在工业现场，风机系统是最常见的负载之一。无论是通风、除尘、冷却还是输送气体，风机往往都需要维持稳定的管网压力。

本讲从实操角度出发，讲解如何通过变频器 + PID 控制实现风机恒压运行，并结合调试要点、常见问题，形成一套可直接落地的现场方案。

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一、工况背景：风机为何要“恒压”运行？

在许多工厂，风机直接由接触器启停或变频器手动调速运行。此时，当系统用风量变化时，压力会随之波动：
- 用风量减少 → 管网压力上升 → 风机耗能增加、阀门泄压；
- 用风量增加 → 压力下降 → 工艺设备风量不足。

为了避免人工频繁干预、同时降低能耗，通常采用“压力闭环控制”：以压力传感器信号为反馈，自动调节风机转速，使出口压力维持在设定值附近。

典型应用场景：

• 中央除尘系统、管道通风系统
• 锅炉送风 / 引风系统
• HVAC（空调通风）管网
• 气力输送、干燥系统

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二、系统构成与信号流程

1. 主要设备与信号

设备/部件	功能	信号类型
变频器	调节电机转速，实现风机变速运行	AI（给定）、AO（反馈）、DI（启停）、DO（状态）
压力传感器	检测管网压力（例如 0–10kPa）	4–20mA 模拟信号输出 → 接入变频器 AI 端口
电机 + 风机	执行机构，将电能转换为气流	功率三相输出
控制面板 / PLC（可选）	切换模式、显示数据、调节设定值	数字量 + 模拟量 + 通讯（Modbus/485）

2. 信号流向示意

压力传感器 →（4–20mA）→ 变频器AI端口
               ↓
           PID 模块运算
               ↓
         输出频率 → 电机转速
               ↓
           风机出风压力
               ↓
           再次反馈至传感器

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三、变频器 PID 控制逻辑

1. 控制目标

控制目标是：将反馈压力 P_f 控制在设定压力 P_set 附近。

变频器内部 PID 控制器实时计算偏差：

偏差 e(t) = P_set - P_feedback
输出频率 f_out = Kp * e(t) + Ki * ∫e(t)dt + Kd * de(t)/dt

通过调节Kp、Ki、Kd，控制输出频率，使系统响应既快又稳定。

2. 参数设置流程（以典型品牌为例）

1. 设定 AI1 输入类型：电流信号（4–20mA）
2. 设定 PID 反馈通道：AI1
3. 设定 PID 设定值源：固定数值或外部 AI2 / 通讯给定
4. 启用 PID 功能：PID 控制模式 = 有效
5. 调整比例（P）、积分（I）、微分（D）参数
6. 设定 输出频率范围：最小频率 ~ 最大频率（如 20–50Hz）
7. 确认输出方向（正偏差 → 增加频率）

3. 初次调试经验值

• P 值：初始 0.5–2.0，响应快慢主要由此决定。
• I 时间：0.5–3.0 s，根据系统惯性与反馈延迟微调。
• D 时间：一般保持 0，只有在响应滞后明显时才启用微分。

4. 动态过程

当用风量增加导致压力下降时，PID 检测到偏差增大，输出频率上升，风机转速加快，压力恢复； 当用风量减少时，频率下降，自动节能。

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四、实操接线与参数示例

1. 接线示例（以 4–20mA 压力传感器为例）

传感器 +24V → 变频器 +24V
传感器 GND → 变频器 AI1-GND
传感器 输出（4–20mA）→ 变频器 AI1+
变频器 AO 输出 → 表头或 PLC 监控（可选）
DI1：运行信号，DI2：停止信号
DO1：运行状态反馈

2. 典型参数表（以 ABB / 汇川 为例）

功能	参数编号	示例值
AI1 输入类型	P11.03	4–20mA
PID 反馈通道	P13.00	AI1
PID 设定值	P13.01	2.0 kPa
比例增益 P	P13.03	1.0
积分时间 I	P13.04	1.0 s
输出频率范围	P00.06 / P00.07	20 Hz – 50 Hz
PID 输出极性	P13.06	正向

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五、常见调试问题与优化建议

• 问题 1：压力波动大 → 降低 P 或增加 I 时间；检查压力传感器安装位置是否稳定。
• 问题 2：压力响应慢 → 适当增大 P；确认反馈方向正确。
• 问题 3：启动时压力过冲 → 限制最大输出频率或启用“PID 抑制启动功能”。
• 问题 4：系统震荡 → PID 参数过大；增加积分时间、取消微分。
• 问题 5：频率上下限被“卡死” → 检查最小/最大频率、PID 输出限制、传感器量程匹配。

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六、节能与扩展方案

• 在多个风机系统中，可设置“一拖多”控制：一台主风机 PID 调速，其余工频辅助。
• 可叠加 远程设定压力 功能，通过 PLC 或上位机修改 PID 设定值。
• 若风量需求变化规律明显，可引入 时间段节能模式 或 模糊/自整定 PID。
• 结合通讯监控（Modbus/Profibus/Profinet）实现后台监测与维护。

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七、小结

风机恒压控制是变频器 + PID 应用中最典型的入门案例。 关键是正确布置压力反馈、调试 PID 参数，使系统既稳又快。 当工程师掌握这一思路后，可以快速推广到水泵恒压供水、除尘负压控制等更多工况。

下一讲预告：《第02讲：水泵恒压供水——多泵切换与节能逻辑》