過(guò)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(hù)創(chuàng)造具有出色性能的新型解決方案，滿(mǎn)足客戶(hù)不斷變化的應(yīng)用需求。

1、 引言

20世紀(jì)60年代，DIN(192x192mm)動(dòng)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(jì)和生產(chǎn)方式，第一次出現(xiàn)了具有開(kāi)關(guān)功能或配備刻度盤(pán)進(jìn)行比例控制的開(kāi)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(shí)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1/4DIN(96x96mnn)減小到1/16DIN(48x48mm)，而功能卻幾乎沒(méi)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(méi)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(pán)，更好地解決了控制器設(shè)置這一難題；與此同時(shí)，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(shí)，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(lái)了眾多優(yōu)勢(shì)，但是卻還是需要專(zhuān)業(yè)的工程師進(jìn)行手動(dòng)設(shè)置，這一過(guò)程十分耗時(shí)。而現(xiàn)在，PID自動(dòng)調(diào)諧已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，控制器由此可以自動(dòng)計(jì)算最佳PID值，上述問(wèn)題也就不再是問(wèn)題了。

WestControlSolutions公司的CAL3300溫度控制器具有完整的PID自動(dòng)調(diào)諧功能，藉此用戶(hù)無(wú)需再手動(dòng)設(shè)置參數(shù)（需要專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員），也節(jié)約了長(zhǎng)達(dá)幾分鐘的時(shí)間。另外，獨(dú)特的dAC功能也可以在預(yù)熱階段通過(guò)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(lái)的另一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)是減少了應(yīng)用過(guò)程中的手動(dòng)操作，降低了誤差的發(fā)生概率。具有溫度曲線(xiàn)功能的溫度控制器可以對(duì)溫度斜坡率、保溫、步進(jìn)、環(huán)路進(jìn)行配置，精確實(shí)現(xiàn)應(yīng)用所需溫度曲線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)變化。節(jié)省設(shè)備設(shè)置時(shí)間，工作人員還可以存儲(chǔ)配置數(shù)據(jù)，并在不同工藝流程中自由調(diào)用。

在擠出機(jī)等一類(lèi)應(yīng)用中，切斷電源后溫度不會(huì)快速下降，因此需要使用冷卻裝置以實(shí)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(shí)控制加熱器和冷卻裝置，取得更好的應(yīng)用控制。

近幾年來(lái)為簡(jiǎn)化布線(xiàn)和縮短安裝時(shí)間，在溫度控制器內(nèi)部集成其他功能的方法越來(lái)越普遍。一些中端和高端控制器的核心過(guò)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(gè)系統(tǒng)只配備一個(gè)人機(jī)界面，提高了終端用戶(hù)的工作效率，且過(guò)程控制更加簡(jiǎn)單。

例如，德國(guó)的一家部件制造商需要為石墨電極的加熱熔爐設(shè)計(jì)溫度控制解決方案，這離不開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)的控制器，同時(shí)應(yīng)用的任何升級(jí)都需要控制器具備序列管理等高級(jí)功能，且對(duì)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(duì)熔爐不同區(qū)域的加熱具有不同的加熱速率和加熱強(qiáng)度，因此很容易導(dǎo)致電極因過(guò)度加熱或加熱不均勻而損壞，造成生產(chǎn)浪費(fèi)和嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。

最終解決方案采用了增強(qiáng)型氧氣控制裝置，實(shí)現(xiàn)純凈燃?xì)饧訜帷Ｎ覀兊腒S98-1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(gè)或兩個(gè)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(zhuān)業(yè)知識(shí)。KS98-1控制器不但具有這兩項(xiàng)功能，而且繼續(xù)采用了DIN外殼，但仍然還是一個(gè)DIN控制器而不是PLC控制器，設(shè)置過(guò)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(lái)說(shuō)，溫度和過(guò)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(hù)可以直接通過(guò)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(cè)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(guò)去幾十年間越來(lái)越多的公司為實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量控制，對(duì)先進(jìn)數(shù)據(jù)記錄技術(shù)提出了要求，這反過(guò)來(lái)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(hù)SolentScientific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(zhǎng)時(shí)間段的人類(lèi)活體細(xì)胞研究。該培養(yǎng)室還配備了定時(shí)圖像捕捉功能。

CAL控制器的過(guò)程監(jiān)控軟件支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄，藉此SolentScientific公司可以確保培養(yǎng)室內(nèi)部溫度在長(zhǎng)時(shí)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(jiǎn)化開(kāi)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(zhǎng)足的進(jìn)步，但是設(shè)置過(guò)程仍然停留在自動(dòng)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(jī)器設(shè)備中。

2、溫度控制技術(shù)在未來(lái)會(huì)如何發(fā)展？

擴(kuò)展控制器功能以收集過(guò)程信息的需求、簡(jiǎn)化操作、以及集成共同工作控制元件推動(dòng)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(lái)，控制器將進(jìn)一步成為單一產(chǎn)品而不是單個(gè)裝置，為用戶(hù)帶來(lái)更多應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和控制功能，更高效、準(zhǔn)確地監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

未來(lái)控制器發(fā)展的另一大趨勢(shì)是定制化，即根據(jù)具體的應(yīng)用需求打造客戶(hù)的專(zhuān)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(jiǎn)單，支持工作人員輕松訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)，確保過(guò)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(lái)發(fā)展方向：在標(biāo)準(zhǔn)布線(xiàn)和非工程連通性條件下，以太網(wǎng)通信技術(shù)簡(jiǎn)化了集成，進(jìn)一步增強(qiáng)了易用性和控制功能，優(yōu)化溫度控制。有一點(diǎn)是毋庸置疑的：工業(yè)溫度控制器技術(shù)將繼續(xù)在滿(mǎn)足客戶(hù)不斷變化的應(yīng)用需求這一過(guò)程中繼續(xù)發(fā)展，為客戶(hù)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。