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幾種溫度控制器的操作
點(diǎn)擊次數(shù)：3184 更新時(shí)間：2019-12-12
有三種基本類(lèi)型的控制器：開(kāi)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(lèi)型 或其他類(lèi)型的控制器來(lái)控制過(guò)程。
開(kāi)關(guān)控制器
開(kāi)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(kāi)”和“關(guān)”兩種狀態(tài)，沒(méi)有任何中間狀態(tài)。僅當(dāng) 溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，開(kāi)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(kāi)”，高于設(shè)定值時(shí) 輸出為“關(guān)”。
由于溫度超過(guò)設(shè)定值才會(huì)更改輸出狀態(tài)，因此過(guò)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(guò)程中添加了開(kāi)關(guān)差分或“滯后”。 這種差分需要溫度超過(guò)設(shè)定值一定的度數(shù)后才會(huì)再次關(guān)閉 或打開(kāi)。如果在設(shè)定值上下非?？斓匮h(huán)，則開(kāi)關(guān)差分可 防止輸出“反復(fù)不斷”地切換或快速切換。
開(kāi)關(guān)控制通常在不需要精確控制的情況下使用，在無(wú)法處理頻繁打開(kāi)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(kāi)關(guān)控制用于警報(bào)的一個(gè)特殊類(lèi)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(guò)程。
比例控制器
比例控制于消除與開(kāi)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(guò)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(guò)在短時(shí)間間隔內(nèi)打開(kāi)和關(guān)閉輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種“時(shí)間 比例控制”通過(guò)“打開(kāi)”時(shí)間和“關(guān)閉”時(shí)間的比率變化 來(lái)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(kāi)關(guān)控制器輸出狀態(tài)為全開(kāi)(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(kāi)還是關(guān)閉。在設(shè)定值處(比例帶 的中點(diǎn))，輸出的開(kāi):關(guān)比率為1:1；也就是說(shuō)，打開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(chēng)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(guò) 程中，加熱器要應(yīng)用全功率，但在打開(kāi)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(guò)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(guò)這些輸出，實(shí)際輸出級(jí)別是不同的，而不僅僅是打開(kāi)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(guò)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(guò)程和精度來(lái)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(guò)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(guò)程中，加快過(guò)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(guò)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(lèi)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(guò)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(jué)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(guò)的時(shí)間或事件的結(jié)束/開(kāi)始。此外， 繼電器或可控硅觸發(fā)輸出控制器可與外部開(kāi)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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