幾種溫度控制器的操作

更新時間：2019-12-12

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　　有三種基本類型的控制器：開關控制器、比例控制器和PID控制器。根據要控制的系統，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。

　　開關控制器

　　開關控制器是簡單的一種溫度控制設備。該設備的輸出只有“開”和“關”兩種狀態，沒有任何中間狀態。僅當溫度超過設定值時，開關控制器才會切換輸出。對于加熱控制，當溫度低于設定值時輸出為“開”，高于設定值時輸出為“關”。

　　由于溫度超過設定值才會更改輸出狀態，因此過程溫度將會不斷循環，從低于設定值變為高于設定值，然后再回到設定值以下。如果這種循環快速發生，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差分或“滯后”。這種差分需要溫度超過設定值一定的度數后才會再次關閉或打開。如果在設定值上下非常快地循環，則開關差分可防止輸出“反復不斷”地切換或快速切換。

　　開關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閉能源的系統中使用，以及在系統非常大，溫度變化極其緩慢的情況下使用，或者用于進行溫度警報。

　　開關控制用于警報的一個特殊類型是限制控制器。該控制器使用必須手動復位的閉鎖繼電器，并且用于在達到特定溫度后結束某個過程。

　　比例控制器

　　比例控制于消除與開關控制關聯的循環。比例控制器可在溫度接近設定值時減少對加熱器的平均電量供應。這能夠減慢加熱器加熱，以便溫度不會超過設定值，但會接近設定值并維持在一個穩定的溫度。這種比例控制操作可通過在短時間間隔內打開和關閉輸出來實現。這種“時間比例控制”通過“打開”時間和“關閉”時間的比率變化來控制溫度。比例控制操作在設定值溫度附近的“比例帶范圍內發生。超出這個比例帶，該控制器用作開關控制器輸出狀態為全開(比例帶以下)或全關(比例帶以上)。但是，在這個比例帶范圍內時，根據離設定值的測量差的比率確定輸出狀態是打開還是關閉。在設定值處(比例帶的中點)，輸出的開:關比率為1:1；也就是說，打開時間和關閉時間是相等的。如果溫度離設定值較遠，則打開時間和關閉時間會因溫度差比例的不同而有所不同。如果溫度低于設定值，則打開的時間更長；如果溫度太高，則關閉的時間更長。

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

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

　　除機電和固態繼電器輸出之外，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，實際輸出級別是不同的，而不僅僅是打開和關閉時間，如同使用繼電器輸出控制器。

　　比例控制的一大優點是操作簡便。它可能會需要操作員進行少量調整(手動復位)以便在初始啟動時設置設定值溫度，或在過程條件發生顯著變化時進行調整。

　　易發生大范圍溫度循環的系統也需要使用比例控制器。要根據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。

　　滯后時間長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導致隨負載的變化產生大的偏移。要消除這些偏移，可使用自動復位(積分)。微分(速率)操作可用于長時間延遲的過程中，加快過程干擾后的恢復速度。

　　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調整結合在一起，可幫助設備自動補償系統中的變化。這些調整(積分和微分)以基于時間的單位表示；也可以通過其倒數(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單獨進行調整或“整定”。三種類型的控制器中，PID控制器可提供準確、穩定的控制，并且適合用于具有相對較小質量的系統，這些系統可對添加到過程中的能量變化做出快速反應。在負載經常變化并期望控制器能因設定值、提供的能量或要控制的質量的頻繁變化而自動進行補償的系統中，建議使用PID控制器。

　　選擇控制器時還要考慮其他特性。這些特性包括：自動整定或自整定，在這種情況下儀器將自動計算適合于精密控制的比例帶、比率值和復位值；串行通信，在這種情況下控制器可與主機“對話”，以進行數據存儲、分析和整定；警報，警報可以是閉鎖式(手動復位)或非閉鎖式(自動復位)，可設置警報以在流程溫度偏高或偏低時觸發，也可在察覺到與設定值發生偏離時觸發；定時器/事件指示器，可用于標記經過的時間或事件的結束/開始。此外，繼電器或可控硅觸發輸出控制器可與外部開關(例如SSR 固態繼電器或磁性接觸器)配合使用，以切換高達75 A的大負載。