溫度過程控制器

控制器有哪些不同的類型？其工作原理是什么？

控制器共分三種基本類型：開關(guān)控制器、比例控制器和PID控制器。根據(jù)所控制的系統(tǒng)，操作人員可使用其中一種類型進行過程控制。

開/關(guān)控制

開關(guān)控制器是最簡單的一類溫度控制設(shè)備。此類設(shè)備的輸出非開即關(guān)，無中間狀態(tài)。只有溫度跨越設(shè)定值時，開關(guān)控制器才會切換輸出。在加熱控制中，當溫度低于設(shè)定值時輸出接通，并在高于設(shè)定值時則輸出斷開。每當溫度跨越設(shè)定值時，控制器都會切換輸出狀態(tài)，因此過程溫度將不斷循環(huán)，從低于設(shè)定值上升到超過設(shè)定值，再降回至設(shè)定值以下。為防止因循環(huán)速度過快而損壞接觸器和閥門，應(yīng)在控制器操作中增加一個開關(guān)差值，又稱“遲滯”。采用這種機制時，只有在溫度超過設(shè)定值一定程度后，輸出才會再次關(guān)閉或打開。這樣，當溫度圍繞設(shè)定值上下循環(huán)波動時，開關(guān)差值可防止輸出“抖動”或快速頻繁的切換。開關(guān)控制通常用于以下應(yīng)用場合：無需精確控制的應(yīng)用、無法處理能源頻繁開關(guān)的系統(tǒng)、因質(zhì)量較大而溫度變化極為緩慢的系統(tǒng)，以及需要溫度報警的場合。限值控制器是用于報警的一種特殊類型開關(guān)控制。這種控制器采用必須手動復(fù)位的自鎖繼電器，可在達到特定溫度時關(guān)閉過程。

比例控制

比例控制專用于消除與開關(guān)控制相關(guān)的循環(huán)。在溫度接近設(shè)定點的同時，比例控制器降低向加熱器供應(yīng)的平均功率。這會減慢加熱器的速度，從而使之不會超越設(shè)定點，而是會接近設(shè)定點并維持一個穩(wěn)定的溫度。此比例控制操作可以通過短時間開啟和關(guān)閉輸出來實現(xiàn)。此"時間比例控制"通過改變"開啟"時間與"關(guān)閉"時間之比來控制溫度。比例控制操作在設(shè)定點溫度附近的“比例帶”內(nèi)才動作。在此比例帶之外，控制器作為開關(guān)裝置工作，無論輸出全開（小于比例帶）還是全關(guān)（大于比例帶）。然而，在比例帶以內(nèi)，輸出的開啟和關(guān)閉與測量值和設(shè)定點之差成比例。在設(shè)定點（比例帶的中點），輸出開關(guān)比例是1:1，即接通時間和斷開時間相等。如果溫度遠離設(shè)定點，這表示開啟時間和關(guān)閉時間的變化與溫差成比例。如果溫度低于設(shè)定點，輸出的開啟時間更長；如果溫度過高，則輸出的關(guān)閉時間更長。
本文詳細介紹了如何調(diào)整PID控制器

PID控制

第三種控制器類型在比例控制的基礎(chǔ)上引入積分和微分控制，即PID控制。這種控制器將比例控制與另外兩種調(diào)整機制相結(jié)合，有助于設(shè)備對系統(tǒng)中的變化進行自動補償。積分和微分調(diào)整以時間為單位來表示，又分別稱為“復(fù)位”和“速率”調(diào)整。必須針對特定系統(tǒng)通過反復(fù)試錯來調(diào)整或“整定”比例、積分和微分項。在三種控制器類型中，PID控制器的精確性和穩(wěn)定性最高，最適合用于質(zhì)量相對較小的系統(tǒng)，以及對過程中能量的變化十分敏感的系統(tǒng)。對于負載變化頻繁的系統(tǒng)、以及因設(shè)定點、可用能量或被控質(zhì)量的頻繁變化而需要通過控制器進行自動補償?shù)南到y(tǒng)，都建議使用此類控制器。OMEGA提供多款可自動進行自整定的控制器供選擇。這些控制器被稱為自整定控制器。
為了提升控制器的性能，目前一些PID控制器引入了自適應(yīng)模糊邏輯。

標準尺寸

由于溫度控制器通常安裝在儀表板中，因此面板必須具有容納溫度控制器的開孔。為了實現(xiàn)溫度控制器之間的互換性，大多數(shù)溫度控制器被設(shè)計成標準的DIN尺寸。最常用的DIN尺寸如下所示。

如何選擇過程控制器？

控制器是整個控制系統(tǒng)的一部分，因此在選擇適當?shù)目刂破鲿r，應(yīng)對整個系統(tǒng)進行分析。選擇控制器時應(yīng)考慮以下因素：

1. 輸入傳感器的類型（熱電偶、RTD等）和溫度范圍
2. 所需輸出類型（繼電器、SSR、模擬輸出等）
3. 所需控制算法（開/關(guān)、比例、PID）
4. 輸出的類型和數(shù)量（加熱、冷卻、報警、限制）