溫度控制器簡介

小型CN7700是一款基于微處理器的全功能控制器，具有 1?16DIN殼體。

如何精確可靠地控制過程溫度？

為了在操作人員不進行大量介入的情況下精確地控制過 程溫度，溫度控制系統(tǒng)依靠控制器接收熱電偶或RTD等 溫度傳感器的信號作為輸入。它將實際溫度與所需控制 溫度或設定值比較，然后提供輸出來控制加熱元件。

控制器是整個控制系統(tǒng)的一部分，在選擇合適的控制器 時應對整個系統(tǒng)進行分析。選擇控制器時應考慮以下各 項：

1. 輸入傳感器的類型（熱電偶、RTD）和溫度范圍
2. 所需輸出的類型（機電式繼電器、SSR、模擬 輸出）
3 所需控制算法（通/斷、比例、PID）
4 輸出的數量和類型（加熱、冷卻、報警、限制）

有哪些類型的控制器，其工作原理是什么？

有三種基本類型的控制器：通斷、比例和PID。根據要 控制的系統(tǒng)情況，操作人員可以使用一種或另一種來對 過程進行控制。

通/斷

通斷式控制器是形式最簡單的溫度控制裝置。該裝置的 輸出非通即斷，沒有中間狀態(tài)。通斷式控制器只有在溫 度越過設定值時才切換輸出。對于加熱控制，當溫度低 于設定值時輸出接通，高于設定值時切斷。

由于靠溫度越過設定值改變輸出狀態(tài)，過程溫度將持續(xù) 循環(huán)，在設定值上下來回波動。當這種循環(huán)快速發(fā)生 時，為防止損壞接觸器和閥門，可給控制器操作加一個 通斷差值或“滯后”。此差值要求溫度超過設定值一定 的量，然后輸出才會再次切斷或接通。通斷差值可防止 輸出“振蕩”（即，當溫度非?？焖俚卦谠O定值上下循 環(huán)時快速接合、頻繁切換）。

通斷式控制通常用在不需要精確控制的場合、無法處理 頻繁接通和切斷能源的系統(tǒng)中、因系統(tǒng)質量太大而溫度 變化極慢的場合，或者用作溫度報警。

用作報警的一種特殊類型通斷控制裝置為限制控制器。 這種控制器使用必須手動復位的鎖定繼電器，用于在達 到特定溫度時關閉過程。

比例

比例控制設計用于消除伴隨通斷控制的循環(huán)。比例控制 器在溫度接近設定值時降低供給加熱器的平均功率。這 有放慢加熱器加熱的效果，以使其不會超過設定值，而 只是接近設定值并維持在一個穩(wěn)定的溫度。這種比例作 用可通過以短時間間隔接通和切斷輸出來實現(xiàn)。該“ 時間比例”用于改變“接通”時間和“切斷”時間的比 例，從而控制溫度。比例作用發(fā)生在設定溫度附近的 一個“比例帶”內。超出此比例帶，控制器的作用方式 與通斷控制器一樣，輸出為全通（比例帶以下）或全斷 （比例帶以上）。但是，在比例帶內，輸出的接通和切 斷與測量值和設定值之差成比例。在設定值（比例帶的 中點）處，輸出通斷比為1:1，即接通時間和切斷時間 相等。如果溫度遠離設定值，接通時間和切斷時間與溫 差成比例變化。如果溫度低于設定值，輸出接通時間較 長，如果溫度過高，輸出切斷時間較長。

CN3251控制器具有斜坡和保溫功能，能夠長時間控制溫度。

比例帶通常以滿量程的百分比或度表示。它也可以稱為 增益，是比例帶的倒數。請注意，在時間比例控制中， 加熱器以最大功率工作，但循環(huán)接通和切斷，因此平均 時間是變化的。在大多數裝置中，循環(huán)時間和/或比例帶 可以調節(jié)，從而使控制器可以更好地匹配特定的過程。

除機電和固態(tài)繼電器輸出外，比例控制器也可以提供比 例模擬輸出，如4 ～ 20 mA或0 ～ 5 Vdc。在這些輸出 中，變化的是實際輸出電平，而不是通斷時間，與繼電 器輸出控制器一樣。

比例控制的優(yōu)點之一是操作簡單。它只需要操作人員在 首次啟動時或在過程條件發(fā)生明顯變化時進行很小的調 整（手動復位），以使溫度達到設置值。

 

溫度循環(huán)范圍寬的系統(tǒng)也需要比例控制器。根據過程情 況和所需精度不同，可能需要簡單的比例控制器或帶 PID的控制器。

具有長時間滯后和較大的最大升溫速度的過程（如熱交 換器）需要較寬的比例帶來消除振蕩。寬比例帶在負載 變化時會產生較大的偏移量。為消除這些偏移量，可使 用自動復位（積分）。微分（速率）作用可以用在有長 時間延遲的過程上，以在過程擾動后加快恢復。

選擇控制器時還須考慮其它功能。包括自動整定或自整 定功能，具有這種功能的儀器將自動計算精確控制所需 的正確比例帶、速率和復位值；串行通信功能，具有 這種功能的裝置可以與主機“對話”，以進行數據存 儲、分析和整定；報警功能，該功能可以為鎖定（手動 復位）或非鎖定（自動復位），設置在過程溫度過高或 過低時或在觀察到與設定值的偏差時觸發(fā)；計時器/事件 指示器，可以標記持續(xù)時間，或一個事件的結束/開始 時間。此外，繼電器或三端雙向可控硅開關輸出裝置可 以與外部開關（如SSR固態(tài)繼電器或磁接觸器）一起使 用，以便開關高達75 A的大負載。

PID

第三種控制器提供比例與積分和微分控制，或稱PID。 這種控制器在比例控制中結合了兩個附加調整，可幫助 裝置自動補償系統(tǒng)中的變化。這兩個調整（積分和微 分）用基于時間的單位表示，也分別用其倒數“復位” 和“速率”來稱呼。

比例、積分和微分項必須使用“試誤法”針對特定系統(tǒng) 專門調節(jié)或“整定”。它在三種控制器類型中提供最精 確、最穩(wěn)定的控制，最適用于質量相對較小，對過程所 加能源的變化反應迅速的系統(tǒng)。在負載變化頻繁系統(tǒng) 中，以及因為設定值、可供能源或要控制的質量頻繁 變化而需要控制機自動補償的系統(tǒng)中，建議使用這種 控制器。

速率和復位有什么作用，它們如何發(fā)揮作用？

速率和復位是控制器用來補償溫度偏移和漂移的方法。 使用比例控制器時，維持設定溫度的熱量輸入為50%的 情況非常罕見；溫度將從設定值上升或下降，直到得到 一個穩(wěn)定溫度。該穩(wěn)定溫度與設定值之間的差值稱為偏 移量。該偏移量可以手動或自動補償。使用手動復位， 用戶將移動比例帶，使過程穩(wěn)定在設定溫度上。自動復 位（也稱為積分）將求出偏差信號的時間積分，此積分 值與偏差信號加在一起，來移動比例帶。從而自動增大 或減小輸出功率，以使過程溫度返回設定值。

速率或微分功能為控制器提供移動比例帶的能力，用以 補償快速變化的溫度。移動量與溫度變化速率成正比。

PID或三模式控制器結合了比例、積分（復位）和微分 （速率）作用，通常在控制復雜過程時需要使用。這種控制器也可以有兩個比例輸出，一個用于加熱，另一個 用于冷卻。對于可能需要加熱來啟動但隨后在運行過程 中某些時間會產生過剩熱量的過程，需要這種控制器。

有哪些不同輸出類型的控制器？

控制器的輸出可以是幾種形式中的一種。最常見的形式 為時間比例和模擬比例。時間比例輸出為負載供電的時 間是固定循環(huán)時間的百分數。例如：對于10秒的循環(huán) 時間，如果控制器輸出設置為60%，繼電器將通電（閉 合、供電）6秒，然后斷電（打開、不供電）4秒。時間 比例輸出有三種不同形式：機電式繼電器、三端雙向可 控硅開關或交流固態(tài)繼電器或直流電壓脈沖（驅動外部 固態(tài)繼電器）。機電式繼電器通常是最經濟的一種，一 般在循環(huán)時間大于10秒、負載相對較小的系統(tǒng)中選用。

選擇交流固態(tài)繼電器或直流電壓脈沖的目的是提高可靠 性，因為它們不包含任何移動零件。建議在要求短循環(huán) 時間的過程使用，它們需要一個置于控制器外部的附加 繼電器來處理加熱元件所需的典型負載。這些外部固態(tài) 繼電器通常與交流固態(tài)繼電器輸出控制器的交流控制信 號一起使用，或者與直流電壓脈沖輸出控制器的直流控 制信號一起使用。

模擬比例輸出通常是模擬電壓（0 ～ 5 Vdc）或電流 （4 ～ 20 mA）。這種輸出的輸出電平也由控制器設 置；如果輸出設置為60%，輸出電平將是5 V的60%，即 3 V。對于4 ～ 20 mA輸出（16 mA的量程），60%等于 (0.6 x 16) + 4，即13.6 mA。這種控制器常常與比例閥或 電源控制器一起使用。

為特定應用選擇控制器時應考慮哪些因素？

選擇控制器時，主要考慮因素包括所需控制精度，以及 過程控制難度。為盡量方便整定和降低初始成本，應選 擇能產生所需結果的最簡單的控制器。

對于具有相稱（不過大也不太?。┘訜崞髑覠o快速循環(huán) 的簡單過程，可使用通斷式控制器。對于受制于循環(huán)的 系統(tǒng)，或者加熱器不匹配（過大或過小）的系統(tǒng)，需要 使用比例控制器。