Regulatory temperatury – regulacja i kontrola temperatury i procesu

Regulatory temperatury i procesu – zasada działania.

Regulatory temperatury i procesu – regulacja, kontrola i stabilizacja temperatury podobnie jak jej pomiar jest głównym zadaniem w większości procesów produkcyjnych i technologicznych. Do automatycznej regulacji temperatury się głównie regulatory temperatury. Natomiast do regulacji wilgotności, ciśnienia, poziomu, przepływu i innych wielkości procesowych stosuje stosuje się zazwyczaj regulatory PID z uniwersalnym wejściem pomiarowym. Regulatory temperatury często znane są pod nazwą jako kontrolery temperatury lub termoregulatory. Typowy układ regulacji temperatury składa się z: elementu pomiarowego (czujnika temperatury lub termopary), regulatora oraz elementu wykonawczego (np. przekaźnik (stycznik), tyrystorowy sterownik mocy, falownik czy też zawór regulacyjny).

Regulatory temperatury mierzy regulowaną temperaturę za pomocą podłączonego zewnętrznego czujnika temperatury (termopary) i porównuje z wartością zadaną (SV). Następnie regulator podaje odpowiedni sygnał regulacyjny (zależny m.in. od odchyłki pomiędzy wartością zadaną i mierzoną) na element wykonawczy (np. stycznik sterujący grzałką, falownik sterujący pracą silnika lub napęd zaworu regulacyjnego). Element wykonawczy odpowiednio włącza/wyłącza grzałkę, uruchamia silnik, otwiera/zamyka zawór, itd.

Typowy układ regulacji składa się z następujących elementów:

Typowy układ regulacji temperatury
Typowy układ regulacji temperatury

A. Element pomiarowy (czujnik temperatury lub przetwornik do pomiaru innych wielkości procesowej). Ma za zadanie pomiar wartości procesowej i przesłanie mierzonej wartości do regulatora. Jako element pomiarowy mogą być stosowane czujniki rezystancyjne (RTD), czujniki termoelektryczne (termopary), przetworniki wilgotności, przetworniki ciśnienia, przetworniki poziomu, przepływu, itp.
B. Regulator temperatury lub innej wielkości procesowej. Otrzymuje wartość zmierzoną za pomocą elementu pomiarowego (np. czujnika temperatury) i porównuje ją do wartości zadanej (SV), następnie wysyła odpowiedni sygnał sterujący do elementu wykonawczego. Jako sygnał sterujący może być użyty sygnał z przekaźnika, sygnał logiczny napięciowy (do sterowania przekaźnika SSR), sygnał napięciowy (np. 0…10VDC) lub sygnał prądowy (4…20mA).
C. Element wykonawczy. Otrzymuje sygnał sterujący z regulatora i włącza/wyłącza napięcie sterujące (np. grzałek). Jako element wykonawczy może być użyty: stycznik elektromagnetyczny, przekaźnik SSR, tyrystorowy sterownik mocy, servonapęd zaworu regulacyjnego, falownik, itp.

Regulatory temperatury – przebieg procesu regulacji.

Przebieg teoretycznie regulacji.
Przebieg teoretycznie regulacji.

Teoretycznie idealną regulację przedstawia poniższy rysunek, jest to regulacja bez żadnych zakłóceń. Następuje natychmiastowa zmiana wartości regulowanej z punktu A do B. Przedstawiona regulacja nie posiada żądanych przeregulowań i opóźnień.

Przebieg idealnej regulacji
Przebieg idealnej regulacji.

W rzeczywistości taki rodzaj regulacji jest niemożliwy, gdyż na przebieg procesu regulacji wpływa wiele czynników zewnętrznych m.in. pojemność cieplna, charakterystyka statyczna i dynamiczna regulowanego obiektu oraz zakłócenia. Na poniższym rysunku przedstawiono optymalny rezultat regulacji, który jest celem typowej regulacji procesem.

Regulacja bez przeregulowań
Regulacja bez przeregulowań.

W zależności od regulowanego obiektu dla niektórych procesów regulacji wymagana jest regulacja bez przeregulowań, ale z wolną zmianą wartości regulowanej w czasie (patrz rysunek).

Optymalna regulacja z przeregulowaniami
Optymalna regulacja z przeregulowaniami.

Natomiast w niektórych przypadkach wymagana jest duża szybkość dojścia do wartości regulowanej nawet, jeżeli powstają przeregulowania (patrz rysunek).

Aby zapewnić optymalną regulację wymagana jest szeroka wiedza na temat charakterystyki obiektu regulowanego, elementów pomiarowych oraz elementów wykonawczych użytych w regulowanym obiekcie.

Ponieważ proces regulacji zależy do wielu czynników zewnętrznych w regulatorach oprócz prostej regulacji włącz/wyłącz (z ustawioną histerezą) stosuje się wiele innych, zaawansowanych algorytmów regulacji np. PID, PD, PI lub P. Wybór odpowiedniego algorytmu regulacji zależy od regulowanego obiektu. Stosowanie zaawansowanych algorytmów regulacji ma na celu głównie przyspieszenie procesu regulacji i ograniczenie przeregulowań. Najczęściej stosowanym i najbardziej uniwersalnym algorytmem regulacji jest algorytm PID (tzw. regulator proporcjonalno – całkująco – różniczkujący).

Regulatory temperatury  – podstawowe typy regulacji:

Regulacja typu  włącz/wyłącz (ON/OFF) z ustawioną histerezą.

Regulacja on/off
Regulacja on/off.

Gdy wartość mierzona jest mniejsza niż ustawiona wartość zadana, wyjście regulacyjne jest włączone, natomiast gdy wartość mierzona przekroczy ustawioną wartość zadaną, wyjście regulacyjne jest wyłączone. Podczas regulacji włącz/wyłącz powstają przeregulowania oraz oscylacje, dlatego taki typ regulacji nie jest zalecany, gdy wymagana jest duża dokładność i stabilność regulacji.

Regulacja P (proporcjonalna).

Regulacja typu P.
Regulacja typu P.

Podczas regulacji proporcjonalnej, wartość sygnału regulacyjnego jest proporcjonalna do odchyłki pomiędzy wartością regulowaną, a wartością zadaną w zakresie proporcjonalności.
Wyjście regulacyjne pozostaje włączone aż do momentu, gdy wartość regulowana nie osiągnie punktu A. Gdy wartość regulowana przekroczy punkt A (wejdzie w zakres działania zakresu proporcjonalności), wyjście będzie włączane i wyłączane. Natomiast, gdy wartość regulowana osiągnie wartość zadaną wyjście regulacyjne zostanie wyłączone.

Gdy wartość regulowana zbliża się do wartości zadanej czas załączania wyjścia regulacyjnego ulega skróceniu, a czas wyłączenia wyjścia regulacyjnego ulega wydłużeniu. Regulacja ta jest podobna do regulacji typu włącz/wyłącz (ON/OFF) z tą różnicą, że podczas regulacji proporcjonalnej nie występują przeregulowania, a oscylacje mają mniejszą częstotliwość, jednak powstaje offset (błąd regulacji). W naszych regulatorach offset może być skasowany przez włączenie funkcji automatycznego lub ręcznego kasowania offsetu.

Gdy zakres proporcjonalności jest poszerzany, czas dojścia wartości regulowanej do wartości zadanej zwiększa się oraz zwiększa się offset regulacji. Natomiast, gdy zakres proporcjonalności jest zawężany, czas dojścia wartości regulowanej do wartości zadanej skracany się, zmniejsza się offset, natomiast zwiększa się częstotliwość oscylacji. Gdy zakres proporcjonalności zostanie mocno zawężony, regulacja będzie zbliżona do regulacji włącz/wyłącz (ON/OFF).

Regulacja PI (proporcjonalno-całkująca).

Regulacja typu PI.
Regulacja typu PI.

Działanie całkujące (I) automatycznie koryguje offset spowodowaną działaniem proporcjonalnym. Wymaga jednak pewnego czasu do ustabilizowania się wartości regulowanej na poziomie wartości zadanej, gdy wystąpi gwałtowna zmiana wartości regulowanej spowodowana jakimś zakłóceniem.

Jeżeli czas całkowania jest skarany, działanie korekcyjne jest silniejsze, a offset jest korygowany w krótszym czasie, jednak zwiększa się prawdopodobieństwo wystąpienia oscylacji.

Jeżeli czas całkowania jest zwiększany, działanie korekcyjne jest słabsze i wymagany jest dłuższy czas do korekcji offsetu. Regulacja PI jest zalecana dla układów wymagających wolnych zmian wartości regulowanej w czasie.

Regulacja PD (proporcjonalno-różniczkowa).

Regulacja typu PD.
Regulacja typu PD.

Regulacja ta jest porównywalna z regulacją typu proporcjonalnego (P), jednak odpowiedź na szybką zmianę wartości regulowanej spowodowaną zakłóceniem jest znacznie szybsza, a wartość regulowana może być ustabilizowana w krótszym czasie, a co za tym idzie może być poprawiona charakterystyka przejściowa układu regulacji PD.

  • Jeżeli czas działania różniczkowego jest skracany, działanie korekcyjne staje się słabsze. W rezultacie, czego odpowiedź na szybką zmianę wartości regulowanej jest wolniejsza. Ponieważ działanie mające na celu powstrzymanie szybkiej zmiany wartości regulowanej, gdy ta wartość rośnie, staje się słabsze, czas, aż wartość regulowana osiągnie ustawioną wartość zadaną jest skracany. Jednak wystąpi prawdopodobnie przeregulowanie.

Jeżeli czas działania różniczkującego jest zwiększany, działanie korekcyjne jest mocniejsze, a odpowiedź na szybką zmianę wartości regulowanej jest szybsza. Ponieważ działanie mające celu powstrzymanie szybkiej zmiany wartości regulowanej, gdy ta wartość rośnie, staje się silniejsze, czas, aż wartość regulowana osiągnie ustawioną wartość zadaną zostanie wydłużony, jednak nie występuje prawie żadne przeregulowanie.

Regulacja PID (proporcjonalno-całkująco-różniczkująca)

Regulacja PID.
Regulacja PID.

Regulacja PID jest połączeniem wszystkich powyższych typów regulacji. Gdzie działanie (P) zapobiega przeregulowaniom i oscylacjom, działanie (I) koryguje offset, a działanie (D) zapobiega zmianom wartości regulowanej w wyniku zakłóceń. Tak, więc, regulacja PID umożliwia optymalną regulację procesu.

Schemat blokowy regulatora PID.
Schemat blokowy regulatora PID
Schemat blokowy regulatora PID.

Gdzie:
Kp: Współczynnik wzmocnienie (proporcjonalności), P=(1/Kp)*100%
Ti: Czas zdwojenia (całkowania),
Td: Czas wyprzedzenia (różniczkowania)
m(t): Sygnał regulacyjny (wyjściowy),
e(t): Odchyłka regulacji (e(t)=SV(t)‐PV(t)),
SV(t): Wartość zadana,
PV(t): Wartość procesowe (mierzona)

Regulacja 2DOF (regulacja PID z dwoma stopniami swobody)

Regulacja PID z dwoma stopniami swobody poprawia charakterystykę regulacji i tłumi zakłócenia spowodowane zmianą wartości zadanej (SV). Dwa stopnie swobody oznaczają, że więcej niż 2 cechy mogą być regulowane niezależnie od siebie. Korekta charakterystyki po zmianie wartości zadanej (SV), może być regulowana poprzez ustawienie współczynnika działania proporcjonalnego 2DOF (α). Do tłumienia zakłóceń służy współczynnik całkowania 2DOF (β).

Wpływ poszczególnych parametrów PID na proces regulacji:

Zakres proporcjonalności [P]: Działanie proporcjonalne to działanie, w którym sygnał regulacyjny jest proporcjonalny do odchyłki pomiędzy wartością zadana i wartością regulowaną. Gdy zakres proporcjonalności jest zawężany, sygnał regulacyjny silnie zmienia się przy nawet niewielkich zmianach wartości regulowanej. Polepsza się rezultat regulacji oraz zmniejsza offset (błąd regulacji). Jednak zbyt wąski zakres proporcjonalności powoduje silną reakcję sygnału regulacyjnego na bardzo małe zmiany sygnału mierzonego, co zbliża regulację do regulacji typu włącz/wyłącz, nazywanym zjawiskiem polowania. Powoduje to pojawienie się oscylacji wartości regulowanej wokół wartości zadanej, regulator dobiera optymalną wartość zakresu proporcjonalności stopniowo go zawężając jednocześnie śledząc wynik regulacji.

Zależność pomiędzy współczynnikiem wzmocnienia, a zakresem proporcjonalności:
Współczynnik wzmocnienie (proporcjonalności) = (Zakres proporcjonalności /100) / (Szerokość zakresu wejścia)

Czas całkowania (zdwojenia) [I]: Działanie całkujące regulatora służy do eliminacji offsetu regulacji. Gdy czas zdwojenia jest skracany, wzrasta szybkość regulacji. Jednak równocześnie wzrasta częstotliwość oscylacji i pogarsza się stabilność regulacji.

Czas różniczkowania (wyprzedzenia) [D]: Działanie różniczkujące jest konieczne do przystosowania się do szybkości zmian wartości regulowanej. Redukuje wartość przeregulowania i skraca czas regulacji. Gdy wartość czasu wyprzedzenia jest zmniejszania, skraca się czas regulacji a, gdy jest zwiększana, czas regulacji rośnie oraz powstaje tendencja do oscylacji.

ARW (Anti-reset Windup): Jest to nowa własność regulatora typu PID polegająca na wstrzymaniu działania całkującego, gdy wielkość regulowana znajdzie się w zakresie proporcjonalności. Działanie to jest mierzone w procentach zakresu proporcjonalności i może być ustawione w zakresie 0…100%. Aby ustawić optymalną wartość ARW, najpierw należy wyznaczyć wartość przeregulowania przy ustawionym ARW na 100%. Następnie podzielić wartość przeregulowania przez ustawiony zakres proporcjonalności, a otrzymaną wartość pomnożyć przez 100% i ustawić, jako wartość ARW (np. dla zmierzonego przeregulowania 3°C przy ustawionym zakresie proporcjonalności 10°C, ARW powinno być ustawione na 30%).

Obecnie uniwersalne regulatory PID temperatury i procesu są najczęściej stosowanymi regulatorami w aplikacjach przesyłowych.

Zobacz nasze regulatory temperatury.

Dobór parametrów regulatora PID.

Optymalne ustawienie parametrów regulacji można wykonać ręcznie lub automatycznie za pomocą funkcji auto-tuningu. Wszystkie nastawy PID oddziałują pomiędzy sobą, należy, więc wprowadzać zmiany tylko jednego parametru PID obserwując proces regulacji. Parametry najlepiej jest dobierać, zmieniając wartość ustawianego parametru na dwa razy większą lub dwa razy mniejszą.

Korekta nastaw PID.
Korekta nastaw PID.

Ręczny dobór parametrów regulatora PID.

Metoda doboru PID oparta o odpowiedź skokową układu regulacji.
Na podstawie przebiegu odpowiedzi skokowej rzeczywistego obiektu należy wyznaczyć stałą czasową T i opóźnienie L jak pokazano na rysunku.

Ręczny dobór nastaw regulatora PID

P = (100/1.2) x N x L (%)
N = (S/T) x 1/(zakres temperatury)
I = 2L
D = 0,5L

Przykład:

Ustawiony zakres temperatury wynosi 400°C
L = 30 (s)
S/T = 1°C/1s (temperatura rośnie 1°C na sekundę)

Obliczone parametry PID przy użyciu powyższych formuł:
P = (100/1.2) x 1 x (1/400) x 30 = 6.25 (%)
I = 2L = 60
D = 0.5L = 15

Aby przyspieszyć i ułatwić dobór nastaw PID do regulatorów algorytm automatycznego doboru (strojenia) nastaw PID, tzw. auto-tunig. Typowo funkcja automatycznego doboru nastaw (auto-tuningu) pozwala na uzyskanie bardzo dobrych rezultatów regulacji w większości typowych procesów regulacji, nawet przez użytkowników niemających doświadczenia i wiedzy na temat regulatora i regulowanego procesu.

Auto-tunig PID (automatyczny dobór nastaw PID).

W celu automatycznego doboru optymalnych parametrów regulacji P, I, D i ARW regulator sztucznie wywołuje fluktuację. Typowo proces auto-tuningu AT wywołuje fluktuacje wokół wartości zadanej SV zgodnie z poniższymi warunkami [A], [B] i [C]. Jedna z poniższych fluktuacji jest automatycznie wybierana w zależności od odchyłki pomiędzy wartością zadaną i mierzoną.

[A] Jeżeli występuje duża różnica pomiędzy wartością zadaną i mierzoną podczas jej narastania. Przy ustawionym przesunięciu auto-tuningu (AT) na 20°C, proces auto-tuningu będzie wywoływał fluktuacje w temperaturze o 20°C niższej niż wartość zadana (SV).

Auto-tuning PID - regulatory temperatury
Auto-tuning PID.

(1) Obszar obliczania parametrów PID.
(2) Zakończenie obliczania parametrów PID.
(3) Regulacja z obliczonymi parametrami PID.
(4) Wartość przesunięcia AT (domyślnie: 20°C).

[B] Gdy regulacja jest wykonywana na poziomie wartości zadanej. Proces auto-tuningu AT wywołuje fluktuacje wokół wartości zadanej SV.

Auto-tuning PID - regulatory temperatury
Auto-tuning PID.

(1) Obszar obliczania parametrów PID.
(2) Zakończenie obliczania parametrów PID.
(3) Regulacja z obliczonymi parametrami PID.

[C] Jeżeli występuje duża różnica pomiędzy SV i PV podczas jej opadania. Gdy przesunięcia auto-tuningu (AT) jest ustawione na 20°C, proces auto-tuningu będzie wywoływał fluktuacje w temperaturze 20°C wyższej niż wartość zadana SV.

Auto-tuning PID - regulatory temperatury
Auto-tuning PID.

(1) Obszar obliczania parametrów PID.
(2) Zakończenie obliczania parametrów PID.
(3) Regulacja z obliczonymi parametrami PID.
(4) Wartość przesunięcia AT (domyślnie: 20°C).

Auto-reset.

Funkcja auto-resetu.
Działanie funkcji auto-resetu.

Auto-reset może być wykonany tylko dla regulacji typu PD. Auto-reset jest wykonywany w celu korekcji offsetu (błędu) w punkcie, dla którego wartości regulacji jest ustabilizowana oraz znajduje się w zakresie proporcjonalności. Po wykonaniu auto-resetu, nie jest konieczne ponowne wykonanie auto-resetu tak długo jak proces nie ulegnie zmianie.

Pozostałe funkcje rozbudowanego regulatora temperatury i procesu.

Rampa.

Rampa jest funkcja regulatora polegająca na tym, że wartość regulowana dochodzi stopniowo do nowo ustawionej wartości zadanej zgodnie z ustawioną prędkością (np. 10°C/min.). Rozróżnia się rampę narastającą (gdy wartość regulowana dochodzi do nowej wartości zadanej) oraz rampę opadającą (gdy wartość regulowana opada do nowej wartości zadanej).

Regulacja programowa (wg krzywej).

Regulacja programowa  - regulatory temperatury
Przykład regulacji programowej.

Regulacja programowa wg krzywej jest podstawową cechą tzw. regulatorów programowalnych. Podczas regulacji programowej, zmiana wartości zadanej odbywa się sekwencyjne pod wpływem upływającego czasu. Wartość procesu jest regulowana zgodnie z ustawioną wartością zadaną oraz czasem. Wartość zadana i czas są ustawiane oddzielnie dla każdego kroku. W zależności od typu regulatora dostępne są różne ilości programów (krzywych) oraz różne ilości odcinków (kroków) w programie. Przykładowo dla regulatora programowalnego PCD-33A możliwe jest ustawienie 9 programów (wzorów) po 9 kroków (odcinków) dla każdego programu.

Funkcja oczekiwania dla regulacji programowej.

Niektóre regulatory programowalne wyposażone są w funkcję oczekiwania. Działanie funkcji oczekiwania polega na tym, że regulator podczas regulacji programowej nie przejdzie do realizacji następnego kroku, jeżeli wartość regulowana nie znajdzie się w ustawionym przedziale wartości oczekiwania.

Dla regulacji programowej w zależności od modelu dostępne są również następujące funkcje:

  • Funkcja sygnalizacji trwania lub zakończenia programu.
  • Funkcja wstrzymania postępu regulacji programowej.
  • Funkcja opuszczenia wykonywanego kroku i przejścia do następnego kroku.
  • Funkcja automatycznego powtarzania programu i łączenia programów.

Regulacja kaskadowa (master-slave).

Regulacja kaskadowa  - regulatory kaskadowe temperatury
Regulacja kaskadowa.

Zaletą regulacji kaskadowej jest możliwość użycia do regulacji jednocześnie dwóch regulatorów PID, co skutkuje polepszonym rezultatem regulacji. W układzie regulacji kaskadowej dwa regulatory PID pracują taki sposób, że jeden z nich steruje nastawami drugiego. Jeden regulator PID działa, jako regulator pętli zewnętrznej, która steruje parametrami fizycznymi (np. przepływem). Drugi regulator działa, jako regulator pętli wewnętrznej, odbiera wartość sygnału regulacyjnego z regulatora pętli zewnętrznej, jako wartość zadaną dla regulacji w pętli wewnętrznej (zwykle sterując parametrem, który podlega szybszym zmianom).

W przypadku stosowania kaskadowej regulacji PID wzrasta częstotliwość pracy regulatora, a co za tym idzie stała czasowa regulowanego obiektu ulega zmniejszeniu. W przypadku kaskadowej regulacji PID regulatorem głównym jest najczęściej regulator PI lub PID, a regulatorem pomocniczym najczęściej jest regulator P.

Regulacja kaskadowa - regulatory kaskadowe temperatury
Regulacja kaskadowa.

Wszystkie oferowane przez firmę Shinko Technos regulatory posiadają możliwość wyboru za pomocą klawiatury: algorytmu regulacji (PID, PD, PI, P lub ON/OFF), typu czujnika temperatury lub sygnału analogowego, sposobu działania wyjścia regulacyjnego i alarmowego oraz wielu innych parametrów. Standardowo nasze regulatory wyposażone są jedno wyjście regulacyjne np. do sterowania procesem grzania lub chłodzenia oraz jedno wyjście alarmowe (np. do sygnalizacji przekroczenia odchyłki lub progu).

Nasze regulatory temperatury mogą być wyposażone w wyjście regulacyjne przekaźnikowe (np. do sterowania stycznikami), wyjście napięciowe logiczne 0/12VDC (do sterowania przekaźnikami półprzewodnikowymi SSR), wyjście liniowe (napięciowe 0…10V lub prądowe 4…20mA (do sterowania np. falownikami lub napędami zaworów)) lub wyście trójstawne (servo ON/OFF) składające się z dwóch przekaźników (do regulacji zaworami regulacyjnymi lub przepustnicami (otwieranie – utrzymywanie położenia -zamykanie).

Ponadto regulatory temperatury mogą być wyposażone w:

  • dodatkowe wyjście(a) alarmowe (do sygnalizacji stanów alarmowych),
  • dodatkowe wyjście regulacyjne (do sterowania grzanie/chłodzeniem),
  • wyjście retransmisyjne (do przesyłania wartości regulowanej za pomocą sygnału analogowego do oddalonych mierników, wskaźników i rejestratorów temperatury lub systemów SCADA),
  • wejścia binarne do sterowania pracą regulatora,
  • wejście zdalnego zadawania służące np. do regulacji kaskadowej.

Nasze kontrolery temperatury mogą być również wyposażone w interfejs komunikacyjny RS232 lub RS485 z protokołem MODBUS ASCII/RTU (do współpracy z panelami dotykowymi HMI, sterownikami PLC, komputerami PC lub systemami SCADA).

 

Regulatory temperatury – podstawowe pojęcia:

Wyjście regulacyjne: Jest to główne wyjście przeznaczone do sterowania elementami wykonawczymi odpowiadającymi za przebieg procesu regulacji. W zależności od wymaganego sygnału regulacyjnego dostępne są następujące rodzaje wyjść:

Wyjście przekaźnikowe: Przeznaczone jest do włączania/wyłączania prądu obciążenia elementu wykonawczego (w zależności czy styki wbudowanego przekaźnika są zwarte czy też rozwarte). Podstawową funkcją tego typu wyjścia jest załączanie lub wyłączanie przekaźników elektromagnetycznych (styczników). Dla małego prądu obciążenia, obciążenie może być włączane bezpośrednio za pomocą wbudowanego w regulator przekaźnika. Aby wydłużyć żywotność wbudowanego przekaźnika zalecane jest jednak, aby prąd obciążenia był włączany/wyłączany za pomocą zewnętrznego stycznika.

Biorąc pod uwagę trwałość styków wbudowanego przekaźnika (ok. 200.000 cykli przy obciążeniu znamionowym i ok. 3.000.000 cykli w przypadku zastosowania zewnętrznego stycznika) zalecane jest ustawienie cyklu proporcjonalnego (przełączania) na min. 30 sekund. Gdy cykl proporcjonalny (przełączania) jest ustawiony na 30 sekund, a wymagana dokładność regulacji wynosi 1°C, szybkość procesu nie powinna być większa niż 1°C/30 sekund. Jeśli szybkość procesu regulacji jest większa od tej wartości, funkcja auto-tuningu może nie poprawić rezultatów regulacji. Aby uzyskać pożądany efekt regulacji stała czasowa procesu musi być mniejsza niż wcześniej wymieniona wartość (uwzględniając odpowiedź przejściową i zakłócenia).

Zalety: Jest to najbardziej ekonomicznie opłacalny rodzaj wyjścia,  umożliwia przełączanie dużych prądy.
Wady: Jeśli cykl proporcjonalności jest zbyt wąski, może wystąpić wypalanie styków przekaźnika lub ich sklejenie.

Wyjście napięciowe logiczne (do SSR): Przeznaczone jest do sterowania przekaźnikami półprzewodnikowymi (SSR). Stosowane jest w większości procesów regulacji temperatury, ponieważ nie jest ograniczona żywotność styków oraz może być zawężany cykl proporcjonalności. W  celu zmniejszenia generowanych zakłóceń, zalecane jest stosowanie przekaźników półprzewodnikowy (SSR) załączanych w zerze. Fabryczna wartość cyklu proporcjonalnego (przełączania) dla takiego wyjścia wynosi 3s. Dla regulatorów, których zakres proporcjonalności regulatorów jest ustawiony na 10°C, rozdzielczość regulacji wynosi 0,1°C. Jednak w niektórych procesach o dużej szybkości, gdy zakres proporcjonalności jest większy niż 100°C, rozdzielczość regulacji wyniesie 1°C. Tak, więc, jeśli cykl proporcjonalności zostanie ustawiony poniżej 3 sekund, wynik regulacji może ulec pogorszeniu.

Zalety: Brak styków mechanicznych, nie ma prawie żadnego obniżenia żywotności.
Wada: Może wystąpić uszkodzenie w wyniku przegrzania przekaźnika SRR.

Wyjście prądowe liniowe: Wartość prądowego sygnału regulacyjnego 4…20mA zależy od odchyłki. Wyjście prądowe jest stosowane najczęściej do sterowania elementami wykonawczymi takimi jak tyrystorowe sterowniki mocy, servo-napędy zaworów regulacyjnych i przepustnic, falowniki, itp. Ponieważ rozdzielczość wyjścia regulacyjnego wynosi typowo 12 000, dlatego może być stosowanie do sterowania w różnych procesach przemysłowych, takich jak sterownie procesami temperaturowymi o dużej prędkości, natężeniem przepływu, ciśnieniem itp.

Wyjście napięciowe liniowe: Wartość napięciowego sygnału wyjściowego 0…10V zależy od odchyłki. Wyjście napięciowe posiada podobne cechy i zastosowanie jak wyjście prądowe.

Wyjście open collector: Wyjście to posiada kolektor tranzystora wyprowadzony bezpośrednio do zacisków wyjściowych. Wyjście wymagane podłączania zewnętrznego zasilania oraz przekaźnika elektromagnetycznego.

Wyjście typu servo ON/OFF: Wyjście jest wyposażone w dwa niezależne przekaźniki, jeden przekaźnik otwierający a drugi zamykający. Jeśli któryś ze styków jest uruchamiany to sprawia, że silnik servonapędu zaworu obraca się do przodu lub do tyłu, czyli zawór się otwiera lub zamka. Niektóre regulatory wymagają połączenia z potencjometrem zaworu regulacyjnego (podłączenia sprzężenia zwrotnego). Sprzężenie zwrotne informuje regulator o aktualnym położeniu zaworu. Dostępne są również regulatory, które nie wymagają podłączenia potencjometru jako sprzężenia zwrotnego. Tego typu regulatory posiadają funkcję mierzącą czas pełnego otwarcia i zamknięcia zaworu regulacyjnego.

Wyjście zdarzeń/alarmowe: Jest to wyjście zazwyczaj przekaźnikowe lub open collector przeznaczone do sygnalizacji stanów alarmowych lub wystąpienie jakiś zdarzeń. Nowoczesne regulatory temperatury i procesu posiadają wyjście(a), którego funkcja jest konfigurowana i może służyć zarówno do sygnalizacji stanów alarmowych (alarmowe) jak i innych zdarzeń (np. zakończanie programu).

Jeżeli zostało wybrane działanie alarmowe, sposób działania wyjścia będzie zależeć od wybranego typu alarmu. Ogólnie wyjście alarmowe będzie aktywowane, gdy wartość regulowana przekroczy ustawioną wartość odchyłki lub progu. Dla wyjścia alarmowego mogą być wybrane następujące działania wyjścia.

Działanie wyjść alarmowych -  - regulatory temperatury
Działanie wyjść alarmowych.

Wyjście to również może służyć do sygnalizacji następujących zdarzeń: przepalenia grzałki, przerwania pętli regulacji (uszkodzenia czujnika lub elementu wykonawczego). Może również pełnić rolę wyjścia sygnału czasu, wyjścia zakończenia programu, wyjście timera, itp.

Alarm przepalenia grzałki

Regulatory temperatury mierzą prąd płynący przez obwód grzejny za pomocą podłączonego przekładnika prądowego CT (przez otwór przekładnika prądowego jest przeprowadzony przewód zasilający grzałki). Gdy przez grzałkę płynie prąd, przewód wytwarza pole elektromagnetyczne, które następnie generuje napięcie w przekładniku prądowym. Generowane napięcie jest proporcjonalne do przepływającego przez grzałkę prądu. Następnie prąd ten jest porównywany z ustawioną wartością alarmu przepalenia grzałki.

Jeżeli prąd płynący w obwodzie zasilania grzałki spadnie poniżej ustawionego w regulatorze progu, zostanie uruchomione wyjście alarmu przepalenia grzałek. Za pomocą przekładnika CT może być mierzony tylko prąd zmienny (AC). Jeśli prąd płynący przez grzałkę jest zbyt mały w porównaniu do prądu nominalnego alarmu przepalenia grzałki jest (np. płynący prąd wynosi 0.5A, a przekładnik CT jest na prądu znamionowy 5A, jedna dziesiąta prądu znamionowego), okręcając przewód 2 lub 3 razy przez otwór CT, mierzony prąd może być podwojony lub potrojony. Dla grzałek 3-fazowych wymagane jest zainstalowanie 2 przekładników prądowych CT, po jednym na dwóch fazach.

Alarm przerwania pętli regulacji

Regulator temperatury aktywuje alarm przerwania pętli regulacji, gdy wartość regulowana nie wzrośnie w ustawionym czasie o ustawioną wartość, mimo że na wyjściu utrzymuje się maksymalny sygnał regulacyjny (odwrotnie dla chłodzenia). Alarm będzie również aktywowany, gdy wartość regulowana nie spadnie w ustawionym czasie o ustawioną wartość, mimo że na wyjściu na wyjściu utrzymuje się minimalny sygnał regulacyjny (odwrotnie dla chłodzenia).

Wyjście regulacyjne grzanie/chłodzenie

Opcjonalnie regulatory temperatury mogą być wyposażone w wyjście regulacyjne, którego działanie jest odwrotne do działania głównego wyjścia regulacyjnego i służy do sterowania chłodzeniem. Dla wyjścia chłodzenia mogą zostać wybrane różne charakterystyki chłodzenia np. chłodzenie powietrzem, wodą lub olejem. Działanie wyjść regulacyjnych grzania i chłodzenia może nachodzić na siebie (tak zwana strefa pokrycia) lub też może być rozdzielone (tak zwana strefa martwa). Dostępne typy wyjść sterujących chłodzeniem zazwyczaj są takie same jak dla wyjścia grzania tzn. przekaźnikowe, napięciowe logiczne (do SSR) oraz analogowe liniowe (prądowe lub napięciowe).

Wyjście retransmisyjne

Opcjonalnie regulatory temperatury mogą być wyposażone w liniowe wyjście analogowe przeznaczone do retransmisji wartości mierzonej, wartości zadanej, sygnału regulacyjnego lub odchyłki do innych urządzeń (np. mierników lub rejestratorów). Dostępne jest wyjści prądowe 0/4…20mA lub napięciowe 0…1V, 1…5V, 0…10V).

Interfejs komunikacyjny

Opcjonalnie regulatory temperatury mogą być wyposażone interfejs komunikacyjny RS232 lub RS485 (z protokołem producenta lub Modbus RTU/ASCII) przeznaczony do komunikacji z komputerami PC, sterownikami PLC, panelami HMI czy też z systemami SCADA. Umożliwia to zdają konfigurację urządzeń, monitoring oraz archiwizację przebiegu regulowanego procesu.

Wyjście cyfrowej transmisja wartości zadanej (SVTC)

Regulatory temperatury mogą być wyposażone w opcjonalną funkcję cyfrowej transmisji wartości zadanej. Umożliwia to transmisję wartości zadanej w postaci cyfrowej z regulatora programowalnego do max 31 regulatorów wyposażonych w interfejs komunikacyjny RS485. Funkcja ta umożliwia zdalne sterowanie nastawami wielu regulatorów (stref regulacyjnych) z jednego miejsca.

Regulacja programowa wielostrefowa - - regulatory temperatury
Regulacja programowa wielostrefowa.

Wejście zdalnego zadawania

Regulatory temperatury mogą być wyposażone opcjonalne wejście analogowe (napięciowe 1…5V lub prądowe 4…20mA) przeznaczone jest do zdalnego zadawania wartości zadanej procesu. Opcja ta jest najczęściej wykorzystywana podczas regulacji kaskadowej, gdzie analogowy sygnał regulacyjny z jednego regulatora jest sygnałem wartości zadanej dla drugiego regulatora lub też, gdy wartość procesu regulacji jest zadawana sygnałem analogowym z innych urządzeń (np. sterownika PLC).

Wejścia binarne (cyfrowe)

Regulatory temperatury mogą być wyposażone beznapięciowe wejścia binarne przeznaczone są do zdalnego sterowania pracą regulatora za pomocą sygnałów logicznych. Wejścia binarne mogą służyć m.in. do:

  • Sterowania pamięcią nastaw (zdalny wybór zapisanej wartości zadanej)
  • Włączania/wyłączania wyjścia regulacyjnego
  • Przełączania sposobu działania wyjścia regulacyjnego (z grzania na chłodzenie i odwrotnie)
  • Włączenia wymuszonej wartości sygnału regulacyjnego
  • Przełączania pomiędzy regulacją ręczną i automatyczną
  • Uruchamiania regulacji programowej
  • Zatrzymania całkowania
  • Uruchamiania funkcji timera, itp.

Wyjście zasilania

Regulatory temperatury mogą być wyposażone w opcjonalne wyjście zasilania 24VDC (30mA). Wyjście to przeznaczone jest do zasilania przetworników 2-przewodowych podłączonych do regulatora. Umożliwia to bezpośrednie zasilanie podłączonego do regulatora przetwornika np. przetwornika wilgotności, przetwornika ciśnienia, itp.

W naszej ofercie znajduje się szeroka gama regulatorów i programatorów temperatury japońskiej firmy Shinko Technos.

Zobacz termoregulatory, termoparymierniki temperatury, przetworniki wilgotności oraz rejestratory  temperatury znajdujące się w naszej ofercie.