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电子温控器

电力调整器 概要
 
用语说明 使用注意事项
Q&A 发现并处理故障
 
温控器 概要

■温度控制的构成例

介绍进行温度控制的基本结构。根据温度调节器的种类选择不同可连接传感器与操作器。
 



■温度控制

向温控器输入设定值使其动作, 但在有些控制对象的特性下可能 无法立刻让温度稳定下来。一般来说要加快响应速度, 就会产生 温度超出的超调和温度振荡, 如果要消除这些现象就只能延迟响 应速度。但是在有些用途下, 例如图(1)那样虽然发生了超调仍要 求尽快恢复稳定控制, 或者如图(3)那样就算费些时间仍希望抑制 超调的情况也存在。也就是说对温度控制的评价随用途、目的的 不同而不同。一般认为图(2) 为适当的控制波形。

( 1 ) 振动的响应(几 次重复超调后才稳 定下来)
( 2 ) 适合的响应
( 3 ) 难以到达变更后的 设定值的响应(缓 慢)

■控制对象的特性

要用温度控制来进行适当的控制, 在选择温控器和测温体之前, 必须充分了解控制对象的热特性。


ON/OFF动作

如图所示, 当前温度如果低于设定值, 将输出ON, 向加热器通 电。如果高于设定值, 将输出OFF后切断加热器。象这样以设定 值为标准重复进行ON、OFF操作,将温度保持在固定水平的控制 方式就称为ON/OFF动作。另外, 操作量以设定值为标准按0%和 100%2个值进行动作, 因此也称为双位置动作。


P动作(比例动作)

输出与输入成比例的输出的一种控制动作。
对于设定值具有一个比例带, 其中操作量(控制输出量) 与偏差 成比例的动作就称为比例动作。
一般当前温度低于比例带时操作量就为100%, 在比例带之内时操 作量与偏差成比例逐渐缩小, 设定值和当前温度一致(无偏差) 后操作量就为50%。也就是说,和ON/OFF动作相比这种控制的振 荡较小且比较平滑。


I 动作(积分动作)

输出与输入的时间积分值成比例的输出的一种控制动作。在比例 动作中会产生偏移。
因此在比例动作的同时配合使用积分动作, 随着时间推移, 偏移 会逐渐消失, 控制温度就会与设定值变为一致。


D动作(微分动作)

输出与输入的时间微分值成比例的输出的一种控制动作。比例动 作和积分动作是对于控制结果的一种修正, 因此对于剧烈的变 化, 响应必定会变慢。微分动作就是对这种现象的一种补救措 施。通过添加与温度变化的斜率成比例的操作量来进行修正动 作。对于剧烈的干扰给予较大的操作量, 尽早使其恢复原先的控 制状态的一种动作。



PID控制

PID控制就是将比例动作、积分动作、微分动作组合起来的一种 控制。用比例动作进行没有振荡的平滑控制, 用积分动作自动修 正偏移, 用微分动作加快对于噪声的响应。


2自由度PID控制

以前的PID控制方式中, 用同一个调节部位控制对目标值的响应 和对干扰的响应。因此, 在调节部位的PID参数设定中如果重视 ①干扰响应(一般P、I设定得较小, D设定得较大), 目标值响 应则振动(出现超调) , 反过来如果重视②目标值响应(一般 P设定得较大, I也设定得较大), 干扰响应就会变慢, 无法同时 满足双方的响应性是这种方式的缺点。
为了消除这个缺点, 可以通过引进2自由度PID控制方式, 在保留 PID的优点的同时, 可以同时满足③目标值响应和干扰响应。

 

温控器 用语说明

■关于控制的术语说明

●调节灵敏度
在ON/OFF 控制中由于通过设定值进行ON或OFF, 因此只要有稍 微的温度变化输出就会频繁发生变化。这样会缩短输出继电器的 寿命,并对连接装置产生不利影响。为了防止这种情况,在ON、 OFF的动作中设置空隙(滞后)。
把这个动作空隙称为调节灵敏度。
调节灵敏度(反动作)


调节灵敏度(正动作)


●偏移
在比例动作中, 即使通过控制对象的热容量和加热器容量达到稳 定状态, 对于设定值也会产生一定的误差。把这个误差称为偏 移。该偏移也可能会超过设定值。


●振荡和超调
ON/OFF动作时容易发生如图所示的波形。如下图所示, 把动作 开始后达到设定值并超过的现象称为超调, 把在设定值周围进行 振动的现象称为振荡。这种现象越少, 控制就越好。
ON-OFF动作中的振荡和超调


●控制周期和时分割比例动作
在P动作等中使用继电器或SSR输出操作量时, 根据事先设定的时 间周期,重复执行在一定时间内为ON,在其余时间内为OFF的方 法来进行。把事先设定的时间周期称为控制周期, 把上述动作方 法称为时分割比例动作(时间比例式控制动作)。


●微分时间
对于下图所示的坡状偏差,把微分操作量达到与比例动作相 同的操作量为止的时间称为微分时间。因此微分时间越长, 微分动作进行的修正越强。
PD动作和微分时间


●积分时间
对于下图所示的步状偏差, 把积分操作量达到与比例动作相同的 操作量为止的时间称为积分时间。因此积分时间越短, 积分动作 越强。但是如果积分时间过短, 修正动作就会过强, 容易产生振 荡。
PI动作和积分时间


●定置控制
用通常所决定的温度来进行控制。
●程序控制
使按事先规定变化的目标值进行追踪的控制。
自整定
进行温度控制的PID常数根据控制对象的特性, 其数值和组合也 会不同。通常从实际控制这些PID常数的温度波形中获得。把通 过这种方法得到能对各种不同控制对象进行适当控制的PID常数 的方法称为自整定。代表性的方法有步响应法、临界灵敏度法、 限位周期法。
●步响应法
把设定值作为最常用的值。按步状输出操作量100%,测量最大温 度斜率(R) 和浪费时间(L), 由R和L值计算出PID常数。


●临界灵敏度法
从启动时的点(A点) 开始比例动作。使比例带域的宽度逐渐变 窄, 发生温度的振动。这时根据比例带域的值和振动周期(T) 计算出PID常数。


●限位周期法
从启动时的点(A点) 开始ON/OFF动作。根据由此而发生的振 荡周期(T) 和振幅(D) 的值计算出PID 常数。


●PID常数的再调整
根据自整定计算出的PID常数基本上没有問題。
但是根据用途在所测定的PID常数中也会存在不合适的情况。这 时需要参考以下示例, 进行再调整。
使P(比例带域)发生变化时的响应。


使I(积分时间)发生变化时的响应。


使D(微分时间)发生变化时的响应。



模糊自整定

为了进行适当的温度控制, 需要根据控制对象特性决定PID 常 数。在传统温控器中配备自整定功能, 计算PID常数。这时需要 在温控器中显示自整定的开始。会像限位周期法一样发生温度的 混乱。
模糊自整定由温控器自身来决定整定的开始, 在控制中不会发生 温度混乱并进行整定的一种功能。为能始终进行适当控制, 根据 控制对象的特性来调整PID常数。
模糊自整定能在3个模式下工作
·由设定值进行变更时执行整定, 算出PID常数。
·受外界影响温度发生混乱时, 修正PID 常数, 使其达到所规定 的范围。
·发生振荡时修正PID常数, 消除振荡。


自整定

配置在电子温控器 S (E5□S) 中。
根据温度变化倾向计算出合适的比例带域, 自动变更比例带域。


●温控等的PID控制和整定方式一览表

种类名 PID种类PID 2自由度PID
E5□N *   AT、 ST**
E5□R   AT
E5□K   AT、 ST
E5□S ST*  
E5ZN   AT
C200H-TC   AT
C200H-TV   AT
C200H-PID   AT
CQM1-TC   AT
ST : 模糊自整定;ST* : 自整定;
ST ** : 只有在设定值变更中执行;AT : 自整定
* 不包括E5ZN。

控制输出


■关于报警的用语说明

●报警动作
温度控制器将当前温度和事先设定好的值(警告设定值) 进行比 较, 根据设定好的动作方法(动作模式) 进行信号输出和显示。

●偏差报警
根据报警设定值的指定方法, 以温度控制器的设定值为中心, 将 偏离(偏差) 于该数值的值设定为报警设定值。
设定例
报警动作温度设为110℃。
警告设定值设定为10℃。

●绝对值报警
是报警设定值的设定方法, 与温度控制器的设定值无关, 将进行 报警动作的温度设定为报警值。
设定例
报警动作温度设为110℃。
警告设定值设定为110℃。

●带待机时序的报警
开始温度控制时等情况下, 温度可能一开始就包含在报警动作的 指定范围内。因此有时会突然输出报警。为了避免这种情况, 可 以指定带有待机时序功能。电源接通时或控制开始后, 确认温度 曾经在报警范围外, 也就是不发出警告的温度范围内, 以后再次 进入报警范围内以后才发出报警。
设定带待机时序的上下限报警时的报警输出例


●SSR故障报警
(对象机种: E5CN/E5EN/E5AN)
检测SSR的短路故障并进行报警输出。使用电流检测器(CT)检 测加热器中的电流, 输出报警。
●加热器断线报警
(仅能在三相和单相中使用(E5CN/E5EN/E5AN))
为了让控制对象温度上升, 可使用各种加热器。 由于和加热器的 连接断线等而无法提供电力时, 温度控制器能检测出故障并发出 报警。使用电流检测器(CT) 检测流过加热器的电流。


●带闩锁报警
报警动作在温度超出报警范围后会停止报警输出。为了避免这种 情况, 一旦进入报警范围发出报警输出后将持续输出报警直至电 源被切断。


●LBA (在E5□K和E5□N中的动作不同)
(对象机种: E5□K)
LBA (回路断线报警) 在操作量最大或最小的状态下输入如果没 有变化, 将报警告知在控制线路的某个部分出现了故障。因此, 可做为控制线路正确却不动作时的检测手段来使用。
(对象机种:E5CN/E5EN/E5AN)
LBA (回路断线报警) 在一定偏差以上的状态下输入如果没有变 化, 将报警告知在控制线路的某个部分出现了故障。因此, 可做 为控制线路正确却不动作时的检测手段来使用。
●可以用上下限报警来个别设定上限值、下限值
(对象机种:E5□N、E5□R)


■有关测温体的用语说明

●冷接点补偿电路
热电偶的热电动势有温接点和冷接点的温度区别。因此冷接点的 温度变化后, 温接点的温度就算不变测温数据也会变化。因此通 过其他温度传感器来检测冷接点(连接在热电偶上的端子) 的温 度,通常进行电力补偿保持冷接点的温度为0℃。该动作就称为冷 接点补偿。


●补偿导线
在实际的应用中, 测量点和温度控制器相隔较远。由于热电偶的 电线较贵, 因此此时使用补偿导线。补偿导线如果不符合热电偶 的特性, 就无法正确测量温度。


●输入补偿
在测温体测量温度上加减事先设定好的数值后显示温控器的当前 温度。将测温体测量点温度和需要温度显示的地方的温度差作为 输入补偿值设定。


■关于输出的用语说明

●逆动作(加热)
对于温度低于设定值的情况(负偏差) , 通过动作来增加操作 量。


●正动作(冷却)
对于温度高于设定值的情况(正偏差) , 通过动作来增加操作 量。


●加热冷却控制
如果对控制对象的温度控制仅靠加热还不够时, 可以同时进行冷 却控制。用1台温度控制器同时进行加热和冷却控制输出。


●操作量限制器
用「操作量限制上限值」和「操作量限制下限值」来设定操作 量限制器的上下限。温度控制器计算出来的操作量如果超出操作 量限制器范围, 实际输出上限值或下限值。


在加热冷却控制下, 为了方便将冷却侧的操作量做为负值, 而如 下图所示将上限值设定为加热侧(正值), 下限值设定为冷却侧 (负值)。


●变化率限制
用「操作量变化率限制值」来设定每1秒的操作量的变化量。温 度控制器计算出来的操作量变化较大时, 实际的输出根据操作量 变化率限制器的设定内容逐渐接近计算值。


●不灵敏区
设定冷却输出时的重叠区、不灵敏区。该值设为负值则是重叠 区, 设为正值则是不灵敏区。


●冷却系数
控制对象的加热特性和冷却特性相差很大,如果在同一个PID常 数下无法得到良好的控制特性,请根据冷却系数进行冷却侧比例 带(冷却侧P)的调整,取得加热侧和冷却侧的控制平衡。加热 侧和冷却侧的P可按下式求得。
加热侧 P=P
冷却侧 P=加热侧P×冷却系数
冷却侧P在加热侧P上乘以系数, 可以按与加热侧不同的特性进行 控制。


●位置比例控制
也叫ON/OFF伺服型。
在温度控制中使用带有控制马达,或者莫杜特罗尔马达的阀门 时,用电位计来读取阀门的开度,发出打开(OPEN)、关闭 (CLOSE)的信号,传输操作量来控制。温度控制器的输出可发 出OPEN用和CLOSE用的两种信号。
本公司使用的是浮动控制(不用电位计反馈阀门的开度: 就算没 有电位计也可以控制)。


●传输输出
有些温度控制器可以 独立于控制动作而输 出电流。在温度控制 器可测量的温度范围 内,将当前温度值或 设定值变换为4 ~ 20mA 后线性输出。 可以将该输出信号输 入到记录器上并保存 控制结果。E5 □K- □ F 型(带传输输 出) 在传输输出的 上、下限设定值范围 内输出。


■关于设定的用语说明

●目标值设定限制
设定值的范围取决于测温体的种类。设定限制来限定其可设定的 温度范围。此外, 该限定还和传输输出有关。


●多SP
进行温度控制时, 可以选择独立的多个设定值使用。
●8区
进行温度控制时, 将设定值的其他PID 常数等设定值分组化 (区) 后进行存储。在实际控制中从该组中选择后使用。可以存 储8个区。


●SP斜度
SP斜度功能用变化率来限制目标值的变化幅度。因此, 将SP斜度 功能设定为有效后, 如果变化幅度超过了指定的变化率, 会如下 图所示出现一个限制目标值的区域。


●远程SP输入
从外部使用4~20mA输入作为目标温度使用。将远程SP功能设定 为有效后, 4~20mA输入可作为远程SP使用。
●事件输入
所谓事件输入就是根据外部信号进行目标值切换, RUN/STOP模 式选择等。
●输入数字滤波器
设定输入用的数字滤波器时间常数。通过数字滤波器后的数据如 下图所示。


●各种产品各自的注意事项请参考各产品的「请正确使用」。
 


使用注意事项

●为了能长期使用
请在产品的规格范围内使用。
设置在盘内使用时请注意不是盘周围的温度, 而是温控器周围的 温度不能超过规定温度范围。
温控器等电子设备的寿命除了与继电器的开关次数有关, 还跟内 部所使用的电子零件的寿命有关。零件的寿命取决于环境温度, 环境温度高寿命则短, 温度低寿命则变长。因此可以通过降低温 控器内部的温度来延长寿命。
如果将多个温控器紧密安装或上下并排安装时可能由于温控器的 散热导致温控器内部的温度上升, 缩短寿命。此时需要考虑采取 安装风扇来向温控器实施强制风冷等方法。
但是请注意不要只冷却端子部位, 否则可能导致测量误。
●为了精确地测量
热电偶的导线被延长时必须根据热电偶的种类选择补偿导线。
延长白金测温电阻的导线时,请使用电阻值小的导线,3根导线的 电阻值应该相等。
测温体的种类和温控器的输入种类设定必须相同。
白金测温电阻中有Pt型和JPt型, 如果温控器的输入种类不同, 则 无法正确测量。
请水平安装。
误差大时, 请确认输入补偿的设定是否正确。
●关于防水性
在保护结构中没有注明的, 以及IP□0产品没有防水性。
●关于EN/IEC标准
作为EN/IEC符合品使用时, 建议您在电源端子部位安装下面的保 险丝。
推荐保险丝: T2A、AC250V、延时、低切断容量型
●运行时的注意事项
( 1 ) 接通电源时到输出ON最多需要5秒钟。
将温控器组合在时序电路中使用时必须考虑到这一点。
( 2 ) 使用E5□N型, E5□K型, E5□J型中记载的自我调谐时, 温控器和负载(加热器等) 的电源请同时接通,
      或者先接通负载电源。如果接通温控器的电源后再接通负载电源,将 无法实现正确的自我调谐和最合适的控制。
      在加热后开始运行时,请在加热完成后先关闭电源,将温控器和负载的电源同时接通
      (也可以不重新接通温控器的电源, 而是从STOP移动到RUN)。
( 3 ) 在收音机、电视、无线设备等附近使用时, 可能发生接收 不良。

温控器 Q&A

Q1:
温控器的温度误差很大。
这是为什么?
A1:
可能是以下原因。
·和测温体的输入类别不符。 (测温体类别的设定)


·由于测温体的导线和动力线在同一配管内, 受到动 力线的干扰。(通常显示值飘动)
〈对策〉
另行布线。
或减少绕圈。


· 用铜线连接温控器和热电偶。
〈对策〉
直接连接热电偶的导线或用符合热电偶的补偿导线 来连接。


·测温体的测温场所不合适。


·设定了错误的输入修正值。

Q2:
请问在E5□Z发生超调或反冲, 这是为什么?
A2:
可能是以下原因
·比例带域窄, P常数小。
·积分时间短, I常数小。
·微分时间长, D常数大。
·为ON/OFF控制。
·热响应对于快速控制系统来说控制周期长。
·在加热冷却控制中把重叠区域误设为不灵敏区域。
对象型号 : E5CN、E5GN、E5EN、E5AN

Q3:
在E5 □N中没有显示在正确的测定值, 这是为什么?
还有为什么会显示「S.Err」?
A3:
可能是以下原因。
·初始设定值的输入类别设定错误。
·初始设定值的温度单位设定错误。
·调整值的输入修正值设定错误。
·数据的设定单位错误。
·测温体的极性或连接端子错误。
·在E5□N中连接有不能使用的测温体。
·测温体断线、短路或劣化。
·忘记连接测温体。
·热电偶和补偿导线的类别错误。
·擬在热电偶和E5 □N的端子之间, 连接有使用热电 偶和补偿导线以外金属的设备。
·连接端子的螺丝松动, 接触不良。
·热电偶的导线或补偿导线过长, 受到导线电阻的影 响。
·在铂电阻和E5□N 端子间的3 根导线的电阻不一样。
·受到来自E5□N外围设备的干扰。
·由于测温体的导线和动力线很近, 受到来自动力线 的感应干扰。
·由于安装测温体的位置远离控制点, 使热响应滞 后。
·E5□N使用的环境温度超过额定值。
·在E5□N的外围使用无线设备。
·外围设备的散热影响到热电偶输入型的端子台温 度。
·在热电偶输入型端子台处受到风吹。
对象型号 : E5CN、E5GN、E5EN、E5AN

Q4:
E5□N测定温度上升超过控制温度是为什么?
A4:
可能是以下原因。
·由控制输出驱动的继电器的接点被融化。
·SSR发生短路故障。
·PID常数不合适。
·限制操作量限位值。
·控制对象自身发热。
对象机种 : E5CN、E5GN、E5EN、E5AN

Q5:
在E5□N中发生振荡这是为什么?
A5:
可能是以下原因。
·比例带域窄, P常数小。
·积分时间短, I常数小。
·微分时间长, D常数大。
·为ON/OFF控制。
·热响应对于快速控制系统来说控制周期长。
·在加热冷却控制中把重叠区域误设为不灵敏区域。
·加热器的热容量超过控制对象的热容量。
·受到周期性干扰的影响, 控制对象的热容量发生变 化。
·AT 在执行中。
对象机种 : E5CN、E5GN、E5EN、E5AN


发现并修理故障



■出错代码表

第1显示 异常内容 处理
输出异常* 请确认输入的误布线,断线,短路及输入种类。
存储器异常 首先重新接通电源。
显示内容没有变化时需要进行修理。
如果变为正常时可能是受到干扰,请确认是否有干扰。
显示范围超出* 不是出错。即使在可控制范围内,超过显示范围时会出现以下显示。
·-1999 (-199.9)小时
·9999 (999.9)天时
加热器异常* 首先重新接通电源
显示内容没有变化时需要进行修理。
如果变为正常时可能是受到干扰,请确认是否有干扰。

动作确认方法

●使用热电偶时
使输入端子短路时显示室温。

●使用测温电阻体时
把电阻连接到输入端子,确认温显示。
当为Pt(铂电阻)时,100Ω为0C,140Ω显示约为1000C。
*显示只在[当前值]或[当前值/目标值]时显示出错。其他的状态下不显示出错。
有关详细情况请参见Industrial Web主页上刊登的[经常出现的问题]。(http://www.fa.omron.co.jp/support)

分类 项目 特征波形
A 温度不上升。
B 温度超过设定值上升。
C 过调节或反冲。
产生振荡。
D 温度误差大。


A温度不上升
1.确认温控器的初始设定值。

●为正动作的设定->为反动作。
(加热控制)。

3.确认与加热器、外围设备的连接及动作。

●加热器发生断线、劣化。

2.测温体的安装是否正确。

●输出100%->●加热器的加热容量是否充足。
●冷却系统是否动作

 

●外围设备的防止加热用设备在工作。
->对策:使防止加热温度设定大于温控器的设定温度。

 


B温度超过设定值上升
1.确认温控器的输出显示和加热器的动作是否相同。 2.确认温控器的输出和加热器、外围设备的连接条件。

●输出形态不一样。

●控制输出布线错误。

●SSR的动作不良。
->对策:考虑漏电流的动作时请设置泄放电阻。

 

●控制输出继电器动作和温控器的输出(LED显示)不一致。

3.有可以能过调节。请确认PID常数。请参见(486页)


C过调节、反冲或振荡。
1.控制方法是否合适。

●选择ON/OFF控制。->在P或PID控制中通常被保留。
(关于PID控制请参见483-484页)

2.PID常数的值是否合适。

●以默认值进行运行。
(出厂时的值)

●与温度上升、下降的速度相比较控制周期长。
(关于控制周期请参见482见)

 

●请确认PID常数。
(关于PID常数请参见486页)



D温度误差大。
1.和测温体的输入类别是否相符?

(测温体的类别设定)

3.用铜线连接温控器和热电偶。

->对策:直接连接热电偶的导线或用符合热电偶的补偿导线来连接。

2.由于测温体的导线和动力线在同一配管内,受到动力线的干扰。

(通常显示值飘动)

4.测温体的测温场所不合适。

对策:另行布线。或减少绕圈。

5.是否设定了输入修正值?
 

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