Cẩm nang Bộ điều khiển nhiệt độ

Bộ điều khiển nhiệt độ, Cẩm nang toàn tập

Bộ điều khiển nhiệt độ cần thiết trong mọi tình huống yêu cầu nhiệt độ nhất định phải được giữ ổn định. Điều này có thể xảy ra trong tình huống một đối tượng được yêu cầu làm nóng, làm lạnh hoặc cả hai và duy trì ở nhiệt độ mục tiêu (điểm đặt), bất kể môi trường xung quanh thay đổi. 

Có hai loại điều khiển nhiệt độ cơ bản; điều khiển vòng mở và vòng kín. 

  • Điều khiển Vòng hở: là hình thức cơ bản nhất và áp dụng sưởi ấm / làm mát liên tục mà không quan tâm đến nhiệt độ thực tế đầu ra. Nó tương tự như hệ thống sưởi bên trong xe hơi. Vào những ngày lạnh giá, bạn có thể phải bật nhiệt độ lên đầy để làm ấm xe đến 75 °F. Tuy nhiên, khi thời tiết ấm hơn, cài đặt tương tự sẽ khiến bên trong xe ấm hơn nhiều so với 75 °F mong muốn.
  • Điều khiển vòng kín: phức tạp hơn nhiều so với vòng mở. Trong ứng dụng vòng kín, nhiệt độ đầu ra liên tục được đo và điều chỉnh để duy trì đầu ra không đổi ở nhiệt độ mong muốn. Điều khiển vòng kín luôn có ý thức về tín hiệu đầu ra và sẽ đưa tín hiệu này trở lại quá trình điều khiển. Điều khiển vòng kín tương tự như một chiếc xe có hệ thống kiểm soát khí hậu bên trong. Nếu bạn đặt nhiệt độ xe ở 75 °F, hệ thống kiểm soát khí hậu sẽ tự động điều chỉnh sưởi ấm (trong những ngày lạnh) hoặc làm mát (trong những ngày ấm áp) theo yêu cầu để duy trì nhiệt độ mục tiêu là 75 °F.

1. Bộ Điều Khiển Nhiệt Độ Là Gì?

Bộ điều khiển nhiệt độ là một thiết bị được sử dụng để giữ nhiệt độ mong muốn ở một giá trị xác định.

Ví dụ đơn giản nhất về bộ điều khiển nhiệt độ là một bộ điều chỉnh nhiệt phổ biến trong gia đình. 

  • Một máy nước nóng sử dụng một bộ điều nhiệt để kiểm soát nhiệt độ của nước và duy trì nó ở một nhiệt độ nhất định. 
  • Bộ điều khiển nhiệt độ cũng được sử dụng trong lò nướng. Khi nhiệt độ được đặt cho lò nướng, bộ điều khiển sẽ theo dõi nhiệt độ thực tế bên trong lò. Nếu nó giảm xuống dưới nhiệt độ cài đặt, nó sẽ gửi tín hiệu kích hoạt bộ gia nhiệt để tăng nhiệt độ trở lại điểm đặt. 
  • Bộ điều nhiệt cũng được sử dụng trong tủ lạnh. Vì vậy, nếu nhiệt độ quá cao, bộ điều khiển sẽ bắt đầu hành động để giảm nhiệt độ xuống.

2. Ứng Dụng Bộ Điều Khiển Nhiệt Độ Trong Công Nghiệp

Bộ điều khiển nhiệt độ được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp để quản lý các quy trình hoặc hoạt động sản xuất. Một số ứng dụng phổ biến cho bộ điều khiển nhiệt độ trong công nghiệp bao gồm máy ép đùn và ép nhựa, máy tạo nhiệt, máy đóng gói, chế biến thực phẩm, bảo quản thực phẩm và ngân hàng máu. Sau đây là tổng quan ngắn gọn về một số ứng dụng điều khiển nhiệt độ phổ biến trong công nghiệp:

2.1 Xử lý nhiệt / Lò nướng

Bộ điều khiển nhiệt độ được sử dụng trong lò nướng và trong các ứng dụng xử lý nhiệt trong lò nung, lò nung gốm, nồi hơi và bộ trao đổi nhiệt.

2.2 Trong ngành Bao bì

Trong thế giới đóng gói, máy móc được trang bị thanh niêm phong, máy bôi keo, chức năng nấu chảy nóng, ống co nhiệt hoặc máy dán nhãn phải được thiết kế để hoạt động ở nhiệt độ và thời gian chỉ định. Bộ điều khiển nhiệt độ điều chỉnh chính xác các hoạt động này để đảm bảo sản phẩm đầu ra chất lượng cao.

Ứng dụng bộ điều khiển nhiệt độ cho máy đóng gói
Ứng dụng bộ điều khiển nhiệt độ cho máy đóng gói

2.3 Ngành nhựa

Kiểm soát nhiệt độ trong ngành công nghiệp nhựa phổ biến trên thiết bị làm lạnh, phễu và máy sấy di động và thiết bị đúc và đùn. Trong thiết bị ép đùn, bộ điều khiển nhiệt độ được sử dụng để theo dõi và kiểm soát chính xác nhiệt độ tại các điểm quan trọng khác nhau trong quá trình sản xuất nhựa.

2.4 Chăm sóc sức khỏe

Bộ điều khiển nhiệt độ được sử dụng trong ngành chăm sóc sức khỏe để tăng độ chính xác của việc kiểm soát nhiệt độ. 

Thiết bị thông thường sử dụng bộ điều khiển nhiệt độ bao gồm thiết bị thí nghiệm và thiết bị thử nghiệm, nồi hấp, tủ ấm, thiết bị làm lạnh, buồng nuôi cấy kết tinh và buồng thử nghiệm nơi các mẫu phải được lưu giữ hoặc các phép thử phải được chạy trong các thông số nhiệt độ cụ thể.

2.5 Thực phẩm & nước giải khát

Các ứng dụng chế biến thực phẩm phổ biến liên quan đến bộ điều khiển nhiệt độ bao gồm nấu bia, pha trộn, khử trùng và nấu nướng và nướng lò. Bộ điều khiển điều chỉnh nhiệt độ và / hoặc thời gian xử lý để đảm bảo hiệu suất tối ưu.

3. Các thành phần của bộ điều khiển nhiệt độ

Tất cả các bộ điều khiển đều có một số phần chung. Khởi đầu, bộ điều khiển có đầu vào. Các đầu vào được sử dụng để đo lường một biến số trong quá trình đang được kiểm soát. Trong trường hợp bộ điều khiển nhiệt độ, biến đo được là nhiệt độ.

3.1 Đầu vào

Bộ điều khiển nhiệt độ có thể có một số loại đầu vào. Loại cảm biến đầu vào và tín hiệu cần thiết có thể khác nhau tùy thuộc vào loại quy trình được kiểm soát. Các cảm biến nhiệt độ đầu vào điển hình bao gồm cặp nhiệt điện và thiết bị nhiệt điện trở (RTD), và các đầu vào tuyến tính như mV và mA. 

Các loại cặp nhiệt điện tiêu chuẩn tiêu chuẩn bao gồm các loại J, Loại K (là loại thông dụng nhất), T, R, S, B và L trong số những loại khác.

Bộ điều khiển cũng có thể được thiết lập để chấp nhận RTD làm đầu vào cảm biến nhiệt độ. RTD điển hình sẽ là cảm biến bạch kim Pt100.

Ngoài ra, bộ điều khiển có thể được thiết lập để chấp nhận các tín hiệu điện áp hoặc dòng điện trong dải mV, V hoặc mA từ các loại cảm biến khác như cảm biến áp suất, mức hoặc lưu lượng. Các tín hiệu điện áp đầu vào điển hình bao gồm 0 đến 5VDC, 1 đến 5VDC, 0 đến 10VDC và 2 đến 10VDC. Bộ điều khiển cũng có thể được thiết lập để chấp nhận các tín hiệu milivôn từ các cảm biến bao gồm 0 đến 50mVDC và 10 đến 50mVDC. Bộ điều khiển cũng có thể chấp nhận các tín hiệu miliamp như 0 đến 20mA hoặc 4 đến 20mA.

Một bộ điều khiển thường sẽ kết hợp một tính năng để phát hiện khi một cảm biến đầu vào bị lỗi hoặc vắng mặt. Điều này được gọi là phát hiện đứt cảm biến. Không bị phát hiện, tình trạng lỗi này có thể gây ra thiệt hại đáng kể cho thiết bị đang được điều khiển. Tính năng này cho phép bộ điều khiển dừng quá trình ngay lập tức nếu phát hiện tình trạng đứt cảm biến.

3.2 Kết quả đầu ra

Ngoài các đầu vào, mọi bộ điều khiển cũng có một đầu ra. Mỗi đầu ra có thể được sử dụng để thực hiện một số việc, bao gồm điều khiển quá trình (chẳng hạn như bật nguồn gia nhiệt hoặc nguồn làm mát), cảnh báo hoặc để truyền lại giá trị quá trình tới bộ điều khiển logic có thể lập trình (PLC) hoặc bộ ghi.

Các đầu ra điển hình được cung cấp với bộ điều khiển nhiệt độ bao gồm đầu ra rơle, trình điều khiển rơle trạng thái rắn (SSR), triac và đầu ra tương tự tuyến tính. Đầu ra rơ le thường là rơ le kép (SPDT) đơn cực với cuộn dây điện áp một chiều. Bộ điều khiển cấp điện cho cuộn dây rơ le, cung cấp cách ly cho các tiếp điểm. Điều này cho phép các tiếp điểm điều khiển nguồn điện áp bên ngoài để cung cấp năng lượng cho cuộn dây của công tắc tơ làm nóng lớn hơn nhiều. Điều quan trọng cần lưu ý là định mức hiện tại của các tiếp điểm rơle (của bộ điều khiển) thường nhỏ hơn 2A. Các tiếp điểm (rờ le trung gian) có thể điều khiển một công tắc tơ gia nhiệt có định mức 10–20A được sử dụng bởi các dải sưởi hoặc các bộ phận làm nóng.

Một loại đầu ra khác là trình điều khiển SSR. Đầu ra trình điều khiển SSR là đầu ra logic bật hoặc tắt rơle SSR. Hầu hết các rơle trạng thái rắn yêu cầu 3 đến 32VDC để bật. Tín hiệu bật trình điều khiển SSR điển hình 10V có thể điều khiển ba rơle trạng thái rắn.

Một triac cung cấp chức năng chuyển tiếp mà không cần bất kỳ bộ phận chuyển động nào. Nó là một thiết bị trạng thái rắn điều khiển dòng điện lên đến 1A. Đầu ra triac có thể cho phép một số lượng dòng điện rò, thường nhỏ hơn 50mA. Dòng điện rò này không ảnh hưởng đến các mạch công tắc tơ làm nóng, nhưng có thể là vấn đề nếu đầu ra được sử dụng để kết nối với một mạch trạng thái rắn khác, chẳng hạn như đầu vào PLC. Nếu điều này là một mối quan tâm, một tiếp điểm rơle tiêu chuẩn sẽ là một lựa chọn tốt hơn. Nó cung cấp dòng điện bằng 0 tuyệt đối khi đầu ra không được cấp điện và các tiếp điểm đang mở.

Đầu ra tương tự được cung cấp trên một số bộ điều khiển đưa ra tín hiệu 0–10V hoặc tín hiệu 4–20mA. Các tín hiệu này được hiệu chỉnh để tín hiệu thay đổi theo tỷ lệ phần trăm của đầu ra. Ví dụ: nếu bộ điều khiển đang gửi tín hiệu 0%, đầu ra tương tự sẽ là 0V hoặc 4mA. Khi bộ điều khiển đang gửi tín hiệu 50%, đầu ra sẽ là 5V hoặc 12mA. Khi bộ điều khiển đang gửi tín hiệu 100%, đầu ra sẽ là 10V hoặc 20mA.

3.3 Các thông số khác

Bộ điều khiển nhiệt độ có một số thông số khác, một trong số đó là điểm đặt (Set Point). Về cơ bản, điểm đặt là một giá trị mục tiêu được đặt bởi người vận hành mà bộ điều khiển sẽ giữ ổn định quanh giá trị đó. Ví dụ, nhiệt độ điểm đặt là 30 ° C có nghĩa là bộ điều khiển sẽ cố gắng giữ nhiệt độ ở giá trị này.

Một tham số khác là giá trị cảnh báo. Điều này được sử dụng để chỉ ra khi một quá trình đã đạt đến một số điều kiện nhất định. Có một số biến thể về các loại cảnh báo. Ví dụ, một báo động cao có thể chỉ ra rằng nhiệt độ đã trở nên nóng hơn một số giá trị cài đặt (Max). Tương tự như vậy, một cảnh báo thấp cho biết nhiệt độ đã giảm xuống dưới một số giá trị cài đặt (Min).

Ví dụ, trong hệ thống kiểm soát nhiệt độ, cảnh báo cố định cao ngăn nguồn nhiệt làm hỏng thiết bị bằng cách khử năng lượng của nguồn nếu nhiệt độ vượt quá một số giá trị điểm đặt. Mặt khác, một cảnh báo cố định thấp có thể được đặt nếu nhiệt độ thấp có thể làm hỏng thiết bị do đóng băng.

Bộ điều khiển cũng có thể kiểm tra thiết bị đầu ra bị hỏng, chẳng hạn như bộ phận gia nhiệt bị hở, bằng cách kiểm tra lượng tín hiệu đầu ra và so sánh với lượng thay đổi được phát hiện trong tín hiệu đầu vào. Ví dụ, nếu tín hiệu đầu ra là 100% và cảm biến đầu vào không phát hiện bất kỳ sự thay đổi nào về nhiệt độ sau một khoảng thời gian nhất định, bộ điều khiển sẽ xác định rằng vòng lặp bị hỏng. Tính năng này được gọi là Cảnh báo vòng lặp.

Một loại báo động khác là báo động lệch. Giá trị này được đặt ở một số giá trị cộng hoặc trừ từ điểm đặt. Cảnh báo độ lệch giám sát điểm đặt quá trình. Người vận hành được thông báo khi quá trình bắt đầu thay đổi một số lượng được lập trình trước so với điểm đặt. Một biến thể của cảnh báo độ lệch là cảnh báo dải. Báo động này sẽ kích hoạt trong hoặc ngoài dải nhiệt độ được chỉ định. Thông thường, các điểm báo động nằm trên một nửa và một nửa dưới điểm đặt bộ điều khiển.

Ví dụ: nếu điểm đặt là 150 ° và cảnh báo độ lệch được đặt ở ± 10 °, thì cảnh báo sẽ được kích hoạt khi nhiệt độ đạt đến 160 ° ở đầu cao hoặc 140 ° ở mức thấp. Nếu điểm đặt được thay đổi thành 170 °, cảnh báo cao sẽ kích hoạt ở 180 ° và báo động thấp ở 160 °. Một bộ thông số phổ biến khác của bộ điều khiển là thông số PID. PID, viết tắt của tỷ lệ, tích phân, đạo hàm, là một chức năng điều khiển nâng cao sử dụng phản hồi từ quá trình được kiểm soát để xác định cách tốt nhất để kiểm soát quá trình đó.

4. Bộ điều khiển nhiệt độ hoạt động như thế nào

Tất cả các bộ điều khiển, từ cơ bản đến phức tạp nhất, hoạt động khá giống nhau. Bộ điều khiển kiểm soát hoặc giữ một số biến hoặc tham số ở một giá trị đã đặt. Có hai biến được yêu cầu bởi bộ điều khiển; tín hiệu đầu vào thực tế và giá trị điểm đặt mong muốn. Tín hiệu đầu vào còn được gọi là giá trị quá trình (PV). Đầu vào cho bộ điều khiển được lấy mẫu nhiều lần mỗi giây, tùy thuộc vào bộ điều khiển.

Giá trị đầu vào này sau đó được so sánh với giá trị điểm đặt. Nếu giá trị thực tế không khớp với điểm đặt, bộ điều khiển sẽ tạo ra sự thay đổi tín hiệu đầu ra dựa trên sự khác biệt giữa điểm đặt và giá trị quá trình và liệu giá trị quá trình có đang tiến gần đến điểm đặt hay lệch xa điểm đặt hay không. Tín hiệu đầu ra này sau đó bắt đầu một số loại phản hồi để điều chỉnh giá trị thực sao cho phù hợp với điểm đặt. Thông thường, thuật toán điều khiển cập nhật giá trị công suất đầu ra sau đó được áp dụng cho đầu ra.

Hành động điều khiển được thực hiện phụ thuộc vào loại bộ điều khiển. Ví dụ: nếu bộ điều khiển là bộ điều khiển BẬT / TẮT (ON/OFF), bộ điều khiển sẽ quyết định xem đầu ra cần được bật, tắt hoặc để ở trạng thái hiện tại.

Điều khiển ON / OFF là một trong những loại điều khiển đơn giản nhất để thực hiện. Nó hoạt động bằng cách thiết lập một dải trễ. Ví dụ, một bộ điều khiển nhiệt độ có thể được đặt để kiểm soát nhiệt độ bên trong phòng. Nếu điểm đặt là 68 °F và nhiệt độ thực tế giảm xuống 67 °F, tín hiệu lỗi sẽ hiển thị chênh lệch –1 °. Sau đó, bộ điều khiển sẽ gửi một tín hiệu để tăng nhiệt áp dụng để tăng nhiệt độ trở lại điểm đặt 68 °. Khi nhiệt độ đạt đến 68 °, lò sưởi sẽ tắt. Đối với nhiệt độ từ 68 ° đến 67 °, bộ điều khiển không hoạt động và máy sưởi vẫn tắt. Tuy nhiên, khi nhiệt độ đạt đến 67 °, máy sưởi sẽ lại hoạt động.

Không giống như điều khiển ON / OFF, điều khiển PID xác định giá trị đầu ra chính xác cần thiết để duy trì nhiệt độ mong muốn. Công suất đầu ra có thể nằm trong khoảng từ 0 đến 100%. Khi loại đầu ra tương tự được sử dụng, ngõ ra điều khiển tỷ lệ với giá trị công suất đầu ra. Tuy nhiên, nếu đầu ra là loại đầu ra nhị phân chẳng hạn như rơ le, trình điều khiển SSR hoặc triac, thì đầu ra phải được điều chỉnh theo thời gian để có được biểu diễn tương tự.

Hệ thống định thời sử dụng thời gian chu kỳ để cân đối giá trị đầu ra. Nếu thời gian chu kỳ được đặt thành 8 giây, hệ thống đang sử dụng 50% công suất sẽ bật đầu ra trong 4 giây và tắt trong 4 giây. Miễn là giá trị công suất không thay đổi, giá trị thời gian sẽ không thay đổi. Theo thời gian, nguồn được tính trung bình đến giá trị lệnh 50%, một nửa bật và một nửa tắt. Nếu công suất đầu ra cần là 25%, thì trong cùng thời gian chu kỳ 8 giây, đầu ra sẽ bật trong 2 giây và tắt trong 6 giây.

Tất cả mọi thứ đều như nhau, thời gian chu kỳ ngắn hơn là mong muốn vì bộ điều khiển có thể phản ứng nhanh hơn và thay đổi trạng thái của đầu ra đối với những thay đổi nhất định trên quy trình. Do cơ chế của rơ le, thời gian chu kỳ ngắn hơn có thể rút ngắn tuổi thọ của rơ le, và không nên dưới 8 giây. Đối với các thiết bị chuyển mạch trạng thái rắn như trình điều khiển SSR hoặc triac, thời gian chuyển mạch nhanh hơn sẽ tốt hơn. Thời gian chuyển đổi lâu hơn, bất kể loại đầu ra nào, cho phép giá trị quá trình dao động nhiều hơn. Quy tắc chung là, CHỈ nếu quy trình cho phép, khi sử dụng đầu ra rơle, thời gian chu kỳ dài hơn được mong muốn.

6. Tính năng bổ sung

Bộ điều khiển cũng có thể có một số tính năng tùy chọn bổ sung. Một trong số đó là khả năng giao tiếp. Một liên kết giao tiếp cho phép bộ điều khiển giao tiếp với PLC hoặc máy tính. Điều này cho phép trao đổi dữ liệu giữa bộ điều khiển và máy chủ. Một ví dụ về trao đổi dữ liệu điển hình sẽ là máy tính chủ hoặc PLC đọc giá trị quá trình.

Tùy chọn thứ hai là điểm đặt từ xa. Tính năng này cho phép một thiết bị từ xa, chẳng hạn như PLC hoặc máy tính, thay đổi điểm đặt bộ điều khiển. Tuy nhiên, không giống như khả năng giao tiếp được đề cập ở trên, đầu vào điểm đặt từ xa sử dụng tín hiệu đầu vào tương tự tuyến tính tỷ lệ với giá trị điểm đặt. Điều này mang lại cho người vận hành sự linh hoạt hơn bằng cách có thể thay đổi điểm đặt từ một vị trí từ xa. Tín hiệu điển hình có thể là 4–20mA hoặc 0–10VDC.

Một tính năng phổ biến khác được cung cấp với bộ điều khiển là khả năng định cấu hình chúng bằng phần mềm đặc biệt trên PC được kết nối qua liên kết truyền thông. Điều này cho phép cấu hình bộ điều khiển nhanh chóng và dễ dàng và cũng là tùy chọn để lưu cấu hình để sử dụng trong tương lai.

Một tính năng phổ biến khác là đầu vào kỹ thuật số. Đầu vào kỹ thuật số có thể hoạt động cùng với một điểm đặt từ xa để chọn điểm đặt cục bộ hoặc từ xa cho bộ điều khiển. Nó cũng có thể được sử dụng để chọn giữa điểm đặt 1 và điểm đặt 2 như được lập trình trong bộ điều khiển. Đầu vào kỹ thuật số cũng có thể đặt lại từ xa một thiết bị giới hạn nếu nó đã đi vào điều kiện giới hạn.

Các tính năng tùy chọn khác bao gồm nguồn điện máy phát được sử dụng để cấp nguồn cho cảm biến 4–20mA. Bộ nguồn này được sử dụng để cấp nguồn 24VDC ở mức tối đa là 40mA.

Trong một số ứng dụng, màn hình hai màu cũng có thể là một tính năng đáng mong đợi, giúp dễ dàng xác định các trạng thái bộ điều khiển khác nhau. Một số sản phẩm cũng có màn hình có thể thay đổi từ màu đỏ sang màu xanh lục hoặc ngược lại tùy thuộc vào các điều kiện được lập trình trước, chẳng hạn như biểu thị tình trạng báo động. Trong trường hợp này, không có cảnh báo nào có thể được hiển thị bằng màn hình màu xanh lá cây, nhưng nếu có cảnh báo, màn hình sẽ chuyển sang màu đỏ.

7. Các loại Bộ điều khiển

Bộ điều khiển nhiệt độ có nhiều kiểu dáng khác nhau với một loạt các tính năng và khả năng. Cũng có nhiều cách để phân loại bộ điều khiển theo khả năng chức năng của chúng. Nói chung, bộ điều khiển nhiệt độ là một vòng lặp hoặc nhiều vòng lặp. Bộ điều khiển vòng đơn có một đầu vào và một hoặc nhiều đầu ra để điều khiển hệ thống nhiệt. Mặt khác, bộ điều khiển nhiều vòng có nhiều đầu vào và đầu ra và có khả năng điều khiển một số vòng trong một quy trình. Nhiều vòng điều khiển hơn cho phép kiểm soát nhiều chức năng của hệ thống quy trình hơn.

Các bộ điều khiển vòng lặp đơn đáng tin cậy bao gồm từ các thiết bị cơ bản yêu cầu thay đổi điểm đặt thủ công đơn lẻ đến các bộ cấu hình phức tạp có thể tự động thực hiện tối đa tám thay đổi điểm đặt trong một khoảng thời gian nhất định.

7.1 Điều khiển Analog

Loại bộ điều khiển cơ bản, đơn giản nhất là bộ điều khiển tương tự. Bộ điều khiển analog có chi phí thấp, bộ điều khiển đơn giản, đủ linh hoạt để điều khiển quy trình chắc chắn, đáng tin cậy trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt, bao gồm cả những môi trường có nhiễu điện đáng kể. Màn hình bộ điều khiển thường là một núm xoay.

Bộ điều khiển tương tự cơ bản được sử dụng hầu hết trong các hệ thống nhiệt không quan trọng hoặc không phức tạp để cung cấp điều khiển nhiệt độ BẬT-TẮT đơn giản cho các ứng dụng tác động trực tiếp hoặc ngược lại. Bộ điều khiển cơ bản chấp nhận đầu vào cặp nhiệt điện hoặc RTD và cung cấp chế độ điều khiển công suất phần trăm tùy chọn cho các hệ thống không có cảm biến nhiệt độ. 

Hạn chế cơ bản của chúng là thiếu màn hình hiển thị dễ đọc và thiếu sự tinh vi cho các tác vụ điều khiển khó khăn hơn. Thêm vào đó, việc không có bất kỳ khả năng giao tiếp nào sẽ hạn chế việc sử dụng chúng trong các ứng dụng đơn giản như BẬT / TẮT bộ phận sưởi ấm hoặc thiết bị làm mát.

7.2 Bộ điều khiển Giới hạn

Các bộ điều khiển này cung cấp khả năng kiểm soát giới hạn an toàn đối với nhiệt độ của quá trình. Chúng không có khả năng tự kiểm soát nhiệt độ. Nói một cách đơn giản, bộ điều khiển giới hạn là thiết bị an toàn độc lập được sử dụng cùng với một vòng điều khiển hiện có. Chúng có khả năng chấp nhận đầu vào cặp nhiệt điện, RTD hoặc quá trình với các giới hạn được đặt cho nhiệt độ cao hoặc thấp giống như một bộ điều khiển thông thường. 

Điều khiển giới hạn là then chốt và là một phần của mạch điều khiển dự phòng để chủ động ngắt hệ thống nhiệt trong trường hợp điều kiện vượt quá giới hạn. Người vận hành phải thiết lập lại đầu ra giới hạn; nó sẽ không tự thiết lập lại khi điều kiện giới hạn không tồn tại. Một ví dụ điển hình là ngắt an toàn cho lò. Nếu lò vượt quá nhiệt độ cài đặt nào đó, thiết bị giới hạn sẽ tắt hệ thống.

7.3 Bộ điều khiển nhiệt độ đa năng

Bộ điều khiển nhiệt độ đa năng được sử dụng để điều khiển hầu hết các quá trình điển hình trong công nghiệp. Thông thường, chúng có nhiều kích thước DIN, có nhiều đầu ra và các chức năng đầu ra có thể lập trình được. Các bộ điều khiển này cũng có thể thực hiện điều khiển PID cho các tình huống điều khiển chung tuyệt vời. Theo truyền thống, chúng được đặt ở bảng điều khiển phía trước với màn hình hiển thị để người vận hành dễ dàng tiếp cận.

Hầu hết các bộ điều khiển nhiệt độ kỹ thuật số hiện đại có thể tự động tính toán các thông số PID để có hiệu suất hệ thống nhiệt tối ưu bằng cách sử dụng các thuật toán tự động điều chỉnh tích hợp của chúng. Các bộ điều khiển này có chức năng điều chỉnh trước để tính toán ban đầu các thông số PID cho một quy trình và chức năng điều chỉnh liên tục để liên tục tinh chỉnh các thông số PID. Điều này cho phép thiết lập nhanh chóng, tiết kiệm thời gian và giảm lãng phí.

7.4 Bộ điều khiển động cơ van

Một loại đặc biệt của bộ điều khiển đa năng là bộ điều khiển động cơ van (VMD). Các bộ điều khiển này được thiết kế đặc biệt để điều khiển động cơ van được sử dụng trong các ứng dụng sản xuất như điều khiển đầu đốt gas trên dây chuyền sản xuất. Các thuật toán điều chỉnh đặc biệt cung cấp khả năng điều khiển chính xác và phản ứng đầu ra nhanh chóng mà không cần phản hồi hoặc kiến ​​thức quá nhiều về các thuật toán điều chỉnh PID. Bộ điều khiển VMD kiểm soát vị trí của van, trong khoảng từ 0% đến 100% mở, tùy thuộc vào nhu cầu năng lượng của quá trình tại bất kỳ thời điểm nào.

7.5 Điều khiển theo biên dạng

Bộ điều khiển biên dạng (ĐKBD), còn được gọi là ramp-soak controllers, cho phép người vận hành lập trình một số điểm đặt và thời gian ở mỗi điểm đặt. Lập trình thay đổi điểm đặt được gọi là đoạn dốc (Ramp) và thời gian ở lại mỗi điểm đặt được gọi là ngâm (Soak) hoặc dừng. Một đoạn dốc (Ramp) hoặc một đoạn ngâm (soak) được coi là một đoạn. Một bộ điều khiển biên dạng cung cấp khả năng nhập một số phân đoạn để cho phép các cấu hình nhiệt độ phức tạp. Các cấu hình có thể được người điều hành gọi là công thức nấu ăn. Hầu hết các bộ điều khiển biên dạng đều cho phép lưu trữ nhiều công thức nấu ăn để sử dụng sau này. Các bộ ĐKBD nhỏ hơn có thể cho phép bốn công thức nấu ăn với mười sáu phân đoạn, mỗi bộ hồ sơ nâng cao hơn cho phép nhiều công thức và phân đoạn hơn.

Bộ ĐKBD có thể thực hiện các cấu hình dốc và ngâm như thay đổi nhiệt độ theo thời gian, cùng với thời gian giữ và ngâm / chu kỳ, tất cả đều không được người vận hành giám sát.

Các ứng dụng điển hình cho bộ điều khiển hồ sơ bao gồm xử lý nhiệt, ủ, buồng môi trường và lò quy trình phức tạp.

7.6 Bộ điều khiển Nhiều vòng lặp

Bên cạnh bộ điều khiển vòng đơn chỉ có thể điều khiển một vòng lặp quá trình, bộ điều khiển nhiều vòng có thể điều khiển nhiều vòng lặp, nghĩa là chúng có thể chấp nhận nhiều hơn một biến đầu vào.

Nói chung, một bộ điều khiển nhiều vòng có thể được coi là một thiết bị có nhiều bộ điều khiển nhiệt độ riêng lẻ bên trong một khung máy duy nhất. Chúng thường được gắn phía sau bảng điều khiển thay vì phía trước bảng điều khiển vòng lặp đơn đa năng. Lập trình bất kỳ một trong các vòng lặp tương tự như lập trình bộ điều khiển nhiệt độ gắn trên bảng điều khiển. Tuy nhiên, các hệ thống đa vòng có xu hướng không có giao diện người dùng vật lý, truyền thống (không có màn hình hoặc thiết bị chuyển mạch), thay vào đó sử dụng một liên kết truyền thông chuyên dụng.

Bộ điều khiển nhiều vòng cần được định cấu hình bằng chương trình phần mềm chuyên dụng trên PC có thể tải cấu hình xuống bộ điều khiển bằng giao diện truyền thông chuyên dụng.

Thông tin có thể được truy xuất thông qua một giao diện truyền thông. Các giao diện truyền thông phổ biến được hỗ trợ bao gồm DeviceNet, Profibus, MODBUS / RTU, CanOPEN, Ethernet / IP và MODBUS / TCP.

Bộ điều khiển đa vòng cung cấp một hệ thống mô-đun nhỏ gọn có thể hoạt động trong một hệ thống độc lập hoặc trong môi trường PLC. Để thay thế cho điều khiển nhiệt độ trong PLC, chúng cung cấp khả năng điều khiển PID nhanh và giảm tải phần lớn công việc toán học chuyên sâu từ bộ xử lý PLC, cho phép tốc độ quét PLC nhanh hơn. Để thay thế cho nhiều bộ điều khiển DIN, chúng cung cấp một điểm truy cập phần mềm duy nhất vào tất cả các vòng điều khiển. Giảm chi phí lắp đặt bằng cách loại bỏ nhiều hệ thống dây điện, cắt bỏ bảng điều khiển và tiết kiệm không gian bảng điều khiển.

Bộ điều khiển nhiều vòng cung cấp một số tính năng bổ sung không có sẵn trên bộ điều khiển gắn trên bảng điều khiển truyền thống. Ví dụ, bộ điều khiển nhiều vòng có mật độ vòng lặp cao hơn cho một không gian nhất định. Một số hệ thống điều khiển nhiệt độ nhiều vòng có thể có tối đa 32 vòng điều khiển trong một gói lắp trên thanh DIN không dài hơn 8 “. Chúng cũng giảm bớt hệ thống dây điện bằng cách có một điểm kết nối chung cho các giao diện cung cấp điện và truyền thông.

Bộ điều khiển nhiệt độ nhiều vòng cũng có các tính năng bảo mật nâng cao, một trong số đó là sự vắng mặt của các nút mà bất kỳ ai cũng có thể thay đổi các cài đặt quan trọng. Bằng cách có toàn quyền kiểm soát thông tin được đọc hoặc ghi vào bộ điều khiển, người chế tạo máy có thể giới hạn thông tin mà bất kỳ người vận hành nhất định nào có thể đọc hoặc thay đổi, ngăn ngừa các điều kiện không mong muốn xảy ra, chẳng hạn như đặt điểm đặt quá cao đến một phạm vi có thể làm hỏng sản phẩm hoặc máy. Ngoài ra, các mô-đun bộ điều khiển có thể được hoán đổi nóng. Điều này cho phép thay đổi mô-đun bộ điều khiển mà không cần phải tắt nguồn hệ thống. Các mô-đun cũng có thể tự động cấu hình sau khi hoán đổi nóng.

8. Các đặc điểm khác của bộ điều khiển nhiệt độ

8.1 Cung cấp hiệu điện thế

Thông thường, có hai tùy chọn điện áp cung cấp khi nói đến bộ điều khiển nhiệt độ: điện áp thấp (24VAC / DC) và điện áp cao (110-230VAC).

8.2 Kích thước

Bộ điều khiển có một số kích thước tiêu chuẩn được gọi bằng số DIN như 1/4 DIN, 1/8 DIN, 1/16 DIN và 1/32 DIN. DIN là từ viết tắt của tạm dịch “Deutsche Institut fur Normung,” một tổ chức đo lường và tiêu chuẩn của Đức. Đối với mục đích của chúng tôi, DIN chỉ đơn giản chỉ ra rằng một thiết bị tuân thủ tiêu chuẩn được chấp nhận chung về kích thước bảng điều khiển.

Kích thước nhỏ nhất là 1/32 DIN, là 24mm × 48mm, với đường cắt bảng tương ứng là 22,5mm × 45mm. Kích thước tiếp theo tăng lên là 1/16 DIN có kích thước 48mm × 48mm với kích thước cắt bảng là 45mm × 45mm. 1/8 DIN là 48mm × 96mm với đường cắt bảng 45mm × 92mm. Cuối cùng, kích thước lớn nhất là 1/4 DIN có kích thước 96mm × 96mm với đường cắt bảng 92mm × 92mm.

Điều quan trọng cần lưu ý là các tiêu chuẩn DIN không xác định độ sâu của bộ điều khiển phía sau bảng điều khiển. Các tiêu chuẩn chỉ cho phép kích thước bảng mặt trước và kích thước cắt bảng điều khiển.

8.3 Agency Approvals

Điều mong muốn đối với bộ điều khiển nhiệt độ phải có một số loại phê duyệt của cơ quan để đảm bảo rằng bộ điều khiển đáp ứng một bộ tiêu chuẩn an toàn tối thiểu. Loại phê duyệt phụ thuộc vào quốc gia mà bộ điều khiển sẽ được sử dụng. Sự chấp thuận phổ biến nhất, đăng ký UL và cUL, áp dụng cho tất cả các bộ điều khiển được sử dụng ở Hoa Kỳ và Canada. Thông thường, có một chứng nhận được yêu cầu cho mỗi quốc gia.

Đối với các bộ điều khiển được sử dụng ở các nước thuộc Liên minh Châu Âu, cần có sự chấp thuận của CE.

Loại phê duyệt thứ ba là FM. Điều này chỉ áp dụng cho các thiết bị giới hạn và cho bộ điều khiển ở Hoa Kỳ và Canada.

8.4 Xếp hạng IP hoặc NEMA

Một đặc tính quan trọng của bộ điều khiển là xếp hạng vỏ của bảng điều khiển phía trước. Các xếp hạng này có thể ở dạng xếp hạng IP hoặc xếp hạng NEMA. Xếp hạng IP (Bảo vệ chống xâm nhập) áp dụng cho tất cả các bộ điều khiển và thường là IP65 trở lên. Điều này có nghĩa là chỉ từ bảng điều khiển phía trước, bộ điều khiển được bảo vệ hoàn toàn khỏi bụi và chống lại các tia nước có áp suất thấp từ mọi hướng với chỉ cho phép xâm nhập hạn chế. Xếp hạng IP được sử dụng ở Hoa Kỳ, Canada và Châu Âu.

Xếp hạng NEMA (Hiệp hội các nhà sản xuất điện quốc gia) của bộ điều khiển song song với xếp hạng IP. Hầu hết các bộ điều khiển có xếp hạng NEMA 4 hoặc 4X, có nghĩa là chúng có thể được sử dụng trong các ứng dụng chỉ cần rửa sạch bằng nước (không phải dầu hoặc dung môi). Chữ ‘X’ trong xếp hạng NEMA 4X có nghĩa là mặt trước sẽ không bị ăn mòn. Xếp hạng NEMA được sử dụng chủ yếu ở Hoa Kỳ và Canada.


Cảm ơn Bạn đã đọc bài chia sẻ

Chúc Bạn thành công

Tâm Mr. – Admin

Auto Adaptive PID Controller-N1200

PRETEM – Nhà phân phối Bộ Điều Khiển Nhiệt Độ, PID

Hãng NOVUS – BRAZIL

Liên hệ báo giá tốt: 0979 822 782

Email: sales@pretem.com

Thư viện bài viết:

Chia sẻ Bài viết cho Bạn của Bạn!

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *