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温度控制简介和PID控制器
过程控制系统自动过程控制系统是指将被控量为温度、压.力、流量、成份等类型的过程变量保持在理想的运行值的系统。实际上过程是动态的。变化总是会出现，此时如果不采取相应的措施，那些与安全、产品质量和生产率有关的重要变量就不能满足设计要求。
为了说明问题，计我们来看一下热交换器。流体在这个过程中被压缩的过热蒸汽加热，如图1所示。
图1热交换器
这一装置的主要目的是将流体由入口温度Ti(t).加热到某一期望的出口温度T (t)。如前所述，加热介质是压缩的过热蒸汽。
只要周围没有热损耗，过程流体获得的热量就等于蒸汽释放的热量，即热交换器和管道问的隔热性很好。
很多变量在这个过程中会发生变化，继而导致出日温度偏离期望值。如果出现这种情况，就该采取一些措施来校正偏差，其目的是保持出日温度为期望值。
实现该目的的一种方法是首先测量r(0)，然后与期望值相比较，由比较结果决定如何校正偏差。蒸汽的流量可用于偏差的校.正。就是说，如果温度高于期望值，就关小蒸汽阀来减小进入换热器的蒸汽流量；：若温度低于期望值，就开大蒸汽阀，以增加进入换热器的蒸汽流量。所有这些操作都可由操作员手工实现，操作很简单，不会出现什么问题。但是，由于多数过程对象都有很多变量需要保持为某一期望值，就需要许多的操作员来进行校正。因此，我们想自动完成这种控制。就是说，我们想利用无需操作人员介入就可以控制变量的设备。这就是所
谓自动化的过程控制。
为达到上述日标，就需要设计并实现一个系统。图2所示为一个可行的控制系统及其基本构件。
图2热交换器控制循环
首先要做的是测量过程流体的出口温度，这一任务由传感器(热电偶、热电阻等)完成。将传感器连接到变送器上，由变送器将传感器的输出信号转换为足够大的信号传送给控制器。控制器接收与温度相关的信号并与期望值比较。根据比较的结果，控制器确定保持温度为期望值的控制作用。基于这一结果，控制器再发一信号给执行机构来控制蒸汽流量。
下面介绍控制系统中的4种基本元件，分别是:
(1)传感器，也称为一次元件。
(2)变送器，也称二次元件。
(3)调节器，控制系统的“大脑”。
(4)执行机构，通常是一个控制阀，但并不全是。其他常用的执行机构有变速泵、传送装置和电动机。
这些元件的重要性在于它们执行每个控制系统中都必不可少的3个基本操作，即:
(1)测量：被控量的测量通常由传感器和变送器共同完成。
(2)决策：根据测量结果，为了维持输出为期望值，控制器必须决定如何操作。
(3)操作：根据控器的处理，系统必须执行某种操作，这通常由执行机构来完成
如上所述，侮个控制系统都有M，D和A这3种操作.
有些系统的决策任务简单，而有些很复杂.设计控制系统的工程师必须确保所采取的操作能影响被控变量，也就是说，该操作要影响测量值.否则，系统是不可控的，还会带来许多危害。
PID控制器可以是独立控制器(也可以叫做单回路控制器)，可编程控制器(PLCs)中的控制器，嵌入式控制器或者是用Vb或c#编写的计算机程序软件。
PID控制器是过程控制器，它具有如下特征:
连续过程控制；
模拟输入(也被称为“测量量”或“过程变量”或“PV”)；
模拟输出(简称为“输出”)；
基准点(SP)；
下载翻译器英文翻中文比例、积分以及/或者微分常数；
“连续过程控制”的例子有温度、压力、流量及水位控制。例如：控制一个容器的热量。对于简单的控制，你使用两个具有温度限定功能的传感器(一个限定低温，一个限定高温)。当低温限定传感器接通时就会打开加热器，当温度升高到高温限定传感器时就会关加热器。这类似于大多数家庭使用的空调及供暖系统的温度自动调节器。
反过来，PID控制器能够接受像实际温度这样的输入，控制阀门，这个阀门能够控制进入加热器的气体流量。PID控制器自动地到加热器中气体的合适流量，这样就保持了温度在基准点稳定。温度稳定了，就不会在高低两点间上下跳动了。如果基准点降低，PID控制器就会自动降低加热器中气体的流量。如果基准点升高，PID控制器就会自动的增加加热器中气体的流量。同样地，对于高温，晴朗的天气(当外界温度高于加热器时)及阴冷，多云的天气，PID控制器都会自动调节。
模拟输入(测量量)也叫做“过程变量”或“PV”。你希望PV能够达到你所控制过程参数的高精确度。例如，如果我们想要保持温度为+1度或-1度，我们至少要为此努力，使其精度保持在0. 1度。如果是一个12位的模拟输入，传感器
的温度范围是从0度到400度，我们计算的理论精确度就是4096除以400度= 0. 097656度。我们之所以说这是理论上因为我们假定温度传感器，电线及模拟转换器上没有噪音和误差。还有其他的假定。例如，线性等等。即使是有大量的噪音和其他问题，按理论精确度的1/10计算，1度精确度的数值应该很容易得到的。
模拟输出经常被简称为“输出”。经常在0%到100%之间给出。在这个热量的例子中阀门完全关闭(0%)，完全打开(100%)。
基准点(SP)很简单，即你想要什么样的过程量。在这个例子中你想要过程处于怎样的温度。
PID控制器的任务是维持输出在一个程度上，这样在过程变量(PV)和基准点(SP)上就没有偏差(误差)。
在图3中，阀门用来控制进入加热器的气体，冷却器的制冷，水管的压力，水管的流量，容器的水位或其他的过程控制系统。
图3 PID控制
PID控制器所观察的是PV和SP之间的偏差(或误差)。它观察绝对偏差和偏差变换率。绝对偏差就是——PV和SP之间偏差大还是小。偏差变换率就是——PV和SP之间的偏差随着时间的变化是越来越小还是越来越大。

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