关于温控器输出方式和控制性能

2023/5/11 4:57:36 人评论 次浏览 分类:二次仪表  文章地址://www.e-cumulus.com/tech/4328.html

昌晖温控器

使用温控器控制加热器时,需要将温控器的PID控制演算结果转换成电力施加到加热器上。通常使用继电器,固态继电器、可控硅来转换。根据不同的转换方法,温控仪的输出就有了继电器输出、固态继电器驱动电压输出、可控硅移相触发控制输出、可控硅过零触发输出和连续电压或电流信号输出这几种输出方式。


输出方式有时间比例输出方式和连续输出方式。时间比例输出方式又分为两种,一种是在一定的输出周期中按百分比输出ON/OFF 接点信号,另一种是在一定的输出周期中按百分比输出ON/OFF电压脉冲信号。

温控器为继电器输出时的工作示意图

温控器为固态继电器驱动电压输出时的工作示意图

连续输出方式是将控制演算结果直接输出连续电压或电流信号,例如4-20mA输出。

移相触发输出的温控器,从控制性能上看稳定性和过度响应性好,但是会产生谐波电流和高频噪声,同时价格较贵。


本文对价格较低的时间比例输出方式(温控器为开关量或固态继电器输出)从控制性能和使用注意的视点进行分析。当温控器
控制演算结果以ON/OFF接点信号输出时,通常与接触器连接。此时考虑以下两点点决定时间比例输出周期。
1、考虑接触器触点寿命,尽可能减少频繁的ON/OFF动作,增大周期。
2、考虑控制对象的响应速度,在稳定控制时输出周期的ON/OFF对测量值PV不产生影响,减小周期。

昌晖仪表制造有限公司温度控制器用于接点输出方式时,时间比例输出周期的初始值为20秒。


对响应速度快的控制对象,使用初始值的话,测量值PV在稳定控制时会出现周期性的波动。出现这种情况时需要减小输出周期。但是,过度减小输出周期,会显著减少接触器触点寿命。为此建议使用固态继电器。


使用接触器时还需要考虑噪音。温控器的接点输出,在一定输出周期中按输出的百分比ON,实际上比温控器的采样时间更快时间间隔内判断ON/OFF,我们不知道在交流电源的什么位置ON/OFF。因此有在大电流状态下接点OFF的可能性,不可避免地产生噪音。为此昌晖仪表建议对包括温度控制器在内的周边设备实施噪音对策。


温控器控制演算结果以电压脉冲信号输出时,通常与固态继电器连接。与继电器不同的是无需考虑节点寿命。但是需要考虑以下两点决定时间比例输出周期。

1、为得到足够的输出分辨率,增大周期。
2.考虑控制对象的响应速度,在稳定控制时输出周期的ON/OFF对测量值PV不产生影响,减小周期。

固态继电器的规格如果不是过零型固态继电器的话,无需考虑输出分辨率。但需考虑噪音对策。


如果是过零型固态继电器的话,温控器的输出和实际施加到加热器上的功率是不一样的。在这种情况下需要考虑实际施加到加热器上的分辨率。


例如,考虑电源频率是50Hz,时间比例输出周期1秒,输出4.4%的场合。


交流电源的半波是10ms。在1秒周期中4.4%输出就是ON时间为44ms。如果像下图所示的时刻施加输出的话,输出12V的时刻时固态继电器的接点没有闭合,电源电压过零时刻接点才闭合。输出0V的时刻固态继电器的接点没有打开,电源电压过零时刻接点才打开。图中斜线的部分表示闭合状态。

加热系统中固态继电器工作示意图

实际上固态继电器的闭合时间是50ms,相当于5%的输出施加到加热器上了。


像这样使用过零型固态继电器时,因为实际的输出分辨率是由电源频率和时间比例输出周期决定的,所以时间温控器比例输出周期设置过短的话,输出分辨率会变得低下,损害稳定控制性能。


控制对象的响应速度快,时间比例输出周期不得不设置很短时,需要使用连续输出的相位控制,或者可控硅调功器。


可控硅调功器的输入是温控器的连续输出并且过零型输出时,或者使用功率前馈功能的温控器时,由于增加了补偿实际输出差的功能,因此可以实现更稳定的控制。请注意,可控硅调功器的输入是温度控制器的电压脉冲输出的过零型输出时,没有补偿功能。

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