工业过程控制常用名词解释

PID控制与调节原理

ALTEC控制器能自动对诸如温度、湿度、压力、流量等过程变量进行测控—实际上，大多数的物理量都能用模拟信号来描述。下例中，以最常见的温度变量来说明控制原理，该原理对于其它的模拟变量也是适用的。

上面是一个温度闭环控制系统示意图。它由测量温度的传感器、控制器和功率调节器组成。

在工作过程中，控制器将实时测量温度和被称为“设定值”（Setting Value）的目标温度进行比较，然后通过调节输出功率使它们达到同一个温度值。

测量温度值通常被称为过程值（Process Value），或缩写为PV。

设定值和测量值之差被称为“误差信号”。

首先，自动控制器需要对实时过程值进行测量。

ALTEC控制器几乎可以接受任何类型的传感器输入。

必要时，须在仪表内对测量值进行标定（线性化）。

在温度应用系统中，热电偶和热电阻是最常用的温度传感器，选用类型则取决于温度范围和它工作的环境。

在本目录的传感器条目中，你将得到关于热电偶和热电阻的更为详尽的信息。

在有的应用场合中，温度传感器不能（或很难）附着并固定安装，此时，可以考虑使用非接触式的红外或光学高温温度计。

ALTEC控制器能直接接受来自应变仪、压力、流量或pH传感器的信号。

在大型应用项目中，通常使用信号调节器将传感器的测量值变送为4~20mA或0~10Vdc的信号后再输入控制器。在ALTEC的系列控制器中，可以很方便地将输入标定到想得到的显示范围。

控制器需要输出信号对加热功率、流量或者压力等过程值进行实时调节，以达到控制的目的。

主要的输出类型有：

继电器，对交流接触器或电磁阀进行操作，可用于加热/冷却应用系统。

逻辑电平，用于驱动固态继电器。固态继电器优点：寿命长、免维护和快速响应，主要应用于需高精度控温场合。

可控硅过零输出，具有与固态继电器相同的优点，应用于大功率场合更为理想。

直流电流或电压，可用于阀位控制，或驱动可控硅移相模块（用于单相或三相加热应用系统），或驱动变频器等应用场合。

ON/OFF控制的动作如下图所示。当温度低于设定值时，加热继电器吸合，满功率运行；当温度高于设定值时，加热继电器断开，输出关闭。实测温度将在设定值上下出现振荡，振幅和周期和系统的热惯性有关，主要应用于对控温精度要求不高的场合。

测量值PV在设定值SP附近时，因波动等关系，继电器触点常发生反复动作，设定一动作回差值，即可防止继电器的反复动作。

在大部分工业处理中（比如，塑料挤出、金属处理或者半导体处理），要求对温度进行稳定的“直线”控制，如下图。ALTEC采用高级PID算法来达到这个要求。

PID控制也叫做“三项”控制。这三项是：

P—Proportional，比例

I—Integral，积分

D—Derivative，微分

控制器把的输出就是三面上个项目之和。

这一组合输出是误差信号的大小和持续时间和温度（或过程值）的变化速率的函数。

当ALTEC控制器作为曲线程序控制器使用时，相当于控制器内有一个设定值发生器和一个PID控制器。

设定值发生器按照设定的曲线不断地修改目标值（SV），PID控制器按照目标值(SV)进行控制，使得实测值(PV)跟踪目标值进行变化，达到曲线程序控制的目的。

为了获得高精度的温度控制效果，PID控制器需要根据温度偏差对输出功率从0 到 100%进行平滑调节。

时间比例输出通过改变电磁继电器、可控硅或固态继电器输出的吸合时间比来得到0 到 100%的可变功率。下面的插图形象地阐明了这一原理。

时间比例输出的动作周期时间越短，加热输出功率越均匀，控温精度越高。但频繁动作缩短电磁继电器的使用寿命。

在一般的加热系统中，采用电磁继电器，加热动作周期一般设为20秒，在热惯性较小的系统需要一个更短的动作周期。此时，通常使用固态继电器或可控硅，加热动作周期一般设为0.2秒到2秒。

电动阀有两个绕组，其中一个用于开阀，另一个则用于关阀。电动阀的阀位控制是通过调节开阀时间或关阀时间来实现的。有的阀配备用于阀位反馈的电位计，有的则没有。

ALTEC控制器有专为电动阀位控制而设计的算法。可满足电动阀阀位控制。