過去50年間，工業(yè)溫度控制器技術發(fā)生了翻天覆地的變化，取得了一系列進步。本文旨在介紹工業(yè)溫度控制器技術如何幫助用戶創(chuàng)造具有出色性能的新型解決方案，滿足客戶不斷變化的應用需求。

1、 引言

20世紀60年代，DIN(192x192mm)動圈式溫度控制器是工業(yè)應用的標準設備。但是，電子技術的進步和發(fā)展很快就改變了溫度控制器的設計和生產(chǎn)方式，第一次出現(xiàn)了具有開關功能或配備刻度盤進行比例控制的開放式印刷電路板(PCB)控制器。比例控制能夠在設定值附近提供更低的功率輸出，最大限度減少溫度超調(diào)，在當時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/低于設定值，即所謂的偏移誤差。

20世紀70年代，得益于模擬控制器技術，溫度控制器的尺寸從1/4DIN(96x96mnn)減小到1/16DIN(48x48mm)，而功能卻幾乎沒有受到任何影響。但是，從20世紀70年代末到現(xiàn)在，模擬控制器技術幾乎沒有任何進展。80年代，數(shù)字控制器的出現(xiàn)使溫度控制技術前進了一大步：按鈕和數(shù)字顯示技術代替了刻度盤，更好地解決了控制器設置這一難題；與此同時，微處理器技術的發(fā)展使得PID（比例-積分-微分）控制成為現(xiàn)實，進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控制技術為溫度控制應用帶來了眾多優(yōu)勢，但是卻還是需要專業(yè)的工程師進行手動設置，這一過程十分耗時。而現(xiàn)在，PID自動調(diào)諧已經(jīng)得到了廣泛應用，控制器由此可以自動計算最佳PID值，上述問題也就不再是問題了。

WestControlSolutions公司的CAL3300溫度控制器具有完整的PID自動調(diào)諧功能，藉此用戶無需再手動設置參數(shù)（需要專業(yè)技術人員），也節(jié)約了長達幾分鐘的時間。另外，獨特的dAC功能也可以在預熱階段通過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)代電子技術發(fā)展帶來的另一項優(yōu)勢是減少了應用過程中的手動操作，降低了誤差的發(fā)生概率。具有溫度曲線功能的溫度控制器可以對溫度斜坡率、保溫、步進、環(huán)路進行配置，精確實現(xiàn)應用所需溫度曲線，實現(xiàn)溫度的自動變化。節(jié)省設備設置時間，工作人員還可以存儲配置數(shù)據(jù)，并在不同工藝流程中自由調(diào)用。

在擠出機等一類應用中，切斷電源后溫度不會快速下降，因此需要使用冷卻裝置以實現(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，能夠同時控制加熱器和冷卻裝置，取得更好的應用控制。

近幾年來為簡化布線和縮短安裝時間，在溫度控制器內(nèi)部集成其他功能的方法越來越普遍。一些中端和高端控制器的核心過程控制元件支持邏輯編程功能，集成了共同工作控制元件，整個系統(tǒng)只配備一個人機界面，提高了終端用戶的工作效率，且過程控制更加簡單。

例如，德國的一家部件制造商需要為石墨電極的加熱熔爐設計溫度控制解決方案，這離不開標準的控制器，同時應用的任何升級都需要控制器具備序列管理等高級功能，且對易用性有較高要求。

難題在于石墨電極需要均勻加熱，但燃燒器對熔爐不同區(qū)域的加熱具有不同的加熱速率和加熱強度，因此很容易導致電極因過度加熱或加熱不均勻而損壞，造成生產(chǎn)浪費和嚴重經(jīng)濟損失。

最終解決方案采用了增強型氧氣控制裝置，實現(xiàn)純凈燃氣加熱。我們的KS98-1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)學函數(shù)的KS98-1控制器的功能更加完善。

標準DIN控制器一般具有一個或兩個控制環(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，且需要專業(yè)知識。KS98-1控制器不但具有這兩項功能，而且繼續(xù)采用了DIN外殼，但仍然還是一個DIN控制器而不是PLC控制器，設置過程具有高經(jīng)濟效益。

和許多設備一樣，通信技術的發(fā)展也促進了控制器和系統(tǒng)的集成。通常來說，溫度和過程控制器都以離散裝置的形式應用于系統(tǒng)。憑借通信選件，現(xiàn)在用戶可以直接通過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)測控制和數(shù)據(jù)采集）封裝或?qū)I(yè)控制軟件支持數(shù)據(jù)記錄、制圖、配置和管理功能。最后，過去幾十年間越來越多的公司為實現(xiàn)高質(zhì)量控制，對先進數(shù)據(jù)記錄技術提出了要求，這反過來促進了基于PC的數(shù)據(jù)記錄技術的發(fā)展和進步。

例如，我們的客戶SolentScientific公司生產(chǎn)了內(nèi)置有先進顯微鏡的37°培養(yǎng)室，進行長時間段的人類活體細胞研究。該培養(yǎng)室還配備了定時圖像捕捉功能。

CAL控制器的過程監(jiān)控軟件支持實時數(shù)據(jù)記錄，藉此SolentScientific公司可以確保培養(yǎng)室內(nèi)部溫度在長時間內(nèi)保持在+或-0.1°C，符合應用容差要求。另外，SCADA封裝也可以大幅降低成本，簡化開發(fā)工作，溫度控制器在功能性和精度方面已經(jīng)取得了長足的進步，但是設置過程仍然停留在自動調(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器設備中。

2、溫度控制技術在未來會如何發(fā)展？

擴展控制器功能以收集過程信息的需求、簡化操作、以及集成共同工作控制元件推動了具有單一顯示屏（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，控制器將進一步成為單一產(chǎn)品而不是單個裝置，為用戶帶來更多應用優(yōu)勢和控制功能，更高效、準確地監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

未來控制器發(fā)展的另一大趨勢是定制化，即根據(jù)具體的應用需求打造客戶的專屬控制器。最新的顯示和編程技術也使控制器的操作更加簡單，支持工作人員輕松訪問數(shù)據(jù)，確保過程變化進一步優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率。

連接至網(wǎng)絡也是控制器的未來發(fā)展方向：在標準布線和非工程連通性條件下，以太網(wǎng)通信技術簡化了集成，進一步增強了易用性和控制功能，優(yōu)化溫度控制。有一點是毋庸置疑的：工業(yè)溫度控制器技術將繼續(xù)在滿足客戶不斷變化的應用需求這一過程中繼續(xù)發(fā)展，為客戶創(chuàng)造更為先進的解決方案，提高生產(chǎn)效率和控制質(zhì)量。