PID کنترلر آتونیکس Autonics سری TZ

ترموستات “Thermostat” چیست؟

ترموستات “Thermostat” که به آن کنترلر دما نیز می‌گویند یکی از ابزارهای پرکاربرد در صنعت و لوازم خانگی به شمار می‌رود. ترموستات وسیله‌ای برای اندازه‌گیری و کنترل دما در یک محیط مایع یا گاز است.
سنسور ورودی ترموستات‌ها معمولا به صورت RTD یا ترموکوپل است.

سنسور RTD  چیست؟

Resistance Temperature Detector که به اختصار RTD نامیده می‌شود نوعی حسگر دمایی است که با تغییرات دما مقدار مقاومت آن تغییر می‌کند. در واقع مقدار دما بر اساس مقاومت سنسور تعیین می‌شود. یکی از پرکاربردترین سنسورهای RTD، سنسور PT100 است. در PT100 دما و مقاومت رابطه مستقیم دارند؛ یعنی با بالا رفتن دما میزان مقاومت هم افزایش می‌یابد و بالعکس.

ترموکوپل چیست؟

ترموکوپل “Thermocouple” از اتصال یک طرفه دو فلز غیر همجنس تولید می‌شود. با تغییر دما طول یکی از فلزها تغییر بیشتری نسبت به دیگری خواهد داشت که این اختلاف منجر به تولید ولتاژ بسیار ضعیفی در حد میلی ولت در طرف آزاد دو فلز می‌گردد. بسته به نوع فلزهای به کار رفته می‌توان انواع مختلفی از ترموکوپل را ساخت. ترموکوپل‌ها از نظر دقت، بازه اندازه‌گیری دما، حساسیت و… با هم تفاوت دارند. ترموکوپل تیپ K و تیپ J از معروفترین ترموکوپل‌ها در صنعت هستند.

انواع کنترلر دما

کنترلرهای دما بر اساس پارامترهای متفاوت به انواع مختلفی تقسیم می‌شود. این پارامترها شامل سایز ترموستات، نوع سنسور دمایی، نوع نصب، بازه دمایی کارکرد، روش کنترل دما، نوع خروجی ترموستات، آنالوگ یا دیجیتال بودن و … می‌شود.

انواع ترموستات از نظر ظاهر

ترموستات ها در انواع تابلویی، ریلی، دیواری، داکتی و … ساخته شده و مورد بهره برداری قرار می‌گیرند. ترموستات تابلویی در ابعاد مختلفی ساخته می‌شوند که معمولا 48*48، 72*72، 96*96، 48*96، 96*48 و در برخی موارد به صورت گرد یا سایر ابعاد می‌باشد. این نوع ترموستات‌ها روی درب تابلو نصب شده و کار کنترل دما را انجام می‌دهند. ترموستات‌های ریلی روی ریل درون تابلو نصب می‌شوند. انواع دیواری و داکتی بیشتر در منازل و کاربردهای غیر صنعتی مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرند.

PID کنترلر آتونیکس Autonics TZ4H-A4C از نوع تابلویی است.

کنترل کننده PID Controller” PID” چیست؟

کنترل کننده Proportional- Integral-Derivative controller” PID” روشی حلقه بسته (فیدبک دار) برای کنترل یک پارامتر می‌باشد. در این روش که معادله مشخصه آن یک معادله مرتبه 2 از آن پارامتر می‌باشد با تغییر ضرایب P،I  وD  می‌توان پاسخ‌های مختلفی برای نمودار آن پارامتر ایجاد کرد. سرعت پایداری، دقت پایداری و میزان اورشوت “overshoot” توسط این ضرایب تعیین می‌شوند. برای کنترل دما نیز از روش PID استفاده می‌شود. بدین صورت که دمای مورد نظر توسط اپراتور به عنوان مرجع دما (set point) برای دستگاه تعریف می‌شود. سپس بسته به نوع فرایند با تعیین پارامترهای P، I و D کنترلر، دما را در آن دمای مرجع ثابت نگه می‌دارد. تعیین این سه پارامتر کار سخت و مبتنی بر تجربه می‌باشد.

معمولا اپراتورها به جای تعیین این ضرایب، دستگاه را در حالت اتوتیون “Auto Tune” که یک حالت از پیش تعیین شده برای این سه پارامتر است قرار می‌دهند. این حالت برای اکثر فرایندها مناسب می‌باشد و سرعت و دقت پایداری آن مناسب است.

اتوتیون “Auto Tune”

اتوتیونینگ مشخصات دمایی و نرخ پاسخ دمایی هدف کنترل را تخمین می‌زند و سپس ثابت زمانی لازم PID را مشخص می‌کند. کاربرد ثابت زمانی PID تحقق پاسخ سریع و دقت بالای کنترل دما می‌باشد. در برخی ترموستات‌ها اتوتیونینگ به صورت اتوماتیک ثابت‌های زمانی PID را پس از خاتمه کار ذخیره می‌کند. کاربر می‌تواند این ثابت‌های زمانی PID را متناسب با کاربردشان اصلاح نماید.

اگر اپراتور نتوانست در این مد کاری به نتیجه مطلوب برسد باید برای تنظیم این سه پارامتر به دیتاشیت دستگاه یا فرد خبره در این زمینه مراجعه کند. در برخی کنترل‌کننده‌ها به جای استفاده از معادله مرتبه 2 و ساخت PID controller برای کاهش هزینه فقط از معادله مرتبه 1 استفاده می‌کنند. در این حالت پارامتر I یا D صفر هستند. بدین ترتیب به جای کنترلر PID کنترلر نوع PD  یا  PI  خواهیم داشت. در برخی موارد نیز می‌توان از کنترلر نوع P استفاده کرد که عملکرد ضعیف‌تری نسبت به PID دارد. در ساده‌ترین نوع کنترل کننده، از روش ON/OFF برای کنترل دما استفاده می‌شود.

انواع خروجی ترموستات

خروجی رله

خروجی رله در ترموستات فقط دارای دو حالت قطع و وصل (On/Off) است. در این نوع از کنترلر زمانی که دما از مقدار از پیش تعیین شده بگذرد، فرمان قطع یا وصل صادر می‌شود. به دلیل نوسانات دمایی و عملکرد صفر و یک بودن این ترموستات، دستگاه باید عمل قطع و وصل را به طور مداوم انجام دهد. در برخی موارد این مسئله سبب استهلاک و کاهش عمر هیتر می‌شود.

خروجی SSR

خروجی این کنترلرها به صورت ولتاژ (ولت) است که می تواند به یک SSR با تحریک DC فرمان دهد.

خروجی آنالوگ

خروجی در این حالت به صورت آنالوگ می‌باشد که معمولا رنج (10-0) ولت یا (20-4) میلی آمپر است. در ترموستات‌هایی که خروجی آنها رله است، به دلیل قطع و وصل مکرر هیتر، تنش ایجاد شده در هیتر زیاد بوده و منجر به آسیب هیتر می‌گردد. برای جلوگیری از ایجاد تنش در هیتر بهتر است از کنترل کننده دما با خروجی آنالوگ یا دستگاه پاور رگولاتور (کنترلر بار) استفاده کرد. بدین ترتیب به جای خاموش و روشن  شدن هیتر، توان هیتر کم و زیاد می‌شود تا دما در حد مورد نظر تنظیم باقی بماند.

PID کنترلر آتونیکس Autonics TZ4H-A4C دارای خروجی آنالوگ (20-4) میلی آمپر است.

همچنین این کنترلر دارای دو خروجی آلارم و یک خروجی Transmission نیز هست که می‌تواند دمای فعلی (PV) را به صورت (20-4) میلی آمپر به دستگاه دیگری انتقال دهد.

خروجی چندگانه

در برخی ترموستات‌ها علاوه بر رله خروجی اصلی که بر اساس PID کنترلر است، یک یا دو رله دیگر وجود دارند که برای آلارم استفاده می‌شوند. همچنین برخی ترموستات‌ها دارای پورت ارتیاطی RS485 برای ارسال اطلاعات به کامپیوتر می‌باشند.

کاربرد ترموستات

همانطور که گفته شد از ترموستات هم در صنایع هم در لوازم خانگی استفاده شود. به طور کلی در صنایعی که نیاز به اندازه‌گیری و کنترل پارامتر دما است ترموستات هم به کار می‌رود. از کنترلر دما در دیگ بخار، فن‌کوئل، رادیاتورها و موتورخانه، گلخانه‌ها، انواع فر و کوره استفاده می‌گردد.
به طور مثال ترموستات انجمادی/یخ‌زدا در یخچال یا سردخانه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. ترموستات کوره در صنایع تزریق و ذوب فلزات و ترموستات فر در صنایع شیرینی‌پزی و نانوایی به کار می‌رود.

نکات مهم در استفاده از کنترلر دما

برای قطع تغذیه باید یک کلید قدرت و یا مدارشکن نصب شود و ضروری است که این کلید نزدیک به کاربر قرار گیرد. در صورتی که از سنسور RTD استفاده می‌شود و نیاز به افزایش طول سیم است حتما باید از سیم با همان ضخامت و جنس استفاده شود زیرا تفاوت مقاومت باعث اختلاف دما می‌شود.
از نصب کنترلر در مجاورت دستگاه‌های مولد نویز با فرکانس بالا خودداری شود.

تنوع کنترلرهای دما بسیار زیاد است و با ویژگی‌های کاربردی مختلف ساخته می‌شوند. جایگزین کردن یک ترموستات با ترموستات دیگر و تنظیم پارامترهای آن نیازمند بررسی و کارشناسی دقیق است. مهندسان فروش برق و صنعت بین‌الملل نماینده فروش محصولات آتونیکس در ایران آماده ارائه خدمات مشاوره، فروش و توزیع انواع ترموستات در ایران می‌باشد. جهت مشاوره و خرید با مشاورین فروش این مجموعه تماس حاصل فرمائید.