温度控制系统构成及应用

2016/7/22 0:01:05 人评论 次浏览 分类:温度测量  文章地址:http://yunrun.com.cn/tech/214.html

本文介绍电接点温度仪表、显示控制仪和温控仪的温度控制方法,包括温度控制系统构成、温度控制原理、控温电路、特点及应用等,具有很好的实用性。

1、电接点温度仪表构成温度控制系统
电接点温度仪表比较常见的有电接点双金属温度、电接点压力式温度计、温度开关和电接点水银温度计等,通常电接点温度以表的检测部分与指示部分合为一体(部分温度开关没有显示)。

电接点温度仪表
图1 常见电接点温度仪表


1.1 电接点温度仪表构成温度控制系统框图

电接点温度仪表构成温度控制系统框图
图2 电接点温度仪表构成温度控制系统框图

1.2 电接点温度仪表构成温度控制系统电气二次控制原理图

电接点温度仪表构成温度控制系统电气二次控制原理图
图3 电接点温度仪表构成温度控制系统电气二次控制原理图

1.3 说明
1FU为电气二次回路电源熔断器;1HR为二次回路电源指示灯(红);2HR为运行指示灯(红);1HG为停机指示灯(绿);1KA、2KA为中间继电器;1SA为无自复位旋转开关(最好使用三挡旋转开关,中间位置为加热强制停止,两侧为自动或手动工作模式);1SS为停止按钮;1SB为启动按钮;1KM为接触器;1KH为热继电器;上限和下限报警触点来自于电接点温度计仪表。

1.4 工作原理
1.4.1 在控温系统上电前,首先进行温度设定,将电接点双金属温度、电接点压力式温度计和温度开关等仪表上限报警值和下限报警值调至所需控制范围。
1.4.2 无自复位旋转开关在中间位置为加热强制停止,无论手动或自动均不能启动加热设备;旋转开关在自动加热位置时,加热设备由仪表自动控制;旋转开关在手动加热位置时,加热设备由人工手动控制启停。
1.4.3 自动工作模式下温度控制原理:温度控制系统有手动加热和自动控制两种工作模式,通过旋转开关1SA来选择;电气二次回路接通电源后,电源指示灯1HR常亮,(接触器1KM未动作时)1HG运行指示灯亮;当加热装置内的温度<仪表下限报警值时,仪表下限常开触点闭合、同时中间继电器1KA常开触点闭合,电加热器开始加热,温度加热系统升温,同时2HR运行指示灯亮;当加热装置内的实际温度上升到≥仪表下限报警值时,下限报警触点断开、同时中间继电器1KA常开触点断开,但由于接触器的常开触点1KM-1闭合自锁,加热器仍然加热,温度继续上升;当加热装置内的温度>仪表上限报警值时,仪表上限常开触点闭合、同时中间继电器2KA常闭触点断开,加热器断电,停止加热,同时1HG停机指示灯亮;当加热装置内的温度≤仪表下限报警值时,仪表上限常开触点断开、同时中间继电器2KA常闭触点闭合,此时加热器仍不能加热;当温度温度<仪表下限报警值时,加热装置才又开始加热,这样如此循环即可实现区间温度控制。
1.4.4 仪表报警触点容量较小且通常为常开,1KA、2KA中间继电器作用在于触点增容、隔离干扰和报警触点状态转换,使用中间继电器有利于提高系统可靠性。
1.4.5 图3为较完整的电气二次控制原理图,仅供大家参考,实际应用时可根据实际需要增加相关元件及修改原理图。

1.5 特点
1.5.1 采用电接点温度仪表构成的温度控制系统,方法简单,所用部件少,成本低。
1.5.2 但由于电接点温度仪表的测温元件与指示表盘合在一起,观察加热装置的实时温度略有不便
1.5.3 另外电接点温度仪表有惯性,测温精度和控制误差较大,因此这种方法常用在对温度控制要求不高的场合。
  

2、位式控制仪温度控制系统
位式控制仪温度控制系统的温度测量部分由温度传感器(热电偶或热电阻)、连接导线(热电偶用热电偶补偿导线,热电阻用3×1.5mm2铜芯电缆)和三位控制仪构成,温度测量和温度显示是分开的。位式控制仪目前以智能显示控制以为主,但还有部分指针式位式控制仪在使用。

2.1 用显示控制仪上限和下限报警构成温度控制系统
用显示控制仪上限和下限报警构成的温度控制系统电气二次控制原理图与图3完全相同,在此以昌晖仪表YR-GFD803-01显示控制仪为例,介绍温度传感器和仪表的接线: 

图4 位式显示控制仪仪表接线图

2.2 如何使用智能显示控制仪报警和回差进行温度控制?
智能显示控制仪报警输出均为位式ON/OFF带回差,指针仪表没有“回差”这个功能。回差可以防止显示控制仪输出继电器在报警输出临界点上下波动时频繁动作,具体输出状态如下:

                                           
图5 显示控制仪下限报警回差输出状态                                        图6 显示控制仪上限报警回差输出状态

在弄清楚显示控制仪报警回差概念之后,使用智能显示控制仪时仅需要一个报警点也可以控制加热系统,温度控制使用智能显示控制报警回差在上限报警和下限报警时不相同:
2.2.1 用显示控制仪上限报警控制温度
比如要将温度控制在100-150℃之间,设定仪表上限报警值为150(用上限控制温度时,仪表上限报警值=需要控制的温度上限值),设定回差为50(用上限控制温度时,回差=需要控制的温度上限值—需要控制的温度下限值=150-100)。其工作原理为:自动工作模式下,加热系统上电后只要温度<150℃时仪表上限报警(常开)触点不动作,同时1KA触点闭合,此时系统升温;当温度≥150℃时仪表上限报警(常开)触点闭合,同时1KA触点断开,此时系统停止加热;当100℃≤温度<150℃时,在仪表回差(回差=50)作用之下上限报警(常开)触点仍然闭合,同时1KA触点仍然断开,此时系统依旧不加热;当温度<100℃时仪表上限报警(常开)触点断开,同时1KA触点闭合,此时系统升温,这样如此循环即可实现区间温度控制。

图7 用显示控制仪上限报警控制温度的电气二次控制原理图

2.2.2 用显示控制仪下限报警控制温度
比如要将温度控制在100-150℃之间,设定仪表下限报警值为100(用下限控制温度时,仪表下限报警值=需要控制的温度下限值),设定回差为50(用下限控制温度时,回差=需要控制的温度上限值—需要控制的温度下限值=150-100)。其工作原理为:自动工作模式下,加热系统上电后只要温度<100℃时仪表下限报警(常开)触点闭合,1KA触点闭合,此时系统升温;当温度≤100≤150℃时在仪表回差(回差=50)作用之下下限报警(常开)触点仍然闭合,同时1KA触点仍然闭合,此时系统继续加热;当温度>150℃时,在仪表下限报警(常开)触点断开,同时1KA触点断开,此时系统停止加热;直至再次温度再次<100℃时仪表下限报警(常开)触点才闭合,同时1KA触点闭合,此时系统升温,这样如此循环即可实现区间温度控制。


图8 用显示控制仪下限报警控制温度的电气二次控制原理图


2.3 位式控制仪温度控制系统特点
2.3.1 采用温度传感器和位式控制仪构成的温度控制系统,测温精度高、观察方便、可靠性及稳定性好。
2.3.2 位式控制仪温度控制系统存在温度现象,因此这种方法常用在对温度控制要求不高的场合。

3、使用PID调节器构成温度控制系统
PID调节器在应用于温度控制时常被称为温控仪,温度测量部分由温度传感器(热电偶或热电阻)、连接导线(热电偶用热电偶补偿导线,热电阻用3×1.5mm2铜芯电缆)和温控仪构成,用于温度控制的温控仪可选择继电器控制输出、SSR固态继电器驱动电压输出、SCR可控硅过零触发脉冲控制输出、标准电流/电压控制输出这种控制输出方式,不同的控制输出的温控仪可构建温度控不同的温度控制系统,其配置也不同。

3.1 是不是采用PID调节器构建的温度控制系统就能取得好的控制效果?
采用PID调节器构建的温度控制系统的控制效果跟系统配置和PID调节器控制算法有关系,国内大多数调节器生产厂提供的调节器为经典PID控制算法,在大滞后温度系统很难达到满意效果,不建议选用着类型温控器用于精密温度控制。用于温度控制的温控仪推荐使用模糊控制算法、人工智能算法、神经网络算法、模糊神经网络算法、Fuzzy-PID算法、广义预测算法、遗传PID控制算法的调节器,才能取得好的控制效果。如果您可阅读《温控仪常见控制算法对比》这篇文章,深入了解这些控制算法的PID调节器,对您合理选用调节器非常有帮助。

3.2 温控仪+接触器构成的温度控制系统
温控仪+接触器构成的温度控制系统电气二次控制原理图如所示,此时必须选择继电器控制输出的温控仪。

图9 温控仪+接触器构成的温度控制系统的电气二次控制原理图

3.2.1 温控仪+接触器构成温度控制系统工作原理
温控仪+接触器构成的温度控制系统与采用位式显示控制仪温度控制系统电气二次控制原理一样,但其工作原理有很大差别:采用位式控制仪时接触器仅在实际温度达到需要控制温度的上限或下限时才动作;采用温控仪时接触器在实际温度远低于所需要控制温度值时一直闭合,当温度临近控制温度值的一定范围内开始断开且间隔一定时间后又闭合,实际温度越接近控制温度值,继电器断开和闭合频率越高;实际温度超过控制温度值时接触器断开不再动作,这样如此循环即可实现区间温度控制。

3.2.2 特点
3.2.2.1 在加热过程中通过接触器点动开关动作来调整加热装置的通电时间,对防止加热过程温度过冲有很好的改善,温度偏差远低于位式控制仪表的控制结果。
3.2.2.2 实际温度临近控制温度值时接触器动作频繁,会影响加热器和接触器使用寿命。

3.3 温控仪+固态继电器构成温度控制系统
温控仪+固态继电器构成的温度控制系统构成如图10所示,此时温控器必须选择继电器控制输出。温控仪直接驱动一支固态继电器(SSR)便可进行大容量的控制,当加热器为三相时,温控仪的输出驱动3只固态继电器,固态继电器输入端可串或并联,而加热器可接成三角型或星型,另外还要加上相配套的散热器进行散热。这种控温系统适用于电加热器的容量较大时的场合。

固态继电器(SSR)与接触器相比,是一种没有机械运动,不含运动零件的继电器,但它具有与机电继电器本质上相同的功能。SSR是一种全部由固态电子元件构成的无触点开关元件,他利用电子元器件的点,磁和光特性来完成输入与输出的可靠隔离,利用大功率三极管,功率场效应管,单项可控硅和双向可控硅等器件的开关特性,来达到无触点,无火花地接通和断开被控电路。


 图10 温控仪+固态继电器的温度控制系统构成

3.3.1 特点
3.3.1.1 在加热过程中通过固态继电器无触点开关动作来调整加热装置的通电时间,对防止加热过程温度过冲有很好的改善,温度偏差远低于位式控制仪表的控制结果。
3.3.1.2 实际温度临近控制温度值时加热器通电频繁,电流冲击会影响加热器使用寿命。



3.4 温控仪+电力调整器+可控硅构成温度控制系统
温控仪+电力调整器+可控硅构成的温度控制系统是目前最好的温度控制方式。电力调整器也称为三相可控硅交流调压器,其与带1-5V、4-20mA的智能PID调节器、PLC或DCS配套使用。温控仪+电力调整器+可控硅构成的温度控制系统主要用与工业电炉的加热控制、大型风机水泵软启动节能运行控制;负载类型可以是三相阻性负载、三相感性负载及三相变压器负载;三相负载可以是中心接地负载、中心不接地负载、内三角形负载及外三角形负载。

3.4.1 温控仪+电力调整器+可控硅温度控制系统构成
温控仪+电力调整器+可控硅温度控制系统所选用的温控器应该是先进控制算法的调节器,其控制输出为4-10mA、1-5V。

图11 温控仪+电力调整器+可控硅温度控制系统构成图

3.4.2 特点
3.4.2.1 在加热过程中通过通过对电压、电流和功率的精确控制,从而实现精密控温。
3.4.2.2 凭借温控仪先进的数字控制算法,优化了电能使用效率。对节约电能起了重要作用。
3.4.2.3 这种温度控制系统构成复杂,投资最大,控制效果最好。

结束语 
温度控制仪表的种类很多,采用不同的温度仪表可以构成各种温度控制系统,实际应用时应根据需要而定。云南昌晖仪表制造有限公司傻瓜式PID调节器YR-GFD系统和人工智能温控仪YR-GAD系列就非常适合复杂工况的温度控制和过程控制,无超调和欠调,性能与国外进口调节器媲美。

共有访客发表了评论 网友评论

  客户姓名:
邮箱或QQ:
验证码: 看不清楚?