کنترلر دما (ترموستات)چیست؟

کنترلر دما چیست ؟

 کنترلر دما یا ترموستات دیجیتال دستگاهی است که برای کنترل دما بدون دخالت اپراتوری گسترده استفاده می شود. کنترلر درون یک سیستم کنترل حرارت یک سنسور حرارتی از قبیل ترموکوبل یا سنسوری از خانواده RTD (از قبیل PT100 یا PT1000 و …) را به عنوان ورودی می پذیرد و مقدار حرارت واقعی (همانی که از سنسور حرارتی می گیرد) را با مقدار حرارت دلخواه یا تعیین شده مقایسه می کند. سپس یک خروجی تولید می کند.

مثال مناسبی از طرز کار کنترلر حرارتی را می توان سیستمی را در نظر گرفت که کنترلر ورودی خود را از سنسور حرارتی دریافت کرده و سپس یک خروجی به یک دستگاه کنترل دما می دهد. این دستگاه می تواند یک المنت حرارتی یا یک فن باشد (گرم کردن یا سرد کردن سیستم). کنترلر به صورت معمول تنها بخشی از سیستم کنترل حرارت است و برای انتخاب کنترلر مناسب کل سیستم باید آنالیز شود

انواع مختلف کنترلر دما

به صورت کلی سه نوع  کنترلر داریم آن/آف (روشن/ خاموش یا قطع / وصل)  پروپرشنال (به معنی متناسب با) و مدل های PID مخفف (Proportional – Integral – Derivative) با توجه به سیستمی که قرار است کنترل شود اپراتور می تواند یک مدل یا دیگیری را برای کنترل کردن پروسه استفاده کند

کنترلر    ON/OFF

کنترلر On/Off ساده ترین نوع از دستگاه های کنترلر حرارت هستند. خروجی این نوع دستگاه ها تنها شامل روشن / خاموش بوده و خروجی دیگری (مثلا حالت وسط) ندارند. این سیستم تنها زمانی خروجی خود را تغییر می دهد که حرارت (در واقع حرارتی که خود از سنسور حرارتی به عنوان ورودی دریافت می کند) از حد میزان تعیین شده بگذرد (بالا یا پایینتر از حد تعیین شده). از آنجایی که حرارت باید از حد میزان تعیین شده بالاتر یا پایینتر برود تا نوع خروجی کنترلر تغییر پیدا کند، پروسه حرارت تبدیل به یک چرخه پیوسته می شود که بالاتر و پایینتر از میزان تعیین شده در نوسان است. در شرایطی که این چرخه با سرعت زیاد اتفاق بی افتد برای جلوگیری از وارد شدن صدمه به کنتاکتورها و دیگر ابزارها یک دیفرانسیل (On/Off Differential) یا hysteresis به اپراتورهای کنترلر اضافه می شود.

کنترل پروپرشنال (PROPORTIONAL CONTROL)

کنترلرهای پروپرشنال برای از بین بردن چرخه قطع / وصلی که در کنترلرهای On/Off به وجود می آید طراحی شده اند. یک کنترلر پروپرشنال در صورتی که حرارت ورودی آن به میزان تعیین شده نزدیک بشود مقدار میانگین انرژی (برق) را که سیستم حرارتی (مثلا المنت) را تغذیه میکند را کاهش می دهد. پایین آوردن نیروی دستگاه گرما زا باعث میشود که حرارت سیستم از حد تعیین شده تجاوز نکند بلکه به آن برسد و در همان دما آن را نگه دارد. این حرکت تناسبی را می توان با روشن و خاموش کردن در بازه زمانی مشخص نیز بدست آورد. این “تناسب زمانی” میزان نسبی زمان روشن و زمان خاموش را برای تغییر دمای سیستم تغییر می دهد. تناسب دمایی در بازه ای در اطراف حرارت تعیین شده انجام می شود که به آن باند متناسب (Proportional Band) می گویند.

خارج از این باند کنترلر مانند یک کنترلر On/Offساده کار میکند با خروجی که یا روشن (پایین تر از باند) و یا خاموش (بالاتر از باند) است. اما وقتی حرارت سیستم درون باند تعیین شده قرار دارد خروجی به نسبت تفاوتی که دمای ورودی با دمای تعیین شده دارد شروع به روشن و خاموش شدن می کند. در دمای تعیین شده (در واقع در وسط باند متناسب) تناسب روشن و خاموشی برابر با ۱:۱ است به این معنی که بازه زمانی روشن با بازه زمانی خاموش بابر خواهد بود. اگر حرارت از میزان تعیین شده دورتر باشد این تناسب زمانی بین روشن و خاموش با توجه به نیاز تغییر می کند. اگر دما پایینتر باشد خروجی زمان بیشتری به “روشن” میدهد و اگر بالاتر باشد زمان بیشتری به “خاموش” خواهد داد.

کنترلر PID

نوع سوم کنترلر ها بجز کنترل تناسبی (Proportional) دارای کنرل اینتگرالی (Integral) و اشتقاقی (Derivative) است که به اختصار به آن PID می گویند. این کنترلر کنترل تناسبی را در کنار دو تنظیمات دیگر قرار می دهد که باعث میشود که قطعه بتواند به صورت اتوماتیک خود را با تغییراتی که در سیستم اتفاق می افتد وقف دهد. این دو تنظیم، انتگرال و اشتقاقی، به صورت واحدهایی زمان محور بیان می شوند. آنها همچنین بر اساس نام های متقابلشان معرفی میشوند که به ترتیب RESET و RATE هستند. هر سه گزینه تناسبی، اینتگرالی و اشتقاقی باید برای سیستمی مشخص به صورت آزمایش و خطا تنظیم یا “کوک” شوند.

این مدل بالاترین و با ثبات ترین مدل در میان کنترلرهای حرارتی است و برای سیستم هایی بسیار مناسب است که به طور نسبی دارای حجم کمی هستند. این سیستم ها به تغییرات انرژی به صورت سریع واکنش نشان می دهند. این مدل همچنین در سیستم هایی پیشنهاد می شود که حجم مواد مرتب عوض میشود و انتظار می رود که کنترلر بتواند با تغییرات مداومی که در دمای تعیین شده، میزان انرژی در دسترس، مقدار حجم کنترلی، رخ میدهد خود را وفق دهد.

سایزهای استاندارد کنترلر

از آنجایی که کنترلرهای حرارتی به طور معمول وارد پنل ابزار می شوند، پنل باید طبق اندازه کنترلر دما بریده شود. به منظور فراهم کردن شرایط تعویض میان کنترلرها، بسیاری از کنترلرها در سایزهای استاندارد DIN تولید می شوند. سایزهای DIN به صورت معمول استفاده می شوند را می توانید در عکس زیر ببینید {عکس بعدا اضافه میشه}

چگونه پروسس کنترلر (PROCESS CONTROLLER) را انتخاب کنیم ؟

کنترلر دما یکی از بخش های کل سیستم کنترلردما  شما می باشد. و تمامی سیستم باید با دقت آنالیز شوند تا بتوان به درست قطعات مختلف آنها را انتخاب کرد. همه این انتخاب ها به نوع کاربری، بودجه و شرایط و دیگر فاکتورها بر می گردند. قطعاتی که در زیر نوشته شده اند تنها بخشی از قطعاتی هستند که در زمان درست کردن سیستم کنترل باید آنها را در نظر گرفت.

کاربرد کنترلر ON / OFF

با استفاده از این شیوه میزان دما باید از میزان تعیین شده به حد تعیین شده ای بالاتر یا پایینتر برود تا خروجی آن تغییر کند. این موضوع باعث می شود در صورتی که بالا یا پایین رفتن حرارت از میزان تعیین شده به سرعت اتفاق می افتد، خروجی سیستم سوئیچ های سریع و مداوم انجام ندهد. به صورت کلی کنترلر های مدل on/off

 در مواردی استفاده می شوند که به کنترل دقیق احتیاجی نباشد، در سیستم هایی که نمی توانند قطع و وصل شدن انرژی به صورت مداوم را تحمل کنند، یا حجم سیستم به حدی بالا باشد که تغییر دما به صورت بسیار کند اتفاق بی افتد یا برای استفاده کردن برای هشدار دمایی در مواردی که خروجی کنترلر به زنگ خطر وصل باشد.

یک مدل مخصوص از کنترلر On/Off که برای هشدار حرارتی بکار می آید لیمیت کنترلر (Limit Controller) است. این کنترلر از یک رله قفل استفاده می کند که باید به صورت دستی ریست شود و برای مواردی استفاده می شود که در صورت تجاوز دما از حد مشخص شده کل سیستم خاموش شود.

• مدل سنسور ورودی ترموکوپل یا RTD و رنج دمایی
• مدل خروجی مورد نیازرله الکترومکانیکی، SSR، خروجی آنالوگ
• الگوریتم کنترلی مورد نیاز روشن/خاموش، پروپورشنال، PID
• تعداد و مدل های خروجی گرما، سرما، آژیر، محدود کردن و.....

اگر در مورد انتخاب کنترلر حرارتی (و همچنین کل سیستم کنترل) خود تردید دارید می توانید با مشاورین گروه آوا صنعت تماس گرفته تا شما را با توجه با نوع کاربری، بودجه و شرایط دیگر راهنمایی کرده و بهترین کنترلر حرارتی را به شما پیشنهاد بدهند.