Come scegliere un termoregolatore?

La scelta dell'attrezzatura giusta può migliorare le operazioni, risparmiare denaro e fornire sistemi più sicuri.

In molti settori e applicazioni, misurare e controllare la temperatura è fondamentale per garantire qualità e funzionamento sicuro.  I termoregolatori sono utilizzati in laboratori, centri di sviluppo prodotti, impianti di processo e altri ambienti industriali.

In un laboratorio pulito ea temperatura controllata, un controller standard economico potrebbe essere il prodotto giusto. Ma gli stessi controlli spesso non possono resistere alle dure condizioni comuni nei processi industriali pesanti e nelle aree remote.

Il mantenimento del controllo della temperatura è fondamentale, ma è anche uno dei parametri più difficili da controllare. I controlli economici sono più adatti per applicazioni semplici, ma ci sono altri fattori importanti da considerare oltre al costo iniziale.

Determinare quale controller utilizzare può creare confusione perché a livello di base, tutti i controller funzionano in modo simile. Il controller esegue la scansione del valore inviato dal sensore di temperatura più volte al secondo e confronta la variabile di processo con il valore impostato.

Ogni volta che una variabile di processo devia dal suo valore impostato, il controller invia un segnale di uscita per attivare altri dispositivi (come i meccanismi di riscaldamento e raffreddamento) e riportare la temperatura al valore impostato. Anche se molto simile a prima vista, la funzionalità di diversi tipi di termoregolatori può fornire vantaggi significativi a seconda del tipo di applicazione.

Regolatore di temperatura On-OFF

Il regolatore di temperatura on-off è economico, ma determina solo se l'uscita deve essere attivata o disattivata. Ad esempio, se la caldaia è impostata su 245 gradi e la temperatura di processo scende a 244 gradi, il controller invierà un segnale ON. Questo segnale può accendere il riscaldatore, aprire la valvola del vapore o adottare altre misure per aumentare la temperatura della caldaia. Quando la temperatura raggiunge il valore impostato, l'uscita del regolatore torna allo stato chiuso.

Simile a un termostato domestico, il controller funziona bene in alcune applicazioni, ma con alcune limitazioni significative. Nel caso sopra, impostare la banda di frequenza in cui lavora il controller al valore desiderato in una sola volta. Pertanto, il controller modifica lo stato iniziale solo se la variabile di processo viene modificata almeno una volta.

Le variabili di processo di solito impiegano un po' di tempo quando lo stato iniziale cambia. Ciò significa che la temperatura effettiva può discostarsi dal valore impostato di oltre 1 grado. Questo può essere accettabile per alcune applicazioni, ma non per tutte.

Un altro problema è che i controlli on-off sono spesso inefficienti perché devono essere completamente attivati ​​o disattivati. Se il dispositivo da controllare è una valvola, il controller ON/OFF deve sempre aprire e chiudere la valvola, il che può causare un'usura eccessiva.

Oltre a opzioni di controllo limitate, questi dispositivi spesso non dispongono di display e hanno solo opzioni di comunicazione limitate. Questi controlli on-off di base possono essere utilizzati solo per sistemi termici non critici in cui la precisione non è strettamente richiesta.

Regolatore temperatura PID

Il termoregolatore digitale avanzato ha uscite multiple e funzioni programmabili. Di solito si trova nella parte anteriore e dispone di uno schermo di visualizzazione per un facile accesso da parte dell'operatore. Questi regolatori avanzati calcolano automaticamente i parametri del differenziale integrale proporzionale (PID) per determinare i valori di uscita precisi necessari per mantenere la temperatura desiderata, ottenendo così un controllo più accurato e stabile.

Ad esempio, se si imposta il tempo di ciclo su 8 secondi, l'uscita sarà accesa per 4 secondi e spenta per 4 secondi per un sistema che richiede il 50% di potenza. Se la potenza di uscita raggiunge il 25% nello stesso tempo di ciclo di 8 secondi, l'uscita rimarrà attiva per 2 secondi, quindi disattivata per 6 secondi (figura 2). Questo tipo di controllo ciclico della potenza è comunemente usato per controllare dispositivi a semiconduttore, come i tiristori.

Se il dispositivo controllato può cambiare continuamente il suo stato, l'uscita del controller PID può essere impostata per cambiare continuamente per controllare il dispositivo. Ad esempio, è possibile utilizzare l'uscita PID 4-20 mA per modificare continuamente la posizione della valvola di controllo. Questo tipo di controllo continuo consente un controllo della temperatura molto preciso.

Questi termoregolatori digitali avanzati spesso possono essere programmati per diversi tipi di allarmi. Ad esempio, è possibile impostare un allarme alto per spegnere la fonte di calore quando la temperatura supera il valore preimpostato per evitare che il calore danneggi il dispositivo. L'allarme di deviazione può essere impostato su un valore positivo o negativo in base al valore impostato per avvisare l'operatore quando la temperatura supera l'intervallo.

Un'altra funzione pratica è quella di emettere un allarme quando il segnale di uscita è al 100 percento, ma dopo un po' il sensore di ingresso non rileva alcun cambiamento di temperatura, indicando un guasto nel circuito di controllo della temperatura.

Regolatore di temperatura flessibile

In genere, i controller a loop singolo hanno ingressi e uscite. I controlli con più loop di controllo hanno più ingressi e uscite che possono essere utilizzati per controllare più loop di controllo contemporaneamente, consentendo il monitoraggio di più funzionalità per il sistema di processo.

Inoltre, i controllori multicircuito sono compatti e modulari e possono funzionare in modalità autonoma o come parte di sistemi di automazione avanzati, come controllori logici programmabili o controllori di automazione programmabili in sistemi di controllo distribuiti.

Se utilizzato al posto del controllo della temperatura in uno di questi sistemi di automazione avanzati, il controller multi-loop fornisce un controllo PID rapido e scarica molti calcoli di scambio di memoria dal processore del sistema di automazione.

In alternativa ai controlli DIN, i controlli multi-loop forniscono un punto di accesso software centrale per tutti i loop di controllo. Questi controlli forniscono anche funzionalità che i normali controlli del pannello non offrono. Elevata densità di loop, requisiti di spazio ridotti e cablaggio ridotto si ottengono fornendo punti di connessione comuni per l'alimentazione e le interfacce di comunicazione digitale.

Rispetto ai semplici controller, i termoregolatori con più loop di controllo in genere dispongono di funzioni di sicurezza estese che impediscono l'accesso non autorizzato a impostazioni importanti. Queste funzionalità offrono il controllo completo su ciò che il controller legge o scrive, limitando ciò che l'operatore può leggere o modificare.

I controlli avanzati forniscono anche eccellenti capacità di comunicazione che consentono loro di comunicare con sistemi di automazione avanzati tramite collegamenti di comunicazione digitale. Può essere configurato rapidamente e facilmente utilizzando un software basato su PC, semplificando il salvataggio per un uso futuro. Quando sei connesso a Internet o Intranet, puoi accedere in remoto a questi controller ed eseguire la visualizzazione, la configurazione e il controllo remoti completi da qualsiasi postazione che abbia accesso a Internet o Intranet.

Questo articolo introduce le funzioni e i tipi di termoregolatore. Oltre al costo originale, ci sono molti fattori per mantenere operazioni sicure ed efficaci, dai tipi di sensori ai requisiti di precisione all'accesso remoto. I controlli economici possono essere molto costosi se i componenti devono essere riparati frequentemente, la precisione richiesta non può essere mantenuta o si verificano incidenti a causa di caratteristiche di sicurezza inadeguate. È necessario fornire il controller appropriato in base ai requisiti del processo e esaminare ogni applicazione in dettaglio.