电子温控器

■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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