کنترل دما در برق صنعتی به چه نحوی است؟
کنترلر دما چیست؟
کنترلر دما دستگاهی است که برای حفظ دمای مورد نیاز در یک مقدار خاص استفاده می شود. ساده ترین مثال یک کنترل کننده دما ، ترموستات است که معمولاً در خانه یافت می شود. به عنوان مثال ، آبگرمکن از ترموستات برای کنترل دمای آب و کنترل آن در دمای مشخص استفاده می کند. در کوره ها از کنترل کننده های دما نیز استفاده می شود.
هنگام تنظیم دمای فر ، کنترل کننده واقعی دما داخل فر را کنترل می کند. اگر دما کمتر از دمای تنظیم شده باشد ، یک سیگنال برای فعال کردن بخاری ارسال می کند تا دما دوباره به نقطه تنظیم شده برسد. ترموستات در یخچال نیز استفاده می شود. بنابراین ، اگر درجه حرارت بیش از حد بالا باشد ، کنترل کننده دما را کاهش می دهد.
چرا به کنترلر دما نیاز داریم؟
کنترلر دما در هر شرایطی که دما باید ثابت نگه داشته شود مورد نیاز است. این ممکن است زمانی باشد که جسم نیاز به دمای گرم ، سرد یا هر دو داشته باشد ، بدون آنکه مجبور به تغییر محیط اطراف خود و حفظ دمای مورد نظر (نقطه تنظیم) باشد. دو نوع اساسی برای کنترل دما وجود دارد. حلقه باز و کنترل حلقه بسته.
حلقه باز اساسی ترین شکل است ، صرف نظر از دمای واقعی خروجی ، از گرمایش/سرمایش مداوم استفاده می شود. سیستم مشابه سیستم گرمایش داخلی خودرو است. در روزهای سرد ، ممکن است لازم باشد بخاری را به طور کامل روشن کنید تا ماشین تا 75 درجه گرم شود. با این حال ، در هوای گرم ، تنظیمات داخلی می تواند باعث شود دمای داخلی خودرو تا 75 درجه برسد.
کنترل حلقه بسته بسیار پیچیده تر از کنترل حلقه باز است. در یک برنامه حلقه بسته ، دمای خروجی به طور مداوم اندازه گیری و تنظیم می شود تا خروجی ثابت در دمای مورد نیاز حفظ شود. کنترل کننده حلقه بسته همیشه سیگنال خروجی را می شناسد و در حین فرآیند کنترل دوباره آن را تغذیه می کند. کنترل حلقه بسته شبیه خودرویی با کنترل آب و هوای داخلی است. اگر دمای خودرو را روی 75 درجه تنظیم کنید ، کنترل آب و هوا در صورت لزوم گرمایش (در روزهای سرد) یا سرمایش (در روزهای گرم) را برای حفظ دمای 75 درجه تنظیم می کند.
کنترلر دما چگونه کار می کند؟
همه کنترلرها ، از ابتدایی ترین تا پیچیده ترین ، تقریباً یکسان عمل می کنند. کنترلر دما از مقادیر تعیین شده برای کنترل برخی متغیرها یا پارامترها استفاده می کند. کنترل کننده به دو متغیر نیاز دارد. سیگنال ورودی واقعی و مقدار مجموعه مورد نیاز سیگنال ورودی نیز مقدار فرآیند نامیده می شود. سپس مقدار ورودی یا فرآیند را با مقدار تعیین شده مقایسه کنید. اگر مقدار واقعی با مقدار تنظیم شده مطابقت نداشته باشد ، کنترل کننده سیگنال خروجی را با توجه به تفاوت بین مقدار تنظیم شده و مقدار فرآیند و نزدیک یا دور بودن مقدار فرآیند از مقدار تعیین شده تغییر می دهد. این سیگنال خروجی سپس پاسخی را برای تصحیح مقدار واقعی برای مطابقت با نقطه تنظیم آغاز می کند.
کنترل روشن/خاموش یکی از ساده ترین انواع کنترل است. با راه اندازی باند پسماند کار کنید. به عنوان مثال ، می توان یک کنترل کننده دما را تنظیم کرد تا دمای اتاق را کنترل کند. اگر نقطه تنظیم 68 درجه باشد و دمای واقعی به 67 درجه کاهش یابد ، سیگنال خطا نشان می دهد که اختلاف -1 درجه است. سپس کنترل کننده سیگنالی برای افزایش حرارت اعمال شده ارسال می کند تا دما را به نقطه تنظیم 68 درجه برساند.
وقتی دما به 68 درجه می رسد ، بخاری خاموش می شود. برای دمای بین 68 تا 67 درجه ، کنترل کننده هیچ کاری نمی کند و بخاری خاموش است. با این حال ، وقتی درجه حرارت به 67 درجه رسید ، بخاری دوباره روشن شد.
بر خلاف کنترل ON/OFF ، کنترل PID خروجی دقیق مورد نیاز برای حفظ دمای مطلوب را تعیین می کند. توان خروجی می تواند از 0 تا 100 باشد. هنگام استفاده از نوع خروجی آنالوگ ، درایو خروجی متناسب با توان خروجی است. با این حال ، اگر خروجی یک خروجی دوتایی مانند رله ، درایور SSR یا triac باشد ، خروجی باید متناسب باشد تا صفحه نمایش آنالوگ به دست آید.
سیستم تناسب زمانی از زمان چرخه برای تناسب با مقدار خروجی استفاده می کند. اگر زمان چرخه روی 8 ثانیه تنظیم شود ، سیستمی که به 50 درصد قدرت نیاز دارد 4 ثانیه خروجی و 4 ثانیه خاموش شدن دارد. مقدار زمان قبل از تغییر سطح باتری تغییر نمی کند. زمان چرخه کوتاه تر مطلوب است زیرا کنترل کننده می تواند سریعتر واکنش نشان دهد و با توجه به تغییر داده شده در فرایند ، وضعیت خروجی را تغییر دهد.
کنترل دما PID
کنترل کننده PID فشار ، دما ، سطح ، جریان و سایر پارامترهای فیزیکی را اندازه گیری می کند. و غیره PID مخفف Propotional Integral Derivative است. اساس کنترل کننده بر اساس سه حالت کنترل است: نسبی ، انتگرال و مشتق.
کنترل متناسبی
با توجه به وضعیت فعلی سیستم کنترل کنید ، مقدار اندازه گیری شده را با مقدار تعیین شده مقایسه کنید و یک سیگنال کنترلی متناسب با محدوده خطای لحظه ای ارسال کنید.
کنترل انتگرالی
سیستم بر اساس حالت گذشته در حالت کنترل شده است و سیگنال کنترل بر اساس حاشیه خطای زمان گذشته تولید می شود.
کنترل مشتقی
عملکرد این عملکرد بر اساس وضعیت آینده سیستم کنترل است و سیگنال کنترل بستگی به میزان تغییرات خطا دارد. کنترل کننده PID با توجه به حالات گذشته ، حال و آینده سیستم ، سیگنال های کنترلی تولید می کند و در بسیاری از فرایندهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد.
ساختار کنترلر دما PID
ساختار کنترل کننده دما مستقیماً روی تنظیمات کنترل کننده تأثیر می گذارد. انواع ساختار کنترلر دما PID به شرح زیر است:
- PID کنترلر دما با ساختار موازی
- PID کنترلر دما (استاندارد ، ایده آل ، ISA) با ساختار غیر تعاملی
- PID کنترلر دما با ساختار تعاملی (واقعی ، سری ، کلاسیک)
انواع کنترلر دما
کنترلر دما دارای انواع مختلفی است ، با طیف گسترده ای از ویژگی ها و عملکردها. روشهای زیادی برای طبقه بندی کنترلرها بر اساس عملکرد آنها وجود دارد. به طور کلی ، کنترلر دما یا یک حلقه واحد یا چند حلقه است. کنترل کننده حلقه تک دارای یک ورودی و یک یا چند خروجی برای کنترل سیستم گرمایش است. از سوی دیگر ، یک کنترلر چند حلقه دارای چندین ورودی و خروجی است و می تواند چندین حلقه را در یک فرآیند کنترل کند. حلقه های کنترل بیشتر امکان کنترل بیشتر روی عملکردهای سیستم فرآیند را فراهم می کند.
آنالوگ
ساده ترین و اساسی ترین نوع کنترلر دما کنترل کننده آنالوگ است. کنترلر دمای آنالوگ یک کنترل کننده ارزان قیمت و ساده است که می تواند برای کنترل فرایندهای ناهموار و قابل اعتماد در محیط های سخت صنعتی ، از جمله فرآیندهای با سر و صدای الکتریکی قابل توجه استفاده شود. صفحه نمایش کنترل کننده معمولاً صفحه کلید است.
حد
این کنترل کننده ها دمای فرآیند را به طور ایمن کنترل می کنند. آنها نمی توانند دما را به تنهایی کنترل کنند. به طور خلاصه ، کنترل کننده محدود یک دستگاه ایمنی مستقل است که باید همراه با یک حلقه کنترلی موجود استفاده شود. آنها می توانند ترموکوپل ، RTD یا ورودی پردازش را بپذیرند و محدودیت هایی را برای دماهای بالا یا پایین ، مانند کنترل کننده های سنتی ، تعیین کنند. کنترل محدود ، قفل شده است و برخی از مدارهای کنترل اضافی به طور فعال سیستم گرمایش را در شرایط بیش از حد خاموش می کنند. خروجی قفل باید توسط اپراتور تنظیم شود.
یک مثال رایج ایمنی خاموش کردن کوره ها است. اگر کوره از دمای تنظیم شده فراتر رود ، دستگاه محدود سیستم را خاموش می کند. این کار برای جلوگیری از آسیب به کوره و هرگونه محصولاتی است که ممکن است در اثر گرم شدن بیش از حد آسیب ببینند.
کنترل کننده های درجه حرارت برای اهداف عمومی
برای کنترل بیشتر فرآیندهای متداول در صنعت از کنترل کننده های جهانی دما استفاده می شود. به طور کلی ، آنها چندین خروجی و توابع خروجی قابل برنامه ریزی در محدوده اندازه DIN دارند. این کنترل کننده ها همچنین می توانند PID را برای شرایط کنترل عالی عالی انجام دهند. آنها به طور سنتی برای دسترسی آسان اپراتور روی صفحه جلویی قرار می گیرند.
سوپاپ موتور محرک
نوع خاصی از کنترلرهای عمومی ، کنترل کننده موتور سوپاپ (VMD) است. این کنترلرها به طور خاص برای کنترل موتورهای سوپاپ مورد استفاده در برنامه های کاربردی مانند کنترل مشعل گاز در خطوط تولید طراحی شده اند. الگوریتم تنظیم خاص ، الگوریتم تنظیم PID سه بعدی ، کنترل دقیق و پاسخ سریع خروجی را بدون بازخورد خط لغزش یا دانش بیش از حد ارائه می دهد. کنترل کننده VMD بسته به نیاز انرژی فرایند ، موقعیت سوپاپ را در هر زمان کنترل می کند.
استفاده از کنترل کننده دما
کاربردهای متداول در صنعت
کنترل کننده های دما در صنایع مختلف برای مدیریت فرایندها یا عملیات تولید استفاده می شوند. برخی از کاربردهای رایج کنترل کننده های دما در صنعت عبارتند از: دستگاه های قالب گیری تزریقی ، قالب گیری تزریقی ، دستگاه های بسته بندی حرارتی ، دستگاه های بسته بندی ، پردازنده های مواد غذایی ، دستگاه های ذخیره مواد غذایی و بانک های خون. موارد زیر برخی از کاربردهای متداول کنترل دما در صنعت را معرفی می کند:
گرمایش/اجاق گاز
کنترل کننده های دما برای کاربردهای عملیات حرارتی در کوره ها ، کوره های سرامیکی ، دیگهای بخار و مبدلهای حرارتی استفاده می شود.
بسته بندی
در بخش بسته بندی ، ماشین آلات مجهز به میله های آب بندی ، چسب ، عملکرد ذوب ، تونل های بسته بندی کوچک یا برچسب ها باید در درجه حرارت و زمان پردازش مشخص کار کنند. کنترل کننده دما این عملکرد را به طور دقیق تنظیم می کند تا خروجی محصول با کیفیت بالا تضمین شود.
پلاستیکی
کنترل دما در کولرهای قابل حمل ، قیف و خشک کن ها و تجهیزات قالب گیری و اکستروژن در صنایع پلاستیک رایج است. تجهیزات اکسترودر از کنترل کننده های دما برای نظارت دقیق و کنترل دما در نقاط مختلف کلیدی در تولید پلاستیک استفاده می کند.
مراقبت های بهداشتی
کنترل کننده های دما در صنعت مراقبت های بهداشتی برای بهبود دقت کنترل دما استفاده می شود. تجهیزات معمولی که از کنترل کننده های دما استفاده می کنند شامل تجهیزات آزمایشگاهی و آزمایشی ، اتوکلاوها ، دستگاه های جوجه کشی ، تجهیزات تبرید و محفظه های رشد بلورها و محفظه های آزمایش است که باید نمونه ها در آن ذخیره شوند یا پارامترهای دمایی خاص مورد آزمایش قرار گیرند.
غذا و نوشیدنی
برنامه های رایج پردازش مواد غذایی شامل کنترل کننده های دما از جمله اجاق گاز ، مخلوط کن ، استریل کننده و ظروف است. کنترل کننده درجه حرارت یا زمان فرآیند را برای اطمینان از عملکرد مطلوب تنظیم می کند.
قطعات یک کنترل کننده دما
ورودی ها
کنترل کننده دما می تواند چندین نوع ورودی داشته باشد. بسته به فرایند کنترل شده ، نوع سنسور ورودی و سیگنال مورد نیاز ممکن است متفاوت باشد. سنسورهای ورودی معمولی شامل ترموکوپل ها و دستگاه های دمای مقاومت (RTDs) و ورودی های خطی مانند mV و mA است. ترموکوپل های استاندارد معمولی شامل J ، K ، T ، R ، S ، ، و L و غیره است. همچنین کنترل کننده می تواند تنظیم شود تا RTD را به عنوان ورودی دما بپذیرد. یک RTD معمولی می تواند یک سنسور پلاتینی 100Ω باشد.
خروجی
علاوه بر ورودی ، هر کنترلر خروجی نیز دارد. از هر خروجی می توان برای انجام چندین وظیفه ، از جمله کنترل فرایندها (مانند روشن کردن منابع گرمایش یا سرمایش) ، شروع زنگ هشدار یا تنظیم مجدد مقادیر فرآیند به کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) یا ضبط استفاده کرد.
کنترل کننده دما شامل خروجی رله چیست ، درایور رله حالت جامد (SSR) و خروجی خطی آنالوگ است. خروجی رله معمولاً یک رله دو قطبی (SPDT) با سیم پیچ ولتاژ DC است. کنترل کننده رله را تغذیه می کند و تماس ها را قطع می کند. این اجازه می دهد تا مخاطبین یک منبع ولتاژ خارجی را برای تغذیه سیم پیچ های یک کنتاکتور چه کاربردی دارد؟ گرمایش بزرگتر کنترل کنند. لازم به ذکر است که جریان نامی کنتاکت های رله معمولاً کمتر از 2A است. کنتاکت می تواند کنتاکتور حرارتی 10-20A مورد استفاده توسط باندهای بخاری یا عنصر گرمایش را کنترل کند.
کلام آخر
کنترلر دما دستگاهی است که می تواند دمای فرآیند صنعتی را بدون نیاز به اپراتور کنترل کند. در این سیستم ، کنترلر دما ، دمای خروجی سنسور دما (مانند ترموکوپل یا RTD) را دریافت می کند ، دمای واقعی حس شده توسط سنسور را با دمای مورد نیاز اپراتور در دستگاه مقایسه می کند و خروجی مناسب را اختصاص می دهد. یک دستگاه کنترل مانند فن یا یک قطعه متصل به آن.
