کنترلر دما چیست؟(Temperature controller)

کنترلر دما تجهیزی است که وظیفه کنترل دما در یک پروسه ی صنعتی، بدون دخالت افراد و به شکل اتوماتیک را بر عهده دارد. کنترلر دما در یک سیستم کنترلی، ورودی اطلاعات از یک سنسور دما مانند ترموکوپل یا RTD (از قبیلPT100 یا PT1000 و… ) را دریافت کرده، آن را با دمای اتاق یا دمای تنظیم شده ی اولیه مطابقت می دهد؛ سپس خروجی متناسب با دمای اندازه گیری شده به عنصر تنظیم کننده دما (مانند شیر های دو راهه و سه راهه ) و یا تجهیزات کنترلی نظیر فن و یا المنت که به آن متصل شده است، ارسال می نماید.

دقت نکردن به این بخش و عدم انجام دهی کنترل دمای مناسب، می تواند مشکلاتی اساسی در زمینه ایمنی، کیفیت و بهره وری به همراه داشته باشد.

 مثال خوب و ساده در این خصوص، ترموستات است. ترموستات با استفاده از سنسور تشخیص دهنده دما، ورودی آن را اندازه گیری و سپس با دمای ست شده مقایسه می کند. سپس با توجه به مقدار اندازه گیری شده ی دما، به سیستم تنظیم کننده دمای اتاق مانند هیتر، شیر فن کویل، یا فن هواساز دستور مقتضی داده می شود. البته ترموستات اتاق مثال ساده و در دسترس این موضوع بوده، چرا که در بازار کنترلر ها بیشتر به محصولات پیچیده تری که توانایی کنترل وسیع تر انواع شیرآلات در چند منطقه و دستگاه هواساز  چیلر را دارند، گفته می شود.

 در مقاله ی تابلو های برق چیلر در خصوص تابلو های چیلر هواساز و انواع آنها توضیحات کامل داده ایم که و مطالب این صفحه میتواند برایتان مفید باشد.

Types-of-temperature-controllers

انواع کنترلر دما

سه نوع کلی از کنترل کننده های دما وجود دارد که برای نظارت بر دما در طول فرآیندهای تولید و اتوماسیون صنعتی استفاده میشوند، که در ادامه ی این مقاله این کنترل کننده های دما و کاربرد هایشان در صنعت را بررسی میکنیم.

کنترلر دما ON/OFF

در بین کنترل کننده های دما، کنترلر های ON/OFF ساده ترین نوع برای کنترل دما، می باشند. خروجی این تجهیزات یا ON و یا OFF  است و حالت میانه ایی ندارند.

در واقع یک کنترلر روشن-خاموش، تنها زمانی خروجی را سوییچ می‌کند، که دما از ست پوینت (نقطه از پیش تعیین شده) بگذرد. برای کنترل حرارت‌دهی (هیتینگ)، خروجی زمانی روشن است که دما پایین‌تر از ست‌پوینت است و وقتی بالاتر از ست‌پوینت باشد، خروجی خاموش می‌شود.

همان طور که گفته شد، از آنجایی که حرارت باید از حد میزان تعیین شده بالاتر یا پایینتر برود تا نوع خروجی کنترلر تغییر پیدا کند، پروسه حرارت تبدیل به یک چرخه پیوسته می شود که بالاتر و پایین تر از میزان تعیین شده در نوسان است. در شرایطی که این چرخه با سرعت زیاد اتفاق بی افتد برای جلوگیری از وارد شدن صدمه به کنتاکتورها و دیگر ابزارها، یک دیفرانسیل (On/Off  Differential)  یا هیسترزیس ( hysteresis ) به اپراتورهای کنترلر اضافه می شود. این دیفرانسیل باعث می شود که دقیقاً در یک دما اقدام به روشن و خاموش کردن ( یا باز و بستن ) عنصر کنترل کننده دما نکنند. چرا که با نوسان دائم دما ممکن است شیرآلات به شکل دائم باز و بسته شده و به سیستم آسیب وارد شود.

به صورت کلی می توان گفت، این دیفرانسیل زمانی نیاز است که دما به مقدار مشخصی، از ست‌پوینت عبور کند و بعد از آن خروجی خاموش یا روشن خواهد شد. دیفرانسیل تفاضل روشن-خاموش، اجازه نمی‌دهد که خروجی دما دچار «چترینگ» شود یا به سرعت و به شکل پیوسته سوییچ کند، اگر که دما بسیار سریع بین پایین و بالای ست‌پوینت تغییر کند، این دیفرانسیل، مانع ضربه زدن خروجی و یا سوئیچ های سریع و ادامه دار می شود.

کاربرد کنترلر دما  ON / OFF

از کنترلر ON/OFF زمانی استفاده می شود که نیاز به کنترل دما به صورت خیلی دقیق، نداشته باشیم، مثلا در سیستم هایی که مقدار و حجم سیستم بسیا زیاد است و دما بسیار کند تغییر می کند و یا برای استفاده کردن برای هشدار دمایی (در مواردی که خروجی کنترلر به زنگ خطر وصل باشد).

یک نوع خاص از کنترلر ON/OFF که برای هشدار حرارتی استفاده می شود، یک کنترلر حدی یا Limit Controller است. این کنترلر از یک رله چفت شدنی (Latching) استفاده می کند که باید بصورت دستی ریست شود و برای  Shout Down  پروسه زمانی استفاده می شود که به یک دمای خاص رسیده باشیم.

به طور کلی در این کنترلر ها مواردی مانند اورشوت(جهش دما به بالاتر از مقدار مطلوب) و حرکت نوسانی (پدیده ای است که در آن دما در نزدیکی مقدار مطلوب جا به جا شده و بین مقادیر بالاتر و پایین تر از مقدار مطلوب تغییر می کند.) بسیار رخ می دهد و حذف این موارد غیر ممکن می باشد. از روش کنترلر دمای روشن-خاموش، برای مواردی استفاده می شود که به دقت بالایی نیاز نیست، و می توان گفت که این روش قدیمی و منسوخ شده است.

Temperature-control

کنترلر دما تناسبی ( Proportional Control)

کنترلر های تناسبی به منظور رفع سیکل های بوجود آمده در کنترلر های  ON/OFF  طراحی شده اند. در این کنترلر ها به عنوان مثال  در جهت گرمایش، زمانیکه دما به ست پوینت می رسد، یک کنترلر تناسبی میانگین پاور اعمال شده به هیتر را کاهش می دهد. تا دما روی آن مقدار مشخص، تنظیم شود. . پایین آوردن نیروی دستگاه گرما زا (هیتر) باعث میشود که حرارت سیستم از حد تعیین شده تجاوز نکند بلکه به آن برسد و در همان دما آن را نگه می دارد. این حرکت تناسبی را می توان با روشن و خاموش کردن در بازه زمانی مشخص نیز بدست آورد. این “تناسب زمانی” میزان نسبی زمان روشن و زمان خاموش شدن را برای تغییر دمای سیستم تغییر می دهد.

تناسب دمایی در بازه ای در اطراف حرارت تعیین شده انجام می شود که به آن باند متناسب (Proportional Band) می گویند. خارج از این باند، کنترلر مانند یک کنترلر On/Off ساده کار میکند با خروجی که یا روشن (پایین تر از باند) و یا خاموش (بالاتر از باند) است. اما وقتی حرارت سیستم درون باند تعیین شده قرار دارد خروجی به نسبت تفاوتی که دمای ورودی با دمای تعیین شده دارد شروع به روشن و خاموش شدن می کند.
تاثیر این کار در کاهش سرعت هیتر بوده که باعث می شود دمای محیط به یکباره از مقدار تنظیم شده فاصله بسیار زیادی نگیرد ( خیلی بیشتر نشود ) و دما در آن محدوده مورد نظر باقی بماند.

کنترلر دما PID

 کنترل کننده ی PID ابزاری است که در برنامه های کنترل صنعتی برای تنظیم و کنترل دما ، جریان ، فشار ، سرعت و سایر متغیرهای فرآیند استفاده می شود. کنترل کننده های PID از پیشرفته ترین کنترلر دما هستند که از مکانیزم بازخورد حلقه کنترل برای کنترل متغیرهای فرآیند استفاده می کنند و دقیق ترین و پایدارترین کنترل کننده هستند این کنترلر، کنترل تناسبی(Proportional)  را با کنترل انتگرال(Integral)  و مشتق (Derivative) ترکیب می کند. در واقع PID مخفف Propotional Integral Derivative  می باشد و همانطور که از نامش پیداست، اساس کار این کنترلر بر اساس سه مد کنترلی تناسبی، انتگرالی و مشتقی است.

  • کنترل تناسبی

بر اساس وضعیت فعلی سیستم تحت کنترل عمل می کند و مقدار اندازه گیری شده نسبت به مقدار تنظیم شده مقایسه می شود و سیگنال کنترلی متناسب با دامنه خطای لحظه ای ارسال می گردد.

  • کنترل انتگرالی

بر اساس وضعیت گذشته سیستم تحت کنترل می باشد و سیگنال کنترلی بر اساس دامنه خطا در زمان های گذشته ایجاد می گردد.

  • کنترل مشتقی

عملکرد این تابع بر اساس وضعیت آینده سیستم کنترلی می باشد و سیگنال کنترلی به میزان تغییرات خطا بستگی دارد. کنترلر PID بر اساس سه وضعیت گذشته، حال و آینده سیستم، سیگنال کنترلی را تولید می کند .

به صورت کلی میتوان گفت که در این ترکیب از این سه داده ی بدست آمده، (داده‌های فعلی، داده‌های گذشته و سرعت تغییر داده‌ها ) برای تنظیم یک الگوریتم خاص برای کنترل دما استفاده می‌کنند. با جبران خطای دما بین متغیر فرآیند و نقطه تنظیم می توان دمای ثابتی را بدون نوسان، به نرمی حفظ کرد.

این مدل بالاترین و با ثبات ترین مدل در میان کنترلرهای حراتی است و برای سیستم هایی بسیار مناسب است که به طور نسبی دارای حجم کمی هستند. این سیستم ها به تغییرات انرژی به صورت سریع واکنش نشان می دهند. این مدل همچنین در سیستم هایی پیشنهاد می شود که حجم مواد مرتب عوض میشود و انتظار می رود که کنترلر بتواند با تغییرات مداومی که در دمای تعیین شده، میزان انرژی در دسترس، مقدار حجم کنترلی، رخ میدهد خود را وفق دهد. در بسیاری از فرایند های صنعتی از این مدل کنترل کننده های دما استفاده می شود.

یکی از کاربرد های کنترل کننده های PID  در  صنایع تولیدی است که از کوره های عظیم برای ذوب و گرم کردن عناصر مختلف استفاده‌می‌کنند. دمای چنین کوره هایی باید به طور دوره ای کنترل شود. همچنین، فرد باید بتواند دما را کنترل و تغییر دهد تا دمای کوره در مقدارثابت مورد نظر حفظ شود. برای این منظور به طور کلی از یک کنترل‌کننده PID استفاده‌میشود.

Temperature-control2

ویژگی یک کنترلر دمای مناسب

بحث در خصوص کنترل دما در زمینه ی اتوماسیون صنعتی و ابزار دقیق یکی از مهم ترین موارد است و کیفیت تجهیزاتی که در پروژه های صنعتی به کار می رود بسیار هم است. از همین جهت، انتخاب کنترلر دما باید توسط یک متخصص HVAC یا فردی که کامل با پروسه سیستم آشنایی دارد و با توجه به نیاز ها و نحوه کارکرد آن، کنترلر را انتخاب کند.

موارد مهم در انتخاب کنترلرهای دما :

  • محدوده دما و نوع سنسور دمای ورودی ( ترموکوپل یا RTD )
  • نوع خروجی مورد نیاز (رله الکترومکانیکی، SSR یا خروجی آنالوگ )
  • الگوریتم کنترلی مورد نیاز(on/off، تدریجی یا PID)
  • تعداد و نوع خروجی های مورد نیاز ( گرما، سرما، زنگ هشدار، لیمیت)

شرکت میلان الکترونیک آسیا با تجربه ی 17 ساله ی خود در زمینه ی اتوماسیون و تجهیزات اتوماسیون صنعتی، همواره با بهترین قیمت و کیفیت و همچنین خدمات پس از فروش،‌پشتیبانی و تعمیرات، تمامی نیازهای صنعت گران را تحت پوشش قرار داده و خوشبختانه توانسته مشتریان خود را با رضایت کامل بدرقه کند. برای خرید کنترل دمای صنعتی از تمامی برندها کافیست از روش های زیر با ما در ارتباط باشید:

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

باز کردن چت
پاسخگوی سوالات شما هستیم
کارشناسان میلان الکترونیک آسیا
سلام
هر سوالی دارید، از متخصصین میلان الکترونیک بپرسید .