مقاله سیستم کنترل خطی بخش اول
سرفصل سیستم کنترل خطی
تعاريف و اصطلاحات در كنترل صنعتي
اندازه گیرها
1. اندازه گیرهاي وضعیت مقاومتی ، سلفی ، خازنی
2.روش هاي اندازه گیری دما
3.روش هاي اندازه گیری فلو روش هاي اندازه گیری فشار
4.روش هاي اندازه گیری سطح مايعات فصل سوم : تابع تبديل سیستم ها و ساده سازی آنها
5. فرايند هاي صنعتی وبه دست آوردن تابع تبديل آن ها
6.ساده سازی نمودار جعبه ای
سنسور های بدون تماس
كنترل كننده هايPLC 2- كنترل كننده هايON/OFFوPID
فصل اول مقاله سیستم کنترل خطی تعاريف و اصطلاحات
تعاريف و اصطلاحات
سیستم كنترل اتوماتیک
اصولأ به وسايلي اطلاق مي گردد كه در هر لحظه به طور اتوماتیك و خود كار و بدون كمك خارجي يك سلسله اعمال مدار را بررسي و اگر اختلافي در نتیجه پیش بیني شده داشته باشد آن را اصلاح كند.
فرآيند :عبارت است از يك سري تحولات زنجیره اي كه به سمت نتیجه مطلوب هدايت مي شوند.
حوزه اندازه گیري (Range)
محدوده اي از دامنه تغییرات مورد اندازه گیری است كه عنصر اندازه گیري قادر به اندازه گیري آن باشد.بنابر اين همواره بايد اندازه گیري را انتخاب نمود كه حوزه اندازه گیري آن دامنه تغییرات احتمالي كمیت مورد كنترل را تحت كنترل قرار دهد.
صفر اندازه گیری
معمولأ نقطه مشخصي را در حوزه اندازه گیري به عنوان نقطه صفر در نظر مي گیريم . مثلأ در اندازه گیري هاي حرارت نقطه صفر زماني است كه آب يخ مي زند ، و در اندازه گیري فشار ،فشار اتمسفر به عنوان فشار صفر درنظر گرفته مي شود.
انحراف صفر
معمولأ اندازه گیري را طوري تنظیم مي كنند كه خروجي آن در نقطه صفر مساوي صفر باشد،امامتأسفانه اندازه خروجي در نقطه صفر ممكن است با گذشت زمان تغییر كند ،اين پديده را انحراف صفر مي گويند.
حساسیت
حساسیت يك دستگاه اندازه گیري عبارت است از تغییرات خروجي اندازه گیري به واحد تغییرات دركمیت مورد اندازه گیري . به بیان ديگر حساسیت شیب مشخصه عنصر اندازه گیر می باشد. اگر شیب مشخصه در حوزه اندازه گیري ثابت باشد، اندازه گیر را خطي مي گويیم.
اغتشاش
عاملي است كه بر روي خروجی تأثیر نامطلوب مي گذارد ،و مي تواند درونی يا بیرونی باشد .
پايداری
میزان ثبات يا تغییر ناپذيری يك خروجي در اثر اعمال اغتشاش را پايداري گويند.
فیدبك (Feedback )
مقايسه خروجی يك سیستم با مقدار مطلوب و تولید يك سیگنال خطا را فیدبك گويند.
دستگاه تحت كنترل (Plant)
هر وسیله اي كه قرار است كنترل شود مثل كوره دما، مخزن فشار و … نامیده می شوند.
توضیح چگونگی كار سیستم كنترل فشار مایع مخزن :
در سیستم کنترل خطی مي خواهیم سطح آب در يك ارتفاع معین ثابت بماند، يعنی مي خواهیم سطح آب در يك حد مطلوب كه به آن set point می گويیم، پايدار شود. اين مخزن شروع به پر شدن مي كند، هر ارتفاع اين مخزن در هر لحظه به عنوان خروجی اين سیستم مي باشد كه اين خروجي در هر زمان توسط وسیله اندازه گیري سطح اندازه گیري شده و در قسمت دستگاه كنترل كننده بامقدار مورد نظر مقايسه مي شود،كه اختلاف مورد نظر به عنوان سیگنال خطا به شیر كنترل فرستاده مي شود.
مطابق آن و متناسب با اختلاف ،شیر آب ورودي باز و بسته مي شود.اين عمل تا زماني كه خروجی به مقدارمطلوب مورد نظر نرسیده ادامه مي يابد. وقتي اختلاف صفر شود سطح همواره ثابت خواهد ماند.لازم به ذكر است اين سطح با تغییرات مصرف خروجي و ورودي آن تغییر مي كند ،كه در اين صورت مجددا بايستي عمل كنترل صورت گیرد.
مقاله سیستم کنترل خطی
مثال: سیستم كنترل فشار مخزن
توضیح چگونگي كاركرد سیستم کنترل سطح مایع مخزن
در ادامه مقاله سیستم کنترل خطی، در اين سیستم هدف كنترل فشار گاز درون يك مخزن مي باشد.هرچه مصرف گاز زياد تر باشد فشار گاز درون مخزن تغییر مي كند.با تغییر میزان گاز ورودي سعي داريم تا فشار داخل مخزن را در نقطه ي مرجع نگهداريم. دراين سیستم به غیر از تغییر مصرف در خروجي تغییرات دماي محیط نیز مي تواند باعث تغییر فشار داخل مخزن شود كه بعنوان اغتشاش يا نويز معروف است.
در سیستم كنترل اتوماتیك فشار داخل مخزن اندازه گیري شده و تبديل به فشار يا سیگنال مورد نظر در دستگاه كنترل كننده و مقايسه كننده مي شود و با مقدار مطلوب مقايسه شده و در صورت خطا بطور مناسب روي رگلاتور شیر كنترل اعمال مي شود تا با باز و بسته كردن شیر كنترل ورودي عمل تنظیم فشار داخل مخزن صورت گیرد.در اين سیستم ها ارتباط بین سیستم process و اتاق فرمان از طريق سیگنال ها و انرژي هايي چون پنوماتیك و هیدرولیكی در صنعت نفت و گاز در محل هاي قابل انفجار و انرژي برق استفاده مي شود.
تقسیم بندی سیستم های كنترل
سیستم کنترل خطی به دو نوع حلقه باز و حلقه بسته تقسیم بندی مي شوند. تغییرات ورودي ممكن است فقط بر اساس اطلاع از مدل سیستم و يا تجربه صورت گیرد و بدون اطلاع از خروجي باشد كه در آن صورت سیستم را حلقه باز مي نامند. در صورتي كه عملیات و تغییرات ورودي بر اساس اطلاع از خروجي صورت گیرد سیستم را حلقه بسته و به آنسیستم كنترل فیدبك دار گويند. در كنترل حلقه باز ورودي بر اساس اطلاع قبلي از مدل سیستم به منظور ايجاد خروجي معین به سیستم اعمالمي شود.
كنترل كننده شكل سیگنال ورودي را به طور متناسب تغییر و تقويت مي كند .قسمت محرك داراي توان زياد بوده و بر اساس سیگنال دريافتي از كنترل كننده نیروي لازم را اعمال نموده و حركات لازم انجام می دهد.
در سیستم حلقه باز اثر خطاي موجود در مدل سیستم يا تحريكات موجود غیر قابل پیش بیني است.خروجي دستگاه معمولا داراي مقداري خطا نسبت به مقدار مورد نظر خواهد بود.
كنترل حلقه بسته
در اينجا عمل كنترل بر اساس ورودي مرجع و خروجي صورت مي گیرد.مقدار خروجي توسط اندازه گیر و مبدل به مقايسه كننده ارسال میشود و نتیجه مقايسه به عنوان سیگنال خطا به كنترل كننده اعمال مي گردد.
مثال:يک لباس شويی هوشمند كه با مطلع شدن از میزان پاكي لباس ها، آب و كف وارد ماشین مي كند .
انتقال دهنده هاي سیگنال(ترانسمیترها):
در واحد هاي صنعتي بزرگ كه عملیات تولید در محوطه ي گسترده اي انجام مي گیرد ادوات و دستگاه های كنترل و اندازه گیری بطور متمركز در محلي به نام اتاق فرمان يا مركز كنترل قرار دارند. بطوري كه امكان اندازه گیری و كنترل كلي یا سیستم کنترل خطی متغییر ها در سراسر كارخانه و محوطه آن توسط اپرا تور در هر لحظه فراهم آيد. در چنین مواردي لازم است كه سیگنال ها و فرمان ها از محوطه به اطاق كنترل و بر عكس منتقل شوند براياين منظور از دستگاه هايي بنام ترانسمیتر ها استفاده مي شود.
ترانسمیترها روي لوله ها و مخازن در سراسر محوطه در نقاط اندازه گیري نصب مي شوند. بطور كلي ترانسمیترها از سه قسمت اصلي حس كننده، مبدل(ترانسديوسر) و تقويت كننده تشكیل مي شود. ترانسمیتر ها در انواع الكتريكي و نیوماتیكي ساخته مي شوند. خروجي ترانسمیتر هاي الكتريكی بین4 تا 20 میلي آمپر و ترانسمیتر هاي نیوماتیكي بین 3 تا 15PSI بر حسبتغییرات كمیت ورودي مي تواند تغییر كند.
(PSI=POUND-SQUARE INCH )
لازم به ذكر است قسمت هاي مبدل و تقويت کننده براي انواع ترانسمیتر ها يكسان بوده و فقط قسمت حس كننده براي كمیت هاي مختلف متفاوت مي باشد.مثلاً در مورد ترانسمیتر درجه حرارت قسمت حس كننده به درجه حرارت و درمورد ترانسمیتر های فشار قسمت حس كننده به درجه فشار حساس خواهند بود. براي مدرج كردن و يا كالیبره كردن ترانسمیتر ها و سیستم کنترل خطی طبق دستور سازنده با دادن ورودي هاي معین و معلوم خروجي را تنظیم می كنیم. مثلاً اگر ورودي صفر باشد خروجي ترانسمیتر نیوماتیكي بايد PSI3 باشد و اگر ورودي حداكثر باشد خروجي بايد 15را نشان دهد.
تعريف ترانسديوسر
مبدل يا ترانسديوسر به مجموعه اي از قطعات يا به دستگاهی گفته مي شود كه بتواند كمیتي را دريافت و متناسب با آن،كمیتی از جنس ديگر را تحويل دهد.
انواع ترانسديوسر ها
ترانسديوسر های كمیت هاي غیر الكتريكي به الكتريكی 4-20 میلي آمپر
كمیت های غیر الكتريكي به نیوماتیكی 3-15PSI
ترانسديوسر های علائم نیوماتیكي به الكتريكی
ترانسديوسر های علائم الكتريكی به نیوماتیكی
منابع:
كتاب كنترل صنعتي احمد طهماسبي
كتاب كنترل صنعتي سبز پوشان
