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引言隨著工業化的進步，工廠管道的伴熱和保溫隨著技術的進步而變化，但過程相對緩慢，直到20世紀70年代和80年代才迎來大發展。在此之前，蒸汽伴熱或熱油伴熱幾乎是專用的，但電伴熱的比例一直在緩慢增加，現在北美電伴熱的比例已經超過三分之一。中國電伴熱技術起步較晚，約占工業領域電伴熱市場的25%。蒸汽伴熱仍然主導著市場部分原因是一些企業有現成的工業鍋爐，蒸汽相對容易獲得，成本低。與蒸汽伴熱相比，電伴熱具有無噪音、無污染、免維護、可控性強等無可比擬的優勢。本文重點介紹了電伴熱控制與監控的發展及前景。2控制與監控的區別雖然電伴熱只占整個化工廠投資的一小部分，但一旦出現伴熱問題，管道凍結或維護溫度異常，工廠就無法正常運行。系統的可靠性取決于所有部件的可靠性。如果這些組件是串聯的，那么系統的所有組件都必須正常工作。這種情況被稱為“控制”如果在電伴熱系統中增加控制系統，由于控制系統和伴熱系統是串聯的，它們必須同時工作，因此伴熱系統的可靠性會降低。監控系統是一個并行系統。如果監控系統出現故障，將不會影響獨立電熱跟蹤系統的運行。例如，如果摩托車的燃油表壞了，它不會影響它的速度。因此，當報警燈出現故障時，斷路器不應跳閘假設電伴熱系統的可靠性為99%，監控系統的可靠性為95%如果監測獨立于電伴熱，電伴熱將在99%的時間內正常工作，其余1%的故障將由監測系統監測到95%，即系統的可靠性等于99%加0.95%，即99.95%如果控制和監測是串聯的，伴熱和控制必須工作，那么只有95%和99%可以倍增，導致94%的可靠系統時間因此，有必要確保監控系統獨立于控制系統，以便在添加監控系統后獲得期望的高可靠性。3目前電伴熱控制的主要方法3.1自動調節伴熱線

自動調節技術起源于美國20世紀60年代末，美國Chemelex公司首次將輻射交聯技術應用于滲透有碳粒子的聚合物材料，并生產出苐yi種能夠感知溫度變化和調節功率輸出的平行結構電熱絲。

圖1顯示了自調節電熱絲的功率溫度曲線自調節性能取決于管道系統和電熱絲之間的熱平衡，并且沒有外部控制機制可用于將管道溫度保持在可接受的誤差范圍內。較終管道溫度與環境溫度相關，因為管道溫度由功率輸出和管道熱損失之間的平衡點決定。采用該技術的并聯結構自調節電熱絲廣泛應用于控制精度和能耗要求低的場合自動調節線也可以實現穩定的設計。穩定設計是指在較高環境溫度下，加熱絲持續通電，管道的較高可能溫度不會超過其較高軸承溫度或其他設計要求中規定的溫度。穩定設計無需溫控設備即可實現安全。3.2管道感應控制管道感應控制是基于安裝在管道上的溫度傳感器的反饋信號的閉環控制，該反饋信號輸出到電伴熱電路上的交流接觸器或固態繼電器相對而言，這種控制方法是較直接、較準確的控制方法。但事實上，不同類型控制器的精度差異很大。傳統的機械式恒溫器簡單可靠，但控制精度不理想。溫度傳感器采用連接毛細管的燈泡，內部填充液態硅樹脂溫度的變化會改變開關觸點的輸出狀態輸出精度一般可達3 ~ 4℃，同時，為了避免開關觸點頻繁動作，存在一個死區，約為1 ~ 7℃另外，由于控制溫度是由機械刻度盤設定的，每個設定值的重復性也有一定的誤差，約為1 ~ 2℃所以，恒溫器本身的誤差并不小。更精確的控制要求必須通過電子溫度控制器來實現。電子恒溫器需要RTD或熱電偶將溫度信號轉換成電信號理論上，由于使用了貴金屬鉑電阻，溫度傳感器可以達到非常高的精度(0.1℃)，但不能指望管道系統也能達到如此高的精度。首先，為了避免接觸器頻繁的開關動作，必須引入死區的概念。第二，在遠離傳感器的管道系統的每個部分都有相當大的絕對溫差。此外，流體形式、環境溫度、是否有陽光，甚至管道支架的熱膨脹都會影響管道系統的溫度。3.3環境溫度控制環境溫度控制使用RTD或熱電偶來測量環境溫度。當環境溫度低于設定值時，打開所有電熱跟蹤電路這種方法大大降低了控制器和RTD的成本缺點是無法監控每個電路的溫度，因此能耗將不可避免地增加。這種方法通常適用于防凍保護3.4比例環境誘導控制(PASC)作為一種控制方法，始于20世紀90年代，在寒冷的冬季廣泛應用于歐洲。美國過去并不太重視這項技術的推廣，但隨著國際油價的飆升，美國較近也開始更加重視這項技術。我國能源供應形勢相當嚴峻，推廣這種節能技術將有更廣闊的前景。PASC控制原理示意圖如圖2所示其原理是在環境溫度控制的基礎上，增加從較低環境溫度到控制溫度區間內實時環境溫度的比值計算，從而確定合理的輸出功率占空比和作用周期聚天冬氨酸特別適用于防凍保護。因為配對導線的輸出功率是根據一個區域的極端較低環境溫度設計的，即使溫度低于設定的控制值(假設為5℃)，輸出功率在大多數情況下都會超過防凍液所需的功率輸出，所以溫度越接近設定值，節省的功率就越多。3.5除上述方法外，其他控制方法包括比例控制。其意義在于用固態繼電器取代接觸器，并通過控制它們每秒的占空比來實現更精確的控制。實際上，真正的意義在于消除死區造成的誤差PID控制是經典控制理論的貢獻，采用模擬輸出。然而，眾所周知，管道溫度控制系統的誤差并不在于控制算法和RTD本身，所以這方面的所有努力都是徒勞的和不可取的。新技術在電伴熱控制系統中的應用隨著科學技術的發展，對監控的要求也日益提高。隨著集散控制系統的出現，對實現集中訪問所有控制信息的要求越來越高，分布式結構可以顯著提高系統的可靠性。理論上，集散控制系統可以實現所有的電氣跟蹤控制和監控功能然而，集散控制系統集成商不一定熟悉電伴熱，因此他們需要在編程上花費額外的時間，這對勞動力成本高的國家來說是不經濟的。隨著技術的進步，軟硬件的不斷發展，現場總線的發展也相當成熟。專業人士正在開發一種更先進、更具成本效益的控制系統。下面討論基于泰科的數字跟蹤系統的控制方案，如圖3所示。其中t是溫度信號；我是當前的信號；GF是接地故障電流；r是繼電器輸出。圖3所示的系統使用ModBus作為通信協議，圖中有兩個控制器。對于回路數量多且集中的場合，可以使用NGC-30控制器。NGC-30需要安裝在控制柜中，一個控制器可以控制五個回路。NGC-20是安裝在管道上的現場控制器(必須防爆)，屬于單點控制器，更適合控制點分散的場合。它們可以采集管道的溫度信號、電熱絲的電流值、接地故障電流等信號。彼此可以通過RS485線路連接到用戶界面。用戶界面可以是帶有觸摸屏的工業平板電腦用戶界面的主要功能是設置所有控制器參數并起到監控作用。當用戶界面出現故障時，所有控制器可以獨立正常工作，當任何一個控制器出現故障時，用戶界面可以檢測并發出報警，因此這種“監控”獨立于“控制”，從而大大提高了系統的可靠性近年來，通過以太網實現遠程通信和管理已成為一種趨勢。該用戶界面可以通過以太網端口方便地連接到辦公室的普通PC上，實現一些先進的控制功能，如溫度趨勢分析、對大型系統增加批量處理、預置一些定時控制命令(見圖4)為了便于管理，更多的用戶可以通過以太網訪問控制系統。從圖中還可以看出，當現場處于危險區域時，要么將控制柜以防爆形式放置在現場，要么選擇控制器NGC-20。此時，NGC-20可以通過RS485線路直接連接到PC機上(需要一個RS485/RS232轉換器)結論限溫器獨立于控制器，對電伴熱系統的安全起到額外的保護作用。它有自己的RTD。一旦測量值達到設定范圍，繼電器將跳閘，并且只能在手動復位后恢復運行。溫度限制器的要求源自德國，目前僅適用于德國(所有1區的不穩定設計配套線)還不清楚其他歐洲國家是否會采納它。美國目前沒有這種趨勢。歐洲的ATEX防爆認證指令ATEX100描述了即使溫度限制器安裝在安全區域，其功能安全性也需要認證，因為它控制著危險區域的系統

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