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應(yīng)用設(shè)計(jì)

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實(shí)用貼!溫度控制器的操作

實(shí)用貼!溫度控制器的操作

開關(guān)控制器

開關(guān)控制器是最簡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)控制器才會切換輸出。對于加熱 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)定值才會更改輸出狀態(tài),因此過程溫度將 會不斷循環(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)后才會再次關(guān)閉 或打開。如果在設(shè)定值上下非??斓匮h(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

比例控制專用于消除與開關(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,以便溫度不會超過設(shè)定值,但會接 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;如果溫度太高,則關(guān) 閉的時(shí)間更長。

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)是操作簡便。它可能會需要操作員進(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單的比例控制,還是 需要具有PID的比例控制。

滯后時(shí)間長且最大上升率大的過程(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 可提供最準(zhǔn)確、最穩(wěn)定的控制,并且最適合用于具有相對 較小質(zhì)量的系統(tǒng),這些系統(tǒng)可對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)“對話”,以進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲、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。

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