يوضح التحكم الدقيق: كيف تعمل أجهزة التحكم في درجة حرارة تعريف المنتج؟

1. وفيما يلي مقدمة موجزة للموضوع:

 أساليب التوليف، والتطبيقات في الحياة الواقعية.

2. ما المقصودوحدة التحكم في تعريف المعلمات؟

(مايو _2013) إن أداة التحكم في تعريف الهوية الشخصي عبارة عن نظام إلكتروني يقوم بحساب الخطأ بشكل مستمر، أي الفرق بين النقطة المحددة المطلوبة ومتغيرات العملية المقيسة (PV)، مثل درجة الحرارة. يقوم المتحكم في تعريف المنتج بتوليد إشارات إخراج تقلل من الخطأ باستخدام ثلاثة مقاييس منسقة: نسبي (P) أو تكامل (I) أو مشتقة (D). ولتحقيق الثبات، تستخدم أجهزة التحكم في تعريف الهوية المعلوماتية تعديل شدة الخرج، مثل تعديل عرض النبضة، للحد من التذبذبات في درجة الحرارة. المكونات الأساسية هي:

يقيس مستشعر المزدوجتين الحرارية درجة الحرارة الفعلية بمزدوجتين حراريتين.

وحدة تحكم: تحسب الخطأ وتنفذ خوارزمية PID.

المشغل: مدخل ترموستاتي لمدفأة أو مبرد أو صمام.

وتسمح نظم الحلقة المغلقة بالتكيف في الوقت الحقيقي، وهو أمر بالغ الأهمية للعمليات المعتمدة على الدقة.

3. إجراءات تحديد الهوية الشخصية: I و P و D.

تقوم خوارزميات تعريف الهوية الشخصية بتوليف ثلاثة إجراءات تحكم من أجل تعظيم الاستجابة.

التحكم النسبي (P).

الناتج هو استجابة تناسبية للخطأ. (P = Kpxe). عالية Kp (المكاسب) يمكن أن تقلل من الخطأ بسرعة، ولكنها أيضا تزيد من خطر التذبذب وتجاوز الحد. مع ضوابط P فقط، وغالبا ما تكون أخطاء الحالة الثابتة (انحراف مستمر من نقطة setpoint) موجودة.

التحكم المتكامل

يزيل خطأ الحالة الثابتة عن طريق دمج الأخطاء السابقة مع مرور الوقت (I = Ki x e dt). تصحح هذه الطريقة الإزاحات المتبقية الصغيرة، ولكن إذا لم تكن مقيدة يمكن أن تتسبب في تجاوز التكامل أو دوران مفرط.

مكافحة الاشتقاق (D):

توقع الأخطاء المستقبلية باستخدام معدل تغييرات الخطأ (D = Kd/de/dt). إنه يثبت ويخمد تذبذبات النظام ولكنه يزيد من ضجيج المستشعر

4. تشغيل جهاز تحديد الهوية في خطوات

يقوم جهاز التحكم في درجة حرارة معرِّف المعلمات بأربع مهام متعاقبة:

القياس:

مجسات (RTD على سبيل المثال) تأخذ عينة من درجة الحرارة وتحولها إلى إشارة كهربائية.

حساب الخطأ

مقارنة القيمة المقاسة مع النقطة المحددة.

حساب بيانات تحديد الهوية الشخصية:

يستخدم المتحكم ثوابت الضبط لحساب الخرج (Kp Ki Kd). مثال على ذلك:

إذا كان SP يساوي 100degC و PV يساوي 85degC فإن e يساوي +15degC.

الإجراء P هو الإجراء التصحيحي الفوري (على سبيل المثال 80 ٪ من طاقة السخان).

إذا استمر الخطأ، "آي -أكس" سيضيف قوة.

إذا ارتفعت درجة الحرارة بسرعة، قلل الطاقة.

ضبط الخرج

ويمكن تعديل الطاقة الحرارية عن طريق محركات الإشارات، مثل أنظمة التدفئة التي تعمل بنظام PWM.

التصور رسم بياني يظهر ثبات PID (تقارب سلس لنقطة setpoint) و P فقط (تذبذب).

5. طرق ضبط معرفة الهوية الشخصية

لتحقيق الأداء الأمثل، يجب معايرة Kp و Kd و Ki إلى ديناميكيات النظام.

توليف يدوي

ضبط Kp للاستجابة السريعة أولا، تليها Ki لإزالة الأخطاء المتبقية، و Kd، لقمع التذبذبات.

طريقة زيغلر -نيكولز:

زيادة Kp إلى نقطة تكون فيها التذبذبات مستدامة (Ku = كسب نهائي).

قياس زمن التذبذب (Tu).

مجموعة Kp = 0.6Ku، Ki = 2Kp/Tu، Kd = KpTu/8.

توليف تلقائي

بالنسبة للأنظمة المعقدة، تقوم أجهزة التحكم الحديثة بمعايرة نفسها باستخدام اختبار الاستجابة المتدرجة.

يمكن أن يكون عدم الاستقرار والتكاسل بسبب سوء الضبط. ويجب أن يؤخذ في الاعتبار القصور الذاتي الحراري وتأخر المستشعر وما إلى ذلك.

6. التطبيقات

تتيح أجهزة التحكم في معرِّف المعلمات الدقة في قطاعات متنوعة

الصناعة:

البثق البلاستيكي (استقرار درجة مئوية واحدة يضمن اللزوجة الموحدة).

المفاعلات ذات التفاعلات الكيميائية (تمنع الانفلات الحراري).

الأجهزة الاستهلاكية

التحكم في درجة حرارة المطبعات ثلاثية الأبعاد#39 ؛ الفتحات والأسرّة

آلات الإسبريسو (درجة الحرارة المثلى للخمر).

الطاقة أنظمة HVAC توازن الراحة والكفاءة عن طريق تعديل تدفق الهواء.

دراسة حالة في تنميط أشباه الموصلات تحافظ أجهزة التحكم على غرف البلازما بين 200degC و 0.5C لمنع عيوب الرقاقة.

7. الفوائد والقيود

المزايا:

خطأ حالة الثبات القريب من الصفر.

قابلية التكيف هي القدرة على تكييف النظم الديناميكية والمعقدة.

يتم تقليل استهلاك الطاقة مقارنة مع ضوابط التشغيل/إيقاف التشغيل.

القيود:

ضبط العمليات المعقدة غير الخطية.

حساسية الصوت (D action).

النظام#لقد مضى وقت طويل على هذا المنتج.

(ديسمبر 2018) المنطق الضبابي (بالإنجليزية: Fuzzy logic) هو بديل للتطبيقات غير الخطية المعقدة للغاية.

8. خاتمة

أجهزة التحكم في درجة الحرارةلا يزال لا غنى عنه للإدارة الحرارية الدقيقة، والاستفادة النسبية، والتكامل، والإجراءات المشتقة لتحقيق التوازن بين السرعة، والاستقرار، والدقة. ومع طلب الصناعات لقدر أعظم من التحمل، فإن الإبداعات مثل الضبط القائم على تكنولوجيا المعلومات الأساسية وأنظمة تحديد الهوية الشخصية القائمة على تكنولوجيا المعلومات والاتصالات تعمل على تعزيز القدرة على التكيف. إن فهم مبادئ تحديد الهوية الشخصية يعمل على تمكين المهندسين من تحسين العمليات التي تتراوح من حاضنات المختبرات إلى القمائن الصناعية ـ الأمر الذي يضمن الكفاءة والسلامة والجودة في التطبيقات الحساسة للحرارة.