時間:2014-12-22 11:49:51來源:丹納赫傳感與控制集團(tuán)
過去50年間,工業(yè)溫度控制器技術(shù)發(fā)生了翻天覆地的變化,取得了一系列進(jìn)步。本文旨在介紹工業(yè)溫度控制器技術(shù)如何幫助用戶創(chuàng)造具有出色性能的新型解決方案,滿足客戶不斷變化的應(yīng)用需求。
20 世紀(jì) 60 年代,DIN (192 x 192mm) 動圈式溫度控制器是工業(yè)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。但是,電子技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展很快就改變了溫度控制器的設(shè)計和生產(chǎn)方式,第一次出現(xiàn)了具有開關(guān)功能或配備刻度盤進(jìn)行比例控制的開放式印刷電路板 (PCB) 控制器。比例控制能夠在設(shè)定值附近提供更低的功率輸出,最大限度減少溫度超調(diào),在當(dāng)時是最精確的控制方法。然而,比例控制方法仍然具有缺陷:系統(tǒng)溫度可能略高于/低于設(shè)定值,即所謂的偏移誤差。
20世紀(jì)70年代,得益于模擬控制器技術(shù),溫度控制器的尺寸從1/4 DIN (96 x 96mnn) 減小到1/16 DIN (48 x 48mm),而功能卻幾乎沒有受到任何影響。但是,從20世紀(jì)70年代末到現(xiàn)在,模擬控制器技術(shù)幾乎沒有任何進(jìn)展。80年代,數(shù)字控制器的出現(xiàn)使溫度控制技術(shù)前進(jìn)了一大步:按鈕和數(shù)字顯示技術(shù)代替了刻度盤,更好地解決了控制器設(shè)置這一難題;與此同時,微處理器技術(shù)的發(fā)展使得 PID (比例-積分-微分)控制成為現(xiàn)實,進(jìn)一步提高了控制精度。和比例控制方法相比,積分控制消除了偏移誤差,微分控制則減少了溫度超調(diào),減少了干擾。
PID 控制技術(shù)為溫度控制應(yīng)用帶來了眾多優(yōu)勢,但是卻還是需要專業(yè)的工程師進(jìn)行手動設(shè)置,這一過程十分耗時。而現(xiàn)在,PID 自動調(diào)諧已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用,控制器由此可以自動計算最佳 PID 值,上述問題也就不再是問題了。
West Control Solutions 公司的 CAL 3300 溫度控制器具有完整的 PID 自動調(diào)諧功能,藉此用戶無需再手動設(shè)置參數(shù)(需要專業(yè)技術(shù)人員),也節(jié)約了長達(dá)幾分鐘的時間。另外,獨特的 dAC 功能也可以在預(yù)熱階段通過改變比例帶值防止出現(xiàn)溫度超調(diào),從而改善 PID 控制器性能。
現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展帶來的另一項優(yōu)勢是減少了應(yīng)用過程中的手動操作,降低了誤差的發(fā)生概率。具有溫度曲線功能的溫度控制器可以對溫度斜坡率、保溫、步進(jìn)、環(huán)路進(jìn)行配置,精確實現(xiàn)應(yīng)用所需溫度曲線,實現(xiàn)溫度的自動變化。節(jié)省設(shè)備設(shè)置時間,工作人員還可以存儲配置數(shù)據(jù),并在不同工藝流程中自由調(diào)用。
在擠出機等一類應(yīng)用中,切斷電源后溫度不會快速下降,因此需要使用冷卻裝置以實現(xiàn)更好的溫度控制。溫度控制器已經(jīng)集成了加熱-冷卻控制功能,能夠同時控制加熱器和冷卻裝置,取得更好的應(yīng)用控制。
近幾年來為簡化布線和縮短安裝時間,在溫度控制器內(nèi)部集成其他功能的方法越來越普遍。一些中端和高端控制器的核心過程控制元件支持邏輯編程功能,集成了共同工作控制元件,整個系統(tǒng)只配備一個人機界面,提高了終端用戶的工作效率,且過程控制更加簡單。
例如,德國的一家部件制造商需要為石墨電極的加熱熔爐設(shè)計溫度控制解決方案,這離不開標(biāo)準(zhǔn)的控制器,同時應(yīng)用的任何升級都需要控制器具備序列管理等高級功能,且對易用性有較高要求。
難題在于石墨電極需要均勻加熱,但燃燒器對熔爐不同區(qū)域的加熱具有不同的加熱速率和加熱強度,因此很容易導(dǎo)致電極因過度加熱或加熱不均勻而損壞,造成生產(chǎn)浪費和嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。
最終解決方案采用了增強型氧氣控制裝置,實現(xiàn)純凈燃?xì)饧訜?。我們的KS98-1溫度控制器是緊湊型微型PLC控制器(可編程邏輯控制器)和DIN控制器,完美符合現(xiàn)有1/4DIN 外殼要求,并配備了所有必要的I/O選件。和其他DIN控制器相比,具有PLC和數(shù)學(xué)函數(shù)的KS98-1 控制器的功能更加完善。
標(biāo)準(zhǔn)DIN控制器一般具有一個或兩個控制環(huán)路,但未配備順序控制或PLC邏輯功能。雖然PLC控制器可以解決這一難題,但高端PLC編程器的檢修成本高昂,且需要專業(yè)知識。KS98-1控制器不但具有這兩項功能,而且繼續(xù)采用了DIN 外殼,但仍然還是一個DIN 控制器而不是PLC控制器,設(shè)置過程具有高經(jīng)濟(jì)效益。
和許多設(shè)備一樣,通信技術(shù)的發(fā)展也促進(jìn)了控制器和系統(tǒng)的集成。通常來說,溫度和過程控制器都以離散裝置的形式應(yīng)用于系統(tǒng)。憑借通信選件,現(xiàn)在用戶可以直接通過PC 或 PLC 系統(tǒng)監(jiān)控和管理控制。另外,還有多種通用型SCADA(監(jiān)測控制和數(shù)據(jù)采集)封裝或?qū)I(yè)控制軟件支持?jǐn)?shù)據(jù)記錄、制圖、配置和管理功能。最后,過去幾十年間越來越多的公司為實現(xiàn)高質(zhì)量控制,對先進(jìn)數(shù)據(jù)記錄技術(shù)提出了要求,這反過來促進(jìn)了基于 PC 的數(shù)據(jù)記錄技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。
例如,我們的客戶Solent Scientific 公司生產(chǎn)了內(nèi)置有先進(jìn)顯微鏡的37°培養(yǎng)室,進(jìn)行長時間段的人類活體細(xì)胞研究。該培養(yǎng)室還配備了定時圖像捕捉功能。
CAL 控制器的過程監(jiān)控軟件支持實時數(shù)據(jù)記錄,藉此 Solent Scientific 公司可以確保培養(yǎng)室內(nèi)部溫度在長時間內(nèi)保持在+或- 0.1°C,符合應(yīng)用容差要求。另外,SCADA封裝也可以大幅降低成本,簡化開發(fā)工作,溫度控制器在功能性和精度方面已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步,但是設(shè)置過程仍然停留在自動調(diào)節(jié)。現(xiàn)在,控制器的尺寸更加小巧,可以更輕松地集成到機器設(shè)備中。
溫度控制技術(shù)在未來會如何發(fā)展?
擴(kuò)展控制器功能以收集過程信息的需求、簡化操作、以及集成共同工作控制元件推動了具有單一顯示屏(例如 HMI、控制面板)以及信息路由至 PC 的解決方案的發(fā)展。這意味著在未來,控制器將進(jìn)一步成為單一產(chǎn)品而不是單個裝置,為用戶帶來更多應(yīng)用優(yōu)勢和控制功能,更高效、準(zhǔn)確地監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)。
未來控制器發(fā)展的另一大趨勢是定制化,即根據(jù)具體的應(yīng)用需求打造客戶的專屬控制器。最新的顯示和編程技術(shù)也使控制器的操作更加簡單,支持工作人員輕松訪問數(shù)據(jù),確保過程變化進(jìn)一步優(yōu)化,提高生產(chǎn)效率。
連接至網(wǎng)絡(luò)也是控制器的未來發(fā)展方向:在標(biāo)準(zhǔn)布線和非工程連通性條件下,以太網(wǎng)通信技術(shù)簡化了集成,進(jìn)一步增強了易用性和控制功能,優(yōu)化溫度控制。有一點是毋庸置疑的:工業(yè)溫度控制器技術(shù)將繼續(xù)在滿足客戶不斷變化的應(yīng)用需求這一過程中繼續(xù)發(fā)展,為客戶創(chuàng)造更為先進(jìn)的解決方案,提高生產(chǎn)效率和控制質(zhì)量。
關(guān)于 WEST
作為全球過程和溫度控制的專家, WEST Control Solution 產(chǎn)品包括四個主要品牌: WEST、 PMA、Partlow 和 Cal。90 多年來,WEST 一直為塑料、熱處理、包裝、食品飲料和生命科學(xué)等行業(yè)提供性能和質(zhì)量優(yōu)越的產(chǎn)品。
WEST 致力于發(fā)展與客戶密切的合作關(guān)系。公司定期與客戶進(jìn)行探討研究,在新產(chǎn)品開發(fā)充分考慮客戶的要求,以確??蛻舻男枨?。WEST 為您提供性能可靠,易于使用產(chǎn)品,并有專門的支持人員提供無與倫比的服務(wù),我們在提供標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的同事,還致力于持續(xù)的創(chuàng)新,為客戶提供定制產(chǎn)品,贏得了全球客戶支持和信賴。
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