溫度控制器簡(jiǎn)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(jìn)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(hào)作為輸入。它將實(shí)際溫度與所需控制 溫度或設(shè)定值比較，然后提供輸出來控制加熱元件。
控制器是整個(gè)控制系統(tǒng)的一部分，在選擇合適的控制器 時(shí)應(yīng)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分析。選擇控制器時(shí)應(yīng)考慮以下各 項(xiàng)：
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(jī)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(shù)量和類型（加熱、冷卻、報(bào)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(jù)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(duì) 過程進(jìn)行控制。
通/斷
通斷式控制器是形式最簡(jiǎn)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(shè)定值時(shí)才切換輸出。對(duì)于加熱控制，當(dāng)溫度低 于設(shè)定值時(shí)輸出接通，高于設(shè)定值時(shí)切斷。
由于靠溫度越過設(shè)定值改變輸出狀態(tài)，過程溫度將持續(xù) 循環(huán)，在設(shè)定值上下來回波動(dòng)。當(dāng)這種循環(huán)快速發(fā)生 時(shí)，為防止損壞接觸器和閥門，可給控制器操作加一個(gè) 通斷差值或“滯后”。此差值要求溫度超過設(shè)定值一定 的量，然后輸出才會(huì)再次切斷或接通。通斷差值可防止 輸出“振蕩”（即，當(dāng)溫度非常快速地在設(shè)定值上下循 環(huán)時(shí)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(chǎng)合、無法處理 頻繁接通和切斷能源的系統(tǒng)中、因系統(tǒng)質(zhì)量太大而溫度 變化極慢的場(chǎng)合，或者用作溫度報(bào)警。
用作報(bào)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(dòng)復(fù)位的鎖定繼電器，用于在達(dá) 到特定溫度時(shí)關(guān)閉過程。
比例
比例控制設(shè)計(jì)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(shè)定值時(shí)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(huì)超過設(shè)定值，而 只是接近設(shè)定值并維持在一個(gè)穩(wěn)定的溫度。這種比例作 用可通過以短時(shí)間間隔接通和切斷輸出來實(shí)現(xiàn)。該“ 時(shí)間比例”用于改變“接通”時(shí)間和“切斷”時(shí)間的比 例，從而控制溫度。比例作用發(fā)生在設(shè)定溫度附近的 一個(gè)“比例帶”內(nèi)。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(nèi)，輸出的接通和切 斷與測(cè)量值和設(shè)定值之差成比例。在設(shè)定值（比例帶的 中點(diǎn)）處，輸出通斷比為1:1，即接通時(shí)間和切斷時(shí)間 相等。如果溫度遠(yuǎn)離設(shè)定值，接通時(shí)間和切斷時(shí)間與溫 差成比例變化。如果溫度低于設(shè)定值，輸出接通時(shí)間較 長(zhǎng)，如果溫度過高，輸出切斷時(shí)間較長(zhǎng)。
CN3251控制器具有斜坡和保溫功能，能夠長(zhǎng)時(shí)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(shù)。請(qǐng)注意，在時(shí)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(shí)間是變化的。在大多數(shù)裝置中，循環(huán)時(shí)間和/或比例帶 可以調(diào)節(jié)，從而使控制器可以更好地匹配特定的過程。
除機(jī)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(shí)際輸出電平，而不是通斷時(shí)間，與繼電 器輸出控制器一樣。
比例控制的優(yōu)點(diǎn)之一是操作簡(jiǎn)單。它只需要操作人員在 首次啟動(dòng)時(shí)或在過程條件發(fā)生明顯變化時(shí)進(jìn)行很小的調(diào) 整（手動(dòng)復(fù)位），以使溫度達(dá)到設(shè)置值。
溫度循環(huán)范圍寬的系統(tǒng)也需要比例控制器。根據(jù)過程情 況和所需精度不同，可能需要簡(jiǎn)單的比例控制器或帶 PID的控制器。
具有長(zhǎng)時(shí)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(fù)載 變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的偏移量。為消除這些偏移量，可使 用自動(dòng)復(fù)位（積分）。微分（速率）作用可以用在有長(zhǎng) 時(shí)間延遲的過程上，以在過程擾動(dòng)后加快恢復(fù)。
選擇控制器時(shí)還須考慮其它功能。包括自動(dòng)整定或自整 定功能，具有這種功能的儀器將自動(dòng)計(jì)算精確控制所需 的正確比例帶、速率和復(fù)位值；串行通信功能，具有 這種功能的裝置可以與主機(jī)“對(duì)話”，以進(jìn)行數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)、分析和整定；報(bào)警功能，該功能可以為鎖定（手動(dòng) 復(fù)位）或非鎖定（自動(dòng)復(fù)位），設(shè)置在過程溫度過高或 過低時(shí)或在觀察到與設(shè)定值的偏差時(shí)觸發(fā)；計(jì)時(shí)器/事件 指示器，可以標(biāo)記持續(xù)時(shí)間，或一個(gè)事件的結(jié)束/開始 時(shí)間。此外，繼電器或三端雙向可控硅開關(guān)輸出裝置可 以與外部開關(guān)（如SSR固態(tài)繼電器或磁接觸器）一起使 用，以便開關(guān)高達(dá)75 A的大負(fù)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(jié)合了兩個(gè)附加調(diào)整，可幫助 裝置自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)中的變化。這兩個(gè)調(diào)整（積分和微 分）用基于時(shí)間的單位表示，也分別用其倒數(shù)“復(fù)位” 和“速率”來稱呼。
比例、積分和微分項(xiàng)必須使用“試誤法”針對(duì)特定系統(tǒng) 專門調(diào)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(zhì)量相對(duì)較小，對(duì)過程所 加能源的變化反應(yīng)迅速的系統(tǒng)。在負(fù)載變化頻繁系統(tǒng) 中，以及因?yàn)樵O(shè)定值、可供能源或要控制的質(zhì)量頻繁 變化而需要控制機(jī)自動(dòng)補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)中，建議使用這種 控制器。
速率和復(fù)位有什么作用，它們?nèi)绾伟l(fā)揮作用？
速率和復(fù)位是控制器用來補(bǔ)償溫度偏移和漂移的方法。 使用比例控制器時(shí)，維持設(shè)定溫度的熱量輸入為50%的 情況非常罕見；溫度將從設(shè)定值上升或下降，直到得到 一個(gè)穩(wěn)定溫度。該穩(wěn)定溫度與設(shè)定值之間的差值稱為偏 移量。該偏移量可以手動(dòng)或自動(dòng)補(bǔ)償。使用手動(dòng)復(fù)位， 用戶將移動(dòng)比例帶，使過程穩(wěn)定在設(shè)定溫度上。自動(dòng)復(fù) 位（也稱為積分）將求出偏差信號(hào)的時(shí)間積分，此積分 值與偏差信號(hào)加在一起，來移動(dòng)比例帶。從而自動(dòng)增大 或減小輸出功率，以使過程溫度返回設(shè)定值。
速率或微分功能為控制器提供移動(dòng)比例帶的能力，用以 補(bǔ)償快速變化的溫度。移動(dòng)量與溫度變化速率成正比。
PID或三模式控制器結(jié)合了比例、積分（復(fù)位）和微分 （速率）作用，通常在控制復(fù)雜過程時(shí)需要使用。這種控制器也可以有兩個(gè)比例輸出，一個(gè)用于加熱，另一個(gè) 用于冷卻。對(duì)于可能需要加熱來啟動(dòng)但隨后在運(yùn)行過程 中某些時(shí)間會(huì)產(chǎn)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(shí)間比例和模擬比例。時(shí)間比例輸出為負(fù)載供電的時(shí) 間是固定循環(huán)時(shí)間的百分?jǐn)?shù)。例如：對(duì)于10秒的循環(huán) 時(shí)間，如果控制器輸出設(shè)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(shí)間 比例輸出有三種不同形式：機(jī)電式繼電器、三端雙向可 控硅開關(guān)或交流固態(tài)繼電器或直流電壓脈沖（驅(qū)動(dòng)外部 固態(tài)繼電器）。機(jī)電式繼電器通常是最經(jīng)濟(jì)的一種，一 般在循環(huán)時(shí)間大于10秒、負(fù)載相對(duì)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?yàn)樗鼈儾话魏我苿?dòng)零件。建議在要求短循環(huán) 時(shí)間的過程使用，它們需要一個(gè)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(fù)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(hào)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(hào)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(shè) 置；如果輸出設(shè)置為60%，輸出電平將是5 V的60%，即 3 V。對(duì)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(yīng)用選擇控制器時(shí)應(yīng)考慮哪些因素？
選擇控制器時(shí)，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(yīng)選 擇能產(chǎn)生所需結(jié)果的最簡(jiǎn)單的控制器。
對(duì)于具有相稱（不過大也不太小）加熱器且無快速循環(huán) 的簡(jiǎn)單過程，可使用通斷式控制器。對(duì)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。
