冷却器温度控制

工业冷水机通常用于在一个封闭回路中循环恒温流体与液体冷却的仪器和工具，以增加过程的重复性和再现性。冷水机的基本部件包括一个循环流体的泵，一个在冷水机中容纳一定容量冷流体的储层，一个冷却流体的制冷系统，以及一个温度控制模块。(见图1)。

标准的离心温度控制器可用作温度控制模块。控制器可从任何数量的制造商提供各种选项。所有包括温度显示器，都安装了面板，接受电阻温度检测器（RTD）或热电偶的温度输入。还提供各种通信选项。许多控制器的有用功能是比例 - 积分 - 衍生（PID）自动调谐函数。这允许用户让控制器计算对系统干扰的最佳响应。干扰以不同的过程负载，设定点变化和噪声形式出现。自动调谐完成后，用户可能需要对调谐参数进行一些额外的调整，以确保过程流体的温度在过程控制限制内。这并不一定完成用工具调整冷却器的工作。必须知道自动调谐功能将尝试在评估的一个操作点调调温度控制器。 Process dynamics are often affected by conditions that only exist at certain times or under specific circumstances. If these special conditions can be sensed or predicted in some way, a method of adaptive (feed forward) control is needed to supplement the reactive (feedback) control used in a typical control scheme. Chillers serving applications with these advanced needs are often better suited by the use of Programmable Logic Controllers (PLCs) and Operator Interface Terminals (OITs). (See Figure 2.)

PLC的使用提供了灵活性，以满足要求更高的控制环境的需要。它允许在自适应控制方案中无缝集成非过程温度相关的过程测量，如压力，流量，环境温度等或关键事件，如泵过载，安全关闭等。plc也提供了一种数据收集和通信的手段。它们很容易通过无数的通信选项连接到主机系统。各种现场总线连接(Profibus, DeviceNet, Lonworks等)以及非专有串行和以太网链路。这使得用户可以更好地集成冷水机与工具。虽然温度控制对许多工业过程来说是一个关键功能，但温度稳定性对某些过程也很关键。稳定性的增加通常与成本的增加相关。许多应用需要在给定热负荷下稳定到给定设定点温度的±0.5°C。这种水平的稳定性可以通过测量储层的温度和循环制冷系统中的开关阀来实现。 (See Figure 3.) A basic PID algorithm in the temperature control module cycles the on-off valve as needed. The reservoir provides a volume of constant temperature fluid to help reduce the impact of any small temperature changes due to heat load changes from the tool.

虽然储层有助于保持供应到工具的流体的恒定温度，但它也可以在返回工具返回的流体中掩盖大的温度尖峰。这些变化从不同的热负荷产生。例如，在操作中激光可以将恒定的300W加热到流体添加5分钟。然后，激光功率可以在500W下运行5分钟，然后再将其恢复为300W，另外5分钟。此循环可能一遍又一遍重复。将热负荷提高67％将突然将流体温度突然返回到冷却器。由于储存器中的流体温度更慢地改变，因此温度控制模块较慢以响应这些变化。通过测量制冷系统出口处的流体的温度和储存器之前，可以增加温度稳定性。（参见图4.）温度控制模块在流体温度中看到尖峰，并可以相应地响应。通过简单地改变测量点，供应到工具的流体的温度稳定性可以加倍。 (See Figure 5.)

重要的是要注意，如果使用开关阀（例如制冷电磁阀）设计冷却器的稳定性，请进一步增加稳定性会导致更频繁的循环并减少阀门的寿命。在使用自搁板温度控制器上使用自动调谐功能时，可能会发生此问题。因此，冷却器应仅提供保持控制控制过程所需的稳定性。

与冷却器温度控制相关的另一个常见问题是冷却器和工具之间的环境或环境温度损失。当过程流体更热或比室温冷却时，通常发生这种情况，并且冷却器和工具之间存在大量的距离和管道。有时冷却器甚至比工具本身在不同的地板上。例如，在15℃下离开冷却器的流体可以在由于室内空气提高流体温度而到达工具的时间最多温暖到20℃。该过程需要在15℃，而不是20℃的恒定温度下递送到工具的液体。对于此问题，可以将偏移输入5°C的温度控制模块。为冷却器输入15°C的设定点温度，但冷却器实际上将控制到10°C。该过程将获得所需的15°C流体，冷却器将在显示屏上或通过通信传送15°C的值。

有一些工艺对温度比较敏感，例如那些用于医疗设备、某些激光器和半导体设备的工艺。对于循环冷却器，稳定到±0.1°C给定的设定点温度在指定的热负荷是很常见的。然而，正如前面提到的，我们建议您确保给定过程确实需要这种水平的稳定性，因为可能会增加制冷器组件或开发成本。温度控制模块中的PID算法可以控制制冷系统中的开关阀或调节阀。调节阀通常是一个步进阀，在工作点提供更精细的控制。它也不局限于阀门生命周期中的特定次数，就像开关阀一样。与开关阀相比，调节阀完全开启和关闭需要更长的时间。因此，当设定值有一个阶跃变化时，冷水机需要更长的时间才能升到一个新的温度。

温度控制可能是复杂的，在冷水机控制多个流体回路或运行在一个大的温度范围和高变化的热负荷。在这种情况下，使用plc和OITs，因为它们可以被编程来控制多个控制设备和有多个PID环路。这些设备提供了终极的灵活性，因为它们只受为它们创建的程序的限制。

总之，仔细确定系统工作点和所需的稳定性是很重要的。不正确地指定这些项目可能会导致刀具温度失控和/或增加不必要的成本。一个有经验的冷水机制造商可以提供正确的定制或标准的冷水机选择基于正确的输入。