用P动作控制，不能完全消除偏差。为了消除残留偏差，一般采用增加I动作的P+I控制，即P和I运算之和。用PI控制时，能消除由改变目标值和经常的外来扰动等引起的偏差。但是I动作过强时，对快速变化偏差响应迟缓。对于有积分元件的负载系统，也可以单独使用P动作控制。
2) PD控制
当发生偏差时，很快会产生比单独D动作还要大的操作量，以抑制偏差的增加。当偏差减小，P动作的作用减小。若是控制对象含有积分元件负载的场合，仅P动作控制，有时由于此积分元件作用，系统会发生振荡。在该场合，为使P动作的振荡衰减和系统稳定，可用PD控制，即P和D运算之和。换言之，PD控制适用于过程本身没有制动作用的负载。
3) PID控制
PID控制是利用PI控制和PD控制的优点组合成的控制。PID运算是P、I和D三个运算的总和，可获得无偏差、精度高和系统稳定的控制过程。
(1)负作用：当偏差X（目标值一测定值）为正时，增加执行量（输出频率）；如果偏差为负，则减小执行量。PID负作用如图2所示。
PID负作用示意图
图2 PID负作用示意图
(2)正作用：当偏差X（目标值-测定值）为负时，增加执行量（输出频率）；如果偏差为正，则减小执行量。PID正作用如图3所示。
PID正作用示意图
图3 PID正作用示意图
3．反馈信号的接入方法
变频柜反馈信号的接人方法有两种，即给定输入法和独立输入法。
(1)给定输入法：变频柜在使用PID功能时，将传感器测得的反馈信号直接接到给定信号端，其目标信号由键盘给定。
(2)独立输入法：变频柜专门配置了独立的反馈信号输入端，有的变频柜还为传感器配置了电源，其目标值可以由键盘给定，也可以由指定输入端输入。
4．PID调节功能的预置
1)预置PID调节功能
预置的内容是变频柜的PID调节功能是否有效。变频柜的PID调节功能有效后，其加/减速过程将完全取决于由P、I、D数据决定的动态响应过程，而原来预置的“加速时间”和“减速时间”将不再起作用。
2)目标值的预置
PID调节的根本依据是反馈量与目标量之间进行比较的结果。因此，准确地预置目标值是很重要的，主要有以下两个方面。
(1)面板输入式：只需通过键盘输入目标值即可。目标值通常是被测量实际大小与传感器量程之比的百分数。例如，空气压缩机要求的压力（目标压力）为6MPa，所用压力表的量程是0～10Mpa，则目标值为60%。
(2)外部给定式：由外接电位器进行预置，调节较方便。
5．变频柜按P、I、D调节规律运行时的特点
(1)变频柜的输入频率只根据实际数值与目标值的比较结果进行调整，与被控量之间无对应关系。
(2)变频柜的输出频率始终处于调整状态，其数值常不稳定。
二、PID参数意义
1.比例增益P
决定整个PID调节器的调节强度，P越大调节强度越大，该参数为100表示PID反馈量和给定量的偏差为100%时，PID调节器对输出频率指令的调节幅度为最大频率。
2.积分时间I
决定PID调节器对PID反馈量和给定量的偏差进行积分调节的快慢，积分时间是指当PID反馈量和给定的偏差为100%时，积分调节器经过该时间连续调整，调整量达到最大频率。积分时间越短，调节强度越大。
3.微分时间D
决定PID调节器对PID反馈量和给定量的偏差的变化率进行调节的强度，微分时间是指若反馈量在该时间内变化100%，微分调节器的整定量为最大频率，微分时间越长调节强度越大。
三、 PID参数调试方法
PID调节仪虽然具有自整定功能，但是自整定得到的参数值不一定是最佳值，所以自整定后仪表的控制效果不一定很理想。如不能满足控制系统的精度要求，可通过微调这几个参数的值，使系统达到满意的控制效果。
1.比例带P的选取
由于P的大小直接影响到系统的超调量，过渡时间和稳态误差，因此，P的选取尤为重要，比例带P减小，系统动作灵敏度加快。但偏小，超调量增大，振荡次数增多，调节时间越长。P增大，系统会趋向平稳定，若P太大，会使系统动作缓慢，P的大小与稳态误差呈反比关系。减小比例作用，可减小比例作用，可减小稳态误差，提高控制精度。
2.积分时间I的选取
积分作用指在消除稳态误差，积分时间I与积分作用的强弱是反比关系，I太小积分作用太强，使系统不稳定，振荡次数较多，而I太大对系统性能影响减弱，以至不能消除稳态误差。
3.微分时间D的选取
微分作用能够预测偏差，产生超前校正作用，可以较好的改善动态性能。
由以上可以看出，比例作用的快速性，积分作用的彻底性，微分作用的超前性三个参数相互影响相压制约，另外，PID的取值与系统惯性大小有很大关系。因此，很难一次调定，在许多要求不高的控制系统中，微分功能D可以不用，保持变频柜的出厂值不变，使系统运转起来，观察其工作情况。如压力下降式上升难以恢复，说明反应太慢，同应加大比例增益P，直至比较满意为止；在增大P后，虽然反应快了，却容易在目标值附近波动，说明系统有振荡，应加大积分时间，直至基本不振荡为止。
总之，在反应太慢时，应调大KP式减小积分时间，在发生振荡时，应调小KP式加大积分时间。在某些对反应速度要求较高的系统中，可考虑增大微分环节D。
四、结合实际说明PID在恒压供水的应用
以英威腾CHF-100A系列变频柜为例，要求：PID恒压控制，压力保持2Mpa，用4-20mA，5Mpa电流型压力变送器控制线怎么接，参数如何设置？
答：压力变送器约“+”接变频柜“+10V”压力变送器为“-”接变频柜“AI2”变频柜J16跳线为电流端（I与GND短接）相关参数设置如下表：
五、再介绍一下PID调节仪与变频柜的连接使用
以XMT62X系列智能PID调节器为例，简单的说就是将压力变送器的电流信号先输入到PID调节仪，经内部运算处理后，输出连续约4-20mA调节信号，输出的信号与变频柜的控制端子相连，其工作原理与外置电位置一样，不同点就是电位器反馈电压信号，而PID调节仪反馈电流信号，PID调节仪能直观的显示实际值与设定值操作更方便简洁。
由上述分析可知，PID控制是用于过程控制的一种常用方法，通过对被控信号与目标信号的差量进行比例，积分微分运算，来调节变频柜输出频率，构成负反馈系统，使被控量稳定在目标量上。可广泛用于石化，供暖、供水、冶金、食品、热变换等行业，对温度压力液位流量等参数进行测量，显示精确控制，而且具有通讯功能，能方便的与计算机式PIC联网，实现远程控制。
参考文献
[1]张燕宾.SPWM变频调速应用技术[M].北京机械工业出版社，2004.
[2]黄威，黄禹.变频柜的使用与节能改选[M].北京化学工业出版社，2011.
[3]英威腾产品说明书 V1.2版.1997.
作者简介：石慧利，男，本科，讲师，在中原油田培训中心工作，主要从事电气培训教学工作，两次指导学员参加中石化维修电工技能比赛均获得第一的好成绩。
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