التحكم في درجة الحرارة PID: ضمان الدقة في عملية التحكم

مرحباً بكم في عالم الدقة الصناعية مع دليلنا الشامل حول أجهزة التحكم في درجة الحرارة! التعرف على مكوناتها ووظائفها ودورها الأساسي في الحفاظ على استقرار العملية في مختلف الصناعات.

المقدمة

الدقة في أنظمة التحكم الصناعية أمر في غاية الأهمية. أحد المكونات الأساسية للحفاظ على هذه الدقة هو وحدة التحكم في تعريف درجة الحرارة -تلعب وحدات التحكم التناسبية والتكاملية والمشتقة دورًا أساسيًا في خلق عمليات مستقرة تتضمن درجة الحرارة. في هذا المقال ندرس عملها وكذلك المكونات المستخدمة لتشكيل وحدات التحكم في تعريف المنتج هذه ونستكشف أهميتها عبر العديد من الصناعات.

فهم مكونات PID

جهاز التحكم في تعريف الهوية الشخصي هو حل أنيق للتحكم في العملية، وذلك باستخدام ثلاثة إجراءات متميزة للحفاظ على التحكم في تقلبات درجة الحرارة.

1. التحكم النسبي (P)

يتعامل الجانب التناسبي لوحدة التحكم مع الحالة الحالية للخطأ، وهو الفرق بين النقطة المحددة المطلوبة ودرجة الحرارة الحالية. يستجيب جهاز التحكم بشكل متناسب لهذا الخطأ، مما يعني أن الإجراء التصحيحي يرتبط بشكل مباشر بحجم الخطأ. ويمكن التعبير عن صيغة التحكم النسبي على النحو التالي:

$$P_{out}=K_p \times e(t)$$

حيث (P_{out}) هو الناتج النسبي، (K_p) هو المكسب النسبي، و (e(t)) هو الخطأ الحالي.

2. التحكم المتكامل

وتأخذ المراقبة المتكاملة في الحسبان تراكم الأخطاء السابقة. إذا كان هناك#عندما يكون خطأ الحالة الثابتة، فإن العنصر المتكامل يعمل على القضاء عليه من خلال دمج الخطأ مع مرور الوقت. التمثيل الرياضي هو:

$$I_{out}=K_i\int e(t) dt.$$

حيث (I_{out}) هو ناتج التكامل، (K_i) هو مكسب التكامل، وتكامل (e(t)) يمثل مجموع الأخطاء السابقة.

3. التحكم الاشتقاقي (D)

يتنبأ المكون المشتق بالأخطاء المستقبلية من خلال النظر في المعدل الذي يتغير فيه الخطأ. ويساعد على تثبيط استجابة النظام ومنع تجاوز النقطة المحددة. ويعبر عن التحكم في المشتقة بما يلي:

$$D_{out}=K_d\frac {de(t) }{d}$$

حيث (D_{out}) هو ناتج المشتقة، (K_d) هو كسب المشتقة، و (\frac{de(t) }{d}) هو معدل تغير الخطأ.

الملاحظات المستشعرة و Setpoint.

في قلب وحدة التحكم في الهوية الشخصية#وظيفة 39;s هي التغذية المرتدة من أجهزة استشعار درجة الحرارة، مثل المزدوجات الحرارية أو RTDs (كاشفات درجة حرارة المقاومة). توفر أجهزة الاستشعار هذه بيانات في الوقت الحقيقي حول درجة حرارة العملية، التي يقارنها جهاز التحكم في تعريف المنتج مقابل النقطة المحددة -درجة الحرارة المستهدفة التي يجب الحفاظ عليها.

خوارزمية التحكم في تعريف الهوية الشخصية

ويستخدم جهاز التحكم في تعريف المعلمات خوارزمية معقدة تأخذ ردود الفعل المستشعرة وتحسب الخطأ وتطبق تصحيحات صيغة تعريف المعلمات حسب الاقتضاء ثم تغير الطاقة التي يتم توصيلها إلى عناصر التسخين أو التبريد حسب الاقتضاء لتحقيق أقصى قدر ممكن من الدقة في درجة الحرارة المحددة النقطة. ثم يتحكم مخرجه في هذه الطاقة بدوره مما يضمن بقاء درجة الحرارة قريبة من قيمة النقطة المحددة المطلوبة.

ضبط المخرجات واستجابة النظام

ينتج المتحكم في تعريف المنتج إشارة خرج تقوم بتعديل الطاقة التي يتم توريدها إلى العمليات -لعناصر التسخين قد ينطوي ذلك على تغيير التيار الكهربائي بينما قد يشمل ذلك لأنظمة التبريد تغيير معدلات تدفق المبردات. كما تحدث التقلبات في درجات الحرارة، ومخرجات ضبط باستمرار استجابة للحفاظ على العمليات مستقرة.

ضبط جهاز التحكم في الهوية الشخصية 

ضبط وحدة تحكم معرفات السرعة يتطلب ضبط قيم K_p و K_i و K_d لتتناسب مع ديناميكيات كل عملية محددة، مع التأكد في نفس الوقت من أنها تستجيب بسرعة دون خلق عدم استقرار أو تذبذبات.

تطبيقات وحدة التحكم في الهوية الشخصية

تعتمد المعالجات الكيميائية على أجهزة التحكم في تعريف المنتج التفاعلي لضمان حدوث التفاعلات عند درجات الحرارة المثلى بينما تعتمد شركات تصنيع الأغذية عليها في عمليات الطهي أو التبريد. وبالمثل، تستخدم أنظمة التحكم البيئية في المباني هذه الضوابط من أجل الحفاظ على المساحات السكنية مريحة للسكان وكذلك الموظفين على حد سواء.

وقد أصبحت أجهزة التحكم في التعرّف المسبق لدرجات الحرارة من الأصول التي لا غنى عنها في الصناعة الحديثة، مما يساعد الشركات على زيادة الكفاءة وجودة المنتج وسلامته مع إبقاء التكاليف تحت السيطرة. وتستمر التكنولوجيا في التقدم بينما تصبح وحدات التحكم في تعريف المنتج الشخصي أكثر دقة وموثوقية في عمليات التحكم.

ارتباطات المنتجات ذات الصلة

أجهزة التحكم في درجة الحرارة