PID التحكم الرقمي في درجة الحرارة مع إدخال PT100 للتطبيقات الحديثة

مقدمة: التحكم الدقيق وحتمية ذلك

يتم استكشاف التحكم الرقمي في درجة الحرارة في هذه المقالة، مع التركيز على دمج مستشعرات PT100. وسيشرح هذا المقال ما تقوم به وحدات التحكم، وكيفية عملها، والفوائد والميزات الرئيسية، والتطبيقات والاعتبارات المشتركة عند اختيارها واستخدامها. وسيحتاج أي شخص يشارك في التصنيع الصناعي أو التحكم في العمليات أو أتمتة المختبرات إلى فهم هذه التكنولوجيا.

ص. المكونات الأساسية للمراقب الرقمي لتحديد الهوية الشخصية ومستشعر PT100.

يمكن لمستشعرات PT100 عالية الدقة في كثير من الأحيان تحقيق دقة القياسات في حدود +-0.1degC، أو حتى أقل. وهذا يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب دقة عالية.

التكاثر: توفر هذه الأجهزة نتائج متسقة في ظل ظروف متكررة.

تكوين الأسلاك هو عامل رئيسي في تحديد دقة أجهزة استشعار PT100. تستخدم عادة 3 أسلاك أو 4 أسلاك لتعويض مقاومة سلك الرصاص، مما قد يؤدي إلى أخطاء. تكوين 4 أسلاك هو الأكثر دقة لأنه يعوض المقاومة في أسلاك التوصيل.

جهاز التحكم الرقمي: المحرك الذكي

يختلف جهاز التحكم الرقمي في تعريف المنتج (PID) عن أجهزة التحكم التناظرية البسيطة في درجة الحرارة لأنه يستخدم معالج مركزي (MCU). الدماغ الرقمي هو المسؤول عن العديد من الوظائف المهمة.

تكييف الإشارة: يضخم هذا البرنامج تغيرا صغيرا في المقاومة من أجهزة الاستشعار PT100 ويستخدم التحولات الرياضية لقراءة دقيقة. غالبا ما يكون من الضروري استخدام خوارزميات متطورة من أجل حل معادلات كالندر فان دوسن أو جداول البحث.

التحويل من تناظري إلى رقمي (A/D). وهذا يحول الإشارة التناظرية إلى رقم يمكن معالجته من قبل جهاز التحكم.

تنفيذ خوارزمية PID: المراقب &#صفحة 39. إدارة واجهة المستخدم: تدير هذه الإدارة المعلمات والتكوينات، وتفسر مدخلات لوحة المفاتيح أو الأزرار، وتعرض المعلومات على شاشة LED أو LCD وتخزن البيانات المخزنة.

إخراج الوحدة: تخرج الوحدة إشارة التحكم المحسوبة في إجراء. وتشمل وحدات الخرج مرحلات الحالة الصلبة لتبديل الطاقة في عناصر التسخين. تستخدم مخرجات الترانزستور ثنائية القطب لإشارات التحكم التناظرية، مثل 0-10 فولت و 4-20 ميللي أمبير. هذا وحدة الخرج#جودة واستجابة 39 أمر بالغ الأهمية للتحكم.

الثالث. عملية التحكم: كيف يعمل PID مع PT100.

إنها خوارزمية التحكم التي تعطي وحدة تحكم تعريف المنتج الرقمي قوتها الحقيقية. يقوم جهاز التحكم بشكل مستمر بقياس درجة حرارة العملية، ثم يقارن ذلك بالنقطة المحددة، ثم يضبط مخرجاتها من أجل تقليل الخطأ. تحدث العملية تلقائيا وعدة مرات في الدقيقة.

دورة القياس: باستخدام دائرة المدخلات، يقيس جهاز التحكم المقاومة الكهربائية القادمة من PT100. تقوم الدائرة بتحضير الإشارة ليتم تحويلها إلى إشارة التكييف/D عن طريق إجراء تكييف الإشارة اللازمة والتضخيم.

حساب درجة الحرارة: تحول العملية الرقمية إشارة PT100 المشروطة إلى درجة حرارة باستخدام نموذج رياضي مناسب.

حساب الخطأ: يتم حساب درجة الحرارة ومقارنتها مع النقطة المحددة التي يحددها المستخدم. ويسمى هذا الاختلاف بإشارة الخطأ ".

خوارزمية PID: يستخدم المتحكم إشارة الخطأ لحساب المكونات الثلاثة.

الإجراء (P) النسبي: يستجيب المكون للخطأ الحالي على الفور. الناتج _P يتناسب مع حجم الخطأ. فكلما زاد المكسب النسبي، (Kp)، كلما كان الإجراء التصحيحي أقوى. ومع ذلك، إذا كان#ارتفاع 39 درجة، وهذا يمكن أن يسبب عدم الاستقرار.

الإجراء المتكامل (أولا): يستجيب العنصر للخطأ التراكمي. والهدف من ذلك هو إزالة الخطأ المتبقي في الحالة الثابتة، والذي يمكن العثور عليه في كثير من الأحيان مع P-action فقط. الناتج _I يساوي مجموع الأخطاء السابقة مضروبا في عامل معين. (الناتج _I هو Ki*Errordt حيث Ki هو المكسب المتكامل). الإجراء المتكامل مهم للدقة على المدى الطويل، ولكن يمكن أن يؤدي إلى كمية مفرطة من الخطأ إذا كان#39 لم يتم ضبطها بشكل صحيح

الاشتقاق الإجرائي: يتنبأ المكون بالخطأ المستقبلي باستخدام معدل التغير للخطأ الحالي. يتم استخدام المكابح لتقليل تجاوز الحد وتحسين الاستقرار عندما تتغير درجة الحرارة فجأة. يعتمد الناتج على التغير في معدل الخطأ (الناتج _D=Kd*de/dt حيث تمثل Kd كسب المشتقة). الفعل المشتق حساس للضوضاء.

إجراء التحكم في الإخراج: من خلال وحدة الإخراج، يتم تحويل الإشارة الرقمية المحسوبة إلى إشارة تناظرية أو إشارة محولة. تتحكم وحدة الخرج في عنصر التحكم المستخدم لإكمال العملية (على سبيل المثال، تحكم SSR في فرن#مصدر طاقة 39;s أو مرحل متصل بسلك سخان). وتحدد إشارة الخرج هذه مقدار الطاقة التي يتم إرسالها إلى عنصر السخان. ويمكن التحكم في درجة الحرارة بدقة عن طريق ضبط الكثافة.

مزايا وميزات أجهزة التحكم الرقمية في أجهزة تحديد الهوية الشخصية باستخدام مدخلات PT100.

توفر وحدات التحكم الرقمية في تعريف المنتج (PID) المزودة بمخرجات PT100 عددًا من الميزات المصممة للتطبيقات المطلوبة.

الاستقرار الاستثنائي والدقة: من خلال زيادة دقة واستقرار جهاز استشعار PT100 والمعالجة الرقمية المتقدمة، فإن أجهزة التحكم قادرة على الحفاظ على درجات الحرارة في حدود التفاوت الدقيق، على سبيل المثال +-0.1degC، أو +-0.5degC، متجاوزة بذلك قدرات أجهزة التحكم القياسية. إن استقرار وحدة التحكم أمر بالغ الأهمية للعمليات الحساسة.

قدرات التحكم المتقدمة هذه المتحكمات غالبا ما تكون أكثر من مجرد منظمات حرارة أساسية.

الضبط التلقائي تحتوي العديد من النماذج على خوارزميات مدمجة تحسب تلقائيا المعلمات الأمثل لـ PID (Kp Ti Td) من خلال تحليل استجابة العملية. فهو يوفِّر الوقت ويحسِّن التناسق.

البرمجة والنقاط المتعددة: القدرة على برمجة ملامح درجة الحرارة، مثل المنحدرات، الانتظار، أو الهضاب. وهذا ضروري عند التعامل مع العمليات المعقدة، مثل التدوير الحراري، وجداول الخبز، وما إلى ذلك.

الإنذارات القوية: أنواع متعددة من الإنذارات (حد الحد الأدنى، حد الحد الأعلى، المغادرة) وإجراءات قابلة للتكوين لتحذير المشغلين من الانحرافات المحتملة أو الحقيقية في العملية (مثل مؤشر الضوء، خرج الترحيل إنذار مسموع). استخدام الإنذارات الصوتية مفيد بشكل خاص لجذب الانتباه، حتى إذا كان المشغل لا يراقب الشاشة.

بروتوكولات الاتصال: تحتوي بعض النماذج على واجهات اتصال مثل Modbus RTU/TCP أو RS-485. وهذا يسمح بالتكامل مع أنظمة التحكم الأكبر (SCADA و PLC)، ويتيح الرصد عن بعد عبر البرمجيات.

واجهة سهلة الاستخدام: تحتوي وحدات التحكم الحديثة على شاشات LED أو LCD واضحة، ولوحات مفاتيح بديهية وواجهة بينية سهلة الاستخدام. وهذا يجعل تعديلات البارامترات وتهيئتها ومراقبتها سهلة حتى لغير الخبراء. يتم تضمين معالجات الإعداد في العديد من النماذج لجعل التكوين الأولي أسهل.

الموثوقية والتنوع: جهاز استشعار PT100 مناسب لدرجات الحرارة القاسية والواسعة. تحسين معالجة البيانات: تتضمن بعض النماذج المتقدمة قدرات تسجيل البيانات التي تسجل بيانات درجة الحرارة في الوقت الحقيقي. ويمكن تحليل هذه البيانات وتوثيقها في وقت لاحق من أجل الامتثال للمتطلبات التنظيمية.

خصائص السلامة: تضيف سمات مثل الاستشعار القصير الأمد أو الكشف المفتوح، وحدود الحماية من درجات الحرارة والإنذارات ذات الحدود العالية، طبقة إضافية من الأمان للعملية الخاضعة للمراقبة.

V. التطبيقات التي تتطلب تحكم PT100 عالي الدقة

لا يمكن الاستغناء عن أجهزة التحكم الرقمية في تعريف المنتج التي تحتوي على مدخلات PT100 للعديد من التطبيقات بسبب دقتها العالية واستقرارها وميزاتها المتقدمة.

بحوث مختبرية: يلزم تدوير الحرارة في آلات تفاعل البوليميراز المتسلسل ؛ هناك حاجة إلى بيئات حرارة مستقرة في الحاضنات ؛ تتطلب أجهزة تحليل الطيف بالرنين المغناطيسي النووي ظروفا خاضعة للرقابة ؛ المقياس الحراري يقيس بدقة تغير الحرارة ؛ والغرف البيئية يمكنها محاكاة ظروف معينة.

صناعة التصنيع: تتطلب حجيرات الطلاء درجة حرارة معالجة ثابتة ؛ وتعتمد عمليات معالجة الحرارة (التصلب والتسخين)، التي تعتمد على دقة درجة الحرارة، على درجة حرارة المفاعلات الكيميائية.

الأغذية والمشروبات والكحول: يجب القيام بالبسترة في درجة حرارة محددة من أجل سلامة الأغذية. تتطلب عمليات التخمير تخمير متحكم في درجة الحرارة لتحقيق الاتساق في النكهة والحاصيلة. المعقّمات بحاجة إلى مراقبة موثوقة لدرجة الحرارة. تتطلب خطوط التعليب قياس درجة حرارة دقيقة لسلامة الختم.

علم المواد: لتحقيق الخواص المرغوبة من المواد، تتطلب الأفران المستخدمة في التخمير أو التلبد أو الإخماد ضوابط درجة الحرارة. آلات اختبار المواد غالبا ما تتطلب درجات حرارة محكومة.

تصنيع أشباه الموصلات: يتطلب ترسيب الرقائق درجات حرارة دقيقة ومستقرة للغاية.

تتطلب بطاريات اختبار قطاع الطاقة قياسات دقيقة لدرجات الحرارة لتحديد الأداء ؛ ويشمل رصد المحولات رصد درجات حرارة اللف. تستخدم مختبرات المعايرة هذه المقاييس المرجعية.

السادس.

تهيئة المدخل لـ PT100: تحقق من توافق المستشعر (سلكي أو لاسلكي) وكذلك تكوين الأسلاك (3 أسلاك أو 4 أسلاك). تأكد من أن وحدة التحكم تتعامل مع أي تعويض توصيل بارد مطلوب بشكل صحيح.

التحكم في المخرجات: تأكد من أن المخرجات (مثل SSR أو المرحلات 0-10 فولت أو 4-20 ملي أمبير) تطابق عنصر التحكم الخاص بك.

التخطيط والتنفيذ ضروريان لنجاح المشروع.

تركيب الأجهزة: التثبيت الآمن والصحيح لأجهزة التحكم وأجهزة الاستشعار. بالنسبة للـ PT100، وأي أجهزة إخراج تستخدمها، اتبع مخططات الأسلاك إلى نقطة البداية. النظر في عوامل مثل مقياس الكابل، والواقي والضوضاء في البيئات الصاخبة عند اختيار المكونات الكهربائية عالية الجودة.

حتى مع التكوين الدقيق، يمكن أن تحدث مشاكل. غالبًا ما تكون عملية استكشاف الأخطاء وإصلاحها الأساسية كافية لحل معظم المشكلات الشائعة

عدم الدقة أو انحراف درجة الحرارة: التحقق من معايرة مستشعر PT100، فحص أسلاك الاستشعار، والتحقق من التآكل أو التلف (التأكد من تكوين الصحيح من 3 أسلاك أو 4 أسلاك)، والتحقق من إعدادات مرشح المدخلات من وحدة التحكم.

تذبذب أو استجابة بطيئة: تحقق من معلمات ضبط تعريف المعلمات الخاص بك. وقد تكون خاطئة (P مرتفعة للغاية، أو I أو D منخفضة للغاية). أيضا تأكد من أن العملية ليست كذلك#39;t بطيء جدا أو لديه تأخير. التحقق من أن التحكم النهائي يعمل بشكل صحيح وقادر على الاستجابة بسرعة.

تنشيط جهاز الإنذار: افحص حالة الإنذار (على سبيل المثال، درجة الحرارة مرتفعة جدا أو منخفضة جدا، فشل جهاز الاستشعار التي اكتشفها جهاز التحكم، انخفاض الجهد). ارجع إلى دليل وحدة التحكم لمعرفة رموز معينة

فشل الاتصال أو الشاشة: تحقق من اتصال الأسلاك، وتحقق من معدل البود وإعدادات البروتوكول. أيضا، تأكد من أن الجهاز المتصل (PC و PLC وما إلى ذلك) يعمل بشكل صحيح.

التاسع. الاستنتاج: يمكن أن تكون الملاحظات الدقيقة والمسموعة إضافة قيمة

يمثل جهاز التحكم الرقمي في درجة الحرارة باستخدام مدخلات PT100 تقدمًا كبيرًا في صناعة التحكم في درجة الحرارة. وتوفر هذه الأنظمة الدقة والاستقرار والمرونة التي لا يمكن تحقيقها مع حلول أخرى أبسط. وهي تجمع بين الدقة العالية لـ PT100 مع الضوابط الذكية للخوارزمية الرقمية لتحديد الهوية الشخصية. يتم استخدامها في العديد من المختبرات ومرافق التصنيع في جميع أنحاء العالم بسبب واجهتها سهلة الاستخدام والميزات المتقدمة مثل الضبط التلقائي. إن الفوائد المترتبة على اختيار وضبط أجهزة التحكم في أجهزة تعريف الهوية الشخصية هائلة. ويمكنها تحسين اتساق العمليات وجودتها وزيادة الكفاءة التشغيلية. توفر هذه المقالة أساسا ممتازا للاستفادة من هذه التكنولوجيا القوية.