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溫度控制的概要

什么是溫度控制?

把控制對(duì)象的溫度操作至需要的溫度,這個(gè)過程就是溫度控制。

溫度控制的好壞

在對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制的過程中,把溫度變化的結(jié)果叫控制結(jié)果。控制的好就是怎樣把控制結(jié)果去接近理想的響應(yīng)。

理想的溫度控制是當(dāng)目標(biāo)溫度變化時(shí)(變更設(shè)定值、投入電源時(shí)的起動(dòng))、控制的溫度可以忠實(shí)地跟蹤�，F(xiàn)實(shí)中,由于控制對(duì)象、溫度檢測(cè)部分、操作部分等有時(shí)間延遲,所以,控制部分對(duì)延遲返回的溫度進(jìn)行補(bǔ)正動(dòng)作。因此,產(chǎn)生"上沖","下沖"現(xiàn)象。如果為了得到好的控制結(jié)果,把控制動(dòng)作的增益(響應(yīng)性)減小,則達(dá)到目標(biāo)溫度的時(shí)間變長(zhǎng)了,或振蕩減不下去,甚至變大。

把哪個(gè)作為好的控制結(jié)果?因控制對(duì)象的用途以及目的而異,適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)性,且振蕩少。

控制動(dòng)作的種類

電取暖器或電熨斗進(jìn)行的溫度控制就是開關(guān)控制,即如果實(shí)際的溫度比設(shè)定值高就關(guān)斷(OFF)電爐絲的電源,如果比設(shè)定值低就接通(ON)電爐絲的電源。象這樣對(duì)于設(shè)定溫度來說,根據(jù)測(cè)量溫度的高低進(jìn)行的OFF/ON控制叫二位置動(dòng)作或開關(guān)(OFF/ON)動(dòng)作。

控制簡(jiǎn)單,缺點(diǎn)是產(chǎn)生振蕩。

比例動(dòng)作(P動(dòng)作)

輸出與設(shè)定值和測(cè)量值的偏差的大小成比例的操作量,進(jìn)行控制。

以設(shè)定值為中心設(shè)置比例帶,一旦測(cè)量溫度進(jìn)入比例帶內(nèi),就漸漸地減小操作量。

溫度在比例帶內(nèi)尋找平衡點(diǎn)趨于穩(wěn)定,但測(cè)量值與設(shè)定值很少一致。

設(shè)定溫度與穩(wěn)定溫度的偏差叫殘留偏差。

積分動(dòng)作(I動(dòng)作)

用比例動(dòng)作進(jìn)行控制會(huì)發(fā)生殘留偏差。用積分動(dòng)作(I動(dòng)作)消除殘留偏差。

積分動(dòng)作是輸出偏差(設(shè)定值與測(cè)量值的差)的大小和發(fā)生偏差的時(shí)間圍成的面積,即與積分值的大小成比例。

鑒此,只要有偏差,積分動(dòng)作就為了消除偏差起作用,進(jìn)而消除殘留偏差。

積分動(dòng)作的強(qiáng)弱用積分時(shí)間表示。積分動(dòng)作所產(chǎn)生的輸出(操作量)與比例動(dòng)作產(chǎn)品的輸出(操作量)相等時(shí)所經(jīng)過的時(shí)間叫積分時(shí)間。

積分時(shí)間越短,積分效果越強(qiáng)。積分時(shí)間越長(zhǎng),積分效果越弱。

如果積分效果太強(qiáng),則易發(fā)生振蕩,不穩(wěn)定。

微分動(dòng)作(D動(dòng)作)

按照與發(fā)生偏差(設(shè)定值和測(cè)量值的差)的速度成比例的操作量進(jìn)行控制,用于防止偏差的變大于未然的動(dòng)作叫微分動(dòng)作(D動(dòng)作)。

微分動(dòng)作的強(qiáng)弱用微分時(shí)間表示。微分時(shí)間為微分動(dòng)作所產(chǎn)生的輸出(操作量)與比例動(dòng)作產(chǎn)生的輸出(操作量)相等時(shí)所經(jīng)過的時(shí)間叫微分時(shí)間。

微分時(shí)間越長(zhǎng),微分效果越強(qiáng)。微分時(shí)間越短,微分效果越弱。

如果微分效果太強(qiáng),即使偏差的變化小,也出現(xiàn)大的輸出變化,發(fā)生振蕩,而不穩(wěn)定。

PID動(dòng)作

PID動(dòng)作是比例動(dòng)作、積分動(dòng)作、微分動(dòng)作的組合。
PID調(diào)節(jié)儀表
PID調(diào)節(jié)儀表
用比例動(dòng)作可得到?jīng)]有振蕩的穩(wěn)定控制結(jié)果,用積分動(dòng)作消除殘留偏差,用微分動(dòng)作改善外亂的影響。

適用于無效時(shí)間大過調(diào)節(jié)(上沖)大的場(chǎng)合。

控制動(dòng)作的種類

正動(dòng)作和逆動(dòng)作

正動(dòng)作是當(dāng)實(shí)際溫度比設(shè)定值高的場(chǎng)合,增加操作量。

正動(dòng)作用于冷卻控制。

逆動(dòng)作是當(dāng)實(shí)際溫度比設(shè)定值低的場(chǎng)合,增加操作量。

逆動(dòng)作用于加熱控制。

加熱冷卻控制

控制分加熱和冷卻控制。

通過去1臺(tái)溫度控制器可以輸出加熱和冷卻兩種操作量。

位置比例控制

在采用可控馬達(dá)的控制中,輸入可控馬達(dá)的開度(電阻尺的位置),輸出控制信號(hào)。也備有對(duì)應(yīng)「不用電阻尺」可控馬達(dá)溫度控制器。

級(jí)聯(lián)控制

對(duì)于想控制溫度的部位與熱源之間有較大時(shí)間延遲的對(duì)象有效。

把一次控制器(主)的控制輸出作為二次控制器(從屬)的遠(yuǎn)程設(shè)定輸入。

二次控制器用一次控制器的控制輸出一邊修正溫度設(shè)定值,一邊進(jìn)行熱源的溫度控制。

手動(dòng)控制

不是通過控制器進(jìn)行自動(dòng)控制,而是用手動(dòng)使操作輸出變化進(jìn)行控制。

用于過程控制的起動(dòng)時(shí)、試運(yùn)行時(shí)等。

PV偏置

在測(cè)量輸入加上用PV偏置設(shè)定的值,補(bǔ)正測(cè)量輸入。

用于補(bǔ)正各個(gè)傳感器參差不齊的偏差或與其他儀器的測(cè)量值的偏差的場(chǎng)合。

例:用2臺(tái)溫控儀測(cè)量相同點(diǎn)的溫度時(shí),顯示的測(cè)量值為

溫控儀A:200℃

溫控儀B:198℃

如果在溫控儀B設(shè)定PV偏置為+2℃,則顯示值為:

顯示值=測(cè)量值+PV偏值

=198℃+2℃=200℃。
溫度調(diào)節(jié)器
溫度調(diào)節(jié)器

數(shù)字濾波

用于降低輸入的雜波干擾。等價(jià)為一次延遲的CR低通濾波器。

濾波器的時(shí)間常數(shù)根據(jù)控制對(duì)象的特性和雜波等級(jí)進(jìn)行設(shè)定,可以抑制輸入雜波的影響。

如果時(shí)間常數(shù)太小,則得不到濾波效果。如果時(shí)間常數(shù)太大,則響應(yīng)性變差。

●冷接點(diǎn)溫度補(bǔ)償電路

熱電偶根據(jù)儀表端子和測(cè)量點(diǎn)的溫度差產(chǎn)生相應(yīng)的熱電動(dòng)勢(shì)。

端子部位的溫度是設(shè)置儀表的室內(nèi)溫度,所以僅產(chǎn)生相當(dāng)于儀表端子和測(cè)量點(diǎn)的溫度差的熱電動(dòng)勢(shì)。

冷接點(diǎn)溫度補(bǔ)償電路是檢測(cè)出室溫,把室溫部分的熱電動(dòng)勢(shì)加上進(jìn)行補(bǔ)償,使其成為對(duì)應(yīng)測(cè)溫點(diǎn)的溫度的熱電動(dòng)勢(shì)。

開平方演算

在測(cè)量流量的場(chǎng)合,使用差壓式流量計(jì)時(shí),一般其輸出信號(hào)Δ、P(差壓)與流量(Q)有如下關(guān)系:

Q=∝√ Δ P

因些,可把來自流量計(jì)的輸出信號(hào)Δ、P進(jìn)行開平方即可求出流量(Q)。

切除PV低輸入

進(jìn)行開平方演算的場(chǎng)合,在輸入小的時(shí)候,即使差壓變化幅度小,也會(huì)導(dǎo)致測(cè)量流量大幅變化、或者因輸入雜波引起不穩(wěn)定。為了避免上述現(xiàn)象,把測(cè)量的Δ P1以下的部分算為零的功能。

設(shè)定限幅器

限制設(shè)定值的設(shè)定范圍的功能。

設(shè)定變化率限幅器

設(shè)定變更了設(shè)定值時(shí)每單位時(shí)間設(shè)定值的變化量的功能。

用于變更了設(shè)定值而不希望輸出激劇變化的場(chǎng)合,或用于簡(jiǎn)易程序控制的場(chǎng)合。

多存儲(chǔ)區(qū)域功能

預(yù)先將設(shè)定值(SV)、PID常數(shù)、警報(bào)設(shè)定值、比例帶(P)、積分時(shí)間(I)、微分時(shí)間(D)等各種參數(shù)組登錄在數(shù)個(gè)存儲(chǔ)器上的功能。

把可登錄的參數(shù)組數(shù)叫存儲(chǔ)器數(shù)、能登錄8組的場(chǎng)合叫8存儲(chǔ)器。

根據(jù)需要調(diào)出相應(yīng)的存儲(chǔ)器(區(qū)域)用于控制。

可把繁瑣的設(shè)定變更簡(jiǎn)單化。

遠(yuǎn)程設(shè)定

用來自外部的模擬信號(hào)進(jìn)行設(shè)定值(SV)設(shè)定。

·RS倍率

對(duì)于遠(yuǎn)程設(shè)定值乘以倍率的功能。

·RS偏值

對(duì)于遠(yuǎn)程設(shè)定值用RS偏置加(減)得到的值為設(shè)定值。
溫度調(diào)節(jié)器
溫度調(diào)節(jié)器

有關(guān)控制

敏捷PID控制

PID控制是通過設(shè)定P(比例帶)、積分時(shí)間(I)、微分時(shí)間(D)的各常數(shù),想得到穩(wěn)定的控制結(jié)果,現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用。但是,此PID控制的缺點(diǎn)是:

如果為了使「對(duì)應(yīng)設(shè)定的響應(yīng)」好而設(shè)定PID各常數(shù),則「對(duì)應(yīng)外亂的響應(yīng)」變壞;相反,如果為了使「對(duì)應(yīng)外亂的響應(yīng)」好而設(shè)定PID各常數(shù),則「對(duì)應(yīng)外亂的響應(yīng)」變壞。

敏捷PID控制,在使「對(duì)應(yīng)外亂的響應(yīng)」好而設(shè)定的PID參數(shù)的基礎(chǔ)上,可以從三種「對(duì)應(yīng)設(shè)定的響應(yīng)」的形狀Fast、Medium、Slow中選擇。

把這3種響應(yīng)形狀叫控制響應(yīng)參數(shù)。如果注重響應(yīng)速度則選"Fast",如果為了不產(chǎn)生過調(diào)節(jié)(上沖)則選"Slow"。

自動(dòng)演算(AT)

自動(dòng)演算(AT)是對(duì)于設(shè)定的溫度自動(dòng)地演算、設(shè)定最佳PID常數(shù)的功能。

自動(dòng)演算可以從投入電源后升溫中、控制穩(wěn)定時(shí)的任意狀態(tài)開始。

AT偏置

AT偏置是進(jìn)行測(cè)量值(PV)不超過設(shè)定值(SV)的自動(dòng)演算的場(chǎng)合設(shè)定。

如果一旦設(shè)定AT偏置,則可以變更進(jìn)行自動(dòng)演算的設(shè)定值(SV)即[AT點(diǎn)]。

控制狀態(tài)判斷型自我演算

當(dāng)判斷控制已滋亂的場(chǎng)合,自我演算功能起作用。

在正常控制中不實(shí)行自我演算,考慮了信賴溫度必一和穩(wěn)定性。

RFB(Reset Feed Back)限幅器

測(cè)量值(PV)與設(shè)定值(SV)的偏差長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)的場(chǎng)合,PID演算結(jié)果會(huì)超出操作量的有效范圍(0~100%)。特別是積分(I)輸出值大超過了需要、即使偏差變小了,實(shí)行修正動(dòng)作也慢。

RFB限幅器是當(dāng)PID演算結(jié)果超過了限幅點(diǎn)(100%)的場(chǎng)合,為了使PID演算結(jié)果經(jīng)常在有效范圍內(nèi)把超過的部分反饋成積分值,使演算結(jié)果保持在限幅點(diǎn)而進(jìn)行修正動(dòng)作。

●arw(Anti Reset Windup)

PID控制的場(chǎng)合,如果從控制對(duì)象起動(dòng)時(shí)就使積分(I)動(dòng)作起作用的話,就會(huì)產(chǎn)生很大的上沖。

ARW是通過限制積分動(dòng)作(I)的生效范圍,抑制上沖的功能。積分動(dòng)作僅在消除殘留偏差時(shí)起作用即可,所以在比例帶內(nèi)減小積分動(dòng)作起作用的范圍,可把上沖抑制在最小。

有關(guān)警報(bào)

偏差警報(bào)

偏差[測(cè)量值(PV)-設(shè)定值(SV)]達(dá)到警報(bào)設(shè)定時(shí)為警報(bào)狀態(tài)。

警報(bào)設(shè)定值的移動(dòng)伴隨設(shè)定值而變化。

輸入值警報(bào)

測(cè)量值(PV)達(dá)到警報(bào)設(shè)定時(shí)為警報(bào)狀態(tài)。

設(shè)定值警報(bào)

設(shè)定值(SV)達(dá)到警報(bào)設(shè)定時(shí)為警報(bào)狀態(tài)。

警報(bào)動(dòng)作間隙

當(dāng)測(cè)量值(PV)在警報(bào)設(shè)定值附近時(shí),由于輸入值的飄移等有時(shí)會(huì)導(dǎo)致警報(bào)輸出反復(fù)ON、OFF。通過設(shè)定警報(bào)動(dòng)作間隙可以防止反復(fù)ON、OFF。

警報(bào)待機(jī)動(dòng)作

所謂待機(jī)動(dòng)作是指當(dāng)投入電源時(shí),或把運(yùn)行方式從停止(STOP)切換至執(zhí)行(RUN)時(shí),或變更了設(shè)定值時(shí),即使測(cè)量值(PV)在警報(bào)區(qū)域也一直等到測(cè)量值(PV)脫離警報(bào)區(qū)域前,使警報(bào)功能無效的動(dòng)作。

※ 請(qǐng)注意有的儀表叫再待機(jī)動(dòng)作,是指包含變更設(shè)定值(SV)的待機(jī)動(dòng)作的場(chǎng)合。而待機(jī)動(dòng)作則不包含變更設(shè)定值(SV)的待機(jī)動(dòng)作。

警報(bào)延遲定時(shí)

警報(bào)延遲定時(shí)是指測(cè)量值(PV)即使進(jìn)入了警報(bào)區(qū)域也要經(jīng)過警報(bào)延遲定時(shí)設(shè)定的時(shí)間后才成為警報(bào)狀態(tài)的功能。

警報(bào)鎖定

警報(bào)鎖定是指測(cè)量值(PV)一旦進(jìn)入警報(bào)區(qū)域即使測(cè)量值(PV)再次脫離警報(bào)區(qū)域也保持警報(bào)狀態(tài)的功能。

可以用前面操作按鍵或外部接點(diǎn)解除警報(bào)鎖定。

警報(bào)的勵(lì)磁/非勵(lì)磁

·勵(lì)磁警報(bào):警報(bào)狀態(tài)時(shí),繼電器接點(diǎn)閉合。

·非勵(lì)磁警報(bào):警報(bào)狀態(tài)時(shí),繼電器接點(diǎn)斷開。

有關(guān)控制

加熱器斷線警報(bào)(HBA)

加熱器斷線警報(bào)是用電流檢測(cè)器(CT)檢測(cè)出通過電熱器的電流,將檢測(cè)出的值與電熱器斷線警報(bào)(HBA)設(shè)定值進(jìn)行比較,在如下場(chǎng)合時(shí)為警報(bào)狀態(tài)的功能。

① 控制輸出為ON時(shí),CT的輸入值為電熱器斷線警報(bào)設(shè)定值以下的場(chǎng)合

原因:電熱器斷線、操作器異常等。

② 控制輸出為OFF時(shí),CT的輸入值為電熱器斷線警報(bào)設(shè)定值以下的場(chǎng)合

原因:繼電器的接點(diǎn)熔接等。

控制回路斷線警報(bào)(LBA)

控制回路斷線警報(bào)是當(dāng)控制輸出變?yōu)?00%(或輸出限幅器上限)以上或0%(或輸出限幅器下限)以下的時(shí)刻開始、以每隔LBA設(shè)定時(shí)間為單位檢測(cè)測(cè)量值(PV)的變化量、根據(jù)其變化量判斷控制回路是否有異常。

以下場(chǎng)合為警報(bào)狀態(tài):

① 控制輸出為100%以上(或輸出限幅器上限)時(shí)

正動(dòng)作的場(chǎng)合:在LBA設(shè)定時(shí)間內(nèi),測(cè)量值(PV)下降幅度小于LBA判斷變幅度(2℃)的場(chǎng)合。

逆動(dòng)作的場(chǎng)合:在LBA設(shè)定時(shí)間內(nèi),測(cè)量值(PV)上升幅度小于LBA判斷變幅度(2℃)的場(chǎng)合。

② 控制輸出為0%以上(或輸出限幅器下限)時(shí)

正動(dòng)作的場(chǎng)合:在LBA設(shè)定時(shí)間內(nèi),測(cè)量值(PV)上升幅度小于LBA判斷變幅度(2℃)的場(chǎng)合。

逆動(dòng)作的場(chǎng)合:在LBA設(shè)定時(shí)間內(nèi),測(cè)量值(PV)下降幅度小于LBA判斷變幅度(2℃)的場(chǎng)合。

原因

控制對(duì)象異常:加熱器斷線、未供給負(fù)載電源、配線錯(cuò)誤等。

傳感器異常:傳感器脫落、短路等。

操作器異常:繼電器的接點(diǎn)熔合等。

儀器內(nèi)部異常:儀器內(nèi)部的繼電器的接點(diǎn)熔合等。

※ 控制回路斷線警報(bào)判斷控制回路內(nèi)的異常,但是不能判斷異常的部位,需要確認(rèn)控制系統(tǒng)。

·LBA不感帶

由于外亂(受其他熱源的影響等)即使控制系統(tǒng)沒有異常也有可能成為警報(bào)狀態(tài)(控制回路斷線警報(bào))。這種場(chǎng)合通過設(shè)定LBA不感帶(LBD),可以設(shè)定不成為警報(bào)狀態(tài)的區(qū)別。

有關(guān)輸出

輸出限幅器

限制(上限、下限)控制輸出量的范圍的功能�？刂戚敵鰹�100%的輸出的話,會(huì)給裝置帶來不良影響的場(chǎng)合,進(jìn)行設(shè)定輸出限幅器。

輸出變化率限幅器

設(shè)定單位時(shí)間內(nèi)的控制輸出的變化量的功能。

用于怕輸出激劇變化的裝置。

模擬輸出(轉(zhuǎn)換輸出)

把測(cè)量值(PV)·設(shè)定值(SV)·控制輸出值(MV)·測(cè)量值與設(shè)定值的偏差值(DEV)·開度輸入值等以直流電壓·電流的狀態(tài)輸出。

可用于記錄儀等的輸入。

有關(guān)接點(diǎn)輸入

事項(xiàng)輸入(外部接點(diǎn)輸入)

用來自外部的信號(hào)可以進(jìn)行控制的停止/開始、遠(yuǎn)程/本地切換、存儲(chǔ)區(qū)域的切換、階梯(SV1/SV2的切換)、程序模型的切換等。