جهاز تحكم رقمي بدرجة الحرارة 12 فولت مستمر

1. جهاز التحكم في درجة الحرارة 

تركز هذه المقالة على الإصدار 12V DC الذي يناسب مجموعة واسعة من التطبيقات المحمولة.

2. فهم التحكم في معرِّف المعلمات

خوارزمية تعريف الهوية المعلوماتية هي في قلب وحدة التحكم في درجة حرارة تعريف الهوية المعلوماتية للتيار المستمر 12 فولت. إيتد#39; نموذج رياضي يقلل من الفرق بين النقطة المحددة المطلوبة (أو الهدف) والمتغير الفعلي. يشير مصطلح تعريف الهوية النسبي إلى التكاملية والمشتقة، وهي عبارة عن ثلاثة مصطلحات مترابطة ولكنها متميزة تشكل قانون التحكم. وسيساعدك فهم هذه المكونات الثلاثة على فهم أداة التحكم في تعريف المعلمات#39;s فعالية في مهام ضبط درجة الحرارة.

التحكم (P) نسبي: هذا المصطلح ينتج إشارة خرج تتناسب مباشرة مع الخطأ. ويطلق على الفرق بين درجة حرارة النقطة المحددة المطلوبة ودرجة الحرارة التي يتم قياسها بالفعل اسم درجة الحرارة الحالية. يؤدي الخطأ الأكبر إلى إشارة تحكم أقوى. يوفر التحكم ب استجابة فورية ولكنه يترك وراءه خطأ حالة ثابتة. وهذا يعني أن درجة الحرارة قد لا تصل إلى النقطة المحددة المطلوبة ويمكن أن تنحرف. ويتم تحديد هذه الاستجابة بواسطة ' ؛ الكسب النسبي#39 ؛ (Kp). ارتفاع Kp يؤدي إلى رد فعل أسرع، ولكن أيضا المزيد من التذبذب.

التحكم المتكامل (I): يستخدم هذا المصطلح لمعالجة الخطأ في حالة الاستقرار المتأصلة في P-control. يحسب الحد المتكامل مجموع جميع الأخطاء السابقة مع مرور الوقت وينتج مخرجا يقوم بتصحيحه باستمرار لهذا التناقض. إذا استمر الخطأ، فإنه سيزيد الحد التكاملي، والذي بدوره، يغير إخراج وحدة التحكم حتى يتم إصلاح المشكلة. يمكن أن يتسبب التصفية المتكاملة في تأخير في إخراج التحكم، مما يتسبب في المبالغة في رد فعل وحدة التحكم.

3. مكونات جهاز التحكم في درجة حرارة PID 12V DC

كل عنصر يلعب دورا حاسما خلال قياس درجة الحرارة والمعالجة ومراحل التحكم. إن فهم هذه المكونات أمر بالغ الأهمية للتصميم بالإضافة إلى استكشاف الأخطاء وإصلاحها.

وتتضمن أكثر أنواع أجهزة الاستشعار شيوعاً المستخدمة في أجهزة التحكم في تعريف المعلمات والتي تعمل على التيار المستمر 12 فولت ما يلي:

المزوجات الحرارية هي قوية، ولها نطاق واسع من درجات الحرارة، وتكلفة منخفضة نسبيا، على الرغم من أنها تعاني من بطء الاستجابة، والإخراج غير الخطي، وبطء معدل نقل الحرارة. وتستخدم أنواع K و T و J بشكل شائع.

كاشفات درجة حرارة المقاومة: توفر دقة أعلى واستقرارا أكبر في نطاق درجات حرارة أصغر من المزدوجات الحرارية. ويكون الناتج خطيا، مما يبسط معالجة الإشارات. وأكثر هذه الأمراض شيوعا هو البلاتين (Pt100 و Pt1000).

توفر المداسات حساسية ممتازة، ووقت استجابة سريع، وهي مناسبة للتطبيقات التي تتطلب الكشف السريع عن درجة الحرارة. ومن الأمثلة على ذلك أنظمة التبريد، والأجهزة الإلكترونية، أو غيرها من الحالات المماثلة. ومع ذلك، فإن نطاق درجة حرارتها عادة ما يكون أكثر تقييداً من المزدوجات الحرارية والصمامات الحرارية الحرارية. ثم يحول المستشعر هذا التغير الفيزيائي في درجة الحرارة إلى إشارة كهربائية، مثل تغيير الجهد أو المقاومة، قبل نقلها إلى جهاز التحكم.

وحدة التحكم: دماغ الجهاز، يقوم بمعالجة مدخلات الإشارة من المستشعر لتوليد إشارة الخرج للمشغل. غالبًا ما تستخدم الأنظمة الحديثة دائرة تعريف المنتج المتكامل أو المتحكم الدقيق. يقوم جهاز التحكم بمقارنة قراءة جهاز الاستشعار (متغير العملية)، مع درجة حرارة النقطة المحددة. وحدة التحكم تحدد الإجراءات التصحيحية على أساس المقارنة، ومصطلحات تعريف المنتج المحسوبة، وقيم I و D. المتحكمات الدقيقة مرنة وقابلة للبرمجة ويمكن أن تتضمن ميزات إضافية مثل واجهات الاتصال أو واجهات المستخدم. والدوائر المتكاملة لإعري التداخل الضوئي هي حل أبسط وأكثر كفاءة. هم#39;re designed to implement the PID خوارزمية.

مصدر الطاقة: 12 فولت DC يحدد الجهد المطلوب لجهاز التحكم والمكونات المحتملة الأخرى مثل دوائر تكييف إشارة المستشعر، أو واجهة المستخدم. للحصول على أداء ثابت، يجب استخدام إمدادات ثابتة 12 فولت من التيار المستمر. واعتمادًا على التكلفة والكفاءة، يمكن اختيار تبديل إمدادات الطاقة أو الأجهزة التنظيمية الخطية. تقوم إمدادات الطاقة بتحويل الفولتية الواردة (من محول جدار أو بطارية، على سبيل المثال) إلى 12 فولت من التيار المستمر المطلوب من قبل المتحكمين.

المشغلات المخرجات: تنفذ هذه المكونات إجراءات التحكم التي تحددها وحدة التحكم. يمكنهم إما إزالة أو إضافة حرارة إلى النظام (أو القيام بكليهما)، للحصول على قياس درجة الحرارة أقرب إلى النقطة المحددة. تُستخدم المشغلات التالية بشكل شائع في الأنظمة التي تعمل على جهد 12 فولت من التيار المستمر

4. إنها تعمل

يستخدم جهاز التحكم في درجة الحرارة 12 فولت المستمر دورة تتضمن القياس والمقارنات والحسابات والإجراءات. وهذا ما يسمى نظام التحكم في الحلقة المغلقة. تسمح الطبيعة الديناميكية لهذه العملية لدرجة الحرارة بمتابعة النقطة المحددة عن كثب حتى عندما تتغير الظروف أو يتم التأثير على الأحمال. وهذه الدورة ضرورية لفهم وحدة التحكم.

قياس درجة الحرارة: تبدأ هذه العملية بالمستشعر المثبت في النظام أو البيئة التي يجب التحكم في درجة حرارتها. يقوم المستشعر بتحويل الكمية الفيزيائية باستمرار (مثل تغيير الجهد أو المقاومة) إلى إشارة كهربائية. يمكن أن تكون الإشارة مشروطة (على سبيل المثال مكبرة أو خطية)، قبل إرسالها إلى وحدة التحكم.

سورة البخاري: سورة البخاري، سورة البخاري، سورة البخاري#تقوم وحدة التحكم (عادة ما تكون PID IC أو microcontroller) بتحويل الإشارة إلى قيمة رقمية أو تناظرية معالجة تمثل درجة الحرارة الحالية. وتقارن وحدة التحكم درجة الحرارة التي تم قياسها (العملية المتغيرة، أو PV)، مع درجة الحرارة المحددة التي حددها المستخدم. يتم حساب الخطأ بقسمة SP على PV. خوارزمية تعريف الهوية PID مدفوعة بهذا الخطأ.

تنفيذ خوارزمية تعريف المعلمات: عندما يحسب المتحكم ناتج التحكم (u) باستخدام إشارة الخطأ E، فإنه يطبق خوارزميات تعريف المعلمات. يأخذ الحساب في الاعتبار الخطأ الحالي (نسبي)، وتاريخ الأخطاء في الماضي (تكامل)، ومعدل التغيير (مشتق) في وقت واحد. هذه الصيغة الرياضية تبدو عادة مثل:

الخرج (u) = Kp * E + Ki * E dt + Kd* dE/dt.

وهي مكاسب نسبية ومكاسب متكاملة ومكاسب مستمدة. ولهذه المكاسب تأثير كبير على سلوك المراقب. يتم إجراء هذه الحسابات من قبل المتحكم#39;s برمجيات أو أجهزة على أساس المكاسب المبرمجة، وقيم الخطأ الحالية.

توليد إشارة الخرج: بعد النتيجة من حسابات تعريف المعلمات (التحكم في الخرج u)، يتم ترجمة الإشارة إلى تنسيق يمكن استخدامه من قبل المشغل. وتمثل إشارة الخرج عادة مستوى التبريد أو جهد التسخين المطلوب. يمكن لإشارة الخرج الأعلى، على سبيل المثال، أن تتوافق مع طاقة أكبر أرسلت إلى عنصر التسخين أو سرعات أعلى من مروحة التبريد.

التحكم في المشغل: يقوم جهاز التحكم بنقل إشارة الخرج (على سبيل المثال عبر دبابيس رقمية أو فولطية تناظرية أو إشارات PWM) إلى المشغل. يتم استقبال هذه الإشارة من قبل المشغل، الذي يقوم بعد ذلك بتنفيذ أي إجراءات فيزيائية مطلوبة. يزيد المشغل من التسخين أو يقلل من التبريد إذا كانت درجة الحرارة المقاسة أقل من النقطة المحددة. يقلل المشغل من التسخين أو يزيد من التبريد إذا كانت درجة الحرارة المقاسة أعلى من النقطة المحددة. قد يتخذ المشغل الحد الأدنى من الإجراءات فقط إذا كانت درجة الحرارة قريبة من النقطة المحددة.

إغلاق الحلقة وردود الفعل: من خلال مستشعر درجة الحرارة، يراقب المتحكم باستمرار الإخراج من المشغل وكذلك تأثيرها على درجة حرارة النظام. تسمح حلقة التغذية المرتدة باستجابة النظام الديناميكي. يتغير الخطأ إذا حدثت اضطرابات (على سبيل المثال تغيير في الحمل أو انخفاض في درجة الحرارة بسبب فتح الباب). هذا سيؤدي إلى عملية حسابية باستخدام خوارزمية تعريف المنتج في الدورة التالية. ويستخدم التسلسل المستمر للقياس والمقارنة والحساب لضمان بقاء درجة حرارة النقطة المحددة قريبة منها قدر الإمكان. هذا يظهر تحكم الحلقة المغلقة

أجهزة التحكم في درجة الحرارة) على توفير تنظيم عالي الدقة والموثوقية لدرجة الحرارة عن طريق تكييف ديناميات نظامهم الدينامي.

5. التصميم والبناء

إن وحدة التحكم في درجة الحرارة 12 فولت DC المصممة لتكون قوية وموثوقة لا تعتمد فقط على فهم قوي لنظرية التحكم، ولكن أيضًا على التصميم. وفي هذه المرحلة، تُترجم المتطلبات إلى نظام إلكتروني موثوق به وفعال ويلتزم بمعايير السلامة.

التصميم التخطيطي وتصميم الدوائر: إنشاء مخططات مفصلة توضح الاتصال بين المكونات. ويتبع مصدر الطاقة (تصميم مرحلة منظم 12 فولت DC) واجهة المستشعر (مع الأخذ في الاعتبار ظروف الإشارة مثل التضخيم والتخطين للأزواج الحرارية)، ومنطق تعريف المعلمات الأساسي (باستخدام وحدة تحكم IC مخصصة أو متحكم دقيق)، ومشغل الإخراج (باستخدام الترانزستورات أو مرحلات الحالة الصلبة لتغيير حمل 12 فولت). وينبغي أن يضمن هذا التصميم معالجة الإشارة بدقة#تم تزويد 39 فولت من الطاقة الكافية، وهي تحمي من الارتفاعات في الجهد الكهربائي أو الأسلاك الخاطئة.

اختيار المكونات: اختيار المكونات الصحيحة أمر بالغ الأهمية للأداء والمتانة. ومعايير الاختيار هي: