معرفی روش های کنترل دما با کمک سنسور

روش های کنترل دما با کمک سنسور:
سه نوع کنترل کننده اساسی وجود دارد: خاموش/روشن، تناسبی و PID. بسته به سیستمی که باید کنترل شود، اپراتور قادر خواهد بود از یک روش برای کنترل فرایند استفاده کند.

در ادامه، یک کنترل کننده نوع خاموش/روشن را طراحی می کنیم.

کنترل روشن/خاموش:
کنترل کننده روشن/خاموش ساده ترین شکل سیستم کنترل دما است. خروجی سیستم روشن یا خاموش است و حالت بینابینی ندارد. یک کنترل کننده خاموش/روشن (OFF/ON) فقط درصورتی که دما از نقطه تنظیم عبور کند، خروجی را تغییر می دهد.

برای کنترل گرما، وقتی دما پایین تر از نقطه تنظیم باشد کنترل کننده روشن و اگر دما بالای نقطه تنظیم، باشد، خاموش است.

از آنجا که دما برای تغییر حالت خروجی از نقطه تنظیم عبور می کند، دمای فرایند به طور مداوم در حال چرخش است و از پایین نقطه تنظیم به بالا و و بالعکس تغییر می کند.

در مواردی این چرخه به سرعت اتفاق می افتد و برای جلوگیری از آسیب رساندن به رله ها و شیرها، دیفرانسیل (اختلاف) خاموش یا «هیسترزیس» به عملکرد کنترل کننده اضافه می شود.

این دیفرانسیل مستلزم آن است که دما قبل از خاموش یا روشن شدن خروجی مقدار مشخصی از مقدار تنظیم شده فراتر رود.

اگر چرخه در بالا و پایین نقطه تنظیم خیلی سریع اتفاق بیفتد، دیفرانسیل خاموش از «چترینگ» یا ایجاد سوئیچ های مداوم سریع جلوگیری می کند.

کنترل روشن/خاموش معمولاً در مواردی که کنترل دقیق لازم نباشد، در سیستم هایی که نمی توانند انرژی را به طور مداوم روشن و خاموش کنند، جایی که جرم سیستم به حدی زیاد است که درجه حرارت آهسته تغییر می کند یا برای هشدار دما استفاده می شود.

یک نوع خاص از کنترل خاموش/روشن که برای هشدار استفاده می شود، «کنترل کننده محدود» (Limit Controller) است. این کنترل کننده از یک رله قفل شونده استفاده می کند که باید به صورت دستی تنظیم شود و برای خاموش کردن فرایند با رسیدن به درجه حرارت خاصی استفاده می شود.

کنترل تناسبی:
کنترل کننده های تناسبی برای از بین بردن چرخه مرتبط با کنترل خاموش/روشن طراحی شده اند. یک کنترل کننده تناسبی، با نزدیک شدن دما به نقطه تنظیم، متوسط توان وارد شده به هیتر را کاهش می دهد.

این امر موجب کند شدن تغییر دمای هیتر می شود، به گونه ای که نسبت به نقطه تنظیم فراجهش نخواهد داشت، بلکه به نقطه تنظیم نزدیک می شود و درجه حرارت پایداری را حفظ می کند.

این عمل تناسب را می توان با خاموش و روشن کردن خروجی برای فواصل زمانی کوتاه انجام داد.

این «متناسب سازی زمان» نسبت زمان «روشن» به «خاموش» برای کنترل دما را تغییر می دهد. عمل تناسب در یک «باند متناسب» حول دمای نقطه تنظیم رخ می دهد.

خارج از این باند، کنترل کننده به عنوان یک واحد خاموش/روشن کار می کند، خروجی یا کاملاً روشن (زیر باند) یا کاملاً خاموش (بالای باند) است. با این حال، در داخل باند، خروجی به نسبت اختلاف اندازه گیری از نقطه تنظیم، خاموش و روشن می شود.

در نقطه تنظیم (نقطه میانی باند تناسبی)، نسبت خروجی خاموش به روشن، یک به یک است. یعنی زمان روشن و زمان خاموش برابر هستند.

اگر دما از نقطه تنظیم فاصله بیشتری داشته باشد، زمان خاموش و روشن متناسب با اختلاف دما تغییر خواهد کرد.

اگر دما کمتر از نقطه تنظیم باشد، خروجی زمان بیشتری روشن می شود. اگر درجه حرارت خیلی زیاد باشد، خروجی مدت زمان بیشتری خاموش خواهد ماند.

کنترل PID:
کنترل کننده سوم تناسبی-انتگرال گیر-مشتق گیر یا PID است. این کنترل کننده کنترل تناسبی را با دو تنظیم اضافه ترکیب می کند، که به کنترل کننده کمک می کند تا به طور خودکار تغییرات سیستم را جبران کند.

این تنظیمات (انتگرال گیر و مشتق گیر) در واحدهای مبتنی بر زمان بیان می شوند. جملات تناسب، انتگرال و مشتق باید به طور جداگانه با استفاده از آزمون و خطا در یک سیستم خاص تنظیم شوند.

این کنترل دقیق ترین و پایدارترین کنترل را از بین سه نوع کنترل کننده فراهم می کند و بهترین گزینه در سیستم هایی که جرم نسبتاً کمی دارند و سیستم هایی که به سرعت در مقابل تغییرات انرژی اضافه شده به فرایند واکنش نشان می دهند، است.

توصیه می شود در سیستم هایی که بار اغلب تغییر می کند، انتظار می رود کنترل کننده به دلیل تغییرات مکرر در تنظیمات، به طور خودکار جبران شود.