فهم جهاز التحكم في درجة حرارة الماء

1. المقدمة

التحكم الدقيق في درجة حرارة الماء له مجموعة واسعة من الاستخدامات، من الحفاظ على درجات الحرارة الحرجة في العمليات الصناعية لضمان سلامة أنظمة التدفئة. وتستخدم منظمات الحرارة الأساسية لتشغيل أو إيقاف التدفئة والتبريد. غير أنها كثيرا ما تكون قاصرة من حيث الدقة والاستقرار والكفاءة. المشتق التناسبي المتكاملجهاز التحكم في درجة الحرارة) تقدما هاما في تكنولوجيا التحكم. توفر هذه الوحدة المتطورة ثباتًا واستجابة منقطعة النظير. الغرض من هذه المقالة هو شرح وحدة تحكم تعريف المنتج بطريقة شاملة وواضحة. المقالة سوف تستكشف المبادئ الأساسية وراء خوارزمية PID. كما تصف الطريقة التي يعمل بها جهاز التحكم داخل نظام التدفئة. يحتاج المهندسون والفنيون ومديرو المرافق وغيرهم ممن يشاركون في تصميم أو صيانة أو تشغيل أنظمة تسخين المياه التي تتطلب تحكمًا ثابتًا في درجة الحرارة إلى فهم فوائد أجهزة التحكم في تحديد الهوية الشخصية وكيفية عملها.

2. خوارزمية التحكم في PID -وصف موجز

خوارزمية تعريف الهوية المعلوماتية هي في قلب وحدة تحكم تعريف الهوية المعلوماتية. إيتد#39;s طريقة تستخدم على نطاق واسع للتحكم في العمليات باستخدام التغذية الراجعة. PID هو اختصار للتكامل النسبي والمشتق. وتعمل المكونات الثلاثة في تضافر للحد من الفجوة بين النقطة المحددة (درجة الحرارة المطلوبة) ودرجة الحرارة الفعلية التي يقيسها المستشعر.

A Basic Principles for PID

التحكم (نسبي): هذا المصطلح ينتج إشارة الخرج التي لها حجم مرتبط مباشرة بالخطأ الحالي، أي الفرق بين النقطة المحددة ودرجات الحرارة المقاسة. كلما كان الإجراء التصحيحي أقوى، كلما كان الخطأ أكبر. إذا كانت درجة حرارة الماء أقل من المطلوب، فإن الشروط النسبية سترسل إشارة قوية إلى السخان، والتي تستدعي حرارة إضافية. في المقابل، إذا كانت درجة الحرارة قريبة من نقطة محددة، فإن مساهمة الحدود النسبية تكون ضئيلة. P term&#وتتمثل الميزة الرئيسية لـ 39 في أنه يتفاعل على الفور مع الخطأ.

التحكم المتكامل (I): يعالج أخطاء الماضي. المصطلح المتكامل يجمع الأخطاء مع مرور الوقت إذا كان الخطأ مستمرا. لن يقوم جهاز التحكم بعد الآن بأخطاء الحالة الثابتة إذا حاول ضبط درجة الحرارة، ولكنه غير قادر على الوصول إلى النقطة المحددة بسبب تأخر النظام والاضطرابات الطفيفة. تخيل إضافة الحرارة ببطء إذا انخفضت درجة الحرارة باستمرار عن الهدف.

التحكم (D) الاشتقاقي: يستخدم هذا المصطلح للتنبؤ بالأخطاء المستقبلية من خلال تحليل معدل التغيير في الخطأ. يحسب مصطلح المشتقة التغير في درجة الحرارة وينتج مخرجا يعارض هذا التغير. ومن المفيد تخفيف استجابة النظام، ومنع ارتفاع (حيث تتجاوز درجة الحرارة النقطة المحددة المطلوبة)، والحد من التذبذبات. يستخدم هذا المصطلح لتطبيق كمية صغيرة من ضغط الكبح عندما يستجيب نظام التدفئة بسرعة كبيرة أو يكون على وشك تجاوز الحد.

ب. ب. لماذا يعمل نظام تحديد الهوية المسبق في شبكات المياه:

العديد من أنظمة تسخين المياه لها خصائص مثل القصور الذاتي الحراري، الذي هو تخزين الكثير من الحرارة. كما أنها تستجيب ببطء. يمكن أن يتسبب تشغيل/إيقاف منظم الحرارة البسيط في تقلبات درجة الحرارة وتشغيل/إيقاف عنصر التسخين بشكل متكرر. وهذا أمر غير فعال وغير مريح. PID يتفوق في إدارة هذه الديناميكية. المصطلح المتكامل يزيل الأخطاء المتبقية ويضمن الدقة على المدى الطويل. وأخيرا، يمهّد مصطلح المشتقة إجراءات التحكم لمنع عدم الاستقرار. وبالتالي فإن أجهزة التحكم في تعريف المنتج هي مثالية للتطبيقات التي تتطلب درجة حرارة مياه ثابتة.

ج) إدراج كلمات رئيسية مثل مؤشر تعريف المنتج والتحكم في درجة حرارة الماء Logic" و PID Response" و Algorithm تنظيم درجة الحرارة في هذا القسم.

3. المكونات الرئيسية في التحكم في درجة حرارة PID

يجب أن تكون الأجهزة المكونة لجهاز التحكم في درجة حرارة الماء قادرة على العمل بسلاسة. ومن المهم فهم هذه المكونات عند اختيار النظام ومن أجل الصيانة.

وحدة التحكم هي وحدة المعالجة المركزية للنظام. إيتد#يقع 39 بوصة عادة داخل حظيرة وعرة يمكن أن تتحمل الظروف الصناعية والبيئية. يمكن لوحدة التحكم إما أن تعتمد على وحدة تحكم دقيقة، أو وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة. يتلقى جهاز التحكم مدخلات درجة الحرارة من المستشعر ويقوم بإجراء حسابات تعريف المنتج. ثم يولد إشارة تتحكم في عنصر التبريد أو التسخين. العديد من وحدات التحكم الحديثة قابلة للبرمجة، مما يسمح للمستخدمين بإعداد أنماط واستراتيجيات التحكم.

دقة القياس أمر بالغ الأهمية. ويستند اختيار مستشعر درجة الحرارة على مدى درجات الحرارة، والدقة المطلوبة، وحتى نوع الماء. كاشفات درجة حرارة المقاومة، مثل PT100 (المعروفة بدقتها العالية وموثوقيتها)، والمزدوجة الحرارية هي أنواع شائعة من أجهزة الاستشعار المستخدمة في أجهزة التحكم في درجة حرارة المياه. ويمكن العثور على أقراص RTDs التي لها نطاق واسع من درجات الحرارة والمتانة ولكن أقل دقة. يجب تصميم أجهزة الاستشعار لضمان دقة تحديد المواقع داخل الحلقة أو للانغمار في الماء. من المهم معايرة المستشعر بانتظام من أجل ضمان دقة القياس.

ج -مخرجات التشغيل: يجب أن يكون جهاز التحكم قادراً على التأثير فيزيائياً على عملية التبريد أو التسخين. يعمل هذا الإخراج كحلقة وصل بين إشارات وحدة التحكم الإلكترونية وأجهزة التحكم النهائية. يمكن أن يكون مرحل يحول دائرة كهربائية ذات طاقة عالية إلى سخان كهربائي. كما يمكن أن تكون إشارة 4-20 ملي أمبير أو إشارة فولطية 0-10 فولت للتحكم في الطاقة المدخلة لعنصر التسخين، أو لتنظيم سرعة أو معدل دوران مضخة متصلة. وبعض أجهزة التحكم قادرة على تحوير مرحلات الحالة الصلبة مباشرة لتحكم أكثر سلاسة.

يتطلب جهاز التحكم، وربما المستشعر كذلك، مصدر طاقة دقيق ومستقر. يتم تحويل الطاقة الرئيسية (غالبا جهد التيار المتردد) إلى جهد التيار المستمر الذي تتطلبه دوائر جهاز التحكم. يجب حماية وحدات إمداد الطاقة من الضوضاء والتقلبات الكهربائية.

E من الممكن استخدام أجهزة استشعار التدفق/المستوى الاختيارية. في بعض التطبيقات (خاصة تلك التي لديها مبادلات حرارية أو أنظمة أكبر)، يمكن أن تكون معرفة معدل تدفق الماء أو السائل في الخزان حاسمة في التحكم في النظام. وتوفر أجهزة قياس التدفق وأجهزة الاستشعار المستوية (مثل أجهزة قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية أو الطفو أو مقاييس التدفق) بيانات يمكن أن يستخدمها نظام التحكم في تعريف الهوية المسبق لتحسين أداء النظام بأكمله.

F. تضمين عبارات مثل مكونات الأجهزة الخاصة بأجهزة التحكم في معرِّف المعلمات أنواع أجهزة استشعار درجة حرارة الماء، نظم التشغيل لأنظمة التدفئة، إمدادات الطاقة لأجهزة التحكم في تعريف المعلمات وأجهزة استشعار التدفق لسخانات المياه

4. ما هو جهاز التحكم في ثيرموستات الماء؟

يعمل جهاز التحكم في درجة حرارة الماء في حلقة تكون دورة ثابتة. وهذا يضمن أن تبقى درجة حرارة الماء قريبة من نقطة ضبطها ومستقرة.

أ. حلقة التحكم:

القياس: تقوم أجهزة استشعار درجة الحرارة بقياس درجة حرارة الماء باستمرار، وتنقل هذه المعلومات إلى جهاز التحكم.

المقارنة يقارن جهاز التحكم درجة الحرارة التي تم قياسها (متغير العملية أو PV) مع درجة الحرارة المستهدفة التي يطلبها المستخدم. هذا الاختلاف هو ما نسميه الخطأ.

الحساب: تتم معالجة هذا الخطأ بواسطة خوارزمية PID. خوارزمية تعريف المنتج تحسب هذا الخطأ#تستند مساهمة 39;s على الأخطاء الحالية والسابقة والمكاسب المكونة.

الخرج من خلال الجمع بين هذه المدخلات، يولد جهاز التحكم إشارة الخرج. سيتم إرسال إشارة الخرج إلى جهاز تشغيل، مثل صمام تعديل أو مرحل التحكم في عنصر التسخين.

الإجراء عند استقبال الإشارة، يقوم نظام التشغيل بضبط طاقة التسخين أو قوة التبريد وفقًا لذلك. إشارة الخرج تزيد من قوة التسخين إذا كان الخطأ (درجة الحرارة) موجبا. إشارة الخرج ستخفض طاقة التسخين إذا كانت درجة الحرارة مرتفعة.

التغذية تغير إجراءات التسخين/التبريد المعدلة درجة حرارة الماء. يقيس المستشعر درجة الحرارة الجديدة وتستمر الدورة، وتصحح درجة الحرارة باستمرار.

النقاط والأنماط: يتفاعل المستخدمون مع جهاز التحكم من أجل اختيار درجة الحرارة المطلوبة للماء (النقطة المحددة). وقد يكون من الممكن الاختيار بين طرق التشغيل المختلفة. على سبيل المثال، يمكن لجهاز التحكم توفير التشغيل المستمر حيث يحاول الحفاظ على ثبات درجة الحرارة، والتشغيل المجدول حيث تقوم ببرمجة درجة حرارة الماء المطلوبة للتغيير في جدول معين.

جيم -الاستجابة والاستقرار: صُمِّم استبانة الهوية الشخصية لإعطاء رد فعل مستقر. تساعد خوارزمية PID على الوصول إلى النقطة المحددة بسرعة، دون تجاوز بشكل كبير. كما أنه يمنع ذبذبات درجة الحرارة حول الهدف. السلوك المتحكم به والمستقر للنظام هو ميزة على ضوابط التشغيل/إيقاف التشغيل البسيطة، والتي قد تؤدي إلى أوقات استجابة أطول أو عدم استقرار درجة الحرارة.

تركيز تحسين محرك البحث: يتضمن مصطلحات مثل التحكم في عملية التحكم في درجة حرارة الماء إشارة جهاز التحكم تشغيل نظام تدفئة معرِّف المعلمات المشتقة التكاملية النسبية، " و استقرار درجة الحرارة.

5. تطبيق أجهزة التحكم في درجة حرارة الماء في أجهزة تحديد الهوية الشخصية

أجهزة التحكم في درجة حرارة الماء مع تكنولوجيا PID مناسبة للعديد من التطبيقات في مجموعة واسعة من الصناعات.

غالباً ما يستخدم الماء في العمليات الصناعية لتسخين أو تبريد أو إجراء التفاعلات الكيميائية. وفي صناعات مثل المنسوجات، وتجهيز الأغذية، وإنتاج المستحضرات الصيدلانية، والصناعات الكيميائية، وتصنيع المواد الكيميائية، كثيرا ما تكون هناك حاجة إلى ضوابط دقيقة لدرجة الحرارة في عمليات مثل الغسيل أو التجفيف أو الطهي. توفر وحدات التحكم في تعريف المنتج التناسق اللازم لضمان سلامة المنتج وجودته.

أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء: في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء الكبيرة، غالباً ما يستخدم الماء لتوزيع الحرارة أو التبريد (الأنظمة الهيدروليكية). يتم التحكم في درجة حرارة المياه بواسطة أجهزة التحكم في تحديد الهوية الشخصية في الغلايات ومصانع التبريد لضمان أن المياه التي يتم تسليمها إلى أجهزة التبريد أو أنظمة التدفئة تحت الأرض تتوافق مع درجات الحرارة المطلوبة. الراحة العامة وكفاءة الطاقة في المبنى تحسنت إلى حد كبير.

ج) من المهم الحفاظ على درجة حرارة مريحة وصحية في المنتجعات الصحية وحمامات السباحة. على الرغم من أنه يمكن استخدام منظمات الحرارة البسيطة لإدارة درجة الحرارة، إلا أن أجهزة التحكم في تحديد الهوية الشخصية توفر مستوى أفضل من التحكم. فهي تسمح بدرجات حرارة أكثر ثباتًا، وتسخين أسرع عند الضرورة، وتحسين إدارة الطاقة. وهذا يؤدي إلى زيادة راحة المستخدم، فضلا عن انخفاض تكاليف التشغيل.

د) بالنسبة لأنظمة المياه الساخنة المنزلية، في البيئات التجارية والسكنية الكبيرة، تقدم وحدات التحكم في تحديد الهوية الشخصية ميزة مقارنة بمنظمات الحرارة البسيطة عند إدارة خزانات التدفئة أو المياه الساخنة المعقدة. يمكن أن توفر وحدات التحكم في تعريف المنتج مخرجات أكثر تناسقًا وتقلل من استهلاك الطاقة عن طريق عدم تدوير الغلاية في كثير من الأحيان. كما أنها توفر انتعاشا أفضل عندما تكون هناك حاجة متعددة للمياه الساخنة في وقت واحد.

درجة حرارة مياه التبريد ضرورية لطول عمر الخادم وموثوقيته. يمكن لجهاز التحكم PID تنظيم درجة حرارة المياه في أبراج التبريد أو المبردات في مركز البيانات.

الكلمات الرئيسية: التركيز على تطبيقات محددة باستخدام كلمات رئيسية مثل جهاز التحكم في درجة حرارة معرِّف PID لمسبح السباحة ", " جهاز التحكم في درجة حرارة معرِّف PID لمسار السباحة HVAC", " جهاز التحكم في درجة حرارة السباحة PID", " جهاز التحكم في درجة حرارة الماء الساخن التجاري ", " مركز بيانات ماء التبريد PID".

6. مزايا التحكم في درجة حرارة الماء

وبمقارنة أجهزة التحكم في تعريف المنتج بطرق التحكم الأخرى، فإنها تقدم العديد من المزايا التي تجعلها الخيار الأفضل في التطبيقات المطلوبة.

الدقة والدقة العالية: خوارزميات تعريف الهوية الشخصية جيدة بشكل استثنائي في تقليل الفرق بين متغير العملية والنقطة المحددة. لا تزال درجة حرارة الماء قريبة جدا من القيم المرغوبة، وهي بالغة الأهمية في العمليات الحساسة للتغيرات في درجة الحرارة.

الاستقرار وانخفاض التجاوز. تساعد ضوابط PID على استقرار استجابات النظام. هذا يمنع درجة الحرارة " تجاوز " الذي يمكن أن يؤدي إلى تذبذبات وعملية تسخين/تبريد فوضوية.

يمكن لجهاز التحكم في تعريف الهوية الشخصي تحسين كفاءة أنظمة التدفئة والتبريد الخاصة بك من خلال الحفاظ على درجات الحرارة بشكل أكثر دقة، وتجنب التقلبات الكبيرة في درجات الحرارة. ومن الممكن الحد من استخدام الطاقة باستخدام جهاز تحكم في تعريف المنتج بدلاً من منظمات الحرارة البسيطة.

أجهزة التحكم في تعريف المنتج PID قادرة على الاستجابة بشكل أسرع لتغييرات النظام أو ظروف التحميل المتغيرة. وهذا يسمح بزيادة درجة حرارة الماء إلى نقطة محددة بسرعة أكبر من الأنظمة البسيطة.

هاء -إمكانية الأتمتة والتكامل: يمكن بسهولة توصيل وحدات التحكم في تعريف المنتج الشخصي الموصولة شبكياً بنظم وأجهزة أخرى موجودة على نفس الشبكة (مثل SCADA ونظم إدارة المباني ومسجلي البيانات). ويمكن تحقيق الرصد عن بعد والتحكم الآلي بإدماج أجهزة التحكم في تحديد الهوية الشخصية في مرافق آلية أكبر.

ف. أدمج الكلمات الرئيسية الموجهة نحو الفوائد، مثل: درجة الحرارة المستقرة مع التحكم في معرِّف المعلمات، التحكم في درجة حرارة معرِّف المعلمات مقابل التحكم في التشغيل/إيقاف التشغيل، كفاءة مسخن المياه التشغيل الآلي باستخدام أجهزة التحكم في معرِّف المعلمات و PID" توفير الطاقة لتسخين المياه.

7. توفر وحدات التحكم في تعريف الهوية الشخصية مزايا كبيرة، ولكن تشغيلها وتنفيذها بنجاح يتطلب دراسة متأنية للعديد من العوامل.

من المهم النظر في موضع (n) مستشعر درجة الحرارة الخاص بك. ومن الناحية المثالية، ينبغي أن يقيس درجة حرارة الماء الذي يتحكم فيه نظام التبريد أو التسخين. قد تكون فكرة سيئة أن نضعهم بالقرب من مصدر الحرارة وهذا سيعطي قراءة غير دقيقة ويؤدي إلى تحكم غير مستقر. من المهم أن تتبع المصنّع#المبادئ التوجيهية ل 39، والنظر في ديناميات التدفق في النظام.

B. PID tuning: A PID controller& (باللغة الإنجليزية)#يعتمد أداء 39;s بشكل كبير على الإعداد الصحيح لمكاسبها النسبية والشاملة والمشتقة. عملية التوليف تنطوي على تغيير هذه المعلمات من أجل الحصول على الاستجابة التي تريدها -التسخين/التبريد السريع مع الحد الأدنى من تجاوز الحد والتأرجح. يمكن أن يكون صعبا و يتطلب بعض الخبرة. بعض وحدات التحكم لديها روتين ضبط آلي، أو حتى مساعدات رسومية للضبط (مثل طريقة زيغلر نيكولز). ومع ذلك، قد لا تزال هناك حاجة إلى الموالفة اليدوية. يمكن أن تسبب أجهزة التحكم في معرفات المعلمات التي لم يتم ضبطها بشكل صحيح عملية غير مستقرة وتفشل في تلبية متطلبات درجة الحرارة.

(ج) تكامل النظام: لدمج وحدة التحكم في تحديد الهوية الشخصية في نظام قائم لسخان المياه، من الضروري اختيار مكونات متوافقة مثل أجهزة الاستشعار والمشغلات وإمدادات الطاقة. كما يتطلب أن تكون التوصيلات الكهربائية والميكانيكية صحيحة. دائما ضع الامان اولا وهذا يشمل التأريض السليم، والحماية من المخاطر الكهربائية والحماية من أي مخاطر أخرى.

ميزات السلامة: يمكن أن يكون تعطل نظام تسخين المياه خطرا على السلامة. وسمات السلامة ضرورية للتحكم الموثوق في الهوية الشخصية المُعرِّفة. ويمكن أن تشمل أجهزة إنذار لدرجات الحرارة المرتفعة أو المنخفضة التي تحذر المشغل، أو إيقاف التشغيل إذا تجاوزت درجة الحرارة المستويات الآمنة، أو ضمانات في حالة تعطل جهاز الاستشعار. من المهم الالتزام بمعايير السلامة.

استخدم الكلمات الرئيسية مثل عملية معايرة معرِّف المعلمات، وضع المجس في تسخين المياه، دمج معرِّف المعلمات في ميزات أمان معرِّف المعلمات

8. ويُعد جهاز التحكم في معرفات الحرارة الشخصية حلاً متطوراً وقوياً لتحقيق ضبط دقيق ومستقر في درجة الحرارة. من خلال الاستفادة من خوارزمية التحكم النسبية المتكاملة المشتقة، هذه الضوابط تدير بفعالية التعقيدات الكامنة في أنظمة تسخين المياه، وتقديم مزايا كبيرة على أساليب التحكم أبسط. وهي تستخدم في العديد من التطبيقات الحرجة. من العمليات الصناعية إلى أنظمة التدفئة والتكييف وحمامات السباحة إلى مراكز البيانات، وقدرتها على تقديم دقة عالية، والاستقرار وكفاءة الطاقة يجعلها لا غنى عنها. وغالبا ما تفوق فوائد التنفيذ الناجح أي استثمارات أولية. ويشمل ذلك وضع المستشعر، وضبط تعريف المعلمات، والتكامل مع النظام. وحدة التحكم في تعريف المنتج هي تقنية أساسية تضمن الظروف المثلى في عدد لا يحصى من الأنظمة والعمليات.

8. ثبت المراجع قراءة إضافية

توفر الموارد التالية معلومات إضافية عن التحكم في درجة حرارة المياه وأجهزة التحكم في تعريف المنتج.

A. A. Manufacturer Website. الشركات المصنعة الشهيرة (مثل سيمنز، روكويل التشغيل الآلي شنايدر إلكتريك، دلتا Controls)، تقدم تفاصيل المنتج والكتيبات وملاحظات التطبيقات. وتوفر مواقعهم الإلكترونية أمثلة على ذلكأجهزة التحكم في درجة الحرارةومواصفاتها الفنية. يمكنك البحث عن جهاز التحكم في درجة حرارة الماء الخاص بمعرِّف المعلمات الخاص بشركة سيمنز أو جهاز التحكم في معرِّف المعلمات الخاص بتسخين المياه الخاص بشركة روكويل للأتمتة

المدونات والمقالات التقنية: غالبًا ما تتضمن المواقع والمنشورات التي تركز على أتمتة العمليات والتحكم الهندسي مقالات تناقش نظرية تعريف الهوية الشخصية وتقنيات الضبط بالإضافة إلى دراسات حالة تطبيقية تتعلق بدرجة الحرارة وتسخين المياه. ابدأ بمواقع مثل (كنترول إنجينيرنغ). عالم الأتمتة. أوقات التشغيل الصناعي. و Engineering.com. يمكنك البحث عن ضبط معرِّف المعلمات الخاص بوحدة التحكم في سخونة المياه، إلخ

التوحيد القياسي: قد تكون هناك حاجة إلى المعايير اعتمادًا على الصناعة أو التطبيق. منظمات مثل اللجنة الكهروتقنية الدولية تنشر المعايير المتعلقة بأجهزة الاستشعار وأنظمة التحكم (على سبيل المثال IEC 61131-3، لبرمجة PLC). منظمات معايير HVAC (مثل ASHRAE)، قد تنشر مبادئ توجيهية للتحكم في درجة حرارة المياه داخل أنظمة البناء. البحث عن التحكم في درجة حرارة الماء أو "ASHRAE Standards PID Control".

د المؤسسات التعليمية: غالبًا ما تقوم الجامعة التي لديها برنامج هندسي قوي بنشر الأبحاث وإجراء الأبحاث حول إدارة الحرارة والتحكم. يمكنك العثور على مقالات تقنية عن طريق زيارة مواقع الإدارات على الإنترنت أو الوصول إلى قواعد البيانات. يمكنك البحث عن وحدة التحكم في درجة حرارة معرِّف المعلمات الجامعي (مثال).

ملاحظة: سيحتوي هذا القسم على عناوين URLs أو اقتباسات للمصدر (المصادر) المستخدمة في المقال النهائي.