استكشاف أساسيات أجهزة التحكم في درجة حرارة PID وكيفية عملها

1. المقدمة * ألف -المقدمة * ألف.

* وحدة تحكم دقيقة في استبانة المعلومات المسبقة: تقديم التكنولوجيا

ما أهمية أجهزة التحكم في درجة الحرارة؟

2. أساسيات أجهزة التحكم في درجة الحرارة

* A The PID Algorithm Understanding النسبية المتكاملة الاشتقاق

* جهاز التحكم في درجة حرارة PID#المكونات الأساسية ل 39.

* 1. وهنا تبدأ الدقة: عنصر الاستشعار

* العملية المتكررة: تحقيق النقطة المحددة والحفاظ عليها

 هناك تطبيقات مختلفة تتفوق فيها أجهزة التحكم في درجة حرارة معرِّف المعلمات

* التطبيقات الصناعية: ضمان الاتساق والكفاءة

* 1. أجهزة التدفئة والتهوية والتبريد

* 2. عمليات الطعام والمشروبات

* 3. الصناعات الكيميائية والبتروكيماويات

* البحوث العلمية والبيئات المختبرية

* 1. معايرة واختبار الأجهزة

* 2. المحاكاة البيئية

تطبيقات المستهلك: الدقة اليومية

* 1. التبريد المنزلي مكيفات الهواء

* 2. * 2.

4. ما هي مزايا تعريف الهوية الشخصي مقارنة بالطرق الأخرى؟ الفوائد الرئيسية

أعلى مستوى من الدقة والدقة

* الاستجابة السريعة والاستقرار

كفاءة الطاقة وتوفير التكاليف

* د. المتانة والقدرة على التكيف

خامساً -اختيار التحكم الصحيح في درجة حرارة معرِّف المعلمات

* العوامل الهامة التي ينبغي النظر فيها

* 1. * 1.

* 2. * 2.

* 3. * 3.

* 4. * 4.

* استكشاف التكنولوجيات المتاحة (تناظرية مقابل رقمية)

سمعة العلامة التجارية اعتبارات النموذج

5. الحفاظ على طول العمر -الصيانة واستكشاف الأخطاء وإصلاحها

* أ. ممارسات الصيانة الموصى بها

* المشكلات الشائعة وخطوات استكشاف الأخطاء وإصلاحها الفعالة

معرفة متى توظف الدعم المهني

السابع. الاستنتاجات: PID Technology& (باللغة الإنجليزية)#39: الصلة الدائمة

محتوى المقال:

أولاً -مقدمة

التحكم في درجة الحرارة أمر هام في كل مكان.

درجة الحرارة هي خاصية فيزيائية تتحكم في العديد من العمليات، سواء في العالم الطبيعي أو الأنظمة الهندسية. التحكم في درجة الحرارة أمر حاسم في العديد من الصناعات. إنه يؤثر على كل شيء من سلامة الغذاء إلى الآلات المعقدة. من المهم الحفاظ على نطاقات درجات حرارة محددة من أجل الحفاظ على جودة المنتج وضمان السلامة التشغيلية. وهذا أيضا يحسن الكفاءة. التكنولوجيا الحديثة والتصنيع لا يمكن أن تعمل دون القدرة على إدارة الحرارة بدقة. يمكن أن يؤدي الفشل في إدارة الحرارة بدقة إلى خسارة مالية كبيرة، وتلف المعدات، وحتى مخاطر السلامة الخطيرة.

الدقة هي مفتاح وحدة التحكم في تعريف المنتج.

تستخدم خوارزمية PID هذا الاختلاف (المعروف أيضًا باسم الخطأ) لحساب الإجراءات التصحيحية. PID&#تكمن أناقته في قدرته على التعامل مع الاضطرابات والتغيرات الديناميكية. ويهدف إلى الحفاظ على درجات الحرارة المستهدفة في انحراف صغير. يعتبر تعريف الهوية الشخصي أساس الأتمتة في العديد من التطبيقات التي تتطلب الدقة والاستجابة.

ج) ما هي أهمية أجهزة التحكم في درجة الحرارة؟

يقوم جهاز التحكم في تعريف المنتج (PID) بتكييف خوارزمية تعريف المنتج العالمية خصيصًا للإدارة الحرارية#39. احتياجات فريدة. يستخدم جهاز التحكم أجهزة استشعار لقياس درجة الحرارة ومعالج لحساب إشارات التحكم باستخدام منطق PID. ثم يستخدم صمام أو سخان أو مبرد لضبط النظام#39-s مدخل حراري. ولا بد من وجود وحدات التحكم هذه من أجل دقتها وموثوقيتها ومرونتها. ويفضل استخدام أجهزة التحكم هذه في الحالات التي يكون فيها تنظيم درجة الحرارة آليا ودقيقا، فضلا عن تحسين جودة المنتج وتوفير التكاليف. أي شخص يشارك في الإدارة الحرارية أو التحكم في العملية يجب أن يفهم كيف تعمل أجهزة التحكم في تعريف المنتج واختيار الأفضل لتطبيقها.

6. أساسياتأجهزة التحكم في درجة الحرارة

A. The PID Algorithm in Detail: Derivative and Proportional and Integral.

خوارزمية تعريف الهوية المعلوماتية هي في قلب أي وحدة تحكم في تعريف الهوية المعلوماتية. تعتمد خوارزمية تعريف الهوية الشخصي على ثلاثة مصطلحات يساهم كل منها في الإجراء التصحيحي بشكل مختلف.

التحكم (P) نسبي: هذا هو المصطلح الذي يولد مخرجا ترتبط قوته مباشرة بقيمة الخطأ. الفرق بين درجة حرارة النقطة المحددة المطلوبة ودرجة الحرارة المقاسة بالفعل. يؤدي الخطأ الأكبر إلى إشارة تحكم أقوى. يستخدم هذا المصطلح لتقديم استجابة أولية وفورية تحاول تقليل الخطأ. يمكن أن يؤدي رد الفعل النسبي البحتة إلى أخطاء في الحالة الثابتة، حيث قد لا يصل النظام إلى النقطة المحددة بالضبط ولكن سوف يتذبذب حولها.

التحكم التكاملي (I): يستخدم هذا المصطلح المتكامل لتصحيح الخطأ في الحالة الثابتة التي يتركها التحكم النسبي. ويحسب مصطلح التحكم مجموع جميع الأخطاء مع مرور الوقت وينتج مخرجا يزيد أو يقل طالما كان هناك خطأ، بغض النظر عن الحجم. يتم القضاء على خطأ الحالة الثابتة ببطء من خلال هذا المصطلح، الذي يدفع النظام نحو النقطة المحددة. إذا كان المصطلح المتكامل المستخدم عدواني بشكل مفرط، يمكن للنظام تجاوز درجة الحرارة المستهدفة أو التذبذب.

التحكم (D) المشتق: يعتمد المصطلح على معدل التغير في الخطأ. يعتمد التحكم على معدل التغير في الخطأ. وهو يعمل كمصطلح مخمد، ويساعد على التنبؤ بالأخطاء المستقبلية باستخدام الاتجاه الحالي. وهذا يساعد على منع التذبذبات والتجاوز. وهذا يحسن استقرار النظام والاستجابة أثناء التغيرات المفاجئة للحمل أو نقطة معينة.

وبالجمع بين هذين المصطلحين، المتكاملتين النسبية والمشتقة، يمكن أن ينتج المراقب إشارة دقيقة وفعالة تتكيف مع سلوك النظام، وتحصل بسرعة على درجة الحرارة المطلوبة، مع الحفاظ على الاستقرار.

باء -المكونات الأساسية في مراقب تعريف الهوية الشخصي

المكونات الرئيسية لنظام تعريف الهوية الشخصية الوظيفي هي العديد من المكونات التي تعمل معا.

1. كل شيء يبدأ مع عناصر الإحساس

وهو عنصر الاستشعار الذي يقيس درجة الحرارة الفعلية. المراقب#يعتمد أداء إس 39 على دقته وموثوقيته. وتشمل الأنواع ما يلي:

المزدوجات الحرارية المستخدمة على نطاق واسع بسبب نطاق درجات الحرارة التي تغطيها، ومتانتها وانخفاض سعرها. الجهد الناتج عن اتصال اثنين من المعادن بعضها البعض هو ما يستخدمونه في التشغيل.

كاشفات درجة حرارة المقاومة: توفر دقة أعلى، ولا سيما في درجات حرارة محددة. تتكون هذه الأجهزة من أسلاك أو أفلام مع تغييرات مقاومة يمكن التنبؤ بها مع درجة الحرارة.

المقاوم الحراري يقدم دقة عالية جدا في نطاق درجة حرارة معينة. وعادة ما تكون أصغر من RTDs أو المزوجات الحرارية، مع مقاومة أكبر لكل درجة مئوية.

ويستند اختيار جهاز الاستشعار إلى عوامل مثل مدى درجة الحرارة المطلوبة والدقة اللازمة ووقت الاستجابة والظروف البيئية.

2. وحدة التحكم هي العقل المسؤول عن أي عملية

وهي وحدة المعالجة الرئيسية التي تقوم بحساب تعريف المنتج. وتتلقى وحدة المعالجة المركزية إشارات الحرارة من أجهزة الاستشعار، وتقارنها بنقاط محددة، وتحسب مصطلحات تعريف درجة الحرارة، وتخرج إشارة التحكم.

المتحكمات التناظرية: تستخدم الدوائر الإلكترونية، والتي غالبًا ما تكون op amps لحساب تعريف المعلمات. أجهزة التحكم هذه أقل تعقيدًا وأقل تكلفة، ولكنها توفر دقة ومرونة أقل من الأجهزة الرقمية.

أجهزة التحكم الرقمية: يتم إجراء العمليات الحسابية بواسطة المعالجات الدقيقة وأجهزة التحكم الدقيقة. توفر وحدات التحكم هذه مرونة ودقة أكبر (على سبيل المثال، تحديد كسب مختلف تعريفات المعلمات، وأنماط التبديل)، بالإضافة إلى إمكانية البرمجة، والاتصال عن بعد، وتخزين البيانات التاريخية، ومستوى أعلى من المرونة. نظرًا للميزات والأداء المتفوق لأجهزة التحكم الرقمية، فقد أصبحت أكثر شيوعًا في العديد من التطبيقات.

3. إجراءات التحكم: تنفيذ المشغل

يأخذ المشغل الإشارة المرسلة من جهاز التحكم، ويحولها إلى فعل فيزيائي يغير درجة حرارة العملية. واعتمادًا على الغرض من المحرك، يمكن استخدامه إما لتسخين أو تبريد الوسط، وكذلك تنظيم تدفقه.

السخانات: عادة مكونات مقاومة تنبعث منها حرارة عند مرور الطاقة الكهربائية. يمكن تبديل هذه العناصر بواسطة triacs أو مرحلات الحالة الصلبة أو أجهزة تبديل أخرى على أساس مخرجات المتحكم.

أجهزة التبريد: يمكن أن تكون نظام ضغط البخار، لفائف الماء المبرد، أو خزانات النيتروجين السائل حسب التطبيق. ويمكن أن يشمل التحكم تبديل الضواغط أو الصمامات أو مقاييس التدفق.

تتحكم الصمامات في التدفق أو السوائل والغازات. على سبيل المثال، تعديل التدفق الساخن أو البارد إلى عنصر لتسخين أو تبريد أو تنظيم تدفق الغاز داخل الفرن.

جيم -الطريقة المتكررة: تحقيق والحفاظ على نقطة الانطلاق

وبشكل مشابه، فإن تشغيل وحدات تحكم تعريف المنتج هو عملية مستمرة.

قياس درجة الحرارة: جهاز استشعار يقيس باستمرار درجة حرارة الهواء وينقل المعلومات إلى جهاز التحكم.

المقارنة عند مقارنة درجة الحرارة المقاسة (متغير العملية -PV)، إلى درجة الحرارة المستهدفة المطلوبة (Setpoint (SP))، يقوم جهاز التحكم بحساب الخطأ. (E = PV -SP).

حساب خوارزميات تعريف المعلمات تعالج الخطأ باستخدام المكاسب التكاملية والمشتقة النسبية (Kp Ki Kd). ثم يتم توليد إشارة التحكم.

التشغيل يرسل التحكم إشارة من الخرج إلى المشغل.

مشغل التأثير ينفذ الحركة.

تتأثر درجة حرارة عملية التغذية المرتدة بالتفعيل.

التكرار: يتم تكرار الخطوات من 1 إلى 6 باستمرار مع ضبط وحدة التحكم للمشغل من أجل تقليل الخطأ. سيسعى النظام إلى التوازن الديناميكي الذي يكون فيه معدل التغير منخفضا والخطأ قريبا من الصفر.

7I. هناك تطبيقات مختلفة تتفوق فيها أجهزة التحكم في درجة حرارة معرِّف المعلمات

لا غنى عن وحدات التحكم في تعريف المنتج لمجموعة واسعة من التطبيقات نظرًا لتعددية استخدامها وكفاءتها.

التطبيقات الصناعية: ضمان الثبات والكفاءة

في البيئات الصناعية، حيث استقرار العمليات وكفاءتها مهمان، تلعب أجهزة التحكم في تعريف المنتج دورًا أساسيًا.

2. في صناعة تجهيز الأغذية والمشروبات، يعد الاتساق أمرًا ضروريًا. يتحكم جهاز التحكم في تعريف المنتج الشخصي في الأفران والمجففات بالإضافة إلى المجمدات والبستورات. وهذا يضمن إنتاج المنتجات لتلبية متطلبات السلامة والجودة والنسيج. تتحكم أجهزة تعريف المنتج في درجات الحرارة وأوقات الطهي بدقة. وهي تحافظ على سلسلة التبريد أثناء النقل والتخزين وتضمن جودة المنتج الثابتة دفعة بعد دفعة.

3. الصناعات الكيميائية والبتروكيماويات وغيرها من الصناعات التي تنطوي على عمليات وردود فعل معقدة للغاية غالبا ما تكون حساسة لدرجة الحرارة. تتحكم وحدات التحكم في تعريف المنتج التفاعلي في المفاعلات والسخانات وعمود التقطير وخزان الخلط. ودقة التحكم في درجة الحرارة أمر بالغ الأهمية لمعدلات التفاعل والغلة، وكذلك نقاء المنتج. كما يساعد على منع الانفلات الحراري الخطير.

البحوث العلمية والبيئات المختبرية

في البحث العلمي، تكون الدقة والقابلية للتكرار أمرًا أساسيًا، لذلك تعد وحدات التحكم في تعريف المنتج أمرًا ضروريًا.

1. معدات المعايرة والاختبار وخصائص المواد: تستخدم أجهزة التحكم في أجهزة تحديد الهوية الشخصية للحفاظ على درجة حرارة مستقرة في أجهزة مثل الحمامات الجافة التي تعاير موازين الحرارة والحجرات البيئية التي تختبر خصائص المواد عند درجات حرارة محددة. كما تعتمد حاضنات العينات البيولوجية على هذه المتحكمات.

2. المحاكاة البيئية: للبحوث التي تتطلب ملامح محددة لدرجات الحرارة (كما هو الحال في محاكاة الطقس أو اختبار المواد في الظروف القاسية)، يتم استخدام نظام معقد متحكم فيه PID-controlled لإعادة إنتاج والحفاظ على الملامح.

سي سي.

تحتوي العديد من الأجهزة المنزلية على وحدات تعريف الهوية الشخصية، والتي غالبًا ما تكون غير مرئية للمستخدمين النهائيين، ولكنها تساهم في أدائها وكفاءتها.

1. التبريد المنزلي وتكييف الهواء: تستخدم العديد من الثلاجات الحديثة وأنظمة تكييف الهواء خوارزميات التحكم في تعريف المنتج الشخصي لتنظيم الضواغط وسرعات المروحة، والتي تحافظ على درجات الحرارة المطلوبة بشكل أكثر فعالية وسلاسة من منظمات الحرارة القديمة.

2. أجهزة التسخين والطهي المتقدمة: تستخدم الأفران والميكروويف المتطورة نظام التحكم في درجة الحرارة لتحقيق نتائج أفضل في الطهي وتسخين أسرع وأداء أكثر اتساقًا.

ما هي مميزات تعريف الهوية الشخصي عن الطرق الأخرى؟ الفوائد الرئيسية

وهناك عدة مزايا للتحكم في تعريف الهوية المسبق مقارنة بالطرق البسيطة مثل التحكم في التشغيل/الإيقاف والتحكم على مرحلتين.

أ.

يمكن أن يحافظ جهاز التحكم PID على درجة حرارة عملية قريبة جدًا من نقطة ضبطها ويحقق نطاقات تحكم ضيقة جدًا. من المهم استخدام المصطلح المتكامل من أجل القضاء على أخطاء الحالة الثابتة، والتي تصيب الأنظمة البسيطة. وهذا من شأنه أن يضمن وصول النظام إلى نقطة درجة الحرارة المحددة والحفاظ عليها.

بي بي.

يسمح هذا المصطلح المشتق للنظام برد فعل أسرع وأكثر فعالية للاضطرابات. كما أنه يخمد أي تذبذبات يمكن أن تسببها أنظمة أسرع. سيستجيب النظام باستجابة مضبوطة ومستقرة. وهذا يمنع التجاوز المفرط، ويضمن عودة النظام إلى النقطة الأصلية بمجرد إزالة الاضطرابات.

جيم -كفاءة استخدام الطاقة وتوفير التكاليف

تعمل أجهزة التحكم في تعريف الطاقة على تقليل إهدار الطاقة من خلال الحفاظ على درجات الحرارة بدقة عالية. يتم تشغيل أنظمة التدفئة والتبريد بشكل أكثر كفاءة وسلاسة من الأنظمة التي تدور بسرعة بين حالة التشغيل/إيقاف التشغيل. وهذا يؤدي إلى توفير كبير في الطاقة وكذلك خفض تكاليف التشغيل.

وهي استراتيجية فعالة للتحكم يمكن تعديلها (من خلال المكاسب Kp و Ki و Kd) من أجل التعامل مع مجموعة متنوعة من الاضطرابات. يمكن تعديل خوارزمية تعريف الهوية الشخصي لظروف التحميل المتغيرة أو العوامل الخارجية، مما يجعلها مناسبة للأنظمة الحرارية غير الخطية والمعقدة.

8. اختيار التحكم الصحيح في درجة حرارة PID

لضمان أفضل أداء وتوافق، من المهم النظر بعناية في عدة عوامل عند اختيار أفضل وحدة تحكم في تعريف المعلمات.

1. متطلبات نطاق درجات الحرارة: ينبغي أن تكون أجهزة الاستشعار والمشغلات (أجهزة التحكم والمكونات) قادرة على تحمل درجات الحرارة التي يحتمل أن يواجهها التطبيق.

2. حدد الدقة والدقة المطلوبة. لتطبيقات المختبر عالية الدقة، ستكون هناك حاجة إلى وحدة تحكم أكثر تكلفة وتطورًا من العملية الصناعية البسيطة.

3. متطلبات السلامة: (الأجهزة المتحكم بها):) يجب أن يكون جهاز التحكم قادرًا على التفاعل مع النظام أو الجهاز الذي سيتحكم فيه (على سبيل المثال عنصر التسخين أو المبرد أو الصمام). مراعاة احتياجات الجهد/التيار وبروتوكولات الاتصال.

4. الظروف البيئية: من المهم أن يعمل جهاز التحكم في البيئة المطلوبة. (درجة الحرارة والرطوبة والاهتزازات والبيئات المسببة للتآكل).

5. ميزات السلامة: اعتمادا على التطبيق، يجب عليك البحث عن وحدات التحكم التي لديها ميزات السلامة الأساسية مثل أجهزة الإنذار بارتفاع درجة الحرارة، أقفال السلامة أو المطابقة مع معايير السلامة.

ب. التنقل بين التكنولوجيات المتاحة (تناظرية مقابل رقمية)

المتحكمات التناظرية: الأفضل للتطبيقات البسيطة، مع ديناميكيات عملية مفهومة جيدًا وحيث تكون التكلفة هي الاهتمام الرئيسي. هذه الضوابط ليست مرنة، ولها قدرات تشخيصية محدودة.

وحدات التحكم الرقمية: هي وحدات التحكم الرقمية المفضلة للتطبيقات الحديثة بسبب دقتها ومرونتها وقابليتها للبرمجة. كما أنها توفر خيارات الاتصال والتشخيص. وتتيح وحدات التحكم هذه تسجيل البيانات وضبطها ودمجها بسهولة أكبر مع أنظمة التشغيل الآلي.

. اعتبارات لصورة العلامة التجارية والنموذج

البحث عن الشركات ذات السمعة الحسنة المعروفة بتوفير مراقبة الجودة. مقارنة النماذج على أساس السمات والوثائق والدعم التقني. وقد يكون من المفيد قراءة الاستعراضات والتشاور مع الخبراء.

الصيانة وحل المشاكل: ضمان طول العمر

وللحصول على أداء طويل الأمد وموثوق به لنظام تعريف المعلمات، من المهم إجراء صيانة منتظمة.

لضمان قراءات دقيقة لدرجة الحرارة، افحص جهاز الاستشعار ونظفه بانتظام. ابحثوا عن التآكل أو التلف

تحقق من توصيلات الأسلاك و السلامة بين المستشعر و جهاز التحكم

لضمان أن دقة القياس في نطاق المواصفات، يجب معايرة المستشعر وجهاز التحكم وفقًا للجهة المصنعة#تعليمات رقم 39.

قم بتحديث البرنامج على جهاز التحكم الخاص بك إذا كان لديك جهاز رقمي.

راقبوا أي علامات لعدم الإستقرار أو إنجراف في الأداء

المشكلات الشائعة والخطوات الفعالة لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها

قراءة غير موثوقة لدرجة الحرارة: تحقق من أسلاك المستشعر وسلامته. تحقق من مدخل وحدة التحكم و ضبط الإعدادات

الصيد المفرط (النظام المتذبذب): غالبا ما يشير إلى الضبط العدواني لمعرفات الهوية. إذا كنت تستخدم التحكم التكاملي، فحاول تقليل الربح النسبي (Kp) وإضافة الوقت التكاملي. ابحث عن رنين ميكانيكي في نظام التحكم

استجابة غير صحيحة أو لا توجد استجابة من المشغل: التحقق من مصدر الطاقة لوحدة التحكم والمشغل. تحقق من توصيلات الأسلاك تحقق من توصيلات الأسلاك

رسائل الخطأ: ارجع إلى دليل وحدة التحكم للحصول على مزيد من المعلومات حول أكواد أخطاء معينة فشل الاتصال، وأخطاء المستشعر، وأخطاء التهيئة كلها أسباب شائعة.

جيم -معرفة متى توظف الدعم المهني

ومن الأفضل الاتصال بفني لديه التدريب اللازم أو فريق الدعم الفني لدى الشركة المصنعة في حالة فشل محاولات استكشاف الأخطاء وإصلاحها أو في حالة وجود عمليات معقدة قد تكون خطيرة قد يكون إصلاح الأنظمة الإلكترونية المعقدة خطرًا ويتسبب في المزيد من الضرر إذا لم تكن تمتلك الخبرة المناسبة.