خطوة بخطوة الدليل, PID Tuning, Applications (باللغة الإنجليزية)

اتقن إعداد وضبط جهاز التحكم في درجة الحرارة الخاص بك مع الدليل الشامل تعلم إجراءات خطوة بخطوة للتركيب والتكوين وطرق ضبط تعريف الهوية الشخصية واستكشاف المشاكل الشائعة وإصلاحها للتحكم الدقيق في درجة الحرارة في التطبيقات الصناعية أو المعملية أو الهواة.

1. المقدمة: التحكم في درجة الحرارة مهم

والتنظيم الدقيق لدرجات الحرارة ضروري لطائفة واسعة من الصناعات، بما في ذلك التصنيع، والتجهيز الكيميائي، وعلم الأغذية. إيتد#كما أنها مهمة في البحث العلمي الأساسي. ومن المهم الحفاظ على درجات حرارة محددة ضمن البارامترات من أجل ضمان جودة المنتج، وكفاءة العمليات، والسلامة وتحقيق النتائج الكيميائية أو الفيزيائية المرغوبة. وغالبًا ما يكون من غير الكافي محاولة الحفاظ على درجات حرارة ثابتة من خلال أنظمة التحكم الأساسية أو التعديلات اليدوية. غالبًا ما تكون الأساليب اليدوية غير فعالة وغير متناسقة وتتطلب اهتمامًا مستمرًا وثابتًا من المشغل. وقد حسنت نظم التحكم الآلي بشكل كبير هذه القيود من خلال توفير طريقة موثوقة وفعالة. ومن بين أكثر استراتيجيات التحكم المؤتمت تطورا وفعالية على نطاق واسع استخدام وحدة تحكم تناسبية -متكاملة -مشتقة (PID). والغرض من هذا الدليل هو شرح تفصيلي لكيفية اندماج أجهزة التحكم في أجهزة تحديد الهوية في نظم التحكم في درجة الحرارة وعملها. ومن المهم أن نفهم المبادئ الأساسية التي يستند إليها تشغيلها، وكيفية استخدامها في التحكم الآلي في درجة الحرارة. أي شخص يشارك في تصميم أو تنفيذ أو استخدام مثل هذه الأنظمة يجب أن يفهم أساسها النظري وتطبيقاتها العملية.

2. فهم أجهزة التحكم في تعريف المعلمات: المفهوم الأساسي

إن وحدة التحكم في معرِّف المعلمات في جوهرها هي آلية التحكم في التغذية الراجعة التي تحسب الخطأ على أنه الفرق بين درجة حرارة النقطة المحددة المطلوبة (درجة الحرارة المستهدفة) ومتغيرات العملية المقاسة (درجة الحرارة الفعلية). ثم يتخذ المتحكم في تعريف المنتج إجراءات تصحيحية على أساس الخطأ باستخدام ثلاثة مصطلحات تحكم مختلفة، التكاملية النسبية والمشتقة. وهو يعمل في حلقة تغذية مرتدة مستمرة تقوم باستمرار بقياس ومقارنة وحساب وتعديل. التناسبي (P)، مصطلح ينتج إشارة خرج تتناسب مباشرة مع حجم الخطأ. يؤدي الخطأ الأكبر إلى إجراءات تصحيحية أقوى. التكاملية (I)، من ناحية أخرى، هو مصطلح يجمع الأخطاء مع مرور الوقت، ويعطي مخرجات تتناسب مع مجموعها. يتم القضاء على مشكلة الحالة الثابتة من خلال هذا المكون. المشتق (D) يتنبأ بالأخطاء في المستقبل من خلال تحليل معدل تغير الخطأ. يحسب المتحكم سرعة الخطأ وينتج مخرجا يعمل كعامل تخميد، ومنع تجاوز الحد وتقليل الوقت المطلوب للنظام#الاستقرار بعد الاضطرابات. PID&#تكمن أناقة 39 في قدرة وحدة التحكم هذه على الجمع بين هذه الإجراءات الثلاثة في نظام متجاوب ومتكيف. وهذا يجعلها مثالية للتحكم في عمليات درجة الحرارة التي هي ديناميكية. المتحكم بي آي دي#39; قدرة على الحفاظ على نقاط ضبط عالية الدقة ومعالجة التذبذب جعلته خيارا شائعا للتحكم في درجة الحرارة في التطبيقات التي تتطلب تحكما معقدا.

3. مكونات في نظام التحكم في درجة حرارة أجهزة تحديد الهوية الشخصية

ويلعب كل عنصر دورا حاسما في العملية. من المهم فهم وظائف وتفاعلات كل مكون للتثبيت وكذلك الضبط. بالطبع، هذه وحدة التعريف الشخصي إن & ' دماغ النظام#39 ؛ هو عادة معالج دقيق أو متحكم دقيق موجود في هذا الجهاز. يستقبل الجهاز إشارات من المستشعر ويقوم بإجراء حسابات تعريف المنتج. ثم يقوم بتوليد إشارات الخرج للمشغل. وتشمل مكونات الأجهزة مدخلات أجهزة الاستشعار، والمشغلات التي يمكنها التعامل مع التيار المطلوب من قبل المشغل، وشاشات المراقبة والتهيئة، والأزرار، وشاشات اللمس، أو عناصر واجهة المستخدم الأخرى. الغرض الأساسي من الأجهزة هو التعامل مع حلقة التغذية الراجعة، ومن ثم أمر المشغل. أجهزة استشعار درجة الحرارة هي عنصر مهم آخر مسؤول عن قياس درجات الحرارة الفعلية داخل عملية أو نظام. وعادة ما تستخدم المزدوجات الحرارية كأجهزة استشعار لدرجات الحرارة في تعريفات PIDs. فهي تنتج فولطية تتناسب مع درجة الحرارة. كاشفات درجة حرارة المقاومة، مثل Pt100 و Pt1000 RTDs، تظهر أيضا تغييرا في المقاومة استجابة لدرجة الحرارة. يعتمد جهاز الاستشعار المستخدم على عوامل مثل نطاق درجة الحرارة المطلوب ودقته وأي ظروف بيئية. وتتصل أجهزة الاستشعار عن طريق تكييف الإشارة بأطراف الإدخال في جهاز التحكم في تعريف المعلمات. المشغل هو الجزء الذي يغير في الواقع درجة الحرارة وفقا لمتحكم PID المشغل#الوظيفة الرئيسية ل 39 هي إرسال الإشارة. وفي تطبيقات التسخين، تشمل المشغلات مرحلات ميكانيكية أو كهربائية، ومرحلات SSRs توفر تحكماً سلساً في عناصر التسخين والمرحلات الجامدة. وبالنسبة للتبريد، يمكن أن تكون المشغلات عبارة عن مضخات أو مراوح أو مبردات ذات حالة صلبة. المشغّل يستقبل إشارات التحكم من مخرجات وحدة التحكم PID ويغير تشغيلها. على سبيل المثال، يمكن أن تزيد أو تقلل من طاقة السخان أو إيقاف تشغيل المروحة أو تشغيلها. يجب أن يتوافق المحرك مع احتياجات النظام. وهذا يشمل كمية الطاقة المطلوبة وخصائص الاستجابة المطلوبة. يشير الحمل الساخن أو العملية إلى النظام أو المادة التي تحتاج درجة حرارتها إلى تنظيم. على الرغم من أنها ليست جزءا من الحلقة الرئيسية، إلا أن المكونات المساعدة تكون ضرورية في بعض الأحيان. يمكن أن تكون مصدر طاقة قادر على التعامل مع كل من جهاز التحكم وكذلك المشغل. أجهزة السلامة مثل الصمامات وقواطع الدوائر الكهربائية يمكن أن تحمي الدوائر.

4. دورة تشغيل النظام

إن فهم تشغيل نظام تعريف الهوية الشخصية للتحكم في درجة الحرارة يكون أسهل عندما تقوم بفحص حلقة التغذية الراجعة المستمرة. الدورة هي مجموعة من الخطوات المتكررة للحفاظ على درجة الحرارة في العملية عند الهدف. وتبدأ هذه الدورة بنشر مستشعر درجة الحرارة داخل النظام أو العملية لقياس درجة الحرارة الحالية بدقة. ثم يقوم المستشعر بتحويل درجة الحرارة الفيزيائية هذه إلى إشارة كهربائية، مثل تغيرات الجهد أو المقاومة. وترسل هذه الإشارة الكهربائية إلى وحدة التحكم في تحديد الهوية الشخصية. ثم يقوم جهاز التحكم بإجراء عملية حسابية هامة بعد استقبال المدخلات: وهو يقارن درجة الحرارة المقاسة مع درجة حرارة النقطة المحددة التي حددها المشغل من قبل. ويسمى هذا الفرق الخطأ. تقوم خوارزمية تعريف المنتج في المعالج الدقيق بوحدة التحكم بحساب الإجراءات التصحيحية على أساس معدل الخطأ وتغييره. تلخص خوارزمية PID مساهمات التكاملية والاشتقاقية النسبية لإنتاج إشارة كلية. وتكون إشارة الخرج عادة فولطية أو تيار. إيتد#يتم إرسال 39;s إلى المشغل من منفذ إخراج جهاز التحكم. يتم استقبال إشارة التحكم هذه من قبل المشغل، الذي يستجيب بشكل مناسب. إذا كانت درجة الحرارة المقاسة أقل من النقطة المحددة، يقوم جهاز التحكم في تعريف المعلمات بحساب الخرج لإرشاد المشغل لتعزيز تأثيره. على سبيل المثال، سيزيد معرف المعلمات من طاقة السخان أو ينشط المروحة إذا اكتشف خطأ سلبيًا. وفي الحالة الأخرى، يقوم جهاز التحكم في تعريف المعلمات بتوجيه المشغل لتقليل تأثيراته إذا وجد أن درجة الحرارة التي تم قياسها تتجاوز النقطة المحددة مسبقًا. تأثير المشغل له تأثير مباشر على درجة حرارة العملية. يتم تغيير درجة الحرارة بزيادة أو انخفاض درجة الحرارة. وسيقيس مستشعر درجة الحرارة درجة الحرارة المحدثة بعد بضع ثوان. يستقبل وحدة تحكم تعريف المنتج هذه القيمة المحدثة، والتي تحل محل القيمة القديمة. ثم يقوم هذا المتحكم بمقارنة القياس المحدث بالنقطة المحددة مرة أخرى، وحساب الخطأ وتحديد الإشارة التالية للمشغل. تتكون حلقة التغذية الراجعة من الدورة المستمرة للقياس والمقارنة والحساب والعمل ثم إعادة القياس. وهذا يسمح للنظام بضبط استجابته ديناميكيًا، والحفاظ على درجة الحرارة قريبة من النقطة المحددة المطلوبة بغض النظر عن الاختلافات في الحمل أو الاضطرابات الخارجية. وتعد عمليات الحلقة المغلقة ضرورية لاستقرار النظام وكفاءته.

5. اعتبارات التصميم للتحكم الفعال في درجة حرارة تعريف المنتج

من المهم أن يتفاعل المشغل مع قدرات إخراج المتحكم مثل الجهد والتيار و PWM. كما أن فهم ديناميكية حمل العملية الفعلية أمر بالغ الأهمية. وسيساعدكم فهم خصائصه المتعلقة بكتلته الحرارية وانتقاله للحرارة على استباق كيفية تفاعله واختيار بارامترات التوليف المناسبة. وثمة عامل آخر يجب وضعه في الاعتبار هو الضجيج. الضوضاء الكهربائية يمكن أن تؤثر على أجهزة الاستشعار، وخاصة المزدوجات الحرارية. الترشيح، استخدام الكابل المعزول، ومرشحات البرامج داخل وحدات التحكم يمكن أن تساعد جميعها على ضمان أن إشارات الاستشعار نظيفة. السلامة يجب أن تكون الاهتمام الرئيسي في أي تصميم. ولحماية المعدات والأفراد على حد سواء، من الضروري ضمان هوامش أمان كافية وتنفيذ آليات الأمان من الأعطال.

6. PID Tuning: A Critical Step (باللغة الإنجليزية)

الأجهزة هي الأساس، ولكن نظام تعريف الهوية الشخصي#يعتمد أداء 39 على مدى جودة ضبطها. المراقب#يتم تحديد استجابة 39;s للخطأ من خلال هذه المعلمات: نسبي (P)، تكامل (I) ومشتق (D). ويمكن أن تسبب بارامترات تعريف نقطة التطابق غير المضبوطة بشكل صحيح عددا من المشاكل، مثل التذبذبات المفرطة حول النقطة المحددة، وبطء زمن الاستجابة، ووجود خطأ كبير في حالة الاستقرار. ومن أجل التحكم الفعال في درجة الحرارة، من المهم تحقيق بارامترات مضبوطة جيداً لتحديد الهوية المعلوماتية. إن الهدف الأساسي لـ PID هو إعداد المكاسب P و I و D بحيث يعمل النظام بأقل تجاوز للوقت، ووقت تثبيت سريع وحالة ثابتة مستقرة. ومن الممكن ضبط أداة التحكم في تعريف الهوية الشخصية المعلوماتية بعدد من الطرق. الضبط اليدوي أو التكراري هو طريقة شائعة، خاصة للمبتدئين. الطريقة اليدوية أو التكرارية تنطوي على تغيير المعلمات تدريجيا، مع ملاحظة كيفية استجابة النظام. زيغلر نيكولز هي تقنية أخرى#39; يستخدم على نطاق واسع. وهو يستخدم قواعد تجريبية تستند إلى الكسب النهائي للنظام ووقت دورته النهائي. هذه الطريقة معقدة ويمكن أن يكون من الصعب تطبيقها بشكل صحيح. تعد المناهج اليدوية/التكرارية أكثر سهولة في الاستخدام بالنسبة للكثيرين، ولا سيما في التطبيقات البسيطة. عادة ما يبدأ الضبط بالتركيز على النسبي. وكلما زادت قيمة P زاد تذبذب النظام. وهذا ما يعرف بالكسب النهائي. ومن الشائع لضبط القيمة الموصى بها موالفة قليلا أقل من نقطة التذبذب (على سبيل المثال باستخدام 0.5 قاعدة). بعد تحديد قيمة P يمكن إدخال مصطلح متكامل. بعد فترة طويلة من التشغيل، سيتم زيادة المصطلح I ببطء للقضاء على أي أخطاء الحالة الثابتة (الاختلافات في درجة الحرارة الصغيرة بين درجة الحرارة المحددة ودرجة الحرارة الفعلية). الإنهاء المتكامل هو حالة يصبح فيها الخطأ الكلي كبيرا بحيث لا يمكن لوحدة التحكم التعامل معه، مما يؤدي إلى عدم الاستقرار. ثم يتم إضافة مصطلح المشتقة، عادة، في زيادات صغيرة. تساعد قيمة D هذه على تخفيف التذبذبات المتبقية. إنه يُسلس استجابة درجة الحرارة، ويقلل من تجاوز الحد، ويحسن أداء النظام العام دون التسبب في تباطؤ كبير. تحتوي وحدات التحكم في تعريف المعلمات الحديثة على وظائف الضبط التلقائي التي يمكنها تحديد المعلمات تلقائيًا. وهذه السمات مريحة ولكن لا ينبغي الاعتماد عليها بشكل أعمى. قد لا توفر الإعدادات المثلى ويمكن أن يكون من الصعب استخدامها. ومن الشائع أن تكون عملية الضبط تكرارية، وتتطلب العديد من التعديلات والملاحظات من أجل التوصل إلى التوازن بين الاستقرار والاستجابة. دائمًا ما تكون الموارد الخاصة بصناعة ونموذج وحدة التحكم في تعريف المنتج لا تقدر بثمن، حيث أنها غالبًا ما توفر إجراءات الضبط والرؤى الموصى بها من قبل الشركة المصنعة.

7. استخدام أجهزة التحكم في تحديد الهوية PID للتحكم في درجة الحرارة

وتستخدم أجهزة التحكم في تعريف المعلمات على نطاق واسع في نظام التحكم في درجة الحرارة بسبب مزاياها العديدة. أجهزة التحكم في تعريف المنتج قادرة على تحقيق مستويات عالية من الدقة. يمكن لأجهزة التحكم في تعريف المنتج الحفاظ على درجة حرارة العملية قريبة جدًا من النقطة المحددة. وغالبا ما تحقق استقرارا أكثر إحكاما في درجة الحرارة من الضوابط النسبية البسيطة أو تشغيل/إيقاف التشغيل. في التطبيقات، حيث يمكن أن تؤثر التغييرات البسيطة في درجة الحرارة على نتيجة العملية، فإن هذه الدقة ضرورية. كما أن وحدات التحكم PID مستقرة للغاية. تم تصميم خوارزميات تعريف الهوية الشخصية لتعويض وتوقع الاضطرابات، والحفاظ على استقرار النظام دون تذبذبات. الاستقرار ضروري لتحقيق نتائج متسقة، وضمان التشغيل الآمن. كما تعمل أجهزة التحكم في تعريف الهوية الشخصية على أتمتة التحكم في درجة الحرارة، مما يلغي الحاجة إلى التدخل البشري. وهذا يسمح بعملية مستمرة بدون إشراف. فالتشغيل الآلي يزيد من الكفاءة، ويحرر الموارد. يمكن أيضًا أن تكون وحدات تحكم تعريف المنتج قابلة للتكيف بشكل كبير. ويمكن تعديل معاملات الضبط لتناسب مجموعة متنوعة من العمليات من التسخين البسيط، إلى التبريد، إلى التسخين، إلى التسخين المعقد، إلى إعادة المعايرة إذا كانت العملية تحتاج إلى تغيير. وحدات التحكم في تعريف المنتج متعددة الاستخدامات بسبب مرونتها. كما يؤدي استخدام ضوابط تعريف الهوية الشخصية إلى تحسين الاتساق. يضمن الاتساق في تشغيل العملية من خلال الحفاظ على درجات حرارة مستقرة. وهذا يضمن جودة المنتج ومعدلات التفاعل المثلى. وتُستخدم أجهزة التحكم في تعريف نقطة الغليان في أعمدة التقطير وفي عمليات التجفيف، حيث تكون درجة الحرارة معلماً هاماً. تستخدم أجهزة التحكم في تعريف المنتج الشخصي على نطاق واسع في صناعة الأغذية في مجموعة متنوعة من التطبيقات. ويمكن أن يشمل ذلك التحكم في درجة الحرارة للحفاظ على الاتساق أثناء الطهي لضمان السلامة، والحفاظ على درجة حرارة مستقرة في الحاضنات للتفقس أو إدارة وحدات التبريد من أجل تجنب التلف. تلعب أجهزة التحكم في تعريف الهوية الشخصي دورًا حاسمًا في الأبحاث المعملية. تعتبر وحدات التحكم في تعريف الهوية الشخصي ضرورية في إعدادات الأبحاث المختبرية. وتستخدم وحدات التحكم في تعريف المنتج في صناعة الإلكترونيات لمجموعة متنوعة من التطبيقات. ويمكن أن يكون هذا التحكم في درجة الحرارة أثناء اللحام (على سبيل المثال أفران إعادة التدفق)، أو التحكم في درجة الحرارة لتجنب تلف المكونات الإلكترونية، أو التحكم في درجة الحرارة في غرف الاختبار. في قطاع التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، وخاصة في أنظمة التحكم في الترموستات للحفاظ على درجة حرارة دقيقة في الأماكن المغلقة، وجدت أجهزة التحكم في تحديد الهوية الشخصية الاستخدام. يتم اختيار مكونات الأجهزة ومعلمات الضبط وفقا للمتطلبات المحددة للتطبيق.

8. خاتمة

يتطلب تركيب وتنفيذ نظام تعريف الهوية الشخصي لتنظيم درجة الحرارة تخطيطًا دقيقًا ودقة في الأجهزة والتهيئة والتوليف الدقيق. لقد أخذكم الدليل الشامل لهذه المقالة عبر جميع الخطوات اللازمة لنشر جهاز تحكم في درجة الحرارة مع معرِّف المعلمات. وقد تمت مناقشة أساسيات تعريفات المعلمات، بالإضافة إلى المكونات (أجهزة التحكم، وأجهزة الاستشعار، والمشغلات، والأحمال)، وكيفية عمل الحلقة، واعتبارات التصميم الهامة، وضبط تعريفات المعلمات، و تعريفات المعلمات#39;s الفوائد، والصناعات المتنوعة التي تستخدم PID. وقد لوحظ أن عملية الضبط هي التي يمكن فيها تحقيق قدرات وحدة التحكم في تعريف المنتج. وهذا يتطلب الصبر والعناية في تعديل المعلمات I و P و D. يمكن للمستخدم إنشاء نظام تعريف الهوية الشخصي الموثوق به والفعال باتباع الخطوات وفهم كيفية عمل تعريف الهوية الشخصي. يعتبر هذا الدليل نقطة بداية جيدة ولكن ارجع دائمًا إلى وثائق الجهة المصنعة للحصول على تفاصيل محددة للطراز لإتقان التحكم في تعريف الهوية الشخصية، يجب أن تتعلم وتختبر باستمرار. ان فهم النظام ثم تطبيقه بعناية على عملية التوليف سيعطي نتائج ممتازة. يمكنك أن تسخّر تقنية تعريف الهوية الشخصية#طاقة 39 للتحكم الدقيق والمستقر في درجة الحرارة.