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引言随着工业化的进步，工厂管道的伴热和保温随着技术的进步而变化，但过程相对缓慢，直到20世纪70年代和80年代才迎来大发展。在此之前，蒸汽伴热或热油伴热几乎是专用的，但电伴热的比例一直在缓慢增加，现在北美电伴热的比例已经超过三分之一。中国电伴热技术起步较晚，约占工业领域电伴热市场的25%。蒸汽伴热仍然主导着市场部分原因是一些企业有现成的工业锅炉，蒸汽相对容易获得，成本低。与蒸汽伴热相比，电伴热具有无噪音、无污染、免维护、可控性强等无可比拟的优势。本文重点介绍了电伴热控制与监控的发展及前景。2控制与监控的区别虽然电伴热只占整个化工厂投资的一小部分，但一旦出现伴热问题，管道冻结或维护温度异常，工厂就无法正常运行。系统的可靠性取决于所有部件的可靠性。如果这些组件是串联的，那么系统的所有组件都必须正常工作。这种情况被称为“控制”如果在电伴热系统中增加控制系统，由于控制系统和伴热系统是串联的，它们必须同时工作，因此伴热系统的可靠性会降低。监控系统是一个并行系统。如果监控系统出现故障，将不会影响独立电热跟踪系统的运行。例如，如果摩托车的燃油表坏了，它不会影响它的速度。因此，当报警灯出现故障时，断路器不应跳闸假设电伴热系统的可靠性为99%，监控系统的可靠性为95%如果监测独立于电伴热，电伴热将在99%的时间内正常工作，其余1%的故障将由监测系统监测到95%，即系统的可靠性等于99%加0.95%，即99.95%如果控制和监测是串联的，伴热和控制必须工作，那么只有95%和99%可以倍增，导致94%的可靠系统时间因此，有必要确保监控系统独立于控制系统，以便在添加监控系统后获得期望的高可靠性。3目前电伴热控制的主要方法3.1自动调节伴热线

自动调节技术起源于美国20世纪60年代末，美国Chemelex公司首次将辐射交联技术应用于渗透有碳粒子的聚合物材料，并生产出苐yi种能够感知温度变化和调节功率输出的平行结构电热丝。

图1显示了自调节电热丝的功率温度曲线自调节性能取决于管道系统和电热丝之间的热平衡，并且没有外部控制机制可用于将管道温度保持在可接受的误差范围内。较终管道温度与环境温度相关，因为管道温度由功率输出和管道热损失之间的平衡点决定。采用该技术的并联结构自调节电热丝广泛应用于控制精度和能耗要求低的场合自动调节线也可以实现稳定的设计。稳定设计是指在较高环境温度下，加热丝持续通电，管道的较高可能温度不会超过其较高轴承温度或其他设计要求中规定的温度。稳定设计无需温控设备即可实现安全。3.2管道感应控制管道感应控制是基于安装在管道上的温度传感器的反馈信号的闭环控制，该反馈信号输出到电伴热电路上的交流接触器或固态继电器相对而言，这种控制方法是较直接、较准确的控制方法。但事实上，不同类型控制器的精度差异很大。传统的机械式恒温器简单可靠，但控制精度不理想。温度传感器采用连接毛细管的灯泡，内部填充液态硅树脂温度的变化会改变开关触点的输出状态输出精度一般可达3 ~ 4℃，同时，为了避免开关触点频繁动作，存在一个死区，约为1 ~ 7℃另外，由于控制温度是由机械刻度盘设定的，每个设定值的重复性也有一定的误差，约为1 ~ 2℃所以，恒温器本身的误差并不小。更精确的控制要求必须通过电子温度控制器来实现。电子恒温器需要RTD或热电偶将温度信号转换成电信号理论上，由于使用了贵金属铂电阻，温度传感器可以达到非常高的精度(0.1℃)，但不能指望管道系统也能达到如此高的精度。首先，为了避免接触器频繁的开关动作，必须引入死区的概念。第二，在远离传感器的管道系统的每个部分都有相当大的绝对温差。此外，流体形式、环境温度、是否有阳光，甚至管道支架的热膨胀都会影响管道系统的温度。3.3环境温度控制环境温度控制使用RTD或热电偶来测量环境温度。当环境温度低于设定值时，打开所有电热跟踪电路这种方法大大降低了控制器和RTD的成本缺点是无法监控每个电路的温度，因此能耗将不可避免地增加。这种方法通常适用于防冻保护3.4比例环境诱导控制(PASC)作为一种控制方法，始于20世纪90年代，在寒冷的冬季广泛应用于欧洲。美国过去并不太重视这项技术的推广，但随着国际油价的飙升，美国较近也开始更加重视这项技术。我国能源供应形势相当严峻，推广这种节能技术将有更广阔的前景。PASC控制原理示意图如图2所示其原理是在环境温度控制的基础上，增加从较低环境温度到控制温度区间内实时环境温度的比值计算，从而确定合理的输出功率占空比和作用周期聚天冬氨酸特别适用于防冻保护。因为配对导线的输出功率是根据一个区域的极端较低环境温度设计的，即使温度低于设定的控制值(假设为5℃)，输出功率在大多数情况下都会超过防冻液所需的功率输出，所以温度越接近设定值，节省的功率就越多。3.5除上述方法外，其他控制方法包括比例控制。其意义在于用固态继电器取代接触器，并通过控制它们每秒的占空比来实现更精确的控制。实际上，真正的意义在于消除死区造成的误差PID控制是经典控制理论的贡献，采用模拟输出。然而，众所周知，管道温度控制系统的误差并不在于控制算法和RTD本身，所以这方面的所有努力都是徒劳的和不可取的。新技术在电伴热控制系统中的应用随着科学技术的发展，对监控的要求也日益提高。随着集散控制系统的出现，对实现集中访问所有控制信息的要求越来越高，分布式结构可以显著提高系统的可靠性。理论上，集散控制系统可以实现所有的电气跟踪控制和监控功能然而，集散控制系统集成商不一定熟悉电伴热，因此他们需要在编程上花费额外的时间，这对劳动力成本高的国家来说是不经济的。随着技术的进步，软硬件的不断发展，现场总线的发展也相当成熟。专业人士正在开发一种更先进、更具成本效益的控制系统。下面讨论基于泰科的数字跟踪系统的控制方案，如图3所示。其中t是温度信号；我是当前的信号；GF是接地故障电流；r是继电器输出。图3所示的系统使用ModBus作为通信协议，图中有两个控制器。对于回路数量多且集中的场合，可以使用NGC-30控制器。NGC-30需要安装在控制柜中，一个控制器可以控制五个回路。NGC-20是安装在管道上的现场控制器(必须防爆)，属于单点控制器，更适合控制点分散的场合。它们可以采集管道的温度信号、电热丝的电流值、接地故障电流等信号。彼此可以通过RS485线路连接到用户界面。用户界面可以是带有触摸屏的工业平板电脑用户界面的主要功能是设置所有控制器参数并起到监控作用。当用户界面出现故障时，所有控制器可以独立正常工作，当任何一个控制器出现故障时，用户界面可以检测并发出报警，因此这种“监控”独立于“控制”，从而大大提高了系统的可靠性近年来，通过以太网实现远程通信和管理已成为一种趋势。该用户界面可以通过以太网端口方便地连接到办公室的普通PC上，实现一些先进的控制功能，如温度趋势分析、对大型系统增加批量处理、预置一些定时控制命令(见图4)为了便于管理，更多的用户可以通过以太网访问控制系统。从图中还可以看出，当现场处于危险区域时，要么将控制柜以防爆形式放置在现场，要么选择控制器NGC-20。此时，NGC-20可以通过RS485线路直接连接到PC机上(需要一个RS485/RS232转换器)结论限温器独立于控制器，对电伴热系统的安全起到额外的保护作用。它有自己的RTD。一旦测量值达到设定范围，继电器将跳闸，并且只能在手动复位后恢复运行。温度限制器的要求源自德国，目前仅适用于德国(所有1区的不稳定设计配套线)还不清楚其他欧洲国家是否会采纳它。美国目前没有这种趋势。欧洲的ATEX防爆认证指令ATEX100描述了即使温度限制器安装在安全区域，其功能安全性也需要认证，因为它控制着危险区域的系统

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