DIE PID-REGELUNG FUNKTION UND ANWENDUNG. Hitachi Frequenzumrichter Modellreihen SJ100 und L100. P : Proportional operation + + I : Integral operation

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1 DIE PID-REGELUNG FUNKTION UND ANWENDUNG Hitachi Frequenzumrichter Modellreihen SJ1 und L1 Deviation Target - P : Proportional operation I : Integral operation D : Differential operation Inverter Frequency command Fan, pump, etc. Motor Load Sensor & Transducer Target of control Feedback (flow, pressure, or temperature etc.) Hitachi Europe GmbH

2 INHALTSVERZEICHNIS KAPITEL 1 EINFÜHRUNG KAPITEL 2 L1/SJ1 PID-REGLER DIE PID-REGELUNG P: Proportionaler Anteil I: Integrierender Anteil D: Differenzierender Anteil Der PID-Regler EINSTELLUNG DER PID-PARAMETER KAPITEL 3 PID-REGLER VERWENDEN STRUKTUR & PARAMETER PID-Regler aktiv/inaktiv Parameter Reglerinterne Berechnungen vorgabe Rückgeführtes Istwertsignal und dessen Anpassung Skalenanpassung ZUSAMMENFASSUNG DER RELEVANTEN PARAMETER BEISPIELE Einstellungen im Frequenzregelungs-Modus Konfigurieren von und Istwert Skalierung einstellung über Digitaleingänge PID-Modus aktivieren BEISPIEL FÜR DIE EINSTELLUNG VON KP & TI Einstellung des P-Anteils Einstellung des I-Anteils & Abgleich von Kp HINWEIS ZUR AVR-FUNKTION KAPITEL 4 ANWENDUNGSBEISPIELE DURCHFLUßREGELUNG TEMPERATURREGELUNG...4-2

3 Kapitel 1 Einführung Kapitel 1 Einführung Die Frequenzumrichter der L1- und SJ1-Modellreihen verfügen standardmäßig über eine PID- Regelung. Diese kann unter anderem für Durchflußregelungen bei Lüftern und Pumpen verwendet werden und verfügt über die folgenden Merkmale: Der kann nicht nur über die Bedieneinheit des Frequenzumrichters, sondern auch über ein externes digitales Signal vorgegeben werden, wobei 16 unterschiedliche e möglich sind. Desweiteren kann der auch über ein analoges Eingangssignal vorgegeben werden ( - 1V oder 4-2mA). Das rückgeführte Istwertsignal kann beim L1/SJ1 durch eine analoge Eingangsspannung (max. 1V) oder einen analogen Eingangsstrom (max. 2mA) realisiert werden. Der für das rückgeführte Istwertsignal zulässige Bereich kann individuell angepaßt werden (z.b. - 5V, 4-2mA, oder weitere Bereiche). Mittels einer Skalenanpassung kann der und/oder der Istwert größenmäßig an tatsächlich vorhandene physikalische Größen wie z.b. Luft- oder Wasserdurchfluß, Temperatur usw. angepaßt und über die Anzeige dargestellt werden. Bitte lesen Sie das vorliegende PID-Handbuch sorgfältig, damit Sie den in die Frequenzumrichter der Modellreihen L1 und SJ1 eingebauten PID-Regler ohne Schwierigkeiten verwenden können. 1-1

4 Kapitel 2 L1/SJ1 PID-Regler Kapitel 2 L1/SJ1 PID-Regler Die PID-Regelung P steht für Proportional, I for Integrierend und D für Differenzierend. Im Bereich der Regelungstechnik wird eine Kombination dieser drei Begriffe auch als PID-Regelung bezeichnet. PID-Regelungen werden in vielen verschiedenen Bereichen der Technik verwendet, so z.b. für die Luft- und Wasserdurchflußregelung, für Druck- und Temperaturregelungen sowie viele weitere Anwendungen. Die Ausgangsfrequenz des Umrichters wird dabei mittels eines PID-Regelalgorithmus so geregelt, daß die Abweichung zwischen Soll- und Istwert möglichst klein wird. Das folgende Bild zeigt das Blockdiagramm einer PID-Regelung (der im L1/SJ1 integrierte PID- Regler wird hier von einer gepunkteten Linie umschlossen gezeichnet): Regelabweichung - P : Proportionaler Anteil I : Integrierender Anteil D : Differenzierender Anteil Umrichter Sensor & Meßwertumformer Frequenz- Lüfter, Pumpe, u.ä. Motor Last Zu regelnde Größe Istwert (Durchfluß, Druck, Temperatur usw.) Die PID-Regelung kann erst durchgeführt werden, nachdem der Typ des Soll- und Istwertes definiert wurde. Das Beispiel im folgenden Bild zeigt eine Lüfterregelung: 4 Bit digitales Eingangssignal L1 / SJ1 Rückführung (DC -1V, 4-2mA) Lüfter Meßwertumformer Durchflußmengen- Sensor Motor P: Proportionaler Anteil Dieser Anteil bewirkt, daß die Ausgangsfrequenz und die Regelabweichung in einem proportionalen Zusammenhang stehen. Hierbei kann mittels der Funktion A 71 die sogenannte proportionale Verstärkung (Kp), ausgedrückt in %, vom Anwender vorgegeben werden. In der folgenden Abbildung wird der Zusammenhang zwischen Regelabweichung und Ausgangsfrequenz gezeigt. Ein großer Wert für Kp bewirkt eine schnelle Reaktion auf eine Änderung der Regelabweichung. Wird Kp jedoch zu groß gewählt, so kann das System instabil werden. 2-1

5 Kapitel 2 L1/SJ1 PID-Regler Max. Frequenz = 1 Kp=2 Kp=1 Ausgangs- Frequenz (%) Kp=.75 Kp=.5 Kp= Kp 5. Regelabweichung (%) Die maximale Ausgangsfrequenz in obigem Bild wird dabei als 1% angegeben. Kp kann dabei zwischen,2 und 5, mittels Funktion A 71 eingestellt werden. I: Integrierender Anteil Dieser Anteil bewirkt eine Korrektur der Ausgangsfrequenz durch Integrierung der Regelabweichung. Im Fall einer rein proportionalen Regelung bewirkt eine große Regelabweichung eine ebenfalls große Änderung in der Ausgangsfrequenz; falls also die Regelabweichung sehr klein ist, so ist zwangsläufig auch die Änderung in der Ausgangsfrequenz sehr klein. Das Problem dabei ist, das die Regelabweichung nicht zu Null gemacht werden kann. Hier schafft eine Regelung mit zusätzlich integrierendem Anteil Abhile. Der integrierende Anteil bewirkt eine ständige Aufsummierung der Regelabweichung, so daß die Abweichung zu Null gemacht werden kann. Der reziproke Wert der Integrationsverstärkung ist die sogenannte Integrationszeit Ti=1/Ki. Bei den L1/SJ1-Frequenzumrichtern wird die Integrationszeit (Ti) eingestellt. Der Wert darf zwischen,5s und 15s liegen. Bei Eingabe einer, ist der integrierende Anteil unwirksam. D: Differenzierender Anteil Dieser Anteil bewirkt eine Differenzierung der Regelabweichung. Da die reine P-Regelung abhängig ist vom aktuellen Wert der Regelabweichung und die reine I-Regelung von Werten zu bereits vergangenen Zeitpunkten, kommt es zwangsläufig immer zu einer gewissen Verzögerung im Regelungsvorgang. Der D-Anteil kompensiert dieses Verhalten. Die Korrektur der Ausgangsfrequenz ist bei der D-Regelung abhängig von der Änderungsgeschwindigkeit der Regelabweichung. Somit ist es möglich, die Ausgangsfrequenz sehr schnell auszuregeln. Kd kann zwischen und 1s eingestellt werden. Der PID-Regler Ein PID-Regler kombiniert die in den drei vorangegangenen Unterkapiteln beschriebenen P-, I- und D-Anteile. Um möglichst optimale Regeleigenschaften zu erhalten, muß jeder der drei zugehörigen PID-Parameter zunächst eingestellt werden. Eine gleichmäßige Regelung ohne große Sprünge in der Ausgangsfrequenz wird durch den P-Anteil gewährleistet; der I-Anteil minimiert die im statischen Zustand vorhandene Regeldifferenz und der D-Anteil sorgt für schnelle Reaktion auf ein sich schnell veränderndes Istwertsignal. Da die D-Regelung auf einer Differenzierung der Regelabweichung basiert, liegt hier eine sehr empfindliche Regelung vor, die natürlich auch auf unerwünschte Signale wie z.b. Störungen 2-2

6 Kapitel 2 L1/SJ1 PID-Regler reagiert und so das System instabil machen kann. Normalerweise wird für Durchfluß-, Druck- und Temperaturregelungen keine differenzierende Regelung benötigt. Einstellung der PID-Parameter Die Werte der einzustellenden PID-Parameter variieren je nach Anwendung. Es ist notwendig, die jeweiligen Regeleigenschaften des Systems zu berücksichtigen. Folgende Punkte sind für eine gute PID-Regelung wichtig: stabiles statisches Verhalten, schnelle Reaktion, sowie kleine Regelabweichung im statischen Zustand. Die Parameter Kp, Ti und Kd müssen innerhalb des stabilen Arbeitsbereichs eingestellt werden. Allgemein gilt, daß eine Vergrößerung eines der Parameter Kp, Ki und Kd (=Verringerung von Ti) zu einem schneller reagierenden System führt. Eine übermäßig hohe Vergrößerung jedoch führt zu einem instabilen Verhalten, da der rückgeführte Istwert ständig nach Art einer Oszillation zu- und abnimmt. Im schlimmsten Fall kann es zu einem divergenten Verhalten kommen (siehe hierzu auch die folgenden Bilder): Reaktion = Ausgangssignal Reaktion = Ausgangssignal Divergentes Verhalten Oszillation, gedämpft Zeit Zeit Reaktion = Ausgangssignal Reaktion = Ausgangssignal Gute Regelung Langsame Regelung, große statische Regelabweichung Zeit Zeit Im folgenden werden Hinweise zur Einstellung der einzelnen Parameter gegeben: (1) änderung bewirkt langsame Reaktion: P-Anteil (Kp) höher einstellen bewirkt schnelle, aber instabile Reaktion: P-Anteil niedriger einstellen (2) Soll- und Istwert sind sehr unterschiedlich: I-Anteil (Ti) niedriger einstellen gleichen sich nach Oszillation einander an: I-Anteil höher einstellen (3) Nach Erhöhen von Kp ist die Reaktion immer noch langsam: D-Anteil (Kd) höher einstellen ist die Reaktion immer noch instabil: D-Anteil niedriger einstellen 2-3

7 Kapitel 3 PID-Regler verwenden Kapitel 3 PID-Regler verwenden Struktur & Parameter PID-Regler aktiv/inaktiv Integrierte Bedieneinheit: Funktion A 71 : / 1 DOP, DRW: F 43 : PID SW ON / OFF L1/SJ1-Frequenzumrichter können in einem der folgenden zwei Regelungs-Modi arbeiten: Frequenz-Regelung aktiv (d.h. PID-Regelung inaktiv) PID-Regelung aktiv Zwischen beiden Modi kann mit Funktion A 71 ( PID-Regler aktiv/inaktiv ) umgeschaltet werden. Die Frequenz-Regelung ist die bei vielen Frequenzumrichtern übliche Regelungsmethode, bei der ein mittels Bedieneinheit, durch ein analoges Spannungs- oder Stromsignal oder über einen 4 Bit breiten digitalen an den Steuerklemmen anliegenden Befehl vorgegeben wird. Bei der PID-Regelung wird die Ausgangsfrequenz durch einen Regelalgorithmus so eingestellt, daß die Abweichung zwischen Soll- und Istwert zu Null gemacht wird. Parameter Im folgenden Bild wird gezeigt, in welchem Bereich des PID-Blockdiagramms welcher Parameter wirksam wird. Die angegebenen Funktionsnummern (z.b. A 72) beziehen sich auf die integrierte Bedieneinheit des Frequenzumrichters: Bedieneinheit Festfrequenzen Die maximale Frequenz entspricht 1% Potentiometer Analoge Eing.-spannung Analoger Eingangsstrom 1V (2mA) entsprechen 1% einstellbar mittels A 1 Skalierung A 75 Anzeige F 1 Umgekehrte P-Anteil : A 72 Skalierung A 75-1 I-Anteil: A 73 - Berechnete Frequenz D-Anteil : A 74 Rückführung 1% A 12 Analoge Eing.-spannung Analoger Eingangsstrom Auswahl von Spannung oder Strom mittels A 76 A 11 A 13 A 14 Arbeitsbereich Skalierung A 75 Istwert * Faktor d 4 3-1

8 Kapitel 3 PID-Regler verwenden Reglerinterne Berechnungen Jegliche Berechnung innerhalb des PID-Algorithmus erfolgt prozentual, so daß unterschiedliche physikalische Einheiten verwendet werden können, wie z.b. Druck (N/m 2 ), Durchfluß (m 3 /min), Temperatur ( C) usw. Beispielsweise werden auch Soll- und rückgeführter Istwert auf prozentualer Ebene verglichen. Weiterhin gibt es die nützliche Skalierungsfunktion (A 75). Bei Verwendung dieser Funktion kann der direkt in der gewünschten physikalischen Größe angegeben werden und/oder Soll- und Istwerte in prozessrichtigen physikalischen Größen angezeigt werden. Zusätzlich gibt es noch eine Analogsignal-Anpassung (Funktionen A 11 bis A 14), bei der ein Bereich basierend auf dem rückgeführten Istwertsignal definiert werden kann. Die folgenden Diagramme erläutern die Wirkungsweise dieser Funktion. vorgabe Von den folgenden zwei Möglichkeiten der vorgabe kann eine ausgewählt werden: Bedieneinheit (integrierte Bedieneinheit oder DOP bzw. DRW) Digitaler Steuerklemmen-Eingang (4 Bits) Analoger Eingang (Klemmen O-L oder OI-L) Im Falle der digitalen vorgabe über die Steuerklemmen muß zunächst der gewünschte über die Funktionen A 21 bis A 35 eingestellt werden. Die Vorgehensweise zur Einstellung gleicht dabei derjenigen, die beim Frequenzregelungs-Modus (d.h. bei deaktiviertem PID- Regler) zur Einstellung der entsprechenden Festfrequenz angewendet wird. Rückgeführtes Istwertsignal und dessen Anpassung Das rückgeführte Istwertsignal kann folgendermaßen repräsentiert werden: Durch eine analoge Spannung an der Steuerklemme O (maximal 1V) Durch einen analogen Strom an der Steuerklemme OI (maximal 2mA) Mittels Funktion A 76 wird eine der beiden genannten Methoden ausgewählt. Das rückgeführte Istwertsignal kann zusätzlich noch wie in den folgenden Diagrammen gezeigt angepaßt werden, um die Arbeitsweise des PID-Reglers auf den jeweiligen Anwendungsfall zuzuschneiden: % % % 2V 4mA 2% 1V 2mA 1% 5V 1mA 5% 1V 2mA 1% 2.5V 5mA 25% 7.5V 15mA 75% 1V 2mA 1% (a) A 13 = 2% A 14 = 1% (b) A 13 = % A 14 = 5% (c) A 13 = 25% A 14 = 75% 3-2

9 Kapitel 3 PID-Regler verwenden % % 75 % 25 2V 4mA 2% 1V 2mA 1% 5V 1mA 5% 1V 2mA 1% 2.5V 5mA 25% 7.5V 15mA 75% 1V 2mA 1% (a) A 13 = 2% A 14 = 1% A 11 = 25% A 12 = 1% (b) A 13 = % A 14 = 5% A 11 = % A 12 = 75% (c) A 13 = 25% A 14 = 75% A 11 = 25% A 12 = 75% Wie aus den Diagrammen zu erkennen ist, muß der innerhalb des gültigen Bereichs auf der vertikalen Achse liegen, falls Sie die Funktionen A 11 und A 12 auf einen Wert ungleich eingestellt haben. Andernfalls kann keine stabile Regelung gewährleistet werden, da kein rückgeführtes Signal existiert. Das bedeutet, daß der Frequenzumrichter entweder die maximale Frequenz abgibt oder in den Stop-Betrieb geht, oder eine eventuell eingestellte untere Grenzfrequenz abgibt. Skalenanpassung Die Skalenanpassung bzw. Skalierung ermöglicht die Anzeige des Soll- oder Istwertes sowie die Eingabe des es direkt in der korrekten physikalischen Größe. Dabei werden 1% des rückgeführten Istwertes zugrundegelegt. Als werksmäßige Voreinstellung basieren Eingaben und Anzeigen auf - 1%. Beispiel: Im Diagramm (a) weiter oben entsprechen 2mA des rückgeführten Signals 1% der PID-internen Rechengröße. Liegt beispielsweise der aktuelle Durchfluß bei 6 [m 3 / min] bei einem rückgeführten Signal von 2mA, so wird der Parameter mittels A 75 auf,6 eingestellt (=6/1). Mittels d 4 kann dann der prozeßrichtige Wert angezeigt sowie der direkt in der prozeßrichtigen Größe eingegeben werden. Einheit = [%] L1 / SJ1 Rückführung DC 4-2mA Monitor d 1 = - 1% Einheit = [%] L1 / SJ1 Rückführung DC 4-2mA Monitor d 1 = - 6 m 3 /min Monitor F 1 = - 1[%] Monitor F 1 = - 6[m 3 /min] Motor Lüfter Motor Lüfter (a) Werksmäßige Voreinstellung (b) A 75 =,6 3-3

10 Kapitel 3 PID-Regler verwenden Zusammenfassung der relevanten Parameter Bei den Frequenzumrichtern der Modellreihen L1 und SJ1 werden sowohl für den Frequenzregelungs-Modus als auch für den PID-Modus die gleichen Parameter verwendet. Die Bezeichnungen der jeweiligen Funktionen im Handbuch zu den Frequenzumrichtern beziehen sich aber nur auf den Frequenzregelungs-Modus, da in den meisten Fällen dieser Modus verwendet wird. Bei Verwendung des PID-Modus haben daher einige Funktionen etwas irreführende Bezeichnungen. Die folgende Tabelle enthält eine Erläuterung der Bedeutung dieser Funktionen sowohl im Zusamenhang mit dem Frequenzregelungs-Modus als auch dem PID-Modus: Funktions-Nr. Bedeutung der Funktion Integrierte bei Verwendung des bei Verwendung des DOP, DRW Bedieneinheit Frequenregelungs-Modus PID-Modus d 4 Monitor-Modus - Anzeige des rückgeführten Istwertes F 1 Monitor-Modus Anzeige der Ausgangsfrequenz Anzeige des es A 1 Monitor-Modus Vorgabe Frequenzsollwert Vorgabe A 11 A 12 A 13 F 31 Frequenz beim Minimum- (Einheit: Hz) Frequenz beim Maximum- (Einheit: Hz) Minimum- (Einheit: Hz) Rückgeführter prozentualer Istwert für untere Akzeptanzschwelle (Einheit: %) Rückgeführter prozentualer Istwert für obere Akzeptanzschwelle (Einheit: %) Untere Akzeptanzschwelle der Spannung oder des Stroms am Istwerteingang (Einheit: %) Obere Akzeptanzschwelle der Spannung A 14 Maximum- (Einheit: Hz) oder des Stroms am Istwerteingang (Einheit: %) A 21 - A 35 F 11 Festfrequenzen 1-15 Digital einstellbare e 1-15 A 71 - PID-Regler aktiv / inaktiv A 72 P-Anteil des PID-Reglers A 73 I-Anteil des PID-Reglers F 39 A 74 D-Anteil des PID-Reglers A 75 faktor des PID-Reglers A 76 Eingang Istwertsignal für PID-Regler Beispiele Einstellungen im Frequenzregelungs-Modus Bevor Sie den PID-Modus verwenden können, müssen zunächst die Parameter im Frequenzregelungs-Modus konfiguriert werden. Dabei sind die folgenden Punkte zu beachten: Hoch- und Runterlauframpe Die mittels des PID-Algorithmus berechnete Ausgangsfrequenz liegt nicht sofort am Frequenzumrichter-Ausgang an, vielmehr wird die Ausgangsfrequenz beeinflußt durch die eingestellten Hoch- und Runterlaufzeiten. Selbst wenn beispielsweise ein großer D-Anteil angegeben wird, wird 3-4

11 Kapitel 3 PID-Regler verwenden die aktuelle Ausgangsfrequenz maßgeblich von der Hoch- und der Runterlaufzeit beeinflußt, was zu einer instabilen Regelung führt. Um ein stabiles Verhalten in jedem Bereich der PID-Regelung zu erzielen, sollten die Hoch- und Runterlaufzeiten so klein wie möglich eingestellt werden. Nach jedem Ändern der Parameter für die Hoch- oder Runterlauframpe müssen die Parameter A 72, A 73 und A 74 neu angepaßt werden. Frequenzsprünge / Bereich Die Forderung für die Einstellung der Frequenzsprünge lautet: Es darf keine Änderung des rückgeführten Istwertsignals geben, während ein Frequenzsprung ausgeführt wird. Falls ein stabiler Arbeitspunkt innerhalb eines Frequenzsprung-Bereiches existiert, tritt ein Hin- und Herlaufen zwischen beiden Endwerten dieses Bereiches auf. Konfigurieren von und Istwert Im PID-Modus muß zunächst eingestellt werden, wie der vorgegeben und wo der Istwert eingespeist werden soll; die folgende Tabelle zeigt die hierfür notwendigen Einstellungen: Istwert- Einspeisung Analoge Spannung (O-L: -1V) Analoger Strom (OI-L: 4-2mA) Integrierte Bedieneinheit Digital über Steuerklemmen A 1 = 2 A 76 = 1 A 1 = 2 A 76 = vorgabe Integr. Potentiometer A 1 = A 76 = 1 A 1 = A 76 = Analoge Spannung an O-L - A 1 = 1 A76 = Analoger Strom an OI-L A 1 = 1 A 76 = 1 - Es ist unmöglich, sowohl Soll- als auch Istwert über dieselbe analoge Eingangsklemme einzuspeisen. Beachten Sie bitte, daß der Frequenzumrichter entsprechend der eingestellten Runterlauframpe abbremst und stoppt, sobald während des PID-Betriebs ein Stopbefehl gegeben wurde. Skalierung Bitte stellen Sie die Skalierung auf die prozeßrichtige physikalische Größe so ein, wie es Ihre Anwendung erfordert, also z.b auf Durchfluß, Druck, Temperatur usw. Eine ausführliche Anleitung hierzu finden Sie unter Skalierung im Kapitel Struktur & Parameter. einstellung über Digitaleingänge Bei der Einstellung des es über die Digitaleingänge (4 Bit) sind folgende Punkte zu beachten: Zuweisung der digitalen Eingänge Die Frequenzumrichter der Modellreihen L1/SJ1 besitzen 5 programmierbare Digitaleingänge. Weisen Sie zuerst vier Eingängen davon die Eigenschaften CF1 bis CF4 zu. Verwenden Sie hierzu die Funktionen C 1 bis C 5, entsprechend den Eingängen 1 bis 5 des Umrichters. Einstellung der e Als nächstes wählen Sie anhand der folgenden Tabelle die gewünschte Anzahl von unterschiedlichen en aus (höchstens 16). Unter A 21 (entspricht 1. ) bis A 35 (entspricht 15. ) wird dann der gewünschte eingegeben. A 2 und F 1 entsprechen dabei einem 3-5

12 Kapitel 3 PID-Regler verwenden. Beachten Sie bitte, daß Sie bei einer eventuell verwendeten Skalierung die e entsprechend dieser Skalierung in prozeßrichtigen Werten eingeben müssen. Nr. CF4 CF3 CF2 CF1 -Nummer ( 1 : EIN. : AUS ) (zu konfigurierende Funktion) 1 (A 2 oder F 1) (A 21) (A 22) (A 23) (A 24) (A 25) (A 26) (A 27) (A 28) (A 29) (A 3) (A 31) (A 32) (A 33) (A 34) (A 35) Falls Sie also beispielsweise nur bis zu 4 unterschiedliche e benötigen, müssen Sie nur CF1 und CF2 verwenden; für 5 bis 8 unterschiedliche e benötigen Sie lediglich CF1 bis CF3. PID-Modus aktivieren Stellen Sie unter Funktion A 71 den Parameter 1 ein. Sie können diese Einstellung auch ganz am Anfang, vor allen anderen Einstellungsarbeiten, vornehmen. Beispiel für die Einstellung von Kp & Ti Bitte überprüfen Sie parallel zur Änderung der Parameter die Ausgangsfrequenz oder das rückgeführte Istwertsignal mit einem Oszilloskop (siehe hierzu auch die Bilder unter Einstellung der PID-Parameter im Kapitel L1/SJ1 PID-Regler ). Verwenden Sie zwei unterschiedliche e, zwischen denen Sie mittels der digitalen Steuerklemmen hin- und herschalten können. Am Ausgang muß sich dann in jedem Fall ein stabiles Verhalten einstellen. Einstellung des P-Anteils Beginnen Sie, indem Sie lediglich einen P-Anteil einstellen, aber keinen I- und keinen D-Anteil. Stellen Sie zuerst einen möglichst kleinen P-Anteil mittels A 72 ein, und überprüfen Sie das Ergebnis. Vergrößern Sie falls nötig langsam diesen Wert, bis Sie ein möglichst gutes Ausgangs- 3-6

13 Kapitel 3 PID-Regler verwenden verhalten erreichen. (Alternativ können Sie auch einen sehr großen P-Anteil einstellen und dann das Verhalten des Ausgangssignal beobachten. Zeigt sich ein instabiles Verhalten, so stellen Sie einen mittleren Wert ein und überprüfen das Ergebnis. Wiederholen Sie diesen Vorgang...) Im Falle eines instabilen Verhaltens ist der P-Anteil zu verringern. Sobald sich die Regelabweichung im statischen Zustand innnerhalb akzeptabler Grenzen befindet, ist die Einstellung des P-Anteils abgeschlossen. Einstellung des I-Anteils & Abgleich von Kp Stellen Sie zuerst mittels A 73 einen möglichst kleinen I-Anteil ein. Stellen Sie den P-Anteil etwas niedriger ein, selbst wenn es schwierig sein sollte. Falls die Regelabweichung nicht kleiner werden sollte, verringern Sie den I-Anteil etwas. Wird das Verhalten dadurch instabil, so verringern Sie den P-Anteil. Wiederholen Sie diesen Vorgang, bis Sie die passenden Parameter gefunden haben. Hinweis zur AVR-Funktion Falls Sie die AVR-Funktion (A 81) auf DOFF eingestellt haben, wodurch die AVR-Funktion bei aktivierter PID-Regelung nur während des Runterlaufs deaktiviert wird, besteht je nach Anwendungsfall die Gefahr, daß der Motor klopft. In solch einem Falle läuft der Motor wiederholt hoch und runter, wodurch ein exaktes Rundlaufen des Motors nicht gewährleistet werden kann. Stellen Sie die AVR-Funktion in diesem Fall auf OFF. 3-7

14 Kapitel 4 Anwendungsbeispiele Kapitel 4 Anwendungsbeispiele Dieses Kapitel enthält einige Einstellungsbeispiele für realitätsnahe Anwendungen. Durchflußregelung In dem im Bild unten gezeigten Beispiel betragen die e 15m 3 /min und 3m 3 /min: Digitaler (4 Bit) L1 / SJ1 Rückführung 4-2mA (5m 3 /min bei 2mA) Durchfluß-Sensor Meßwertumformer Durchfluß : Konstant 15m 3 /min oder 3m 3 /min Pumpe Motor 5m 3 /min 1 3m 3 /min 6 Einstellung des Bereiches für das rückgeführte Signal 15m 3 /min 3 4mA 2% 5.8mA 29% 1.6mA 53% 2mA 1% Funktionsnummer Integr. Bedieneinheit DOP, DRW Bedeutung im PID-Regler-Modus 4-1 Parameter Anmerkungen F 1 Monitor Modus 15 Direkte Eingabe von 15 [m 3 /min], da Skalierungsfaktor eingestellt wurde A 1 Vorgabe Frequenzsollwert 2 Bedieneinheit A 11 Rückgeführter prozentualer Istwert für untere Akzeptanzschwelle (in %) % A 12 A 13 A 14 F 31 Rückgeführter prozentualer Istwert für obere Akzeptanzschwelle (in %) Untere Akzeptanzschwelle von Spannung oder Strom am Istwerteingang (%) Obere Akzeptanzschwelle von Spannung oder Strom am Istwerteingang (in %) 1 1% 2 2% 1 1% A 21 F 11 Digital einstellbarer [m 3 /min] A 71 PID-Regler aktiv / inaktiv 1 PID-Modus aktiv A 72 P-Anteil des PID-Reglers - A 73 I-Anteil des PID-Reglers - F 39 A 74 D-Anteil des PID-Reglers - Anwendungabhängig A 75 faktor des PID-Reglers 5. 1% bei 5 [m 3 /min] A 76 Eingang Istwertsignal f. PID-Regler Rückführg. v. Klemme OI-L

15 Kapitel 4 Anwendungsbeispiele Temperaturregelung Im Falle der Durchflußregelung aus dem vorigen Unterkapitel steigt die Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters, falls das rückgeführte Signal kleiner als der ist, und die Ausgangsfrequenz sinkt, falls das rückgeführte Signal größer als der ist. Im Falle einer Temperaturregelung muß jedoch genau ein entgegengesetztes Verhalten realisiert werden. Falls die Temperatur über dem liegt, muß der Umrichter seine Ausgangsfrequenz erhöhen, damit der angeschlossene Lüfter schneller läuft. Das Bild unten enthält ein Beispiel für eine Temperaturregelung mit den beiden en 2 und 3 C: Digitaler (4 Bit) L1 / SJ1 Temperatur beträgt Rückführung konstant 2 oder 3 C - 1V (5 C bei 1V) Temperatur- Meßumformer Sensor Motor Lüfter 5 C 1 3 C 6 2 C 4 Einstellung des Bereiches für das rückgeführte Signal 4V 4% 6V 6% 1V 1% Funktionsnummer Integr. Bedieneinheit DOP, DRW Bedeutung im PID-Regler-Modus 4-2 Anmerkungen Parameter F 1 Monitor- Modus 2 Direkte Eingabe von 2 [ C], da Skalierungsfaktor eingestellt wurde A 1 Vorgabe Frequenzsollwert 2 Bedieneinheit A 11 Rückgeführter prozentualer Istwert für untere Akzeptanzschwelle (in %) 1 1% A 12 A 13 A 14 F 31 Rückgeführter prozentualer Istwert für obere Akzeptanzschwelle (in %) Untere Akzeptanzschwelle von Spannung oder Strom am Istwerteingang (%) Obere Akzeptanzschwelle von Spannung oder Strom am Istwerteingang (in %) % % 1 1% A 21 F 11 Digital einstellbarer [ C] A 71 PID-Regler aktiv / inaktiv 1 PID-Modus aktiv A 72 P-Anteil des PID-Reglers - A 73 I-Anteil des PID-Reglers - F 39 A 74 D-Anteil des PID-Reglers - Anwendungabhängig A 75 faktor des PID-Reglers 5. 1% bei 5 [ C] A 76 Eingang Istwertsignal f. PID-Regler Rückführg. v. Klemme OI-L