Что такое регулятор температуры и как он работает?

1 Что такое контроллер включения/выключения?

1.1 Как работает контроллер включения/выключения?

2 Что такое пропорциональный регулятор?

2.1 Как работает пропорциональный регулятор?

3 Что такое ПИД-регулятор температуры?

3.1 Что означает ПИД?

4 Какой терморегулятор лучше?

 

*Примечание. Это вторая статья в нашей серии о тепловом контуре. См. внизу этой статьи все посты из этой серии.

Регуляторы температуры предназначены для поддержания заданной температуры объекта или процесса. В каждом приложении, где требуется контроль температуры, контроллер используется для установки температуры посредством уставки.

Какой-то датчик используется для сравнения температуры в этом месте с требуемой уставкой.

Некоторым приложениям требуется тепло для поддержания определенной температуры, другим требуется охлаждение, а другим требуется и то, и другое. Поддержание температуры имеет решающее значение во многих приложениях.

Существует три основных типа регуляторов температуры: двухпозиционные, пропорциональные и ПИД-регуляторы.

Что такое контроллер включения/выключения?

Контроллеры включения/выключения чаще всего представлены термостатами. Типы датчиков температуры могут различаться, но чаще всего используется ртутная колба и капиллярная система. Другие датчики, такие как термисторы, термопары или RTD, также могут использоваться в качестве датчиков для контроллеров включения/выключения.

Как работает контроллер включения/выключения?

Название On/Off происходит от способа подачи сигнала на охлаждение или обогрев: система включена или выключена. Это довольно просто. Эти системы работают хорошо и используются уже более 100 лет. Колебания температуры больше, и эти системы включения/выключения не рекомендуются для систем, требующих точного контроля температуры. Колебания на 2-5% и более могут быть выше и ниже заданного значения температуры.

Что такое пропорциональный регулятор?

Пропорциональные контроллеры немного отличаются. В этих устройствах чаще всего используются термопары или термометры сопротивления для измерения температуры.

Как работает пропорциональный регулятор?

Вот как работает пропорциональный регулятор: Вводится и устанавливается уставка температуры. Когда температура приближается к заданному значению, контроллер включает или выключает нагрузку нагрева или охлаждения, как только она достигает зоны нечувствительности, которая обычно составляет 5-10% до или после заданного значения. Например, если уставка для нагрева была 100 F, а у контроллера была 10% зона нечувствительности, вокруг уставки будет диапазон 10%. 10% от 100 — это 10 F, и большинство пропорциональных контроллеров «разбивают» зону нечувствительности вокруг уставки: на 5 градусов выше и на 5 градусов ниже. Как только измеренная температура достигает 95 F, контроллер фактически будет пропорционировать сигнал до тех пор, пока он не достигнет 100 F. Измеренная температура немного превысит заданное значение, но когда она достигнет 105 F, контроллер снова начнет пропорционировать сигнал, пока не достигнет 100, затем он снова полный.

Пропорциональные контроллеры лучше справляются с управлением температурой вокруг заданного значения, чем двухпозиционные контроллеры, и обеспечивают более стабильный диапазон температуры.

Что такое ПИД-регулятор температуры?

ПИД-регуляторы действительно «лучшие» в сравнении «хорошее, лучшее, лучшее». Они предназначены для обеспечения более точного и эффективного управления. Эти контроллеры предназначены для учета множества факторов производительности ваших систем отопления, чтобы обеспечить точное и эффективное регулирование температуры.

Что означает PID?

ПИД-регулятор обозначает три основные функции обратной связи, называемые пропорциональной, интегральной и производной. Каждый из них имеет свою собственную функцию в системе, использующей ПИД-регулирование.

-Proportional обозначает способность контроллера видеть приближение заданного значения и требует замедления работы нагревателя или устройства контроля температуры. Обычно это происходит при определенной температуре в системе контроля температуры (например, на 5 градусов ниже уставки).

-Integral – это используемый алгоритм, который смотрит, как система стабилизируется ниже этой уставки. После запуска «P» он может не обеспечить тот небольшой скачок, необходимый для повышения температуры до заданного значения.

– Производная работает с другой стороны системы. Если температура постоянно стабилизируется выше уставки, производная будет работать, чтобы уменьшить управляющий выход, чтобы уставка понизилась.

Как работает ПИД-регулятор?

Вместе ПИД-функции работают в гармонии, чтобы иметь очень тщательно контролируемую систему контроля температуры. Большинство ПИД-регуляторов температуры имеют процесс, называемый «Автонастройка», который позволяет ПИД-регулятору «изучить» свою конкретную систему. Человек, использующий процесс автонастройки, обычно включает свою систему с настройками ПИД-регулятора, установленными на заводе по умолчанию. Затем они инициируют процесс автонастройки и увидят в процессе нагрева падение на 50 F или около того от входной уставки (например, если уставка вашего регулятора температуры составляет 200 F, она понизит температуру до 150 F). система применит тепло, чтобы вернуться к исходной уставке 200 F.) Она может сделать это 2-3 раза, прежде чем узнает, какие настройки P, I и D применять.

Контроллер отметит, как быстро система теряет тепло, как быстро она нагревается, и соответствующим образом регулирует настройки P, I и D. Это очень полезно для создания точного и полезного ПИД-регулятора. Контроллер фактически «изучает» ваш процесс и применяет те настройки, которые он считает лучшими. Это переводит на более эффективную систему.

Какой терморегулятор лучше?

Каждое приложение для измерения температуры отличается. Для систем, которые отвечают за нагрев большого, открытого или крупногабаритного продукта, который просто не может изменить температуру очень быстро, контроллер включения / выключения отлично подходит.

Повседневным примером этого является большинство домашних систем отопления и кондиционирования воздуха, которые обычно управляются включением/выключением. Вы можете увидеть 72 F на вашем термостате, но это всего лишь уставка. Реальная температура всегда выше или ниже этой.

Большой резервуар — еще один отличный пример процесса, который подходит для контроллера включения/выключения. Когда к большому резервуару или его содержимому применяется нагрев или охлаждение, продукт внутри него не может изменить температуру очень быстро.

Наконец, обогрев — еще одно полезное применение контроллера включения/выключения. Независимо от того, сколько энергии приложено, поверхность того, к чему прикреплена тепловая дорожка, не будет изменять температуру очень быстро.

Пропорциональное управление отлично подходит для процессов, требующих достаточно хорошего контроля температуры с разницей в 2-3 градуса. Небольшой резервуар или обогреватель, на который легко может повлиять подача тепла или холода, были бы отличным кандидатом для пропорционального регулирования. Это было бы немного более жесткой системой управления с меньшим количеством отработанного тепла, что лучше, чем включение / выключение, но не такое жесткое, как ПИД.

Наконец, ПИД-регулирование для систем контроля температуры используется для высокоточных приложений. Газы и другие важные продукты часто не выдерживают больших перепадов температуры. Многие приложения для нагрева или охлаждения требуют, чтобы продукт достиг определенной температуры и оставался при ней в течение определенного периода времени. Примерами могут служить отверждение композитов или газовая регенерация катализаторов. Чтобы гарантировать отсутствие колебаний температуры во время процесса нагрева, ПИД-регулятор температуры с правильно расположенным датчиком и системой нагрева или охлаждения правильного размера может работать намного лучше, чем другие методы контроля температуры.

Позвоните сегодня в нашу команду Powerblanket, и мы подберем для вас подходящий контроллер.

 

Термоконтур

1- Все о термоконтуре

3- ПИД-регуляторы

4- Регуляторы включения/выключения и Тепловая петля

5- Пропорциональное регулирование в тепловой Петля

6- Датчики температуры и идеальное размещение

Решения Powerblanket для промышленного управления дают вам возможность автоматизировать, дистанционно управлять и контролировать ваши ценные материалы и оборудование.

Исследуйте контроллеры

ПИД-регуляторы – регуляторы температуры

Введение в регулирование температуры с помощью ПИД-регуляторов

Как следует из названия, регулятор температуры , часто называемый ПИД-регулятором , представляет собой прибор, используемый для контроля температуры. Контроллер температуры получает вход от датчика температуры и имеет выход, который подключен к элементу управления, такому как нагреватель или вентилятор.

Для точного контроля температуры процесса без участия оператора в системе контроля температуры используется контроллер, который принимает датчик температуры, такой как термопара или RTD, в качестве входа. Он сравнивает фактическую температуру с желаемой контрольной температурой, или заданное значение, и обеспечивает вывод на элемент управления.

OMEGA Engineering предлагает широкий ассортимент ПИД-регуляторов и контроллеров температуры процессов в Индии.

Регуляторы температуры

Узнайте больше о ПИД-контроллерах

Какие существуют типы контроллеров и как они работают?

Существует три основных типа регуляторов: двухпозиционный, пропорциональный и ПИД. В зависимости от управляемой системы оператор сможет использовать тот или иной тип для управления процессом.

Управление включением/выключением

Двухпозиционный регулятор является простейшей формой устройства контроля температуры. Выход устройства либо включен, либо выключен, без промежуточного состояния. Двухпозиционный контроллер переключает выход только тогда, когда температура пересекает заданное значение. Для управления обогревом выход включается, когда температура ниже уставки, и выключается выше уставки. Поскольку температура пересекает заданное значение, чтобы изменить состояние выхода, температура процесса будет непрерывно циклически изменяться, переходя от значения ниже заданного значения к значению выше и обратно. В тех случаях, когда это циклирование происходит быстро, и для предотвращения повреждения контакторов и клапанов, к операциям контроллера добавляется дифференциал включения-выключения или «гистерезис».

Этот дифференциал требует, чтобы температура превышала уставку на определенную величину, прежде чем выход выключится или снова включится. Дифференциал включения-выключения предотвращает «дребезжание» выхода или быстрые непрерывные переключения, если циклическое переключение выше и ниже уставки происходит очень быстро. Двухпозиционное управление обычно используется там, где нет необходимости в точном контроле, в системах, которые не могут справиться с частым включением и выключением энергии, когда масса системы настолько велика, что температура меняется очень медленно, или для температурной сигнализации. Одним из специальных типов управления включением-выключением, используемым для аварийной сигнализации, является контроллер предельных значений. В этом контроллере используется реле с фиксацией, которое необходимо сбрасывать вручную, и оно используется для отключения процесса при достижении определенной температуры.

Пропорциональное управление

Пропорциональные регуляторы предназначены для устранения циклов, связанных с двухпозиционным регулированием. Пропорциональный регулятор уменьшает среднюю мощность, подаваемую на нагреватель, когда температура приближается к заданному значению. Это приводит к замедлению нагревателя, чтобы он не превышал заданное значение, а приближался к заданному значению и поддерживал стабильную температуру. Это пропорциональное действие может быть выполнено путем включения и выключения выхода на короткие промежутки времени. Это «пропорциональное распределение времени» изменяет отношение времени «включено» к времени «выключено» для контроля температуры. Пропорциональное действие происходит в «зоне пропорциональности» вокруг заданной температуры. За пределами этого диапазона контроллер работает как двухпозиционный блок, при этом выход либо полностью включен (ниже диапазона), либо полностью выключен (выше диапазона). Однако внутри диапазона выход включается и выключается пропорционально разнице измерения от уставки. В заданном значении (средняя точка пропорционального диапазона) коэффициент включения/выключения выхода составляет 1:1; то есть время включения и время выключения равны. если температура отличается от уставки, время включения и выключения изменяется пропорционально разнице температур. Если температура ниже заданного значения, выход будет активен дольше; если температура слишком высока, выход будет выключен дольше.

ПИД-регулятор

Третий тип регулятора обеспечивает пропорциональное с интегральной и дифференциальной регулировкой или PID. Этот контроллер сочетает в себе пропорциональное управление с двумя дополнительными регулировками, что помогает блоку автоматически компенсировать изменения в системе. Эти корректировки, интегральные и производные, выражаются в единицах времени; на них также ссылаются их обратные значения RESET и RATE соответственно. Пропорциональные, интегральные и производные члены должны быть индивидуально скорректированы или «настроены» на конкретную систему методом проб и ошибок. Он обеспечивает наиболее точное и стабильное управление из трех типов регуляторов и лучше всего используется в системах с относительно небольшой массой, которые быстро реагируют на изменения энергии, подводимой к процессу. Рекомендуется в системах, где нагрузка часто меняется, и ожидается, что контроллер будет автоматически компенсировать частые изменения уставки, количества доступной энергии или управляемой массы. OMEGA предлагает ряд контроллеров, которые автоматически настраиваются. Они известны как контроллеры автонастройки.

Стандартные размеры

Поскольку регуляторы температуры обычно монтируются внутри приборной панели, панель необходимо разрезать для размещения регулятора температуры. Чтобы обеспечить взаимозаменяемость между контроллерами температуры, большинство контроллеров температуры разработаны в соответствии со стандартными размерами DIN. Наиболее распространенные размеры DIN показаны ниже.

Выберите ПИД-регулятор для вашего приложения

Двухпозиционные контроллеры
Двухпозиционные контроллеры — это простейший тип контроллеров с двухпозиционным управлением, предназначенный для обеспечения функциональности общих целевого ПИД-регулятора, но по цене, подходящей для двухпозиционных приложений.

Автонастройка ПИД-регуляторов
ПИД-регуляторы обеспечивают очень точное управление, но ПИД-алгоритм требует настройки. Контроллеры автонастройки обеспечивают эту функцию.

Многоконтурные контроллеры
Каждый контур управления обычно состоит из одного входа и, по крайней мере, одного выхода. OMEGA предлагает множество многоконтурных контроллеров который может обрабатывать более одного контура управления. OMEGA CN1507 может обрабатывать до 7 контуров управления.

Контроллеры ограничения безопасности
Контроллер ограничения безопасности представляет собой двухпозиционный контроллер с фиксирующим выходом. Когда состояние выхода изменяется, требуется ручной сброс, чтобы вернуть его обратно. Контроллеры пределов безопасности обычно используются в качестве резервных контроллеров для остановки процесса при достижении нежелательных пределов.

Реле температуры
Регулируемый переключатель температуры подходит для приложений, требующих экономичного решения для контроля температуры. Температурные переключатели обычно менее сложны и проще в настройке, чем более сложные электронные элементы управления.

Часто задаваемые вопросы

Как выбрать ПИД-регулятор?

Контроллер является частью всей системы управления, и вся система должны быть проанализированы при выборе надлежащего контроллера. При выборе контроллера следует учитывать следующие моменты:

1. Тип входного датчика (термопара, RTD) и диапазон температур
2. Требуемый тип выхода (электромеханический реле, твердотельное реле, аналоговый выход)
3. Необходим алгоритм управления (вкл.