Comprehensive Guide to PID Temperature Controller Schematic (باللغة الإنجليزية)
تعلّم كيفية تصميم وبرمجة وتنفيذ جهاز للتحكم في درجة حرارة أجهزة تعريف الهوية الشخصية باستخدام دليلنا الشامل. فهم المكونات الرئيسية والتصميم التخطيطي والبرمجة والتطبيقات.
1. المقدمة
وحدات تحكم PID التي ترمز إلى وحدات تحكم الاشتقاق التناسبية المتكاملة هي مكونات متكاملة في العديد من التطبيقات الصناعية والاستهلاكية. ويتم استخدامها للحفاظ على النقطة المحددة المطلوبة عن طريق تعديل متغيرات التحكم، وضمان تشغيل العمليات بسلاسة وكفاءة. التحكم في درجة الحرارة هو واحد من التطبيقات الأكثر شيوعا من أجهزة التحكم في تحديد الهوية، والتنظيم الدقيق لدرجة الحرارة هو أمر بالغ الأهمية في العديد من الصناعات، بما في ذلك التصنيع، وتجهيز الأغذية، والبيئات المختبرية. تهدف هذه المقالة إلى توفير دليل شامل حول مخططات أجهزة التحكم في درجة حرارة تعريف المنتج، وتوضيح مكوناتها وتصميمها وبرمجتها وتطبيقاتها.
2. ما هو جهاز التحكم في درجة الحرارة؟
إن جهاز التحكم في درجة تعريف درجة الحرارة هو آلية ارتجاعية متطورة تقوم باستمرار بحساب قيمة الخطأ باعتبارها الفرق بين النقطة المحددة المطلوبة ومتغير العملية المقاسة، في هذه الحالة، درجة الحرارة. ثم يقوم المتحكم بتطبيق التصحيح بناءً على الحدود النسبية والمتكاملة والمشتقة، والتي تعطي المتحكم اسمه. وتتألف أجهزة التحكم هذه من ثلاثة عناصر أساسية هي: الحد التناسبي، الذي يستجيب تناسبيا للخطأ الحالي ؛ المصطلح المتكامل، الذي يفسر الأخطاء السابقة ؛ ) ومصطلح الاشتقاق الذي يتنبأ بأخطاء مستقبلية استنادا إلى معدل التغير. تمكّن هذه المصطلحات المتحكم في تعريف المنتج من الحفاظ على درجة حرارة مثالية عن طريق تقليل الانحراف عن النقطة المحددة.
3. مكونات مخطط جهاز التحكم في درجة الحرارة الخاص بالتعرّف المسبق لقياس الحرارة
وتشمل المكونات الرئيسية للمخطط التخطيطي لجهاز التحكم في درجة حرارة معرِّف المعلمات ما يلي:
·
مستشعر درجة الحرارة: تستخدم أجهزة مثل المزدوجات الحرارية أو كاشفات المقاومة الحرارية (RTDs) لقياس درجة حرارة العملية.
·
·
وحدة التحكم الدقيق أو PID Controller Unit: هذا هو دماغ وحدة التحكم، حيث يتم تنفيذ خوارزمية PID. وتشمل المتحكمات الدقيقة الشائعة أردوينو (Arduino) وراسبيري باي (Raspberry Pi) ورقائق المتحكمات المخصصة لـ PID (PID).
·
·
عنصر التسخين: يمكن أن يكون سخان مقاوم أو مبرد حراري كهربائي أو أي جهاز آخر يستخدم لتنظيم درجة الحرارة.
·
·
مرحل الحالة الصلبة (SSR): يستخدم مرحل الحالة الصلبة لتشغيل وإيقاف عنصر التسخين استجابة لجهاز التحكم#39;s مخرجات.
·
·
مصدر الطاقة: وهو يوفر الطاقة الكهربائية اللازمة لجهاز التحكم وعنصر التسخين.
·
·
شاشة العرض وواجهة المستخدم: تسمح هذه المكونات للمستخدمين بضبط درجة الحرارة المطلوبة ومراقبة درجة الحرارة الحالية وحالة جهاز التحكم.
·
4. تصميم المخطط
يتضمن تصميم مخطط جهاز التحكم في درجة حرارة معرِّف المعلمات عدة خطوات:
1.
توصيل جهاز استشعار درجة الحرارة: يتم توصيل جهاز الاستشعار بمدخل جهاز التحكم الدقيق أو وحدة تعريف المعلمات. فهو يحول درجة الحرارة الفيزيائية إلى إشارة كهربائية يمكن أن يقرأها جهاز التحكم.
2.
3.
تكامل المتحكم الدقيق: تتم برمجة المتحكم الدقيق لتنفيذ خوارزمية PID. إنها تأخذ جهاز استشعار درجة الحرارة#39;s المدخلات وحساب إجراءات التحكم اللازمة.
4.
5.
توصيل عنصر التسخين و SSR: يتم توصيل إخراج المتحكم الدقيق بـ SSR، والذي يقوم بتشغيل وإيقاف تشغيل عنصر التسخين. يوفر SSR العزل بين عنصر التسخين عالي الطاقة والمتحكم الدقيق منخفض الطاقة.
6.
7.
اعتبارات تزويد الطاقة: تأكد من أن مصدر الطاقة كافٍ لكل من وحدة التحكم وعنصر التسخين. استخدام منظمات الجهد المناسبة والمكونات الوقائية لضمان السلامة.
8.
9.
إضافة شاشة العرض وواجهة المستخدم: تنفيذ شاشة العرض لإظهار درجة الحرارة الحالية والنقطة المحددة. تسمح واجهة المستخدم للمستخدمين بضبط درجة الحرارة المطلوبة وضبط المعلمات الأخرى.
10.
وفيما يلي مثال على الرسم التخطيطي كمرجع:
5. برمجة جهاز التحكم في الهوية الشخصية
تتضمن برمجة وحدة تحكم معرّف المعلمات كتابة شفرة تطبق خوارزمية معرّف المعلمات وتحميلها إلى وحدة تحكم دقيقة. فيما يلي دليل خطوة بخطوة:
1.
نظرة عامة على خوارزمية تعريف الهوية الشخصي: تحسب خوارزمية تعريف الهوية الشخصي إجراء التحكم كمجموع للحدود النسبية والتكامل والمشتقة. ثم يتم استخدام إجراء التحكم لضبط المخرجات لتقليل الخطأ.
2.
3.
كتابة الكود وتحميله: اكتب الكود بلغة برمجة مناسبة (مثل C++ لأردوينو) لتنفيذ خوارزمية تعريف المنتج. تحميل الكود إلى المتحكم الدقيق باستخدام بيئة تطوير مناسبة.
4.
5.
ضبط بارامترات مؤشرات الهوية الشخصية: تعديل البارامترات النسبية والمتكاملة والمشتقة لتحقيق ضبط مستقر وفعال لدرجة الحرارة. هذه العملية، والمعروفة باسم التوليف، تنطوي على التجربة والخطأ وقد تتطلب بعض الخبرة.
6.
7.
مثال لقطات التعليمات البرمجية: فيما يلي مثال أساسي لحلقة عنصر تحكم في تعريف المعلمات في
6. استكشاف الأخطاء وإصلاحها
بعد تصميم وحدة التحكم في معرِّف المعلمات وبرمجتها، من الضروري اختبار النظام واستكشاف أخطائه وإصلاحها
1.
الإعداد الأولي والاختبار: قم بتشغيل النظام والتحقق من دقة قراءات درجة الحرارة. اضبط النقطة المحددة وراقب وحدة التحكم#صفحة 39.
2.
3.
القضايا والحلول الشائعة: إذا أظهر جهاز التحكم عدم استقرار (على سبيل المثال، تذبذبات)، قم بضبط معلمات تعريف المعلمات. تأكد من أن جميع التوصيلات آمنة وأن مصدر الطاقة كافٍ.
4.
5.
ضبط معلمات تعريف الهوية الشخصي ضبطًا دقيقاً: ضبط معلمات تعريف الهوية الشخصي تحقيقاً للاستجابة المطلوبة. وقد يتضمن ذلك تعديلات واختبارات متكررة.
7. تطبيقات أجهزة التحكم في درجة حرارة PID
ولأجهزة التحكم في درجة حرارة معرِّف المعلمات مجموعة واسعة من التطبيقات، منها:
·
التطبيقات الصناعية: الحفاظ على ضبط دقيق لدرجة الحرارة في عمليات التصنيع، مثل الحقن والتفاعلات الكيميائية.
·
·
أتمتة المنزل: تنظيم درجات الحرارة في الأنظمة المنزلية الذكية، بما في ذلك أجهزة التحكم في التكييف والفرن.
·
·
المعدات المختبرية: ضمان استقرار درجة الحرارة في التجارب العلمية والمعدات مثل الحاضنات وحمامات المياه.
·
·
حالات الاستخدام الأخرى: التحكم في درجات الحرارة في تصنيع الأغذية، والتخمير، والتطبيقات المتخصصة الأخرى.
·
8. خاتمة
وباختصار، تعد أجهزة التحكم في درجة الحرارة في أجهزة تحديد الهوية الشخصية حيوية لضمان الضبط الدقيق لدرجة الحرارة في مختلف التطبيقات. ومن خلال فهم مكوناتها، وتصميم مخطط مناسب، وبرمجة جهاز التحكم، وضبط المعلمات بدقة، يمكن للمرء أن يحقق التنظيم الأمثل لدرجة الحرارة. فمع تقدم التكنولوجيا، يَعِد مستقبل أجهزة التحكم في درجات الحرارة الناتجة عن التعرية الشخصية بحلول أكثر تطوراً وكفاءة.