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：開關控制器、比例控制器和PID控制器。根據所控制的系統，操作人員可使用其中一種類型進行過程控制。

開/關控制

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

比例控制

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

PID控制

第三種控制器類型在比例控制的基礎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整機制相結合，有助于設備對系統中的變化進行自動補償。積分和微分調整以時間為單位來表示，又分別稱為“復位”和“速率”調整。必須針對特定系統通過反復試錯來調整或“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定性最高，最適合用于質量相對較小的系統，以及對過程中能量的變化十分敏感的系統。對于負載變化頻繁的系統、以及因設定點、可用能量或被控質量的頻繁變化而需要通過控制器進行自動補償的系統，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。為了實現溫度控制器之間的互換性，大多數溫度控制器被設計成標準的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的一部分，因此在選擇適當的控制器時，應對整個系統進行分析。選擇控制器時應考慮以下因素：

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、比例、PID）
4. 輸出的類型和數量（加熱、冷卻、報警、限制）