温度控制器的操作

有三种基本类型的控制器：开关控制器、比例控制器和PID 控制器。根据要控制的系统，操作员将能够使用一种类型 或其他类型的控制器来控制过程。

开关控制器

开关控制器是最简单的一种温度控制设备。该设备的输出 只有“开”和“关”两种状态，没有任何中间状态。仅当 温度超过设定值时，开关控制器才会切换输出。对于加热 控制，当温度低于设定值时输出为“开”，高于设定值时 输出为“关”。

由于温度超过设定值才会更改输出状态，因此过程温度将 会不断循环，从低于设定值变为高于设定值，然后再回到 设定值以下。如果这种循环快速发生，则为防止损坏接触 器和阀，在控制器操作过程中添加了开关差分或“滞后”。 这种差分需要温度超过设定值一定的度数后才会再次关闭 或打开。如果在设定值上下非常快地循环，则开关差分可 防止输出“反复不断”地切换或快速切换。

开关控制通常在不需要精确控制的情况下使用，在无法处 理频繁打开和关闭能源的系统中使用，以及在系统非 常大，温度变化极其缓慢的情况下使用，或者用于进行温度警报。

开关控制用于警报的一个特殊类型是限制控制器。该控制 器使用必须手动复位的闭锁继电器，并且用于在达到特定 温度后结束某个过程。

比例控制器

比例控制专用于消除与开关控制关联的循环。比例控制器 可在温度接近设定值时减少对加热器的平均电量供应。这 能够减慢加热器加热，以便温度不会超过设定值，但会接 近设定值并维持在一个稳定的温度。这种比例控制操作可 通过在短时间间隔内打开和关闭输出来实现。这种“时间 比例控制”通过“打开”时间和“关闭”时间的比率变化 来控制温度。比例控制操作在设定值温度附近的“比例带范围内发生。超出这个比例带，该控制器用作开关控制器输出状态为全开（比例带以下）或全关（比例带以上）。 但是，在这个比例带范围内时，根据离设定值的测量差的 比率确定输出状态是打开还是关闭。在设定值处（比例带 的中点），输出的开:关比率为1:1；也就是说，打开时间 和 关闭时间是相等的。如果温度离设定值较远，则打开时 间和关闭时间会因温度差比例的不同而有所不同。如果温 度低于设定值，则打开的时间更长；如果温度太高，则关 闭的时间更长。

比例带通常表示为全比例的百分比或度数。也可以被称为 增益，增益是比例带的倒数。请注意，在时间比例控制过 程中，加热器要应用全功率，但在打开和关闭之间循环，

因此平均时间是不同的。在大部分比例控制器中，循环时 间和／或比例带是可调的，以便控制器可以更好地与特定 过程匹配。

除机电和固态继电器输出之外，比例控制器也可用于比 例模拟输出，例如4 ~ 20 mA或0 ~ 5 Vdc。通过这些输出， 实际输出级别是不同的，而不仅仅是打开和关闭时间，如 同使用继电器输出控制器。

比例控制的一大优点是操作简便。它可能会需要操作员进 行少量调整（手动复位）以便在初始启动时设置设定值温 度，或在过程条件发生显著变化时进行调整。

易发生大范围温度循环的系统也需要使用比例控制器 。要根据所需的过程和精度来确定需要简单的比例控制，还是 需要具有PID的比例控制。

滞后时间长且最大上升率大的过程（例如热交换器）需要 大范围的比例带才能消除振荡。大范围的比例带可能会导 致随负载的变化产生大的偏移。要消除这些偏移，可使用 自动复位（积分）。微分（速率）操作可用于长时间延迟 的过程中，加快过程干扰后的恢复速度。

PID控制器

第三种控制器（PID控制器）可为比例控制器提供积分和微 分控制。该控制器将比例控制与其他两项调整结合在一起， 可帮助设备自动补偿系统中的变化。这些调整（积分和微 分）以基于时间的单位表示；也可以通过其倒数（分别为 RESET和RATE）表示。

比例、积分和微分条件必须使用尝试误差法对特定系统单 独进行调整或“整定”。三种类型的控制器中，PID控制器 可提供最准确、最稳定的控制，并且最适合用于具有相对 较小质量的系统，这些系统可对添加到过程中的能量变化 做出快速反应。在负载经常变化并期 望控制器能因设定值、 提供的能量或要控制的质量的频繁变化而自动进行补偿的 系统中，建议使用PID控制器。

选择控制器时还要考虑其他特性。这些特性包括：自动整 定或自整定，在这种情况下仪器将自动计算适合于精密控 制的比例带、比率值和复位值；串行通信，在这种情况下 控制器可与主机“对话”，以进行数据存储、分析和整定； 警报，警报可以是闭锁式（手动复位）或非闭锁式（自动 复位），可设置警报以在流程温度偏高或偏低时触发，也 可在察觉到与设定值发生偏离时触发；定时器／事件指示 器，可用于标记经过的时间或事件的结束／开始。此外， 继电器或可控硅触发输出控制器可与外部开关（例如SSR 固态继电器或磁性接触器）配合使用，以切换高达75 A的 大负载。