Programmable temperature controllers

Wählen Sie die Eingangskarte entsprechend dem Sensortyp, der benötigten Kanaldichte und der zulässigen Messunsicherheit aus. Die PTC320 unterstützt einen 2-Leiter- oder 4-Leiter-RTD, Thermistor oder eine Diode und deckt Widerstände von etwa 1 Ω bis 2,5 MΩ ab. Sie eignet sich damit überall dort, wo ein vielseitig konfigurierbarer Einzelkanal benötigt wird. Für vier Pt100-Kanäle bietet die PTC321 dedizierte 4-Leiter-Eingänge, einen Bereich von –215 °C bis 850 °C, eine Anfangsgenauigkeit von ±30 mK und ein RMS-Rauschen von 2 mK bei 10 Messwerten pro Sekunde. Die PTC323 bietet zwei flexible Widerstands- oder Diodeneingänge, während die PTC330 vier isolierte Thermoelementeingänge für E, J, K, N oder T bereitstellt. Dedizierte Karten eignen sich in der Regel für höhere Kanaldichten, während Multisensorkarten mehr Flexibilität bei der Konfiguration bieten.

Die Ausgangskarte sollte auf die Heizspannung, die erforderliche Leistung, die Lastpolarität und die thermische Ansprechzeit abgestimmt sein. Die PTC420 schaltet 120 oder 240 VAC bei bis zu 5 A und arbeitet mit einem einstellbaren Zyklus von 1–240 Sekunden. Sie ist daher für vergleichsweise träge netzbetriebene Heizungen ausgelegt. Die PTC430 liefert bis zu 50 W mit 20-V- und 50-V-Bereichen, während die PTC431 bis zu 100 W bereitstellt und Strombereiche von 2 A, 0,6 A und 0,2 A bietet. Die PTC440 stellt einen bipolaren Ausgang von –5 A bis +5 A zum Heizen und Kühlen mit thermoelektrischen Geräten bereit. Für eine stabile Regelung sollte der gewählte Bereich genügend Reserve bieten, ohne für die angeschlossene Last unnötig groß zu sein.

Das Chassis kann bis zu 16 Temperatur­sensoren überwachen und bis zu sechs PID-Regelkreise betreiben, wobei die tatsächlich mögliche Kombination von den installierten Karten abhängt. Vier breite Steckplätze nehmen Sensoreingangs- oder Heizerausgangskarten auf, während die analogen und digitalen Standardkarten zwei schmale Steckplätze belegen. Die vier analogen Kanäle mit ±10 V können als PID-Ein- oder -Ausgänge arbeiten, ihre Ausgangsgrenze von 10 mA bedeutet jedoch, dass für die Ansteuerung von Heizern ein externer Verstärker erforderlich ist. Es können bis zu vier PTC431-Karten installiert werden, aber nur zwei davon können gleichzeitig mit voller Leistung betrieben werden. Kanalanzahl, Lastleistung und gleichzeitige Betriebsbedingungen sollten daher vor der endgültigen Kartenkonfiguration festgelegt werden.

Die Erfassungsrate bestimmt, wie häufig Messungen durchgeführt und PID-Ausgänge aktualisiert werden, während die Protokollierungsrate festlegt, wie oft Werte gespeichert werden. Regelkreise können mit bis zu 50 oder 60 Hz arbeiten, während sich die Protokollierung für jeden Kanal zwischen 10 Punkten pro Sekunde und einem Punkt pro Stunde einstellen lässt. Der interne Speicher hält die jeweils letzten eine Million Messwerte pro Kanal vor. Das entspricht bei einem Intervall von 0,1 Sekunden etwa 1,2 Tagen oder bei einem Intervall von einer Minute ungefähr zwei Jahren. Die USB-Protokollierung kann den Aufzeichnungszeitraum entsprechend der verfügbaren Speicherkapazität verlängern. In der Praxis sollte die Erfassungsrate an die thermische Dynamik des Systems und das Protokollierungsintervall an die gewünschte Zeitauflösung und Dateigröße angepasst werden.

Eine benutzerdefinierte Kalibrierungstabelle sollte verwendet werden, wenn die integrierte Kennlinie nicht zum einzelnen Sensor passt oder wenn ein nicht standardisierter Messwertgeber angeschlossen ist. Jeder Eingangskanal kann eine eigene Tabelle erhalten, die über ein USB-Speichermedium oder per Fernbefehl geladen wird. Die Datei muss mindestens zwei monotone Kalibrierpunkte enthalten und darf bis zu 16.384 Zeichen umfassen, was typischerweise etwa 400–800 Punkten entspricht. Die Kalibrierpunkte für RTDs sollten normalerweise höchstens 10 °C auseinanderliegen, während Thermistorpunkte für eine feinere Interpolation in Abständen von 1 °C oder weniger gesetzt werden sollten. Die Tabelle sollte über den vorgesehenen Betriebsbereich hinausreichen, da ein Messwert außerhalb des Bereichs den Kanal ausblendet und jeden PID-Regelkreis einfriert, der ihn verwendet.

Jedem Eingang lassen sich obere und untere Grenzwerte sowie Grenzwerte für die Änderungsrate zuweisen, sodass der Regler auf überhöhte Temperatur, schnelle Drift oder einen fehlenden Sensor reagieren kann. Ein ausgelöster Alarm kann ein akustisches Signal erzeugen, ein ausgewähltes Relais aktivieren und einen gewählten Ausgangskanal auf null setzen. Die digitale I/O-Karte bietet vier SPDT-Relais mit einer Auslegung bis 5 A und 250 VAC sowie acht optoisolierte TTL-Leitungen für externe Status- oder Steuersignale. Für alarmgesteuerten Relaisbetrieb muss die digitale I/O-Karte in Steckplatz 6 installiert sein. Diese Funktionen können den Geräteschutz und automatisierte Abschaltlogik unterstützen, bei gefährlichen Heizsystemen sollte jedoch weiterhin eine unabhängig ausgelegte Schutzschaltung mit eigener Netztrennung verwendet werden.

USB, Ethernet und RS-232 sind integriert, und bei Bedarf an Kompatibilität mit vorhandener Messtechnik kann eine IEEE 488.2 GPIB-Schnittstelle ergänzt werden. Alle Reglerfunktionen können über diese Schnittstellen ausgelesen oder gesteuert werden, wobei die USB-Verbindung auf dem Host-Computer als serielle COM-Schnittstelle erscheint. Die Makrosprache unterstützt Variablen, Schleifen, bedingte Anweisungen und Unterprogrammaufrufe; dabei können bis zu zehn Programme gleichzeitig laufen. Drei virtuelle Kanäle können berechnete Werte speichern, anderen Kanälen folgen oder in Kaskadenregelungen eingebunden werden. Zusammen mit den analogen Kanälen, isolierten TTL-Leitungen und Relais ermöglichen diese Funktionen eine übergeordnete Steuerung, ohne dass der Host-Computer jede lokale Aktion übernehmen muss.

Beim Abschalten der Versorgung wird der 512 MB große SDRAM gelöscht, der als Arbeitsspeicher dient, jedoch nicht alle gespeicherten Informationen. Ein 32 MB großer Flash-Speicher behält die Firmware und die Benutzereinstellungen, während die interne Uhr weiterhin Datum und Uhrzeit speichert. Auf austauschbaren USB-Medien können außerdem Benutzerprogramme, Sensorkalibrierkurven und Protokolldateien gespeichert sein. Um nichtflüchtige Inhalte zu löschen, müssen die entsprechenden I/O-Karten installiert sein, ein vollständiger Werksreset durchgeführt und die Firmware neu aufgespielt werden; austauschbare Medien sollten separat entnommen und neu formatiert werden. Diese Unterscheidung ist in sicherheitskritischen Einrichtungen wichtig, da das Trennen der Netzversorgung allein weder gespeicherte Konfigurationsdaten noch auf USB-Medien abgelegte Dateien entfernt.