فهم التنظيم الحراري الدقيق مع وحدات صغيرة للتحكم في درجة الحرارة

1. المقدمة

تنظيم درجة الحرارة ضروري لمجموعة واسعة من التطبيقات. وتشمل هذه كل شيء من التجارب المختبرية والأجهزة المنزلية إلى العمليات الصناعية على نطاق واسع. تستكشف المقالة وحدات تحكم PID الصغيرة بالتفصيل. وسوف تستكشف هذه المقالة المبادئ الأساسية التي تقوم عليها ضوابط تعريف الهوية الشخصية، وتفحص مكوناتها، وتشرح آلية تشغيلها، وتراجع تطبيقاتها المختلفة وتسلط الضوء على مزاياها. نريد أن نعطي القراء فهماً شاملاً لهذه الأجهزة القوية والمضغوطة.

2. ما المقصود بـ التحكم في تعريف المنتج (التحكم في الأجهزة المتكاملة القابلة للبرمجة

وتُعد طريقة تعريف المنتج (PID) طريقة شائعة الاستخدام وقوية لتنظيم العمليات في النظام. PID هو اختصار لـ التناسبي التكاملية والمشتقة، وهي ثلاثة إجراءات تحكم تعمل معًا لتقليل الفرق بين النقطة المحددة المطلوبة، أو درجة الحرارة، والمتغير الفعلي. ومن المهم فهم هذه المكونات من أجل التقدير الكامل لكيفية عمل التحكم في درجة حرارة تعريف المنتج.

التحكم النسبي (P): ينتج هذا الإجراء إشارة تحكم تتناسب طرديًا مع الخطأ، والفرق بين درجات الحرارة المحددة والمقاسة. يؤدي الخطأ الأكبر إلى إشارة تحكم أقوى. الغرض الأساسي منه هو تقديم استجابة أولية سريعة تجعل المتغير في العملية أقرب إلى نقطة ضبطها. على الرغم من أن الضوابط النسبية البحتة غالبا ما تكون عرضة لخطأ الحالة الثابتة التي يمكن أن تسبب درجة الحرارة لا تتطابق تماما مع النقطة المحددة، إلا أن لها مكانها.

التكاملية (I) التحكم: يستخدم هذا المصطلح المتكامل لمعالجة الخطأ في حالة الاستقرار المتأصلة في التحكم النسبي. يحسب الحد التكاملي المجموع على جميع الأخطاء السابقة وينتج نتيجة تحكم متناسبة. يقوم المصطلح المتكامل بتعديل المخرجات باستمرار لإزالة الخطأ إذا استمر على مدى فترة معينة من الزمن. وهذا يضمن الدقة على المدى الطويل. العنصر مهم في الوصول إلى النقطة المحددة المطلوبة، ولكن إذا كان#غير مضبوطة بشكل صحيح، يمكن أن تسبب عدم الاستقرار وتبطئ الاستجابة.

التحكم المشتق (D)، يعتمد المصطلح على المعدل الذي يتغير به الخطأ. يستخدم الانحراف الحالي لدرجة الحرارة من النقطة المحددة للتنبؤ بالأخطاء المستقبلية. التحكم المشتق يخمد التذبذبات عن طريق التكيف مع خطأ الميل. كما أنه يمنع التجاوز وعدم تحقيق الهدف المحدد. وهذا يحسن استقرار النظام ووقت الاستجابة، وخاصة في النظم المعرضة للتغيرات المفاجئة.

تتفوق وحدات التحكم في تعريف المنتج على طرق التشغيل/إيقاف التشغيل البسيطة للتحكم في درجة الحرارة التي تقوم ببساطة بتشغيل أو إيقاف عناصر التدفئة والتبريد.

3. أجزاء من جهاز التحكم في الترموستات الصغير لتحديد الهوية المعلوماتية

على الرغم من صغر حجمه، يتكون جهاز التحكم في تعريف المنتج من عدة مكونات تعمل معًا. والمكونات النموذجية هي:

الثيرموستات: هو المسؤول عن قياس درجة الحرارة في البيئة المتحكم فيها. تستخدم المزدوجات الحرارية عادة لإنتاج جهد يتناسب مع درجة الحرارة.

وحدة التحكم: أدمغة أي عملية. وحدات التحكم الصغيرة الحديثة غالبًا ما تكون وحدات تحكم دقيقة -أجهزة كمبيوتر صغيرة على دوائر متكاملة -يمكنها معالجة إشارات الإدخال من أجهزة الاستشعار، وتنفيذ خوارزميات تعريف المنتج، وتوليد إشارات الخرج المناسبة. يحسب المتحكم الناتج الإجمالي ويحدد الحدود النسبية والمتكاملة والمشتقة. ثم يرسل الأوامر للمحرك. هناك دوائر متكاملة مخصصة ل PID تقوم بتبسيط تنفيذ خوارزمية التحكم هذه.

المشغل المشغل هو مكون يقوم بضبط النظام فيزياء#درجة حرارة 39. يمكن أن يكون سخان مقاوم يعزز الطاقة لزيادة درجة الحرارة. في أنظمة التبريد، يمكن أن يكون الجهاز إما بلتيير (مبرد حراري كهربائي) أو ضاغط. يتم إرسال إشارة من قبل جهاز التحكم (غالبا الجهد أو التيار) لتوجيه المشغل كمية الحرارة أو التبريد التي يجب تطبيقها.

مستخدم الواجهة: تسمح هذه الواجهة للمستخدمين بالتفاعل مع وحدات التحكم. يحتوي جهاز التحكم عادة على شاشة تعرض درجة الحرارة والنقطة المحددة.

4. ما المقصود بـجهاز التحكم في درجة الحرارة؟

وهناك جهاز تحكم صغير في معرِّف البيانات الشخصية يعمل بطريقة مستمرة ودورية:

تعريف نقطة الانطلاق: أولا، يحدد المستخدم درجة الحرارة المطلوبة (النقطة المحددة) باستخدام واجهة المستخدم. جهاز التحكم سوف يهدف للحفاظ على درجة الحرارة هذه.

قياس درجة الحرارة: يرصد جهاز استشعار درجة الحرارة باستمرار درجات الحرارة الفعلية داخل البيئة المضبوطة. يتم تحويل درجة الحرارة الفيزيائية إلى إشارة كهربائية (جهد، تيار)، والتي تتناسب مع درجة الحرارة.

حساب الخطأ: يستقبل إشارة من حساس، ويقارن مع نقطة setpoint. يتم تحديد هذا الخطأ من خلال الفرق بين نقطة ضبط درجة الحرارة وما يتم قياسه بالفعل.

حساب معرفات المعلمات: لحساب معرفات المعلمات، يستخدم المتحكم الخوارزمية. يقوم المتحكم بحساب مساهمات المصطلحات النسبية المتكاملة والمشتقة على أساس الخطأ الحالي، وتاريخ الأخطاء للحد المتكامل، ومعدل التغير في الخطأ (لحدود المشتقات).

توليد إشارة الخرج: كل مصطلح#تتم إضافة مساهمة 39;s لإنشاء مخرجات تحكم. إشارة الخرج عادة ما تكون أمر، والتي يمكن أن تتراوح من القيمة الدنيا إلى القيمة القصوى. وهو يشير إلى مقدار التبريد أو التسخين المطلوب.

التحكم في المشغل: يتم إرسال إشارة الخرج هذه من قبل جهاز التحكم إلى المشغل. إذا كانت إشارة الخرج المحسوبة تشير إلى الحاجة إلى التسخين، فإن جهاز التحكم سيزيد من الطاقة إلى السخان. إذا كان التبريد مطلوبًا، يمكن لجهاز التحكم تنشيط ضاغط أو مروحة.

حلقة التغذية: يعدل درجة حرارة النظام بواسطة المشغل. وتتكرر هذه العملية من الخطوة الثانية. يقوم نظام التحكم في الحلقة المغلقة بمراقبة وحساب درجة الحرارة باستمرار للحفاظ على درجة حرارة قريبة من نقطة محددة.

5. اعتبارات التصميم لمتحكمات درجة حرارة أجهزة تعريف المنتج الصغيرة

لضمان أفضل أداء، من المهم النظر بعناية في العديد من العوامل عند تصميم أو اختيار جهاز التحكم في درجة الحرارة الصغيرة.

الأبعاد وعامل الشكل: على الرغم من صغر الحجم يمكن أن تكون كلمة نسبية، هذه المتحكمات تميل إلى أن تكون مضغوطة. وغالبا ما يتم صنعها لمساحات صغيرة، أو مصممة لدمج في المعدات الموجودة. حجم وشكل عناصر التحكم مهم. يجب أن تكون مدمجة، ولكن وظيفية أيضا.

استهلاك الطاقة: الكفاءة مهمة في التطبيقات التي تستخدم البطاريات أو عندما تكون هناك حاجة لخفض الطاقة.

التكامل مع أنظمة أخرى: تحتاج العديد من وحدات التحكم الصغيرة إلى التفاعل مع أنظمة أو أجهزة أخرى. ويمكن أن تكون بروتوكولات الاتصال الرقمية مثل RS-485 أو مودباص للاتصال مع أجهزة الكمبيوتر أو النظام الإشرافي، أو مخرجات تناظرية مثل 0-10 فولت و 4-20 ميللي أمبير للتحكم في المؤشرات المتوافقة أو المشغلات.

ميزات السلامة هي أهمية قصوى عندما يتعلق الأمر بالتحكم في درجة الحرارة في المختبرات أو الإعدادات الصناعية. ويمكن أن توفر وسائل السلامة الحماية للمعدات والأفراد، مثل أجهزة الإنذار الخاصة بالحرارة المفرطة، وإيقاف التشغيل التلقائي، ومحددات درجة الحرارة، وأساليب الأمان من الأعطال.

6. استخدام أجهزة صغيرة للتحكم في درجة حرارة أجهزة تحديد الهوية الشخصية

أجهزة التحكم الصغيرة متعددة الاستعمالات والدقة، مما يجعلها مثالية للعديد من التطبيقات المختلفة في مجموعة واسعة من الصناعات.

المعدات الصناعية والمختبرية: هذه الأجهزة ضرورية في المختبرات والبيئات الصناعية، مثل الحاضنات والأفران.

نظام HVAC: تستخدم أنظمة HVAC المركزية الأكبر ضوابط PID. ومع ذلك، يمكن أيضًا استخدام أجهزة التحكم الأصغر حجمًا في تحديد الهوية الشخصية للتحكم في وحدات محددة للتسخين والتبريد، أو إدارة المبادلات الحرارية بدقة أكبر.

التحكم في درجة الحرارة الداخلية للأجهزة مثل أجهزة الكمبيوتر والخوادم والأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية أمر أساسي لأدائها ومتانتها.

مشاريع للهواة والهواة: تعد وحدات التحكم الصغيرة في تعريف الهوية الشخصية خيارًا رائعًا للهواة الذين يرغبون في بناء مشاريع تتطلب التحكم في درجة الحرارة. ومن الأمثلة على ذلك الطابعات ثلاثية الأبعاد والإلكترونيات وخزانات الزواحف.

7. مزايا أجهزة التحكم الصغيرة في درجة الحرارة

صغر الحجم وتعدد الاستخدامات مع المستشعر والمشغل الصحيحين، فهي قادرة على استخدامها في مجموعة متنوعة من البيئات والعمليات.

8. اختيار جهاز صغير للتحكم في درجة الحرارة

عند اختيار أفضل متحكم PID صغير، من المهم النظر في احتياجات محددة. يجب على المشترين النظر في المعايير التالية.

مدى الدقة ودرجة الحرارة: تأكد من أن جهاز التحكم قادر على العمل ضمن حدود درجة الحرارة المطلوبة، ويمكنه تحقيق دقة القياس اللازمة للتطبيق.

توافق جهاز الاستشعار: تحقق من أن جهاز التحكم سيقبل جهاز استشعار درجة الحرارة الذي تحتاج إليه (على سبيل المثال، نوع محدد من أنواع أجهزة الاستشعار أو المزدوجة الحرارية).

التحكم في المشغلات: التحقق من أن وحدة التحكم قادرة على تشغيل النوع المطلوب ومستويات الطاقة (عناصر التسخين والمراوح، إلخ). استخدميها كما هو مقصود.

واجهات الاتصال: تأخذ في الاعتبار واجهات الاتصال المطلوبة للتوصيل بالحواسيب أو النظم الأخرى.

الميزات البحث عن ميزات مثل عقد نقطة محددة، مخرجات الإنذار وربما التحكم الحلق المبرمج.

دعم وسمعة العلامة التجارية: اختر العلامات التجارية ذات السمعة الحسنة المعروفة بجودة خدمة العملاء والدعم التقني وتغطية الضمان. يمكنك الحصول على رؤية قيمة من خلال قراءة مراجعات أو دراسات حالة للمستخدمين الآخرين.

يمكن أن يضمن فهم أساليب استكشاف الأخطاء وإصلاحها الشائعة وإجراء الصيانة الصحيحة أداءً موثوقًا به لوحدة التحكم في تعريف المعلمات الصغيرة.

حلول للمشاكل الشائعة:

إذا حصلت على قراءات غير دقيقة لدرجة الحرارة، تحقق من جهاز الاستشعار#صفحة 39. تأكد من نظيفته ومعايرته بشكل صحيح ومن ضبط إعداد المستشعر على وحدة التحكم بشكل صحيح

إذا كان المشغل لا يستجيب، افحص الأسلاك، ومصدر الطاقة، وإعدادات خرج المتحكم للتأكد من أن المشغل يعمل ضمن نطاقه التشغيلي.

التجاوز والتذبذب: غالبًا ما تكون هذه علامات على الضبط غير الصحيح. لتحقيق تحكم مستقر، تعديل المكاسب للتكامل النسبي والاشتقاق (Kp Ki Kd).

إذا تم إطلاق أجهزة الإنذار بشكل متكرر، تحقق من سبب الإنذار. (على سبيل المثال، تجاوز درجة الحرارة الفعلية، تعطل جهاز الاستشعار أو مشكلة التوليف) بدلاً من إعادة ضبط الجهاز ببساطة.

يجب الحفاظ على المكونات نظيفة: تأكد من أن أجهزة الاستشعار ليست ملوثة بالغبار. هذا يمكن أن يسبب تغيير القراءات.

افحص الوصلات بشكل دوري للتأكد من عدم اهترائها أو ارتخائها.

وللحفاظ على الدقة اتبع إرشادات المعايرة التي توفرها الشركة المصنعة

احتياطات السلامة: اتبع تعليمات السلامة عند التعامل مع المكونات الكهربائية أو السخانات أو أجهزة التبريد. قبل القيام بأي صيانة، تأكد من تهوية عنصر التسخين بشكل صحيح وأوقف تشغيل الطاقة.

9. خاتمة

وتعد أجهزة التحكم الصغيرة في أجهزة تعريف الهوية الشخصية حلاً متطورًا للغاية يمكن الوصول إليه من أجل التحكم في درجة الحرارة في العديد من التطبيقات. يتم استخدام خوارزمية تعريف الهوية PID لتنفيذ وحدات التحكم وأجهزة الاستشعار في حلقة تغذية مرتدة مغلقة. وهذا يؤدي إلى تحكم دقيق ومستجيب ومستقر. هذه الأجهزة صغيرة الحجم، ولكنها توفر العديد من المزايا، بما في ذلك الأداء وسهولة التشغيل والفعالية من حيث التكلفة. ومن المهم فهم كيفية تشغيلها وتطبيقها من أجل اتخاذ قرار مستنير والاستفادة منها إلى أقصى حد. وبوسعنا أن نتوقع رؤية أجهزة التحكم هذه وهي تصبح أصغر حجماً وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة، وتتمتع بقدرة اتصال أكثر ذكاءً مع تقدم التكنولوجيا. إن موثوقية ودقة التحكم في درجة الحرارة التي توفرها أجهزة التحكم في تحديد الهوية الشخصية أمر أساسي لسلامة ونجاح العديد من العمليات.