幾種溫度控制器的操作

更新時(shí)間：2019-12-12

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　　有三種基本類型的控制器：開關(guān)控制器、比例控制器和PID控制器。根據(jù)要控制的系統(tǒng)，操作員將能夠使用一種類型或其他類型的控制器來控制過程。

　　開關(guān)控制器

　　開關(guān)控制器是簡(jiǎn)單的一種溫度控制設(shè)備。該設(shè)備的輸出只有“開”和“關(guān)”兩種狀態(tài)，沒有任何中間狀態(tài)。僅當(dāng) 溫度超過設(shè)定值時(shí)，開關(guān)控制器才會(huì)切換輸出。對(duì)于加熱控制，當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí)輸出為“開”，高于設(shè)定值時(shí) 輸出為“關(guān)”。

　　由于溫度超過設(shè)定值才會(huì)更改輸出狀態(tài)，因此過程溫度將會(huì)不斷循環(huán)，從低于設(shè)定值變?yōu)楦哂谠O(shè)定值，然后再回到設(shè)定值以下。如果這種循環(huán)快速發(fā)生，則為防止損壞接觸器和閥，在控制器操作過程中添加了開關(guān)差分或“滯后”。這種差分需要溫度超過設(shè)定值一定的度數(shù)后才會(huì)再次關(guān)閉或打開。如果在設(shè)定值上下非常快地循環(huán)，則開關(guān)差分可防止輸出“反復(fù)不斷”地切換或快速切換。

　　開關(guān)控制通常在不需要精確控制的情況下使用，在無法處理頻繁打開和關(guān)閉能源的系統(tǒng)中使用，以及在系統(tǒng)非常大，溫度變化極其緩慢的情況下使用，或者用于進(jìn)行溫度警報(bào)。

　　開關(guān)控制用于警報(bào)的一個(gè)特殊類型是限制控制器。該控制器使用必須手動(dòng)復(fù)位的閉鎖繼電器，并且用于在達(dá)到特定溫度后結(jié)束某個(gè)過程。

　　比例控制器

　　比例控制于消除與開關(guān)控制關(guān)聯(lián)的循環(huán)。比例控制器可在溫度接近設(shè)定值時(shí)減少對(duì)加熱器的平均電量供應(yīng)。這能夠減慢加熱器加熱，以便溫度不會(huì)超過設(shè)定值，但會(huì)接近設(shè)定值并維持在一個(gè)穩(wěn)定的溫度。這種比例控制操作可通過在短時(shí)間間隔內(nèi)打開和關(guān)閉輸出來實(shí)現(xiàn)。這種“時(shí)間比例控制”通過“打開”時(shí)間和“關(guān)閉”時(shí)間的比率變化來控制溫度。比例控制操作在設(shè)定值溫度附近的“比例帶范圍內(nèi)發(fā)生。超出這個(gè)比例帶，該控制器用作開關(guān)控制器輸出狀態(tài)為全開(比例帶以下)或全關(guān)(比例帶以上)。但是，在這個(gè)比例帶范圍內(nèi)時(shí)，根據(jù)離設(shè)定值的測(cè)量差的比率確定輸出狀態(tài)是打開還是關(guān)閉。在設(shè)定值處(比例帶的中點(diǎn))，輸出的開:關(guān)比率為1:1；也就是說，打開時(shí)間和關(guān)閉時(shí)間是相等的。如果溫度離設(shè)定值較遠(yuǎn)，則打開時(shí) 間和關(guān)閉時(shí)間會(huì)因溫度差比例的不同而有所不同。如果溫度低于設(shè)定值，則打開的時(shí)間更長(zhǎng)；如果溫度太高，則關(guān) 閉的時(shí)間更長(zhǎng)。

　　比例帶通常表示為全比例的百分比或度數(shù)。也可以被稱為增益，增益是比例帶的倒數(shù)。請(qǐng)注意，在時(shí)間比例控制過程中，加熱器要應(yīng)用全功率，但在打開和關(guān)閉之間循環(huán)，

　　因此平均時(shí)間是不同的。在大部分比例控制器中，循環(huán)時(shí)間和/或比例帶是可調(diào)的，以便控制器可以更好地與特定過程匹配。

　　除機(jī)電和固態(tài)繼電器輸出之外，比例控制器也可用于比例模擬輸出，例如4 ~ 20 mA或0 ~ 5 Vdc。通過這些輸出，實(shí)際輸出級(jí)別是不同的，而不僅僅是打開和關(guān)閉時(shí)間，如同使用繼電器輸出控制器。

　　比例控制的一大優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便。它可能會(huì)需要操作員進(jìn) 行少量調(diào)整(手動(dòng)復(fù)位)以便在初始啟動(dòng)時(shí)設(shè)置設(shè)定值溫度，或在過程條件發(fā)生顯著變化時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

　　易發(fā)生大范圍溫度循環(huán)的系統(tǒng)也需要使用比例控制器。要根據(jù)所需的過程和精度來確定需要簡(jiǎn)單的比例控制，還是需要具有PID的比例控制。

　　滯后時(shí)間長(zhǎng)且大上升率大的過程(例如熱交換器)需要大范圍的比例帶才能消除振蕩。大范圍的比例帶可能會(huì)導(dǎo) 致隨負(fù)載的變化產(chǎn)生大的偏移。要消除這些偏移，可使用自動(dòng)復(fù)位(積分)。微分(速率)操作可用于長(zhǎng)時(shí)間延遲的過程中，加快過程干擾后的恢復(fù)速度。

　　PID控制器

　　第三種控制器(PID控制器)可為比例控制器提供積分和微分控制。該控制器將比例控制與其他兩項(xiàng)調(diào)整結(jié)合在一起，可幫助設(shè)備自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)中的變化。這些調(diào)整(積分和微分)以基于時(shí)間的單位表示；也可以通過其倒數(shù)(分別為 RESET和RATE)表示。

　　比例、積分和微分條件必須使用嘗試誤差法對(duì)特定系統(tǒng)單獨(dú)進(jìn)行調(diào)整或“整定”。三種類型的控制器中，PID控制器可提供準(zhǔn)確、穩(wěn)定的控制，并且適合用于具有相對(duì) 較小質(zhì)量的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)可對(duì)添加到過程中的能量變化做出快速反應(yīng)。在負(fù)載經(jīng)常變化并期望控制器能因設(shè)定值、提供的能量或要控制的質(zhì)量的頻繁變化而自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)?系統(tǒng)中，建議使用PID控制器。

　　選擇控制器時(shí)還要考慮其他特性。這些特性包括：自動(dòng)整定或自整定，在這種情況下儀器將自動(dòng)計(jì)算適合于精密控制的比例帶、比率值和復(fù)位值；串行通信，在這種情況下控制器可與主機(jī)“對(duì)話”，以進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析和整定；警報(bào)，警報(bào)可以是閉鎖式(手動(dòng)復(fù)位)或非閉鎖式(自動(dòng) 復(fù)位)，可設(shè)置警報(bào)以在流程溫度偏高或偏低時(shí)觸發(fā)，也可在察覺到與設(shè)定值發(fā)生偏離時(shí)觸發(fā)；定時(shí)器/事件指示器，可用于標(biāo)記經(jīng)過的時(shí)間或事件的結(jié)束/開始。此外，繼電器或可控硅觸發(fā)輸出控制器可與外部開關(guān)(例如SSR 固態(tài)繼電器或磁性接觸器)配合使用，以切換高達(dá)75 A的大負(fù)載。