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關于溫控器輸出方式和控制性能

2023年02月03日 12:13:26 來源：云南昌暉儀表制造有限公司 >> 進入該公司展臺閱讀量：51

使用控制加熱器時，需要將溫控器的PID控制演算結果轉換成電力施加到加熱器上。通常使用繼電器，固態繼電器、可控硅來轉換。根據不同的轉換方法，溫控儀的輸出就有了繼電器輸出、固態繼電器驅動電壓輸出、可控硅移相觸發控制輸出、可控硅過零觸發輸出和連續電壓或電流信號輸出這幾種輸出方式。

輸出方式有時間比例輸出方式和連續輸出方式。時間比例輸出方式又分為兩種，一種是在一定的輸出周期中按百分比輸出ON/OFF 接點信號，另一種是在一定的輸出周期中按百分比輸出ON/OFF電壓脈沖信號。

溫控器為繼電器輸出時的工作示意圖

連續輸出方式是將控制演算結果直接輸出連續電壓或電流信號，例如4-20mA輸出。

移相觸發輸出的溫控器，從控制性能上看穩定性和過度響應性好，但是會產生諧波電流和高頻噪聲，同時價格較貴。

本文對價格較低的時間比例輸出方式(溫控器為開關量或固態繼電器輸出)從控制性能和使用注意的視點進行分析。當溫控器控制演算結果以ON/OFF接點信號輸出時，通常與接觸器連接。此時考慮以下兩點點決定時間比例輸出周期。
1、考慮接觸器觸點壽命，盡可能減少頻繁的ON/OFF動作，增大周期。
2、考慮控制對象的響應速度，在穩定控制時輸出周期的ON/OFF對測量值PV不產生影響，減小周期。

昌暉儀表制造有限公司溫度控制器用于接點輸出方式時，時間比例輸出周期的初始值為20秒。

對響應速度快的控制對象，使用初始值的話，測量值PV在穩定控制時會出現周期性的波動。出現這種情況時需要減小輸出周期。但是，過度減小輸出周期，會顯著減少接觸器觸點壽命。為此建議使用固態繼電器。

使用接觸器時還需要考慮噪音。溫控器的接點輸出，在一定輸出周期中按輸出的百分比ON，實際上比溫控器的采樣時間更快時間間隔內判斷ON/OFF，我們不知道在交流電源的什么位置ON/OFF。因此有在大電流狀態下接點OFF的可能性，不可避免地產生噪音。為此昌暉儀表建議對包括溫度控制器在內的周邊設備實施噪音對策。

溫控器控制演算結果以電壓脈沖信號輸出時，通常與固態繼電器連接。與繼電器不同的是無需考慮節點壽命。但是需要考慮以下兩點決定時間比例輸出周期。
1、為得到足夠的輸出分辨率，增大周期。
2.考慮控制對象的響應速度，在穩定控制時輸出周期的ON/OFF對測量值PV不產生影響，減小周期。

固態繼電器的規格如果不是過零型固態繼電器的話，無需考慮輸出分辨率。但需考慮噪音對策。

如果是過零型固態繼電器的話，溫控器的輸出和實際施加到加熱器上的功率是不一樣的。在這種情況下需要考慮實際施加到加熱器上的分辨率。

例如，考慮電源頻率是50Hz，時間比例輸出周期1秒，輸出4.4%的場合。

交流電源的半波是10ms。在1秒周期中4.4%輸出就是ON時間為44ms。如果像下圖所示的時刻施加輸出的話，輸出12V的時刻時固態繼電器的接點沒有閉合，電源電壓過零時刻接點才閉合。輸出0V的時刻固態繼電器的接點沒有打開，電源電壓過零時刻接點才打開。圖中斜線的部分表示閉合狀態。

加熱系統中固態繼電器工作示意圖

實際上固態繼電器的閉合時間是50ms，相當于5%的輸出施加到加熱器上了。

像這樣使用過零型固態繼電器時，因為實際的輸出分辨率是由電源頻率和時間比例輸出周期決定的，所以時間溫控器比例輸出周期設置過短的話，輸出分辨率會變得低下，損害穩定控制性能。

控制對象的響應速度快，時間比例輸出周期不得不設置很短時，需要使用連續輸出的相位控制，或者可控硅調功器。

可控硅調功器的輸入是溫控器的連續輸出并且過零型輸出時，或者使用功率前饋功能的溫控器時，由于增加了補償實際輸出差的功能，因此可以實現更穩定的控制。請注意，可控硅調功器的輸入是溫度控制器的電壓脈沖輸出的過零型輸出時，沒有補償功能。

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