المختبرات والصناعة: تصميم حوض ماء متحكم فيه بواسطة جهاز تحديد الهوية لضبط درجة الحرارة بدقة.

بناء الأدلة، أردوينو PID ضبط، اختيار المكونات والتطبيقات الصناعية. تقنيات الخبراء ستساعدك على تحقيق دقة +-0.1DC.

1. المقدمة

في المختبرات العلمية، وإنتاج الأدوية والمعالجة الصناعية، والتحكم الدقيق في درجة الحرارة أمر ضروري. الحمامات المائية سيئة السمعة بسبب التجاوزات، وأوقات الاستقرار الطويلة، وعدم الاتساق، مما يعرض للخطر صلاحية التجارب والجودة. ويعمل تطبيق وحدة تحكم الاشتقاق التناسبي المتكامل على حل هذه القضايا من خلال تقديم دقة استثنائية (+-0.1degC)، والاستجابة السريعة، وكفاءة استخدام الطاقة. تناقش المقالة المبادئ الهندسية، والتنفيذ الأمثل للحمامات التي يتم التحكم فيها بواسطة أجهزة التنصت. وهي تستخدم الموارد الموثوقة لضمان الموثوقية.

2. أسس أنظمة حمام الماء

يوفر الحمام المائي بيئة مستقرة لمجموعة واسعة من التطبيقات، من حضانة مزارع الخلايا إلى التركيب الكيميائي. يتكون النظام التقليدي من خزان ساخن، مستشعر لدرجة الحرارة، آلية توزيع الحرارة المتساوية، وحاوية معزولة. وفي المتغيرات الصناعية مثل تلك المفصلة في دليل كول -بارمر التقني للعمليات الحاسمة، تستخدم مواد مقاومة للتآكل وأجهزة أمان زائدة عن الحاجة. في التطبيقات الحساسة، قيود التحكم في الترموستات (تشغيل/إيقاف) تصبح واضحة. يمكن أن يسبب تدوير المدفأة تغيرات في درجة الحرارة تتجاوز +-2degC ويتطلب تنظيما متطورا.

3. Principles of PID Control Theory.

إنوحدات التحكم في تعريف المعلماتتعديل المخرجات ديناميكيًا استنادًا إلى مكونات تصحيح الخطأ الثلاثة

نسبي (P): يتفاعل على الفور لتغيرات درجة الحرارة (على سبيل المثال تقليل الطاقة عندما تكون النقطة المحددة قريبة).

تكامل: مراعاة الانحرافات التاريخية من أجل إزالة الأخطاء المتبقية.

المشتق (D): يتنبأ بالأخطاء المستقبلية باستخدام حسابات معدل التغيير. وهذا يقلل من تجاوز الحد بسبب القصور الذاتي الحراري.

تصف هندسة التحكم كيف يتفوق هذا الثلاثي في أداء ضوابط التشغيل/إيقاف التشغيل البسيطة من خلال التكيف مع التغيرات في درجة الحرارة المحيطة وتقليل التذبذبات.

3. Critical Component and System Architecture (باللغة الإنجليزية)

اختيار الأجهزة

أجهزة الاستشعار: توفر أجهزة الاستشعار البلاتينية التي تعمل بتقنية RTD (PT100) دقة تزيد بمقدار +0.1 درجة مئوية عن دقة المزدوجات الحرارية في نطاق درجة الحرارة دون 100 درجة مئوية (شركة أوميغا الهندسية).

السخانات المغمورة في المدفأة من 500 وات إلى 1500 وات تتناسب مع حجم الحمام. (احسب باستخدام: P = V* DT* 0.00116/t حيث V باللتر و DT بالدرجات المئوية، في حين t ساعات بالساعات.

المراقب: مكتبات Arduino/Raspberry Pi و PID إلى النموذج الأولي ؛ الوحدات الصناعية مثل أوميغا CN7500 للاستخدام الحرج المهمة.

المرحلات الجامدة هي بديل أهدأ للمرحلات الميكانيكية للتحويل عالي الدورة.

4. بروتوكول التنفيذ

التجميع الميكانيكي يضع المستشعر بالقرب من السخان، ولكن بعيدا عن أي اتصال مباشر. استخدام رغوة البولي إيثيلين لعزل الخزان.

تكامل الدائرة اتصال SSR عبر العزل البصري إلى المتحكم الدقيق. ويمكن إدماج الحماية من الصمامات وأجهزة الإغلاق الحراري.

المعايرة التحقق من قراءات المستشعر باستخدام مقياس الحرارة المرجعي NIST القابل للتتبع لمناطق درجة الحرارة المتعددة.

نظم السلامة: وضع حدود للبرامجيات وسفرات للمعدات (مثل تعطيل السخانات إذا تجاوزت درجة الحرارة نقطة محددة بأكثر من 5 درجات مئوية).

منهجية ضبط PID

التوليف الأمثل هو التوازن بين السرعة والاستقرار.

الطريقة اليدوية

Kd=0. زيادة Kp إلى نقطة تكون فيها التذبذبات مستدامة (المكسب النهائي لـ Ku).

Kp = 0.6Ku و Ki = 1.2Ku/فترة تذبذب و Kd = 0.075Kuxperiod.

زيغلر نيكولز: استخدم بيانات استجابة الخطوة (يشرح جورو التحكم ذلك).

تعمل معرفات المعلمات التجارية للضبط الآلي مثل سيمنز S7-1200 على حساب المعلمات تلقائيًا عن طريق اختبارات الترحيل.

استخدام جهاز مراقبة تسلسلي لتسجيل البيانات ورسم النتائج في بايثون أو MATLAB.

5. التصدي لتحديات التنفيذ

التخلف الحراري: التعويض باستخدام الحلقات التعاقبية أو التحكم في المشتقات.

مستشعر الضوضاء: استخدم مرشحات متوسط الحركة (مثال: القيمة المرشدة =0.8xfilteredValue+0.2xrawInput).

الاضطرابات: دمج تحكم التغذية المستقبلية لمنع الاضطرابات التي يمكن التنبؤ بها. توفر منصة استكشاف الأخطاء وإصلاحها الخاصة بشركة أوميغا الهندسية استراتيجيات تخفيف.

6. إظهار فعالية

المختبرات الطبية الحيوية: الحفاظ على درجة حرارة 37.0degC+0.1degC في اختبارات مقايسة الامتزاز المناعي المرتبط بالإنزيم، مما يقلل من عدد السلبيات الكاذبة.

وتوفر الحمامات متعددة المناطق المستخدمة في عمليات تجهيز الأغذية بسترة موحدة وتقلل من استهلاك الطاقة بنسبة 30 في المائة بالمقارنة مع الضوابط الحرارية.

اختبار المواد: منحدرات درجة الحرارة الديناميكية (2 درجة مئوية/ثانية) مع الحد الأدنى للانحرافات أثناء التحولات.

يتم تحويل حمامات المياه إلى أدوات دقيقة بواسطة أجهزة التحكم في تعريف المنتج، والتي تعمل على تحسين الاستنساخ والإنتاجية في الصناعة. الرصد القائم على السحب، وضبط الذكاء الاصطناعي التكيفي والتحكم القائم على السحب هي مجرد عدد قليل من الابتكارات التي عززت قدراتها. نظم معرفات الطاقة الحرارية هي أفضل حل للإدارة الحرارية، سواء كانت#39;re used with open source platform to prototype or commercial controllers that can be upup. ويشجع المجتمع المهندسين والفنيين على اختبار معايير الضبط والمساهمة في النتائج التي توصلوا إليها.