کنترلر دما چیست و چه کاربردی دارد؟

کنترلر دما وسیله ای است که برای نگه داشتن دمای مورد نظر در مقدار مشخص استفاده می شود.ساده ترین مثال از کنترل کننده دما ، ترموستات رایجی است که در خانه ها یافت می شود.

به عنوان مثال ، یک بخاری آب گرم با استفاده از یک ترموستات دمای آب را کنترل می کند و آن را در یک درجه حرارت خاص کنترل می کند. از کنترل کننده های دما در کوره ها نیز استفاده می شود. هنگامی که درجه حرارت برای اجاق تنظیم می شود ، یک کنترل کننده درجه حرارت واقعی ،داخل فر را کنترل می کند.

اگر به زیر دمای تنظیم شده برسد ، سیگنالی را برای فعال کردن بخاری ارسال می کند تا دما دوباره به نقطه تنظیم برسد. در یخچال ها از ترموستات نیز استفاده می شود. بنابراین اگر درجه حرارت بیش از حد زیاد شود ، یک کنترل کننده اقدام به کاهش دما می کند.

چه نیازی به کنترلر دما در خانه های هوشمند است؟

در هر شرایطی که نیاز به ثابت نگه داشتن درجه حرارت باشد ، به کنترلر دما نیاز است. این می تواند در شرایطی باشد که بدون نیاز به تغییر محیط پیرامون ، لازم است یک شی گرم ، سرد یا هر دو شود و در دمای هدف (نقطه تنظیم) بماند.دو نوع اساسی برای کنترل دما وجود دارد. حلقه باز و کنترل حلقه بسته. حلقه باز ابتدایی ترین شکل است و از گرمایشی / سرمایشی مداوم استفاده می کند ، بدون توجه به دمای واقعی خروجی.

این سیستم مشابه سیستم گرمایش داخلی در اتومبیل است. در یک روز سرد ممکن است لازم باشد که گرما را کاملاً روشن کنید تا ماشین تا ۷۵ درجه گرم شود. با این حال ، در هوای گرمتر ، تنظیمات داخلی باعث گرم شدن فضای داخلی ماشین نسبت به دمای ۷۵ درجه می شود.

معرفی انواع کنترلر دما

کنترلر دما ON/OFF

کنترلر ON/OFF ساده ترین نوع کنترلر دما می باشد. خروجی این دستگاه یا ON و یا OFF است و حالت میانه ایی ندارد. این نوع کنترلر تنها در صورتی خروجی می دهد که دمای ورودی از عدد ست پوینت دستگاه عبور کند. جهت کنترل گرما، خروجی زمانی ON می شود که دما زیر عدد ست پوینت باشد و زمانی OFF می شود که دما بالای عدد ست پوینت باشد. زمانیکه که دما از ست پوینت عبور می کند تا وضعیت خروجی را تغییر دهد دمای پروسه بصورت سیکل وار ادامه پیدا می کند که از دمای زیر ست پوینت بالا برود و یا برعکس. در مواردی که این سیکل سریع اتفاق می افتد، جهت جلوگیری از خرابی کنتاکتورها و ولوها، یک ON/OFF دیفرانسیلی و یا هیسترزیس، به عملکردهای کنترلر اضافه می شود. این دیفرانسیل زمانی نیاز است که قبل از ON یا OFF شدن خروجی، دما با یک مقدار مشخص، از ست پوینت تجاوز کند. ON/OFF دیفرانسیلی، مانع ضربه زدن خروجی و یا سوئیچ های سریع و ادامه دار می شود. از کنترلر ON/OFF زمانی استفاده می شود که نیاز به کنترل خیلی دقیق نداشته باشیم، مثلا در سیستم هایی که مقدار و حجم سیستم بسیا زیاد است و دما بسیار کند تغییر می کند و یا برای آلارم دما از آن استفاده می شود. یک نوع خاص از کنترلر ON/OFF که برای آلارم استفاده می شود، یک کنترلر حدی یا LIMIT CONTROLLER است. این کنترلر از یک رله LATCHING استفاده می کند که باید بصورت دستی RESET شود و برای SHOUT DOWN پروسه زمانی استفاده می شود که به یک دمای خاص رسیده باشیم.

به طور کلی در این کنترلر ها مواردی مانند اورشوت و حرکت نوسانی بسیار رخ می دهد و حذف این موارد غیر ممکن می باشد. کنترلر ON/OFF منسوخ شده می باشد و تنها در مواردی که دقت، اهمیت چندانی ندارد مورد استفاده قرار می گیرند.

کنترلر دما تناسبی Proportional Control

کنترلرهای تناسبی جهت حذف سیکل های ON/OFF کنترل، طراحی شده اند. زمانیکه دما به ست پوینت می رسد، یک کنترلر تناسبی میانگین پاور اعمال شده به هیتر را کاهش می دهد. تاثیر آن کاهش سرعت هیتر است که موجب می شود دما از عدد ست پوینت تجاوز نکند، در نتیجه دما به عدد ست پوینت رسیده و در همان نقطه ثابت باقی می ماند. این عملکرد تناسبی، با خاموش و روشن کردن خروجی در فاصله های زمانی کوتاه، قابل انجام است. در این نوع عملکرد، نسبت زمان ON و OFF جهت کنترل دما تغییر می کند. این عملکرد، در بازه اطراف ست پوینت اتفاق می افتد. در خارج این بازه، کنترلر شبیه یک کنترلر ON/OFF ساده عمل می کند. هر چند درون بازه یاد شده، خروجی به نسبت اختلاف اندازه گیری شده از ست پوینت، ON و OFF می شود.

کنترل دما PID

کنترلر PID جهت اندازه گیری پارامترهای فیزیکی مانند فشار، دما، سطح، فلو و. غیره مورد استفاده قرار می گیرند. PID مخفف Propotional Integral Derivative می باشد و اساس کار این کنترلر بر اساس سه مد کنترلی تناسبی، انتگرالی و مشتقی است.

کنترل تناسبی

بر اساس وضعیت فعلی سیستم تحت کنترل عمل می کند و مقدار اندازه گیری شده نسبت به مقدار تنظیم شده مقایسه می شود و سیگنال کنترلی متناسب با دامنه خطای لحظه ای ارسال می گردد.

کنترل انتگرالی

بر اساس وضعیت گذشته سیستم تحت کنترل می باشد و سیگنال کنترلی بر اساس دامنه خطا در زمان های گذشته ایجاد می گردد.

کنترل مشتقی

عملکرد این تابع بر اساس وضعیت آینده سیستم کنترلی می باشد و سیگنال کنترلی به میزان تغییرات خطا بستگی دارد. کنترلر PID بر اساس سه وضعیت گذشته، حال و آینده سیستم، سیگنال کنترلی را تولید می کند و در بسیاری از فرایندهای صنعتی کاربرد دارد.

ساختار کنترلر دما PID

ساختار کنترهای دما تاثیر مستقیمی بر روی تنظیم کنترلر ها دارد، انواع ساختار کنترلر دما PID به شرح زیر می باشد:

• کنترلر دما PID با ساختار موازی
• کنترلر دما PID با ساختار غیر تعاملی (استاندارد، ایده آل، ISA)
• کنترلر دما PID با ساختار تعاملی (حقیقی، سری، کلاسیک)

کنترلر دما به چند طریق دما را کنترل می کند؟

به طور کلی کنترلر دما از دو طریق کنترل عمده دما را بر عهده دارد که در ادامه به آنها اشاره می‌کنیم.

۱- کنترلر دما از طریق کنترل ترتیبی (Sequential Control): در این روش کنترلی، یک سری فرآیندی که از پیش تعیین شده‌اند به ترتیب انجام می‌گیرد.

۲- کنترلر دما از طریق کنترل بازخوردی (Feedback Control): فرآیندهایی که همواره در حال بررسی مجدد بوده و چندین کار پشت سرهم انجام شده و دوباره و دوباره و دوباره انجام می‌شوند. در این حالت همواره مقدار نهایی‌مان در حال ارزیابی است.

در اکثر دستگاه های کنترلر دما از روش بازخوردی و فیدبک گیری استفاده می‌شود. سنسور دما، دمای کوره (قسمت مورد نظر) را اندازه‌گیری می‌کند. (قسمتی که بایستی کنترل شود). کنترلر دما، دمای اندازه‌گیری شده توسط سنسور دما را دریافت کرده (مقدار فعلی) (present value) و آن را با دمای تنظیم‌شده (set point) مقایسه می‌کند و سپس در صورتی‌‌که مقدار فعلی از مقدار تنظیم شده کمتر باشد، هیتر را روشن می‌کند.

هنگامی‌که مقدار present value، از مقدار تنظیم شده بیشتر بشود، کنترلر، هیتر را خاموش می‌کند. سپس سنسور دما، دمای حاصل را اندازه‌گیری کرده و این چرخه دوباره تکرار می‌شود. اقدامات ۱ تا ۳ همواره در حال تکرار شدن بوده تا دما در نزدیکی مقدار مطلوب نگه داشته شود:

ورودی: دمای کوره را از طریق سنسور دما اندازه‌گیری می‌کند.

کنترل: مقدار مطلوب را با مقدار تنظیم شده مقایسه کرده و تصمیم گیری می‌کند.

خروجی: هیتر را متناسب با تصمیمی که می‌گیرد، روشن یا خاموش می‌کند.

مواردی که در خرید ترموستات باید دانست :

• نحوه ی کنترل
• تعداد آلارم
• تعداد ورودی ترموکوپل با RTD