آموزشی

کنترلر دما چیست؟ آشنایی با طرز کار و انواع آن

کنترلر دما چیست

کنترلر دما چیست؟ تجهیز یا وسیله ای است که به کمک آن می توان دما را روی عدد خاصی نگه داشت بدون اینکه به دخالت گسترده اپراتور نیاز باشد. از کنترلرهای دما نظیر کنترلر دما دلتا، درون سیستم های کنترل حرارت استفاده می کنند. در این کنترل کننده، یک سنسور حرارتی به عنوان ورودی عمل می کند که می تواند یک ترموکوپل یا سنسورهای خانواده RTD باشد. سپس مقدار حرارت واقعی یعنی همان مقداری که از سنسور گرفته را با مقداری که دلخواه ماست مقایسه می کند و یک خروجی می دهد.

خروجی به دستگاه کنترل دما می رسد که مثلا اگر باید دما پایین بیاید فن روشن می شود و اگر باید بالا برود المنت حرارتی شروع به کار خواهد کرد. به عبارتی اختلافی که بین مقدار تنظیم شده یا SP (Set Point) با مقدار فعلی یا PV (Present Point) به وجود آمده توسط کنترلر دما حذف می شود. در ادامه بیشتر با شیوه کار و عملکرد کنترلرهای دما آشنا خواهید شد.

بخش های سازنده کنترلر دما

در این بخش ابتدا توضیح می دهیم بخش های سازنده یک کنترلر دما چیست و اساسا از چه قطعات مهمی ساخته شده است:

ورودی ها

کنترلر دما شاید چندین ورودی داشته باشد که نوع سنسور ورودی و سیگنال بسته به نوع فرایند کنترلی متفاوت است. سنسورهای ورودی یک کنترلر دما عمدتا شامل ترموکوپل، دستگاه های حرارتی مقاومتی یا RTD و ورودی های خطی مثل mV و mA هستند. ترموکوپل های استاندارد خود به انواع L, J, K, T, R, S و B تقسیم بندی می شوند.

خروجی ها

هر کنترلر دما خروجی هم دارد که خروجی ها برای انجام کارهایی که لازمه کنترل یک فرایند هستند استفاده می شوند مثلا شروع زنگ هشار، روشن کردن منبع گرمایش یا سرمایش و غیره. خروجی های معمولی شامل خروجی های رله، درایورهای رله حالت جامد یا SSR و خروجی های آنالوگ خطی هستند.

انواع کنترلر دما برحسب روش کار

اکنون که دریافتید کنترلر دما چیست، نوبت به بررسی و مقایسه انواع کنترلر دما می رسد. به طور کلی سه نوع مختلف کنترلر دما داریم که عبارتند از: روشن/خاموش یا قطع/وصل، پروپورشنال یا تناسبی و PID که مخفف (Proportional-Integral-Derivative) است. با توجه به سیستمی که قرار است کنترل دما در آن صورت بگیرد اپراتور تصمیم می گیرد از کدام روش و مدل استفاده کند. در ادامه به طور مشخص، خلاصه و مفید به بررسی انواع کنترلر دما می پردازیم:

کنترلر دما ON/OFF

کنترلر دما ON/OFF

ساده ترین نوع دستگاه های کنترلر دما، ON/OFF هستند چون حالت حد وسط ندارند و فقط شامل روشن/خاموش است. در این حالت کنترلر دما فقط موقعی حرارت را تغییر می دهد که از حد مشخص شده فراتر یا پایینتر رود. بنابراین چون تا زمانی که حرارت از حد مشخصی بالاتر یا پایینتر نرود خروجی کنترلر دما تغییر نخواهد کرد.

بنابراین پروسه مذکور به یک چرخه پیوسته ای تبدیل می شود چون دما دائما در حال پایین آمدن یا بالا رفتن تا رسیدن به حد تعیین شده است. اگر سرعت انجام این چرخه خیلی زیاد باشد یک دیفرانسیل به اپراتورهای کنترلر اضافه می کنند تا آسیبی به کنتاکتورها و بقیه وسایل وارد نشود. این دیفرانسیل یا هیسترزیس باعث می شود دما وقتی به اندازه مشخصی از مقدار تعیین شده عبور کرد، خروجی خاموش یا روشن فعال شود پس اجازه سوئیچینگ پیوسته و سریع را نمی دهد.

کاربرد کنترلر دمای ON/OFF برای مواقعی است که نیازی به کنترل دقیق دما ندارید یا سیستمی دارید که قطع و وصل شدن پیوسته انرژی را نمی تواند تحمل کند، یا حجم سیستم بقدری زیاد است که تغییر دما خیلی کند رخ می دهد یا هدفتان از استفاده کنترلر دما به عنوان زنگ خطر و هشدار دمایی است.

کنترلر دمای پروپرشنال یا تناسبی (Proportional Controller)

کنترلر دمای پروپرشنال یا تناسبی (Proportional Controller)

کنترل های دمای تناسبی برای حذف چرخه قطع و وصلی کنترلرهای ON/OFF طراحی شدند به نحوی که اگر حرارت ورودی به مقدار مشخص شده نزدیک شد، مقدار میانگین انرژی مصرف توسط سیستم حرارتی مثل المنت را کم می کند. با این کار حرارت سیستم از مقدار تعیین شده فراتر نمی رود بلکه دما در همان محدوده مطلوب باقی می ماند چون نیرو و انرژی مصرفی دستگاه گرمازا کاهش پیدا کرده است.

پس کنترلرهای تناسبی با روشن و خاموش کردن در بازه های زمانی خاص، تغییرات دمایی را کنترل می کنند. به تناسب دمایی که به شکل بازه ای از دمای حرارت تعیین شده صورت می گیرد، باند متناسب یا Proportional Band می گویند.اگر دما خارج از این باند باشد، کنترلر تناسبی مثل کنترلر ON/OFF عمل خواهد کرد اما وقتی حرارت سیستم درون باند تعیین شده باشد، خروجی به نسبت تفاوتی که دمای ورودی با دمای معین شده دارد، شروع به روشن و خاموش شدن خواهد کرد.

دمای تعیین شده که وسط باند قرار می گیرد، تناسب بین خاموش و روشن شدن 1 به 1 است یعنی بازه زمانی روشن بودن سیستم با خاموش بودن آن برابر است. اگر حرارت از مقدار تعیین شده پایینتر رود، خروجی زمان بیشتری را برای روشن شدن خواهد داد و برعکس.

کنترلر دمای PID (PID Controller)

کنترلر دمای PID (PID Controller)

مدل سوم کنترلرهای دما، کنترلرهای PID هستند که علاوه بر کنترل تناسبی دارای کنترل اینتگرالی و اشتقاقی هم هستند بنابراین سیستم می تواند به شکل خودکار خود را با تغییرات درون سیستم سازگار کند. تنظیم های انتگرالی و اشتقاقی، واحدهای زمان محور بوده و براساس RESET و RATE تعریف می شوند. هر سه گزینه کنترلی باید به شکل آزمون و خطا تنظیم شوند.

کنترلر دمای PID بهترین و با ثبات ترین مدل کنترلر دمایی است و سیستم هایی که حجم کمی دارند و به تغییرات انرژی فورا واکنش می دهند یا سیستم هایی که حجم موارد در آن ها دائما عوض می گردد به این نوع کنترلرها نیاز دارند.

انواع کنترلر دما بر اساس فاکتورهای مختلف

کنترلرهای دما را می توان براساس فاکتورهای مختلف تقسیم بندی کرد. مثلا می توان کنترلر دما را یک حلقه ای یا چند حلقه ای در نظر گرفت که کنترلرهای دمای تک حلقه ای یک ورودی و یک یا چندین خروجی برای کنترل سیستم حرارتی دارند و در سمت مقابل چند حلقه ای ها چندین ورودی و خروجی دارند تا چندین حلقه را در یک فرایند کنترل کنند.

مطالعه کنید:  شبکه صنعتی چیست و انواع آن کدامند؟

دسته بندی دیگری که برای کنترلرهای دما در نظر می گیرند عبارتند از:

1- کنترلر دمای آنالوگ

ساده ترین مدل، کم هزینه و اساسی ترین گزینه برای کنترلر دماست که برای محیط های سخت صنعتی که کنترل فرایند ناهموار و با اطمینان نیاز است به کار می روند. نمایشگر این کنترلرها یک صفحه کلید بوده و سر و صدای الکتریکی آن ها هم قابل توجه است.

2- کنترلر دمای حد

کنترل کننده های حد، حد ایمنی برای فرایند دمایی ایجاد می کنند و به تنهایی نمی توانند دما را کنترل کنند. این نوع کنترل کننده ها، دستگاه های ایمنی مستقلی هستند که همراه با حلقه کنترل استفاده می شوند. خروجی حد قفل به کمک اپراتور تنظیم می شود مثل ایمنی خاموش بودن کوره که اگر دما از حد خاصی بیشتر شود، دستگاه خاموش خواهد شد.

3- کنترلر دمای درجه حرارت عمومی

از این کنترل کننده ها بیشتر از همه برای فرایندهای معمول استفاده می کنند. خروجی و عملکردهای خروجی امکان برنامه ریزی داشته و در محدوده ای از اندازه های DIN هستند.  این نوع کنترلرها امکان انجام کنترل PID را هم دارند و اپراتورها می توانند به شکل سنتی کار کنند اما صفحه نمایش در جلوی خودشان دارند.

کاربردهای کنترلر دما

تا اینجا با تعریف دقیق و کامل کنترلر دما چیست و چه مدل هایی دارد آشنا شدید و به طور گذرا اشاره کردیم که هر کدام در چه صنایع و فرایندهایی استفاده می شوند. در ادامه قصد داریم به شکل تخصصی تر به این موضوع بپردازیم که کاربرد کنترلر دما چیست؟

1- حرارت دهی

کنترلر دما در کوره ها و عملیات حرارتی در کوره ها، کوره های سرامیکی، دیگ بخار و مبدل حرارتی استفاده می گردند.

2- بسته بندی

ماشین آلاتی که دارای چسب های مختلف، با کارکرد ذوب یا میله های آب بندی هستند، یا ماشین آلاتی که تونل بسته بندی یا برچسب دارند باید در دمای مشخص در طول کل فرایند کار کنند. کار کنترلر دما در صنعت بسته بندی تنظیم همین دماست.

3- پلاستیک

صنعت پلاستیک دارای تجهیزاتی مثل چیلرهای قابل حمل، قیف و خشک کن، تجهیزات قالب گیری و اکسترود معمولی است. مثلا کنترلر دما در اکسترودرها، برای تنظیم دقیق دما در نقاط و مراحل بحرانی استفاده می شود.

4- صنایع مراقبت بهداشتی

کنترلرهای دما در این صنایع با هدف بالا بردن دقت کنترل دما به کار می روند. از جمله تجهیزاتی که دارای چنین کنترلرهایی هستند می توان به اتوکلاو، تجهیزات برودتی، تجهیزات آزمایشگاهی و آزمایشی، اتاق های رشد تبلور و محفظه های نگهداری نمونه های مختلف اشاره کرد.

5- غذا و نوشیدنی

کنترلر دما غذا و نوشیدنی

در این صنایع از کنترلر دما برای اجاق های دم، مخلوط کردن، استریلیزاسیون و پخت و پز استفاده می کنند تا زمان فرایند به همراه دما تنظیم شود.

نکات خرید کنترلر دما

برای خرید یک کنترلر دما نظیر کنترلر دمای دلتا باید فرایند را به خوبی تحلیل کرده و نیازهای کنترلی هم شناسایی کنید. مواردی که باید موقع خرید یک کنترلر دما در نظر داشته باشید عبارتند از:

اندازه کنترلر دما را مشخص کنید

ابعاد کنترلرهای دما متفاوت است که بستگی به انتخاب شما دارد. امروزه با پیشرفت فناوری، اندازه مدارها کوچکتر شده و طبیعتا اندازه تجهیزاتی مثل کنترلر دما هم کمتر شده است اما کارایی و ویژگی آن ها چند برابر شده است. کنترلرهای دما معمولا یا سایز مربعی دارند که حداکثر 96 در 96 میلیمتر است یا سایز مستطیلی ایستاده و خوابیده دارند. اینکه چه سایزی را انتخاب کنید به محل نصب کنترلر دما و تابلوی محل نصب آن بستگی دارد.

نوع سنسورهای ورودی

همانطور که در ابتدای محتوا هم اشاره کردیم، تعداد و نوع ورودی یک کنترلر دما می تواند متفاوت باشد. مثلا سنسورهای ورودی ممکن است از نوع ترموکوپلی باشد مثل مدل های K و J یا اینکه فقط از نوع سنسورهای RTD باشد مثل PT-100 یا PT-1000. بعضی از مدل های کنترلر دما هم هر دو نوع سنسور ووردی ترموکوپلی و RTD را می پذیرند که قیمت بیشتری هم دارند.

شما باید برحسب نیاز مدل مناسب را انتخاب کنید و لزوما مدل پیشرفته تر بهتر نیست. از طرفی وقتی در حال تصمیم گیری بر روی نوع سنسور ورودی هستید به محدوده دمایی که قرار است کنترل کنید هم توجه داشته باشید. مثلا سنسورهای RTD دقت زیادی دارند اما مدل های ایرانی امکان اندازه گیری دما در بازه منفی 50 تا 400 درجه دارند که در مدل آلمانی تا 600 درجه امکان پذیر است.

نوع شیوه کنترلی

مدل شیوه کنترلی در یک کنترلر دما هم به طور کامل توضیح داده شدند که هر یک چه هستند، چه مزایا و کاربردهایی دارند و براساس آن می توانید به خوبی تصمیم بگیرید.

خروجی کنترلر دما

خروجی سخت افزاری کنترلر دما مدل های مختلفی دارد و اینکه کدام نوع خروجی را انتخاب کنید بستگی به این دارد که الگوریتم کنترلی در چه مدلی انتخاب شده، نوع هیتر برای گرمایش چیست و چه برقی برای تغذیه دستگاه استفاده می شود.

معمولا خروجی های تناسبی یا ON/OFF در انواع زیر رایج ترین مدل کنترلر دما هستند که عبارت اند از مدل خروجی مکانیکی رله، خروجی ترایاک و رله حالت جامد DC.

خروجی کنترلر دما

جمع بندی مطالب

چه انواع و مدل هایی دارد و اساسا چطور کار می کند. دقت داشته باشید که کنترلر دما تقریبا در همه صنایع استفاده می شود و با توجه به مدل کارکرد، تعداد ورودی و خروجی و غیره اقدام به خرید کنترلر دما کنید.

اکنون که دریافتید کنترلر دما چیست، باید توجه داشته باشید کنترلر دما بخشی از سیستم کنترل حرارت است و برای خرید نوع مناسب آن، کل سیستم را باید آنالیز کرد. برندهای متفاوتی این قطعه دیجیتال را تولید می کنند که محبوب ترین آن ّها کنترلر دما دلتا شناخته شده است. کنترل کننده های این برند علاوه بر داشتن دقت بالا، با سایر سیستم ها سازگارند. برای خرید و اطلاع از قیمت کنترلر دما و سایر تجهیزات اتوماسیون صنعتی می توانید به آزند اتوماسیون نمایندگی رسمی دلتا در ایران مراجعه کنید.

امتیاز شما به این مقاله

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *