温度过程控制器

控制器有哪些不同的类型？其工作原理是什么？

控制器共分三种基本类型：开关控制器、比例控制器和PID控制器。根据所控制的系统，操作人员可使用其中一种类型进行过程控制。

开/关控制

开关控制器是最简单的一类温度控制设备。此类设备的输出非开即关，无中间状态。只有温度跨越设定值时，开关控制器才会切换输出。在加热控制中，当温度低于设定值时输出接通，并在高于设定值时则输出断开。每当温度跨越设定值时，控制器都会切换输出状态，因此过程温度将不断循环，从低于设定值上升到超过设定值，再降回至设定值以下。为防止因循环速度过快而损坏接触器和阀门，应在控制器操作中增加一个开关差值，又称“迟滞”。采用这种机制时，只有在温度超过设定值一定程度后，输出才会再次关闭或打开。这样，当温度围绕设定值上下循环波动时，开关差值可防止输出“抖动”或快速频繁的切换。开关控制通常用于以下应用场合：无需精确控制的应用、无法处理能源频繁开关的系统、因质量较大而温度变化极为缓慢的系统，以及需要温度报警的场合。限值控制器是用于报警的一种特殊类型开关控制。这种控制器采用必须手动复位的自锁继电器，可在达到特定温度时关闭过程。

比例控制

比例控制专用于消除与开关控制相关的循环。在温度接近设定点的同时，比例控制器降低向加热器供应的平均功率。这会减慢加热器的速度，从而使之不会超越设定点，而是会接近设定点并维持一个稳定的温度。此比例控制操作可以通过短时间开启和关闭输出来实现。此"时间比例控制"通过改变"开启"时间与"关闭"时间之比来控制温度。比例控制操作在设定点温度附近的“比例带”内才动作。在此比例带之外，控制器作为开关装置工作，无论输出全开（小于比例带）还是全关（大于比例带）。然而，在比例带以内，输出的开启和关闭与测量值和设定点之差成比例。在设定点（比例带的中点），输出开关比例是1:1，即接通时间和断开时间相等。如果温度远离设定点，这表示开启时间和关闭时间的变化与温差成比例。如果温度低于设定点，输出的开启时间更长；如果温度过高，则输出的关闭时间更长。
本文详细介绍了如何调整PID控制器

PID控制

第三种控制器类型在比例控制的基础上引入积分和微分控制，即PID控制。这种控制器将比例控制与另外两种调整机制相结合，有助于设备对系统中的变化进行自动补偿。积分和微分调整以时间为单位来表示，又分别称为“复位”和“速率”调整。必须针对特定系统通过反复试错来调整或“整定”比例、积分和微分项。在三种控制器类型中，PID控制器的精确性和稳定性最高，最适合用于质量相对较小的系统，以及对过程中能量的变化十分敏感的系统。对于负载变化频繁的系统、以及因设定点、可用能量或被控质量的频繁变化而需要通过控制器进行自动补偿的系统，都建议使用此类控制器。OMEGA提供多款可自动进行自整定的控制器供选择。这些控制器被称为自整定控制器。
为了提升控制器的性能，目前一些PID控制器引入了自适应模糊逻辑。

标准尺寸

由于温度控制器通常安装在仪表板中，因此面板必须具有容纳温度控制器的开孔。为了实现温度控制器之间的互换性，大多数温度控制器被设计成标准的DIN尺寸。最常用的DIN尺寸如下所示。

如何选择过程控制器？

控制器是整个控制系统的一部分，因此在选择适当的控制器时，应对整个系统进行分析。选择控制器时应考虑以下因素：

1. 输入传感器的类型（热电偶、RTD等）和温度范围
2. 所需输出类型（继电器、SSR、模拟输出等）
3. 所需控制算法（开/关、比例、PID）
4. 输出的类型和数量（加热、冷却、报警、限制）