1、電接點(diǎn)溫度儀表構(gòu)成溫度控制系統(tǒng)
電接點(diǎn)溫度儀表比較常見的有電接點(diǎn)雙金屬溫度、電接點(diǎn)壓力式溫度計(jì)、溫度開關(guān)和電接點(diǎn)水銀溫度計(jì)等，通常電接點(diǎn)溫度以表的檢測(cè)部分與指示部分合為一體(部分溫度開關(guān)沒有顯示)。
圖1 常見電接點(diǎn)溫度儀表
①電接點(diǎn)溫度儀表構(gòu)成溫度控制系統(tǒng)框圖
圖2 電接點(diǎn)溫度儀表構(gòu)成溫度控制系統(tǒng)框圖
②電接點(diǎn)溫度儀表構(gòu)成溫度控制系統(tǒng)電氣二次控制原理圖
圖3 電接點(diǎn)溫度儀表構(gòu)成溫度控制系統(tǒng)電氣二次控制原理圖
③說(shuō)明
1FU為電氣二次回路電源熔斷器；1HR為二次回路電源指示燈（紅）；2HR為運(yùn)行指示燈（紅）；1HG為停機(jī)指示燈（綠）；1KA、2KA為中間繼電器；1SA為無(wú)自復(fù)位旋轉(zhuǎn)開關(guān)（最好使用三擋旋轉(zhuǎn)開關(guān)，中間位置為加熱強(qiáng)制停止，兩側(cè)為自動(dòng)或手動(dòng)工作模式）；1SS為停止按鈕；1SB為啟動(dòng)按鈕；1KM為接觸器；1KH為熱繼電器；上限和下限報(bào)警觸點(diǎn)來(lái)自于電接點(diǎn)溫度計(jì)儀表。
④工作原理
a、在控溫系統(tǒng)上電前，首先進(jìn)行溫度設(shè)定，將電接點(diǎn)雙金屬溫度、電接點(diǎn)壓力式溫度計(jì)和溫度開關(guān)等儀表上限報(bào)警值和下限報(bào)警值調(diào)至所需控制范圍。
b、無(wú)自復(fù)位旋轉(zhuǎn)開關(guān)在中間位置為加熱強(qiáng)制停止，無(wú)論手動(dòng)或自動(dòng)均不能啟動(dòng)加熱設(shè)備；旋轉(zhuǎn)開關(guān)在自動(dòng)加熱位置時(shí)，加熱設(shè)備由儀表自動(dòng)控制；旋轉(zhuǎn)開關(guān)在手動(dòng)加熱位置時(shí)，加熱設(shè)備由人工手動(dòng)控制啟停。
c、自動(dòng)工作模式下溫度控制原理:溫度控制系統(tǒng)有手動(dòng)加熱和自動(dòng)控制兩種工作模式，通過(guò)旋轉(zhuǎn)開關(guān)1SA來(lái)選擇；電氣二次回路接通電源后，電源指示燈1HR常亮，（接觸器1KM未動(dòng)作時(shí)）1HG運(yùn)行指示燈亮；當(dāng)加熱裝置內(nèi)的溫度＜儀表下限報(bào)警值時(shí)，儀表下限常開觸點(diǎn)閉合、同時(shí)中間繼電器1KA常開觸點(diǎn)閉合，電加熱器開始加熱，溫度加熱系統(tǒng)升溫，同時(shí)2HR運(yùn)行指示燈亮；當(dāng)加熱裝置內(nèi)的實(shí)際溫度上升到≥儀表下限報(bào)警值時(shí)，下限報(bào)警觸點(diǎn)斷開、同時(shí)中間繼電器1KA常開觸點(diǎn)斷開，但由于接觸器的常開觸點(diǎn)1KM-1閉合自鎖,加熱器仍然加熱,溫度繼續(xù)上升；當(dāng)加熱裝置內(nèi)的溫度＞儀表上限報(bào)警值時(shí)，儀表上限常開觸點(diǎn)閉合、同時(shí)中間繼電器2KA常閉觸點(diǎn)斷開，加熱器斷電，停止加熱，同時(shí)1HG停機(jī)指示燈亮；當(dāng)加熱裝置內(nèi)的溫度≤儀表下限報(bào)警值時(shí)，儀表上限常開觸點(diǎn)斷開、同時(shí)中間繼電器2KA常閉觸點(diǎn)閉合，此時(shí)加熱器仍不能加熱；當(dāng)溫度溫度＜儀表下限報(bào)警值時(shí)，加熱裝置才又開始加熱，這樣如此循環(huán)即可實(shí)現(xiàn)區(qū)間溫度控制。
d、儀表報(bào)警觸點(diǎn)容量較小且通常為常開，1KA、2KA中間繼電器作用在于觸點(diǎn)增容、隔離干擾和報(bào)警觸點(diǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換，使用中間繼電器有利于提高系統(tǒng)可靠性。
e、圖3為較完整的電氣二次控制原理圖，僅供大家參考，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可根據(jù)實(shí)際需要增加相關(guān)元件及修改原理圖。
⑤特點(diǎn)
a、采用電接點(diǎn)溫度儀表構(gòu)成的溫度控制系統(tǒng)，方法簡(jiǎn)單，所用部件少，成本低。
b、但由于電接點(diǎn)溫度儀表的測(cè)溫元件與指示表盤合在一起，觀察加熱裝置的實(shí)時(shí)溫度略有不便。
c、另外電接點(diǎn)溫度儀表有慣性，測(cè)溫精度和控制誤差較大，因此這種方法常用在對(duì)溫度控制要求不高的場(chǎng)合。
2、位式顯示控制儀溫度控制系統(tǒng)
位式顯示控制儀溫度控制系統(tǒng)的溫度測(cè)量部分由溫度傳感器(熱電偶或熱電阻)、連接導(dǎo)線(熱電偶用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線，熱電阻用3×1.5mm2銅芯電纜)和三位控制儀構(gòu)成，溫度測(cè)量和溫度顯示是分開的。位式控制目前以智能顯示控制以為主，但還有部分指針式位式控制儀在使用。
①用顯示控制儀上限和下限報(bào)警構(gòu)成溫度控制系統(tǒng)
用顯示控制儀上限和下限報(bào)警構(gòu)成的溫度控制系統(tǒng)電氣二次控制原理圖與圖3完全相同，在此以昌暉儀表YR-GFC803-01顯示控制儀為例，介紹溫度傳感器和儀表的接線：
圖4 位式顯示控制儀儀表接線圖
②如何使用智能顯示控制儀報(bào)警和回差進(jìn)行溫度控制？
智能顯示控制儀報(bào)警輸出均為位式ON/OFF帶回差，指針儀表沒有“回差”這個(gè)功能。回差可以防止顯示控制儀輸出繼電器在報(bào)警輸出臨界點(diǎn)上下波動(dòng)時(shí)頻繁動(dòng)作，具體輸出狀態(tài)如下:
圖5 顯示控制儀下限報(bào)警回差輸出狀態(tài)
圖6 顯示控制儀上限報(bào)警回差輸出狀態(tài)
在弄清楚顯示控制儀報(bào)警回差概念之后，使用智能顯示控制儀時(shí)僅需要一個(gè)報(bào)警點(diǎn)也可以控制加熱系統(tǒng)，溫度控制使用智能顯示控制報(bào)警回差在上限報(bào)警和下限報(bào)警時(shí)不相同：
a、用顯示控制儀上限報(bào)警控制溫度
比如要將溫度控制在100-150℃之間，設(shè)定儀表上限報(bào)警值為150(用上限控制溫度時(shí)，儀表上限報(bào)警值=需要控制的溫度上限值)，設(shè)定回差為50(用上限控制溫度時(shí)，回差=需要控制的溫度上限值—需要控制的溫度下限值=150-100)。其工作原理為：自動(dòng)工作模式下，加熱系統(tǒng)上電后只要溫度＜150℃時(shí)儀表上限報(bào)警(常開)觸點(diǎn)不動(dòng)作，同時(shí)1KA觸點(diǎn)閉合，此時(shí)系統(tǒng)升溫；當(dāng)溫度≥150℃時(shí)儀表上限報(bào)警(常開)觸點(diǎn)閉合，同時(shí)1KA觸點(diǎn)斷開，此時(shí)系統(tǒng)停止加熱；當(dāng)100℃≤溫度＜150℃時(shí)，在儀表回差(回差=50)作用之下上限報(bào)警(常開)觸點(diǎn)仍然閉合，同時(shí)1KA觸點(diǎn)仍然斷開，此時(shí)系統(tǒng)依舊不加熱；當(dāng)溫度＜100℃時(shí)儀表上限報(bào)警(常開)觸點(diǎn)斷開，同時(shí)1KA觸點(diǎn)閉合，此時(shí)系統(tǒng)升溫，這樣如此循環(huán)即可實(shí)現(xiàn)區(qū)間溫度控制。
圖7 用顯示控制儀上限報(bào)警控制溫度的電氣二次控制原理圖
b、用顯示控制儀下限報(bào)警控制溫度
比如要將溫度控制在100-150℃之間，設(shè)定儀表下限報(bào)警值為100(用下限控制溫度時(shí)，儀表下限報(bào)警值=需要控制的溫度下限值)，設(shè)定回差為50(用下限控制溫度時(shí)，回差=需要控制的溫度上限值—需要控制的溫度下限值=150-100)。其工作原理為：自動(dòng)工作模式下，加熱系統(tǒng)上電后只要溫度＜100℃時(shí)儀表下限報(bào)警(常開)觸點(diǎn)閉合，1KA觸點(diǎn)閉合，此時(shí)系統(tǒng)升溫；當(dāng)溫度≤100≤150℃時(shí)在儀表回差(回差=50)作用之下下限報(bào)警(常開)觸點(diǎn)仍然閉合，同時(shí)1KA觸點(diǎn)仍然閉合，此時(shí)系統(tǒng)繼續(xù)加熱；當(dāng)溫度＞150℃時(shí)，在儀表下限報(bào)警(常開)觸點(diǎn)斷開，同時(shí)1KA觸點(diǎn)斷開，此時(shí)系統(tǒng)停止加熱；直至再次溫度再次＜100℃時(shí)儀表下限報(bào)警(常開)觸點(diǎn)才閉合，同時(shí)1KA觸點(diǎn)閉合，此時(shí)系統(tǒng)升溫，這樣如此循環(huán)即可實(shí)現(xiàn)區(qū)間溫度控制。
圖8 用顯示控制儀下限報(bào)警控制溫度的電氣二次控制原理圖
a、采用溫度傳感器和位式控制儀構(gòu)成的溫度控制系統(tǒng)，測(cè)溫精度高、觀察方便、可靠性及穩(wěn)定性好。
b、位式控制儀溫度控制系統(tǒng)存在溫度現(xiàn)象，因此這種方法常用在對(duì)溫度控制要求不高的場(chǎng)合。
3、使用PID溫控器構(gòu)成溫度控制系統(tǒng)
PID調(diào)節(jié)器應(yīng)用于溫度控制控制時(shí)常被稱為溫控器，溫度測(cè)量部分由溫度傳感器(熱電偶或熱電阻)、連接導(dǎo)線(熱電偶用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線，熱電阻用3×1.5mm2銅芯電纜)和溫控儀構(gòu)成，用于溫度控制的溫控儀可選擇繼電器控制輸出、SSR固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)電壓輸出、SCR可控硅過(guò)零觸發(fā)脈沖控制輸出、標(biāo)準(zhǔn)電流/電壓控制輸出這種控制輸出方式，不同的控制輸出的溫控儀可構(gòu)建溫度控不同的溫度控制系統(tǒng)，其配置也不同。
①是不是采用PID調(diào)節(jié)器構(gòu)建的溫度控制系統(tǒng)就能取得好的控制效果？
采用PID調(diào)節(jié)器構(gòu)建的溫度控制系統(tǒng)的控制效果跟系統(tǒng)配置和PID調(diào)節(jié)器控制算法有關(guān)系，國(guó)內(nèi)大多數(shù)調(diào)節(jié)器生產(chǎn)廠提供的調(diào)節(jié)器為經(jīng)典PID控制算法，在大滯后溫度系統(tǒng)很難達(dá)到滿意效果，不建議選用這類型溫控器用于精密溫度控制。用于溫度控制的溫控儀推薦使用模糊控制算法、人工智能算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、Fuzzy-PID算法、廣義預(yù)測(cè)算法、遺傳PID控制算法的調(diào)節(jié)器，才能取得好的控制效果。如果您可閱讀《溫控儀常見控制算法對(duì)比》這篇文章，深入了解這些控制算法的PID調(diào)節(jié)器，對(duì)您合理選用調(diào)節(jié)器非常有幫助。
②溫控儀+接觸器構(gòu)成的溫度控制系統(tǒng)
溫控器+接觸器構(gòu)成的溫度控制系統(tǒng)電氣二次控制原理圖如所示，此時(shí)必須選擇繼電器控制輸出的溫控器。
圖9 溫控器+接觸器構(gòu)成的溫度控制系統(tǒng)的電氣二次控制原理圖
a、溫控儀+接觸器構(gòu)成溫度控制系統(tǒng)工作原理
溫控儀+接觸器構(gòu)成的溫度控制系統(tǒng)與采用位式顯示控制儀溫度控制系統(tǒng)電氣二次控制原理一樣，但其工作原理有很大差別：采用位式控制儀時(shí)接觸器僅在實(shí)際溫度達(dá)到需要控制溫度的上限或下限時(shí)才動(dòng)作；采用溫控儀時(shí)接觸器在實(shí)際溫度遠(yuǎn)低于所需要控制溫度值時(shí)一直閉合，當(dāng)溫度臨近控制溫度值的一定范圍內(nèi)開始斷開且間隔一定時(shí)間后又閉合，實(shí)際溫度越接近控制溫度值，繼電器斷開和閉合頻率越高；實(shí)際溫度超過(guò)控制溫度值時(shí)接觸器斷開不再動(dòng)作，這樣如此循環(huán)即可實(shí)現(xiàn)區(qū)間溫度控制。
b、特點(diǎn)
◆在加熱過(guò)程中通過(guò)接觸器點(diǎn)動(dòng)開關(guān)動(dòng)作來(lái)調(diào)整加熱裝置的通電時(shí)間，對(duì)防止加熱過(guò)程溫度過(guò)沖有很好的改善，溫度偏差遠(yuǎn)低于位式控制儀表的控制結(jié)果。
◆實(shí)際溫度臨近控制溫度值時(shí)接觸器動(dòng)作頻繁，會(huì)影響加熱器和接觸器使用壽命。
③溫控其+固態(tài)繼電器構(gòu)成溫度控制系統(tǒng)
溫控儀+固態(tài)繼電器構(gòu)成的溫度控制系統(tǒng)構(gòu)成如圖10所示，此時(shí)溫控器必須選擇繼電器控制輸出。溫控儀直接驅(qū)動(dòng)一支固態(tài)繼電器(SSR)便可進(jìn)行大容量的控制，當(dāng)加熱器為三相時(shí)，溫控器的輸出驅(qū)動(dòng)3只固態(tài)繼電器，固態(tài)繼電器輸入端可串或并聯(lián)，而加熱器可接成三角型或星型，另外還要加上相配套的散熱器進(jìn)行散熱。這種控溫系統(tǒng)適用于電加熱器的容量較大時(shí)的場(chǎng)合。
固態(tài)繼電器(SSR)與接觸器相比，是一種沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)，不含運(yùn)動(dòng)零件的繼電器，但它具有與機(jī)電繼電器本質(zhì)上相同的功能。SSR是一種全部由固態(tài)電子元件構(gòu)成的無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)元件，他利用電子元器件的點(diǎn)，磁和光特性來(lái)完成輸入與輸出的可靠隔離，利用大功率三極管，功率場(chǎng)效應(yīng)管，單項(xiàng)可控硅和雙向可控硅等器件的開關(guān)特性，來(lái)達(dá)到無(wú)觸點(diǎn)，無(wú)火花地接通和斷開被控電路。
圖10 溫控儀+固態(tài)繼電器的溫度控制系統(tǒng)構(gòu)成
a、特點(diǎn)
◆在加熱過(guò)程中通過(guò)固態(tài)繼電器無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)動(dòng)作來(lái)調(diào)整加熱裝置的通電時(shí)間，對(duì)防止加熱過(guò)程溫度過(guò)沖有很好的改善，溫度偏差遠(yuǎn)低于位式控制儀表的控制結(jié)果。
◆實(shí)際溫度臨近控制溫度值時(shí)加熱器通電頻繁，電流沖擊會(huì)影響加熱器使用壽命。
④溫控器+電力調(diào)整器+可控硅構(gòu)成溫度控制系統(tǒng)
溫控器+電力調(diào)整器+可控硅構(gòu)成的溫度控制系統(tǒng)是目前最好的溫度控制方式。電力調(diào)整器也稱為三相可控硅交流調(diào)壓器，其與帶1-5V、4-20mA的溫控器、PLC或DCS配套使用。溫控器+電力調(diào)整器+可控硅構(gòu)成的溫度控制系統(tǒng)主要用與工業(yè)電爐的加熱控制、大型風(fēng)機(jī)水泵軟啟動(dòng)節(jié)能運(yùn)行控制；負(fù)載類型可以是三相阻性負(fù)載、三相感性負(fù)載及三相變壓器負(fù)載；三相負(fù)載可以是中心接地負(fù)載、中心不接地負(fù)載、內(nèi)三角形負(fù)載及外三角形負(fù)載。
a、溫控器+電力調(diào)整器+可控硅溫度控制系統(tǒng)構(gòu)成
溫控器+電力調(diào)整器+可控硅溫度控制系統(tǒng)所選用的溫控器應(yīng)該是先進(jìn)控制算法的調(diào)節(jié)器，其控制輸出為4-20mA、1-5V。
圖11 溫控器+電力調(diào)整器+可控硅溫度控制系統(tǒng)構(gòu)成圖
b、特點(diǎn)
◆在加熱過(guò)程中通過(guò)通過(guò)對(duì)電壓、電流和功率的精確控制，從而實(shí)現(xiàn)精密控溫。
◆憑借溫控儀先進(jìn)的數(shù)字控制算法，優(yōu)化了電能使用效率。對(duì)節(jié)約電能起了重要作用。
◆這種溫度控制系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，投資最大，控制效果最好。
結(jié)束語(yǔ)
溫度控制儀表的種類很多，采用不同的溫度儀表可以構(gòu)成各種溫度控制系統(tǒng)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)根據(jù)需要而定。昌暉儀表先進(jìn)PID控制算法的溫控器YR-RJD就非常適合復(fù)雜工況的溫度控制系統(tǒng)，無(wú)超調(diào)和欠調(diào)，性能與國(guó)外進(jìn)口調(diào)節(jié)器媲美。點(diǎn)擊圖片進(jìn)入溫控器選型
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