تجهیزات خانه هوشمند

کنترلر دما چیست؟

کنترلر دما دستگاهی است که با توجه به دمایی که کاربر تنظیم کرده یا الگوریتم های تعریف شده برای یک فرآیند، دمای آن محیط یا حتی یک ماده غذایی را کنترل میکند، به این صورت که با ارسال خروجی مناسب به دستگاه های سرد کننده یا گرم کننده یا دستگاه های تهویه هوا به آنها این دستور را میدهد که به چه صورت کار کنند.

کنترل دما با اندازه گیری دمای فرآیند مورد نظر آغاز میشود(Process variable) و با دمای تنظیم شده یا مطلوب(set value) مقایسه میشود، سپس تفاوت این دو مقدار دمایی، خطا(error/deviation ) فرآیند تعریف شده و کنترلر دما با استفاده از این خطا اندازه گیری شده این سیگنال خروجی(manipulated value) را به سرد کننده یا گرم کننده میدهد که با چه ظرفیت و زمانی عمل گرم کردن و سرد کردن انجام شود تا دمای خطا جبران شود و به دمای مطلوب برسد.

این سیگنال خروجی میتواند به یک هیتر، فن، شیر برقی گاز و سایر المان های کنترلی ارسال شود.

فرایند کنترلر دما چیست؟

به طور مثال فرآیندی که در تنظیم دمای داخل یک فر اتفاق میافتد در شکل بالا آورده شده است.

ابتدا دما با ترموکوپل اندازه گیری شده و سپس به کنترلر دما ارسال میشود، و در کنترلر دما با مقایسه دمای ورودی و دمای تنظیم شده سیگنال چگونگی عملکرد به هیتر یا شیر گاز برقی ارسال میشود.

به طور مثال در صورتی که دمای داخل فر کمتر از حد تنظیم شده باشد، شیر گاز برقی بیشتر باز شده و مقدار بیشتری گاز رد میدهد تا دما به دمای مطلوب برسد.

انواع کنترلر های دما و نحوه کارکرد آن ها :

به طور کلی سه نوع مختلف کنترلر داریم:

  1. کنترلر ON-OFF
  2. کنترلر تناسبی
  3. کنترلر PID

حال هر یک از موارد فوق را به تفصیل بررسی می کنیم.

کنترلر ON-OFF

این کنترلر ساده ترین نوع از کنترل یک دستگاه است و حالت های آن یا روشن(ON) و یا (OFF) است و امکان تنظیم وضعیت میانی برای آن وجود ندارد.

در این کنترلر زمانی که دمای اندازه گیری شده با دمای تنظیم شده مغایرت داشته باشد کنترلر تنها فرمان روشن خاموش را میدهد؛ حال اگر این فرآیند مدام تکرار شود و دقیقا با بالا پایین شد یک واحد از دمای تنظیم شده نیاز باشد تا شیر ها یا سرد کننده ها روشن خاموش شوند مسلما باعث آسیب به آنها میشود.

در این مواقع برای جلوگیری از خرابی دستگاه ها “روشن خاموش دیفرانسیلی”(on-off differential) و یا “هیسترزیس ” به فرایند کنترل اضافه میشود.

دیفرانسیلی

در این حالت زمانی که دمای اندازه گیری شده و دمای تنظیم شده یک اختلاف قابل تنظیم داشته باشند و به طور مثال وقتی دمای اندازه گیری شده با دمای تنظیم شده 10 درجه اختلاف پیدا کرد فرآیند روشن خاموش شدن انجام شود.

تناسبی

کنترلر دمایی تناسبی برای حذف سیکل هایی که مکررا در کنترلر on-off ساده رخ میداد طراحی شده است.

به این صورت عمل میکند که با کم کردن خروجی هیتر از بیش از حد زیاد شدن دما نسبت به دمای مطلوب جلوگیری میکند که باعث میشود به صورت پایدار تری به دمای تنظیم شده برسیم.

این عمل تناسبی با روشن خاموش کردن در بازه های کوتاه مدت زمانی محقق میشود، به این صورت که این زمان نسبت زمان روشن بودن به خاموش بودن را تغییر میدهد(همانند عملکرد PWM) و این فرآیند تنها در فاصله دمایی بسیار کم از دمای تنظیمی اتفاق میفتد و برای دما هایی که فاصله زیادی با دمای تنظیمی دارند همان فرآیند روشن خاموش عادی استفاده میشود.

کنترلر PID

نوع سوم کنترلر، کنترل تناسبی را همراه با کنترل انتگرالی و مشتقی فراهم میکند.

این کنترلر دیجیتال دما، کنترل تناسبی را با دو تنظیم اضافی ترکیب میکند که به دستگاه کمک میکند تا به طور خودکار تغییرات در سیستم را جبران کند.

کنترل انتگرالی به این صورت خواهد بود که بر اساس وضعیت گذشته سیستم و سیگنال کنترلی بر اساس دامنه خطا در زمان های گذشته ایجاد میشود.

در کنترل مشتقی، عملکرد بر اساس وضعیت آینده سیستم کنترلی ما است و سیگنال کنترلی به میزان تغییرات خطا وابسته است.

پس به طور کلی کنترلر PID بر اساس وضعیت گذشته و حال و آینده کنترل را انجام میدهد.

این تنظیمات، انتگرال و مشتق، در واحد های مبتنی بر زمان بیان میشوند؛ موارد تناسبی، انتگرالی و مشتقی باید به صورت جداگانه تنظیم شوند و یا با آزمون و خطا روی یک سیستم خاص تنظیم شوند که نتیجه آن عملکرد بسیار دقیق و پایدار تر نسبت به دو نوع قبلی می باشد.

کنترلر دما on/off

کاربرد های کنترلر دما چیست؟

کنترل کننده های دما عموما در صنعت و برای مدیریت فرآیند های تولید مورد استفاده هستند.

از مواردی که در تولید از کنترل کننده های دما استفاده میشود میتوان به موارد زیر اشاره کرد :

  • صندوق های نگهداری خون در بانک خون ها برای تنظیم دمای خون
  • دستگاه های تزریق پلاستیک و قالب سازی اکستروژن و یا حتی در نازل های پرینتر سه بعدی
  • دستگاه های بسته بندی و نگه داری و فرآوری مواد غذایی
  • کنترل دما در کوره های سرامیکی
  • کنترل دمای آب استخر
  • در لوازم خانگی مانند اتو، کتری برقی، ساندویچ ساز، فر، گاز رومیزی هوشمند
  • امروزه در فرایند های هوشمند سازی در کشاورزی و سایر حوزه های هوشمند سازی کنترل دما بسیار مهم است همانند کنترل دمای گلخانه و یا آب استخر در ویلا ها.
  • همچنین با وجود سنسور ها و ماژول های دمایی که شرکت های مختلف مانند Xiaomi تولید کرده اند میتوان سناریو های مختلف را تعریف کرد تا به طور مثال زمانی که دما محیط یک گلخانه از حد مطلوب پایین تر آمد به صورت خودکار و با سناریوی هوشمند سازی که تعریف کردیم هیتر خودکار شروع به تنظیم دما کند.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.