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    • 前言
    • 何謂溫度控制?
    • 自動溫度控制
    • 環境溫度的影響
    • 回饋控制的缺點
    • 控制的構成要素
    • 彙總

    自動控制在有效率運作工廠和設備上是不可或缺的一環。例如,藉由自動控制來發揮省資源、節能、省力之效,進而對工廠和設備營運目的之一的降低營運成本帶來貢獻。此外,作業條件保持恆定,具有減少偏差、確保平均性、提升產品品質等優點。近年來,基於環保之需,而將各種控制用於低公害作業及公害防止裝置等。其中,溫度控制更被運用於多項製程上,因此維持恆定溫度,大多有助於獲得生產品質均勻的產品。 本章將以溫度控制為主題,闡述基本控制的概念。

    接著如圖1所示,以飼養熱帶魚為例,我們來思考一般所謂的溫度控制,具有何種功能及執行哪些操作。最適合飼養熱帶魚的水溫為30℃,因此一邊觀察玻璃溫度計,同時切換水槽內的電子加熱器開關,以維持水槽的恆定溫度。 接著分解上述行動如下。 依此對於所定目標值,採取之判斷與行動以維持恆定溫度,即稱為「溫度控制」或「溫度管控」。此外,此時透過人手控制溫度即稱為「手動控制」。

    如圖2所示,採用溫度調節器替代用手切換加熱器開關,以便在不經由人手之下自動將水槽溫度維持在30℃的恆定狀態。此外,會設置溫度檢測器取代玻璃溫度計。 溫度感測器檢測水槽溫度後,若溫度調節器檢測到的溫度在30℃以下,即啟動加熱器電源;若超過30℃,則關閉加熱器電源。藉由重複此步驟,將水槽溫度維持在30℃附近。 與手動進行溫度控制一樣,也將這些行動分解如下。 可藉由上述水槽溫度 → 溫度感測器 → 溫度調節器 → 加熱器 → 水槽溫度的一系列流程維持恆定溫度。

    在此將試著思考水槽的環境溫度影響。周圍是無風的穩定環境,室溫也在30℃,當水槽溫度變成30℃時,就會長時間穩定維持這種狀態。然而,當室溫為20℃時,即便水槽達到30℃並關閉加熱器電源,水溫也會因環境溫度的影響,而立即降低,此時就必須經常啟動加熱器電源。反之,當室溫為40℃時,水槽溫度自然會變成30℃ 以上,此時必須用冷卻器取代加熱器來降溫。水槽溫度經常會受到這種環境溫度所影響,而從控制系統外直接影響到控制對象,即稱為「外亂」。 如方塊圖所畫的圖3所示,將此稱為回饋環。

    若將回饋控制稱為控制標準內容一點也不為過,但因屬於「觀察結果後再進行修正的控制」,因此也具有不耐外亂的缺點。總之,當發生風從窗戶灌入因而改變室溫等外亂時,會對控制對象(水槽溫度)造成影響,而產生設定溫度和當前值的差異,因於此差異產生之後才實施控制,故本質上而言外亂的影響無法避免。 要補償這種回饋控制的缺點,就需精細調整PID參數(在第四章中有詳細介紹),以及在外亂對控制對象造成影響之前先進行檢測等所需操作量的準備。

    一般而言,執行回饋控制上的所需要素,大致可分為感測器部位、控制部位、操作部位3大部分。由此觀察水槽溫度控制案例時可得知,是透過執行溫度檢測的溫度感測器 → 執行比較和判斷的溫度調節器 → 為水槽溫度賦予變化的電子加熱器組合,自動重複進行此動作,以便將水槽溫度調整為恆定狀態。 感測器部、控制部、操作部相關概要如下。

    此外,為了順應使用者操作簡單的需求,就連溫度調節器也具有需內置可連接觸控面板等通信功能的調節器高度需求。 在往後的控制領域中,除了感測器部、控制部、操作部的組合之外,就連使用者易用性和包括已考量維修性之人機介面在內的控制迴路的構成也極為重要。

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