کنترلر دما

کنترلر دما

در این مقاله سعی شده است که توضیحاتی در خصوص کنترلر دما ( کنترل کننده دما ) ارائه شود.

پارامترهای فیزیکی بسیاری نظیر فشار، دبی، سرعت، نیرو و … وجود دارند و دما نیز یکی از این پارامترها است که توسط کنترلر دما ( کنترل کننده دما ) کنترل میشود.

در بسیاری از مواقع، و به منظور کنترل دقیق یک فرآیند، این پارامترها باید تحت کنترل قرار گیرند. برای مثال کنترل دمای محیط خانه در یک محدوده مشخص، باعث ایجاد یک محیط مطبوع برای سکونت خواهد شد.

کنترل دما در یک محیط به روشهای متفاوتی قابل انجام است که در همه آنها از یک کنترل کننده دما استفاده خواهد شد.

کنترل کننده دما (Temperature Controller)  با عناوین کنترلر دما و در برخی موارد ترموستات نیز نامیده میشود.

ساده ترین نوع ترموستات، نوع الکترومکانیکی میباشد که در آن دو قطعه فلزی با ضریب گرمایش مختلف در کنار یکدیگر قرار داده میشوند. با افزایش یا کاهش دما، طول این قطعات افزایش و یا کاهش می‌یابد اما از آنجا که ضریب حرارتی آنها یکسان نیست، افزایش طول آنها نیز یکسان نخواهد بود.

این امر باعث میشود که در این قطعات کمانش رخ دهد و به تبع آن نقطه پلاتین‌های محل عبور جریان الکتریکی از یکدیگر جدا شده و یا به یکدیگر متصل شوند. به این نوع تجهیزات ترموستات بی متال (Bimetallic Thermostat) گفته میشود.

جدا شدن پلاتینها باعث قطع جریان الکتریسیته عبوری (OFF) و تماس آنها با یکدیگر باعث وصل جریان (ON) خواهد شد.

به این روش کنترل دما، کنترل خاموش – روشن (On-Off) اطلاق میشود. بیشتر ترموستاتهای اتاقی از این روش برای کنترل دما استفاده میکنند. ایراد روش کنترلی On/Off در این است که در بسیاری از مواقع Over Shoot در کنترل فرآیند رخ میدهد.

در این روش، و با در نظر گرفتن کنترل به صورت گرمایش، با رسیدن دما (PV – Process Value) به مقدار تنظیم شده (SV – Set Value) خروجی دستگاه قطع میشود. اما گرمای نهان موجود در سیستم، باعث میشود که افزایش دما ادامه پیدا کند و بدین ترتیب دمای واقعی (PV) از مقدار تنظیم شده (SV) عبور کند.

به این رخداد، Over Shoot گفته میشود و چنانچه کنترل دقیق دمای فرآیند مد نظر باشد، روش On/Off، روش مناسبی نخواهد بود.

کنترل کننده‌های دما آنالوگ و دیجیتال

کنترل کننده‌های دما را میتوان به دو گروه زیر تقسیم نمود:

• کنترل کننده دما آنالوگ
• کنترل کننده دما دیجیتال

کنترل کننده دما آنالوگ

کنترل کننده‌های آنالوگ عموما فاقد صفحه نمایش هستند و کاربر تنها میتواند دمای مورد نظر (SV) را تنظیم نماید.

اما برخی مدلهای آن نیز به صفحه نمایش آنالوگ که به صورت عقربه میباشد، مجهز هستند و کاربر قادر خواهد بود مقدار دما (PV) را نیز مشاهده نماید. خروجی این نوع کنترلرها عموما رله به صورت On-Off بوده و در برخی موارد نیز دارای خروجی Proportional میباشند.

در شکل 2، یک کنترلر آنالوگ بدون صفحه نمایش و در شکل 3 یک کنترلر آنالوگ با صفحه نمایش ، نمایش داده شده است.

کنترل کننده دما دیجیتال

کنترل کننده‌های دما دیجیتال، بر خلاف مدلهای آنالوگ و البته با توجه به مدل دستگاه، دارای خروجی های متعددی هستند که عبارتند از:

• خروجی رله On-Off
• خروجی رله PID
• خروجی SSR
• خروجی SCR (4 تا 20 میلی آمپر)
• خروجی ولتاژ
  • 0 تا 10 ولت
  • 1 تا 5 ولت
  • …

کنترل کننده‌هایی که به سیستم PID مجهز باشند، را میتوان برای کنترل دقیق یک فرآیند مورد استفاده قرار داد.

بسته به نوع کنترلر، کاربر قادر خواهد بود که تا چندین گروه PID تعریف نماید و هر گروه PID را به یک بازه دمایی خاص اختصاص داده و مقادیر P، I و D را برای آن گروه تعریف نماید.

دلیل این امر این است که چنانچه بازه دمایی کل زیاد باشد (مثلا از منفی 200 تا مثبت 1370 درجه که برای ترموکوپل تیپ K است) ، کنترلر قادر نخواهد بود با یک گروه P، I و D کل این بازه را کنترل نماید.

به طور مثال کاربر سه گروه مجزا PID در بازه های دمایی زیر تعریف میکند.

• گروه یک: بازه دمایی از منفی 200 تا صفر درجه سانتی گراد
• گروه دو: بازه دمایی از 1 درجه تا مثبت 800 درجه سانتی گراد
• گروه سه: بازه دمایی از 801 درجه تا 1370 درجه سانتی گراد

در واقع با این کار کل بازه دمایی (منفی 200 تا مثبت 1370 درجه سانتی گراد) به سه زیر بازه دمایی تقسیم میشود.

سپس در منو PID کنترل کننده دما ، مقادیر P، I و D به صورت مجزا برای هر کدام از این بازه های دمایی، تعریف خواهند شد و کنترلر دما با دقت بسیار خوبی فرآیند را کنترل خواهد نمود.

تعداد گروه‌های PID با توجه به برند سازنده دستگاه و مدل دستگاه، متغیر خواهد بود.

کاربر میتواند با توجه به نوع فرآیند، مقادیر P، I و D را به طور دستی وارد نماید و یا اینکه از تابــع تنـــظیم خودکار (Auto Tuning) برای تکمیل جدول PID استفاده نماید.

تابع تنظیم خودکار حداکثر 3 بار دما را به نقطه تنظیم شده (SV) میرساند و در هر بار مقادیر P، I و D را در جدول مربوطه قرار داده و میانگین گیری میکند.

پس از بار سوم و گرفتن میانگین، تابع تنظیم خودکار خاموش شده و کنترلر با توجه به مقادیر P، I و D تهیه شده توسط این تابع، فرآیند را کنترل میکند.

لازم به ذکر است چنانچه شرایط محیطی و یا شرایط فرآیند تغییر نماید، مجدد باید نسبت به تنظیم مقادیر PID به صورت دستی و یا با استفاده از تابع تنظیم خودکار اقدام شود.

ذکر این نکته ضروری است که تابع تنظیم خودکار نیز مطابق منو PID ، قابلیت تعریف چندین گروه کنترلی خواهد داشت.

همچنین تابع تنظیم خودکار (Auto tuning) در دو حالت استاندارد (Standard) و Low PV میتواند فرآیند را کنترل نماید.

در حالت استاندارد، تابع تنظیم خودکار مقدار SV را هدف قرار داده و با رسیدن به آن در هر بار سعی و خطا، خروجی را غیر فعال میکند. که این امر باعث بروز Over shoot در هر فرآیند سعی و خطا خواهد شد.

اما در حالت Low PV، تابع تنظیم خودکار مقادیر کمتر از SV را هدف گرفته و فرآیند سعی و خطا را آغاز میکند و در هر بار، کمی مقدار هدف را افزایش میدهد تا نهایتا بدون بروز Over Shoot مقادیر پایدار PID برای فرآیند را بدست آورد.

از خروجی‌‌های رله PID، خروجی SSR، خروجی SCR و خروجی ولتاژ  میتوان در زمان  کنترل فرآیند به صورت  PID استفاده نمود.

در ادامه به تشریح مختصر انوع خروجی‌ها و نحوه عملکرد آنها پرداخته خواهد شد.

انواع خروجی های کنترل کننده دما

خروجی رله PID

با انتخاب این نوع خروجی، رله اصلی دستگاه به صورت قطع و وصل با ضرب آهنگ مشخص عمل خواهد کرد.

بنابر این، چنانچه فاصله مقدار تنظیمی (SV) با مقدار واقعی دما (PV) زیاد باشد، ضرب آهنگ قطع و وصل خروجی رله زیاد خواهد بود.

اما با نزدیک شدن PV به SV ضرب آهنگ قطع و وصل رله کاهش می‌یابد تا بدین ترتیب از Over Shoot جلوگیری به عمل آید.

خروجی SSR

خروجی  SSR به صورت پالس ولتاژ می‌باشد که مقدار ولتاژ خروجی، بسته به مدل کنترلر، میتواند از 5 ولت مستقیم تا 24 ولت مستقیم باشد.

با کم شدن اختلاف مقدار PV با SV و برای جلوگیری از بروز Overshoot، زمان وصل خروجی کم و زمان قطع بیشتر خواهد شد. هرچه مقدار PV به SV نزدیکتر شود، تعداد قطع و وصل‌ها نیز زیاد شده اما زمان وصل بسیار لحظه ای و به صورت پالسهای کوتاه خواهد بود.

خروجی SSR برای راه‌اندازی SSR های تک فاز و سه فاز که دارای ورودی DC می‌باشند، مناسب می‌باشد.

برای اطلاع از نحوه عملکرد SSR میتوانید مطلب آموزشی SSR چیست را مطالعه فرمائید.

در شکل 4 یک عدد SSR سه فاز با ورودی ولتاژ DC نمایش داده شده است.

خروجی SCR

خروجی SCR یک خروجی آنالوگ به صورت جریان 4 تا 20 میلی آمپر می‌باشد. برای استفاده از این سیگنال ابتدا باید یک بازه دما توسط کاربر مشخص شود.

سپس با توجه به نوع کنترل فرآیند (گرمایش یا سرمایش) کنترلر مقدار جریان را متناسب با بازه تعیین شده، در خروجی کنترل می‌کند.

برای مثال چنانچه نوع فرآیند، گرمایشی و  بازه دمائی مورد نظر  35 تا 140 درجه تنظیم شود، جریان 20 میلی آمپر در دمای 35 درجه و جریان 4 میلی آمپر در دمای 140 درجه در خروجی کنترلر وجود خواهد داشت.

کنترلر با استفاده از الگوریتم PID، مقدار جریان را متناسب با تغییرات دما در بازه مشخص شده، کنترل خواهد کرد.

به دلیل تاثیر پذیری بسیار ناچیز جریان تحت نویزهای محیطی، این روش یکی از دقیقترین روشهای کنترل فرآیند می‌باشد.

کنترلرهای دما برند TemcoLine به دلیل استفاده از الگوریتم PID با دو درجه آزادی، یکی از بهترین کنترلرهای موجود در بازار دنیا می‌باشند.

خروجی ولتاژ

خروجی ولتاژ نیز یک خروجی آنالوگ می‌باشد که بسته به نوع کنترلر میتواند به صورت یکی از محدوده‌های ولتاژی زیر باشد:

• 0 تا 10 ولت مستقیم
• 1 تا 5 ولت مستقیم
• منفی 10 ولت تا مثبت 10 ولت مستقیم

متعارف ترین بازه ولتاژی ، 1 تا 5 ولت است.

ایراد بازه 0 تا 10 ولت در این است که در حالت خروجی صفر ولت، تشخیص احتمال قطع بودن سیم با ارسال سیگنال صفر، وجود ندارد.

در این روش نیز نظیر سیگنال جریان 4 تا 20 میلی آمپر، ابتدا باید یک بازه دمائی توسط کاربر تعریف شود تا کنترلر بتواند در این بازه، سیگنال متناسب ولتاژ را به خروجی ارسال نماید.

به دلیل تاثیر پذیری از تداخلات الکترومغناطیس که با عنوان نویز یا EMI شناخته میشود، این خروجی نسبت به خروجی جریان کاربرد بسیار کمتری دارد.

توصیه میگردد که همواره از نویز فیلتر با توان مناسب و کیفیت خوب، نظیر برند UNION کره جنوبی در مسیر سیم یا کابل تغذیه ورودی دستگاه‌ها استفاده شود.

انواع ورودی‌های کنترل کننده دما

کنترل کننده‌های دما دیجیتال عموما از تمامی سنسورهای دما به عنوان ورودی پشتیبانی می‌کنند. این ورودی‌ها عبارتند از:

• ترموکوپل
  • K
  • J
  • S
  • T
  • ….
• RTD
  • Pt100
  • JPt100
  • Pt500
  • Pt1000
  • CU50
  • CU100
• ورودی ولتاژ
  • صفر تا 50 میلی ولت
  • 0 تا 10 ولت
  • 1 تا 5 ولت
  • منفی 10 تا 20 میلی ولت
• ورودی جریان 4 تا 20 میلی آمپر
• ورودی مقاومت صفر تا 400 اهم

لازم به ذکر است که بسته به نوع کنترلر، نوع و تعداد ورودیها میتوانند نسبت به موارد فوق تغییر کنند.

برای کسب اطلاعات بیشتر در خصوص سنسورهای دما، به بخش مقالات آموزشی مراجعه نمایید.

کنترلر دما یونیورسال، کنترلر دما ترکیبی و کنترلر دما قابل برنامه ریزی

کنترل کننده دما را میتوان به صورت کلی زیر طبقه‌بندی کرد:

• کنترل کننده دما یونیورسال (Universal Temperature Controller)
• کنترل کننده دما ترکیبی (Simultaneously Temperature Controller)
• کنترل کننده دما قابل برنامه ریزی (Programmable Temperature Controller)

کنترل کننده دما یونیورسال

کنترل کننده دما یونیورسال تنها میتواند یک نوع فرآیند سرمایشی یا گرمایشی را کنترل نماید و عموما میتوانیک مقدار تنظیمی (SV) را در هر زمان تنظیم نمود.

کنترل کننده دما ترکیبی

کنترلر دما ترکیبی میتواند به صورت همزمان دو فرآیند گرمایش و سرمایش را کنترل نماید. بنابراین یک مقدار تنظیمی (SV) برای فرآیند گرمایش و یک مقدار تنظیمی برای فرآیند سرمایش وجود خواهد داشت. این کنترلرها دارای دو خروجی مجزا می‌باشند که بسته به نوع کنترلر و نیاز کاربر میتوان نوع هر خروجی را به صورت مجزا انتخاب نمود. کنترلر قابل برنامه‌ریزی، کنترلی است که کاربر را قادر میسازد فرآیند چند مرحله‌ای را توسط آن کنترل نماید.

این کنترلرها، بسته به نوع آن، میتوانند چندین الگو (Pattern) که هر کدام شامل چندین پله (Step) است را داشته باشند.

هر پله شامل یک مقدار برای دما و یک مقدار برای زمان است. حال به بررسی مثالی از یک فرآیند مرحله‌ای پرداخته می‌شود.

• دمای یک کوره باید ظرف مدت یک ساعت به دمای 100 درجه رسانیده شود.
• سپس به مدت 10 دقیقه در همان دما باقی بماند.
• پس از آن باید ظرف مدت 2 ساعت به دمای 400 درجه برسد.
• در مرحله آخر باید در زمان نیم ساعت به دمای 450 درجه برسد.

در مثال فوق 4 پله مورد استفاده قرار گرفته است که مقادیر دما و زمان در هر پله به شکل زیر است :

• SV1 = 100°C,  t1 =  60 min
• SV2 = 100°C,   t2 = 10 min
• SV3 = 400°C, t3 = 120 min
• SV4 = 450°C,  t4 = 30 min

در این مثال پس از قرار دادن کنترلر در وضعیت Programm و فشردن کلید RUN، برنامه آغاز شده و ابتدا دمای کوره ظرف مدت یک ساعت از دمای محیط به دمای 100 درجه میرسد. سپس دمای کوره در 100 درجه به مدت 10 دقیقه ثابت مانده و سپس ظرف مدت 2 ساعت به 400 درجه رسیده و بلافاصله پله آخر اجرا شده و در مدت 30 دقیقه دما به 450 افزایش خواهد یافت.

کاربر باید یکی از شروط زیر را به عنوان اتمام فرآیند برنامه‌ریزی تنظیم نماید.

• Hold

در این حالت پس از اتمام آخرین پله، کنترلر دما را در همان مقدار تعیین شده برای پله آخر نگه خواهد داشت.

• Repeat

در این حالت پس از اتمام آخرین پله، کنترلر غیر فعال شده تا دمای کوره مجدد به دمای محیط برسد (شرط شروع برنامه دمای محیط بوده است) و دوباره برنامه تکرار خواهد شد.

• Restart

در این حالت پس از اتمام آخرین پله، کنترلر غیر فعال شده و دمای کوره کاهش خواهد یافت.

• Local

در این حالت، پس از اتمام آخرین پله، کنترلر مطابق دما تنظیم شده در حالت Local فرآیند را کنترل خواهد کرد.

حالت Local ، حالتی است که کاربر میخواهد بدون برنامه ریزی و تنها با یک مقدار تنظیمی (SV) فرآیند را کنترل نماید
(مثل یک کنترلر ساده عمل خواهد کرد)

تعداد الگو (Pattern) و تعداد پله (Step) برای هر نوع کنترلر با هر برند متفاوت است.

برای مثال کنترلر ATR621 برند Pixsys ایتالیا دارای 15 الگو است که درون هر الگو قابلیت برنامه‌ریزی 45 پله را دارد.

همینطور میتوان الگوها را به صورت مجزا، متوالی و یا به صورت ضربدری فراخوان و مورد استفاده قرار داد.

این نوع کنترلرها عموما برای کوره‌ها و یا فرآیندهای عملیات حرارتی و … مورد استفاده قرار میگیرند و میتوانند به صورت:

– یونیورسال (سرمایش یا گرمایش) و یا

– ترکیبی (کنترل همزمان سرمایش و گرمایش) وجود داشته باشند.

– دو پارامتر مرتبط

لازم به ذکر است که برای نقاط اتصال پله‌ها (اتمام یک پله و شروع پله بعدی) دو پارامتر زیر را نیز میتوان استفاده نمود:

• ناحیه توقف (Wait Zone)
• زمان توقف (Wait Time)

ناحیه توقف را میتوان به در بازه صفر تا 10% از EUS تعریف نمود که کنترلر با حفظ دمای پله قبل و به مدت زمان توقف (Wait Time) در این بازه دما را ثابت نگاه داشته و بعد پله بعدی را آغاز میکند.

EU و EUS چیست؟

واحدهای EU و EUS دو واحد مهندسی هستند که برای قیاس محدوده دما ورودی مورد استفاده قرار میگیرند.

فرض میگردد که نوع سنسور ورودی دستگاه ترموکوپل تیپ K است. محدوده دمای استاندارد قابل اندازه گیری توسط این سنسور از منفی 200 درجه سانتی گراد تا مثبت 1370 درجه سانتی گراد می‌باشد.

حال به ترتیب مقادیر EU و EUS برای این محدوده دمایی به صورت زیر خواهد بود:

EU 0% = -200

EU 100% = 1370

EUS 0% = 0

EUS 100% = 1570 (1370 + 200 = 1570)

به عبارتی EUS کل محدوده دمایی سنسور ورودی را بدون درنظر گرفتن منفی یا مثبت بودن آن، مد نظر قرار می دهد در حالیکه EU دقیقا منطبق بر مقادیر حد پایین و حد بالای محدوده دمایی سنسور ورودی خواهد بود.

ورودی دیجیتال (Digital Input – DI)

برخی از کنترل کننده‌های دما مجهز به ورودی دیجیتال می‌باشند. هر ورودی دیجیتال در واقع دو عدد ترمینال است که در قسمت ترمینال‌های دستگاه قرار دارد.

بسته به نوع هر کنترلر دما، با وصل کردن و یا قطع کردن این ترمینالها، گزینه‌های خاصی در کنترلر فعال می‌شود.

برای مثال چنانچه DI مربوط به SV2 باشد، با وصل ترمینالهای DI به یکدیگر، دمای تنظیمی کنترلر از حالت SV1 خارج شده و بر روی مقدار تنظیمی SV2 قرار خواهد گرفت.

تعداد ورودی‌های دیجیتال و نحوه عملکرد آنها به برند و مدل کنترل کننده دما بستگی دارد.

برای مثال در کنترلرهای سری T30 برند TemcoLine میتوان از ورودی دیجیتال برای فعال سازی SV2 و یا به عنوان فرمانهای Start و Stop برای تایمر آلارم استفاده نمود.

درگاه ارتباطی (Communication Port)

برخی از کنترلرهای دما، نظیر کنترلرهای دما سری T50 برند TemcoLine به یک درگاه ارتباطی برای اتصال به کامپیوتر، HMI و … مجهز می‌باشند.

این درگاه ارتباطی که بر روی کنترلر دما ( کنترل کننده دما ) تعبیه میشود عموما از نوع RS485/422 می‌باشد.

اما در برخی مدلها نیز از درگاه ارتباطی RS232 استفاده میشود.

برای اتصال به کامپیوتر، بهتر است از نرم افزار اختصاصی تهیه شده توسط هر سازنده استفاده نمود.

اما برای اتصال به HMI باید از آدرس‌های D-Register اعلام شده توسط سازنده هر دستگاه استفاده نمود.

با استفاده از درگاه ارتباطی میتوان تعداد زیادی کنترلر را توسط 2 رشته سیم (Half Duplex) به یک کامپیوتر یا HMI متصل نمود.

برای مثال میتوان با استفاده از درگاه ارتباطی RS485 کنترلرهای دمای سری T50 برند TemcoLine تا 32 دستگاه را توسط 2 رشته سیم به یکدیگر و سپس به یک کامپیوتر و یا HMI متصل نمود.

سپس کاربر میتواند اطلاعات هر دستگاه را به طور جداگانه مشاهده نموده و در صورت نیاز تنظیمات هر دستگاه را مطابق نیاز تغییر دهد.

لازم به ذکر است که در کنترلرهای دما سری T50 برند تمکولاین، میتوان از پروتکلهای زیر استفاده نمود.

• HSTD / HSUM

این پروتکل که با عنوان PC-Link نیز شناخته میشود در برخی از کشورهای دنیا مورد استفاده قرار میگیرد.

• H-TL

این پروتکل به صورت انحصاری توسط شرکت TemcoLine طراحی و توسعه داده شده است که در زمان استفاده از نرم افزار مخصوص PC مورد استفاده قرار میگیرد.

• Modbus-ASCII

این پروتکل مبتنی بر کدهای اسکی (ASCII) بوده و به دلیل سهولت استفاده، بیشترین کاربرد را دارد.

• Modbus-RTU

این پروتکل مبتنی بر کدهای باینری بوده و به دلیل سرعت بالای انتقال اطلاعات (در بازه تعریف شده در RS485/422) به صورت استاندارد در صنعت مورد استفاده قرار میگیرد.

• Sync – Master/Slave

در این پروتکل یک کنترلر به عنوان کنترلر اصلی (Master) و تا 200 کنترلر دیگر به عنوان کنترلرهای تابع (Slave) به یکدیگر متصل میشوند.

تمامی کنترلرهای تابع، دقیقا مطابق با تنظیمات تعریف شده برای کنترلر اصلی عمل خواهند نمود.

برای مثال، تمامی مقادیر تنظیم شده (SV1, SV2, SV3) کنترلر اصلی به تمامی کنترلرهای تابع، دیکته میشود.

و از این پس تمامی کنترلرهای تابع نیز مطابق این مقادیر، فرآیندهای مربوطه را کنترل خواهند نمود.

پس از اتصال به کامپیوتر یا HMI میتوان با استفاده از آدرس دستگاهها، اطلاعات آنها را مشاهده و پارامترهای آنها را تغییر داد.

اطلاعات تکمیلی در خصوص درگاه‌های ارتباطی را میتوانید از قسمت مطالب آموزشی وب سایت شرکت آلتون سگال مطالعه فرمایید.

خروجی‌های آلارم (Alarm Outputs)

هر کنترل کننده دما ، بسته به برند و مدل آن، دارای تعدادی خروجی آلارم می‌باشد.

خروجی های آلارم عموما از نوع رله می‌باشند اما ممکن است به صورت ترانزیستوری نیز وجود داشته باشند.

این خروجی‌ها برای اعلام وضعیت اضطراری فرآیند، مثلا گرمایش و یا سرمایش بیش از حد مورد استفاده قرار میگیرند.

در کنترلر دما برند تمکولاین، آلارمهای دیگری نظیر موارد زیر وجود دارند:

• آلارم قطع حلقه کنترل (Loop Break Alarm – LBA)
• آلارم قطع المنت (Heater Break Alarm – HBA)
• آلارم افزایش جریان المنت (Over Current Alarm – OCA)

آلارم قطع حلقه کنترل یا LBA چه زمانی فعال خواهد شد؟

این آلارم زمانی فعال خواهد شد که پس از گذشت زمان تنظیم شده، و در حالت فعال بودن خروجی دستگاه
تغییرات دما با رسیدن مقدار PID به 100% یا صفر درصد، از مقدار تعیین شده کمتر باشد.

این وضعیت نشان دهنده قطع سنسور ورودی، قطع هیتر و یا عملکرد نادرست دستگاه خواهد بود.

آلارم قطع المنت (HBA) در واقع زمانی فعال خواهد شد که جریان عبوری از المنت از مقدار تعیین شده کمتر باشد.

جریان عبوری از المنت توسط یک ترانسفورماتور جریان (Current Transformer) به صورت همزمان به دستگاه ارسال میشود.

آلارم افزایش میزان جریان (OCA) نیز زمانی فعال میشود که جریان عبوری از المنت خارج از مقدار تعریف شده در این آلارم باشد.

نظیر حالت LBA، برای این آلارم نیز باید از یک عدد ترانسفورماتور جریان (Current Transformer – CT) استفاده شود.

بسته به برند دستگاه و مدل آن، انواع مختلف آلارم وجود خواهد داشت.

برای مثال کنترلر دما برند TemcoLine دارای بیش از 20 نوع آلارم مختلف دارد که کاربر میتواند مطابق نیاز یکی از آنها را برای هر خروجی آلارم استفاده نماید.

در کنترلر سری T50 برند TemcoLine امکان استفاده ترکیبی از آلارم ها نیز وجود دارد.

لازم به ذکر است که برخی سازندگان کنترلر دما نظیر شرکت TemcoLine قابلیت استفاده از تایمر را در خروجی آلارم تعبیه میکنند.

در این حالت کاربر میتواند به جای آلارم، از حالت تایمر در خروجی آلارم استفاده نماید.

این حالت بیشتر برای سردخانه‌ها که نیاز به یخزدایی (Defrosting) در بازه های زمانی مشخصی دارند بسیار پرکاربرد خواهد بود.

باید توجه شود که مقدار آلارم را میتوان در دو حالت

– مطلق (Absolute) و

– انحرافی (Deviation)

استفاده نمود که در ادامه به تشریح این دو حالت پرداخته میشود.

آلارم مطلق (Absolute)

آلارم مطلق به حالتی اطلاق میشود که مقدار آلارم بر روی یک عدد مشخص تنظیم میشود.

به این عدد، مقدار تنظیمی آلارم (Alarm SV) گفته میشود.

با رسیدن دما به این مقدار، خروجی آلارم فعال شده و با عبور مجدد از مقدار هیسترزیس (Hysteresis) تعریف شده برای آلارم، غیر فعال خواهد شد.

در این حالت مقدار آلارم هیچ وابستگی به مقدار تنظیم شده برای دما (Set Value) نخواهد داشت.

به عبارتی دیگر با تغییر مقدار دمای تنظیمی ، مقدار دمای تنظیم شده برای آلارم تغییر نخواهد کرد.

آلارم انحرافی (Deviation)

آلارم انحرافی به وضعیتی اطلاق میشود که مقدار آلارم وابسته به مقدار تنظیم شده دما (SV) باشد.

به عبارتی دیگر مقدار تعیین شده برای آلارم، بسته به حالت انتخاب شده برای آلارم، با تغییر مقدار تنظیم شده دما (SV) تغییر خواهد کرد.

برای مثال چنانچه آلارم از نوع حد بالا انتخاب شده باشد و مقدار آلارم بر روی عدد 30 باشد، چنانچه مقدار تنظیمی دما (SV) بر روی 100 درجه سانتی گراد تنظیم شود، مقدار آلارم 130 درجه سانتی گراد خواهد بود.

حال چنانچه مقدار تنظیمی دما (SV) بر روی عدد 150 درجه سانتی گراد تنظیم گردد، خروجی آلارم در دمای 180 درجه سانتی گراد فعال خواهد شد. این حالت در زمانی کاربرد خواهد داشت که کاربر تمایل داشته باشد همواره مقدار آلارم با حد مشخصی نسبت به مقدار تنظیمی دما (SV) تغییر نماید.

در برخی کنترلرهای دما، نظیر مدل های T30 و T50 برند TemcoLine، تابع HOLD در قسمت آلارم نیز وجود دارد.

در ادامه به نحوه عملکرد آن پرداخته میشود.

تابع HOLD آلارم چیست و چگونه کار می‌کند؟

تصور نمایید که آلارم از نوع حد پایین مطلق (Absolute Low Limit Alarm) انتخاب شده و مقدار آن بر روی 70 درجه سانتی گراد تنظیم شده باشد.

در این حالت در زمان روشن شدن کنترلر دما و به دلیل اینکه دمای محیطی پایین تر از مقدار تنظیم شده آلارم است، لذا خروجی آلارم فعال میشود. خروجی آلارم تا زمان رسیدن دما به 70 درجه سانتی گراد همچنان فعال باقی می ماند. اما پس از عبور دما از مرز 70 درجه سانتی گراد غیر فعال خواهد شد.

حال چنانچه خروجی آلارم به یک عدد آژیر هشدار متصل شده باشد، پس از روشن شدن دستگاه و تا رسیدن دما به مقدار تنظیم شده برای آلارم، صدای گوش خراش آژیر در محیط پخش خواهد شد.

با فعال سازی تابع HOLD برای آلارم، دیگر در زمان روشن شدن دستگاه، خروجی آلارم فعال نخواهد شد.

با افزایش دما و رسیدن مقدار دما (PV) به مقدار تنظیم شده دما (SV)، تابع HOLD مجدد غیر فعال میشود.

حال چنانچه مقدار واقعی دما (PV) کاهش یابد و به زیر عدد تنظیم شده برای آلارم (مثلن 70 درجه سانتی گراد) برسد،
خروجی آلارم فعال خواهد شد و آژیر به صدا در می آید.

هیسترزیس (Hysteresis)

در روش کنترل خروجی به صورت On/Off و با توجه به مقدار تنظیم شده (Set Value – SV)، خروجی دستگاه قطع یا وصل خواهد شد.

برای مثال چنانچه مقدار تنظیمی (SV) بر روی عدد 100 درجه سانتی گراد تنظیم شده باشد و نوع فرآیند کنترل گرمایش باشد، خروجی دستگاه با رسیدن مقدار واقعی (Process Value – PV) به مقدار تنظیم شده (SV)، قطع خواهد می‌شود.

 اما با کاهش اندک دما نسبت به مقدار تنظیمی (SV)، مجدد خروجی دستگاه وصل می‌شود. و مجدد با افزایش دما و رسیدن آن به مقدار تنظیمی، خروجی قطع خواهد شد و این روند به همین ترتیب و تا زمان روشن بودن کنترلر دما ادامه پیدا خواهد کرد.

قطع و وصل مکرر خروجی علاوه بر خرابی رله خروجی کنترلر،

باعث بروز آسیب به سایر تجهیزات جانبی، نظیر رله و کنتاکتور که به خروجی کنترلر متصل هستند، خواهد شد.

برای جلوگیری از بروز قطع و وصل مکرر خروجی کنترلر، بازه دمای مشخصی تعریف میشود که آن را هیسترزیس (Hysteresis) می‌نامند.

مقدار بازه هیسترزیس (Hysteresis Band) بر اساس درصدی از EUS تعریف می‌شود. تشریح این مطلب در قالب مثال زیر ارائه شده است.

در یک کنترلر و با توجه به نوع سنسور ورودی مقادیر:

حد پایین محدوده دما بر روی صفر درجه سانتی گراد و

حد بالای محدوده دما 400 درجه سانتی گراد در نظر گرفته شده است.

همانطور که پیشتر شرح داده شد مقدار EUS برابر با حد بالای محدوده دما منهای حد پایین محدوده دما خواهد بود.

بنابراین در این مثال مقدار EUS برابر 400 درجه سانتی گراد خواهد بود.

حال چنانچه مقدار هیسترزیس بر روی 0.2% تنظیم شود بازه دمای هیسترزیس برابر است با:

400 * 0.2% = 0.8°C

با فرض اینکه فرآیند کنترلی از نوع گرمایش و مقدار دمای تنظیمی  SV = 100 °C  باشد، خروجی کنترلر پس از رسیدن به دمای 100 درجه سانتی گراد خاموش (OFF) میشود. در این حالت دما پس از مدتی روند کاهشی پیدا خواهد کرد.

با پایین آمدن دما و رسیدن به مقدار 99.2 °C که در واقع حاصل  0.8 – 100  است، مجدد روشن خواهد شد.

لازم به ذکر است چنانچه مقدار هیسترزیس بسیار کم در نظر گرفته شود، باعث وصل و قطع (ON-OFF) سریع خروجی خواهد شد.

از سوی دیگر وارد کردن مقادیر زیاد برای هیسترزیس باعث خواهد شد که مقدار واقعی دما (PV) پس از قطع خروجی و تا رسیدن به نقطه وصل مجدد افت زیادی داشته باشد.

این نحوه عملکرد، در بسیاری موارد باعث سردرگمی کاربر و برانگیختن شک وی در خصوص عدم کارکرد خروجی کنترلر دما خواهد شد.

تابع شیب (Ramp Function) و واحد زمان (Time Unit)

در بسیاری مواقع کاربر نیاز دارد تا در زمان شروع به کار فرآیند کنترلر، افزایش یا کاهش دما از نقطه شروع تا مقدار تنظیم شده (SV) بر روی شیب خاصی صورت پذیرد.

در این مواقع از تابع شیب استفاده میشود. روش استفاده از این تابع به صورت زیر است:

• ابتدا کاربر واحد زمانی (Time Unit) مورد نظر را بر حسب دقیقه – ثانیه و یا ساعت – دقیقه انتخاب می‌کند.
• سپس مقدار افزایش (Increasing) و یا کاهش (Decreasing) دما را بر حسب درصدی از EUS مشخص می‌کند.

لازم به ذکر است که مقدار افزایش در پارامتری Up Rate و مقدار کاهش در پارامتر Down rate باید وارد شود.

برای مثال، چنانچه مطابق سنسور ورودی انتخاب شده حداقل بازه دما منفی 10 و حداکثر آن 120 درجه باشد، مقدار EUS برابر با 130 خواهد بود.

حال چنانچه مقدار افزایشی دما برابر با 10% مقدار EUS مد نظر باشد و واحد زمانی بر حسب دقیقه انتخاب شده باشد، دمای فرآیند در هر دقیقه 13 درجه افزایش خواهد یافت تا دمای فرآیند به مقدار تنظیم شده (SV) برسد.

خروجی ریترنسمیت (Retransmission Output) چیست و چه کاربردی دارد؟

در برخی از کنترلرهای دما نظیر سری T30 و سری T50 برند تمکولاین (TemcoLine) یک خروجی ریترنسمیت (Retransmission Output) تعبیه شده است. مقدار این خروجی از نوع جریان مستقیم (DC Current) و در بازه 4 تا 20 میلی آمپر می‌باشد که میتوان مطابق نیاز آن را در یک بازه مشخص Scale نمود.

در گروه تنظیمات ریترنسمیت (Retransmission Group) چهار گزینه زیر برای تخصیص به خروجی ریترنسمیت وجود دارند.

این گزینه ها عبارتند از :

• Set Value (SV)
• Process Value (PV)
• Manipulated Variable (MV)
• Power Supply for External Sensor (SPS)

همینطور دو گزینه برای تعیین حد بالا و پایین مقدار ریترنسمیت وجود دارد. که با استفاده از آن کاربر میتواند مقدار خروجی 4 تا 20 میلی آمپر را Scale نماید.

در حالت Power Supply for External Sensor (SPS) خروجی ریترنسمیت به عنوان یک منبع تغذیه از نوع ولتاژ مستقیم عمل خواهد کرد و کاربر در این حالت میتواند از این خروجی به عنوان منبع تغذیه برای سنسور استفاده نماید.

ولتاژ خروجی در کنترلرهای سری T30 و سری T50 برند تمکولاین (TemcoLine) 15 ولت با حداکثر جریان 25 میلی آمپر است.

برای مثال چنانچه کاربر یک سنسور فشار با خروجی 4 تا 20 میلی آمپر دارد که میخواهد آن را به ورودی جریان دستگاه متصل نماید،

میتواند با انتخاب حالت SPS، از خروجی ریترنسمیت دستگاه به عنوان منبع تغذیه سنسور فشار استفاده نماید. در این حالت نیازی به استفاده از منبع تغذیه مجزا برای راه اندازی سنسور وجود نخواهد داشت.

در سه حالت انتخابی دیگر یعنی :

Set Value (SV) که مقدار تنظیمی دما

Process Value (PV) که مقدار واقعی دما  

و نیز Manipulated Variable (MV) که مقدار دستی است،

خروجی ریترنسمیت به صورت جریان 4 تا 20 میلی آمپر خواهد بود.

حال برای تشریح نحوه عملکرد خروجی ریترنسمیت ، به ذکر مثال زیر پرداخته می‌شود.

تصور نمایید که کاربر حالت خروجی ریترنسمیت (Retransmission Type) را بر روی مقدار واقعی دما PV تنظیم میکند.

از سوی دیگر با استفاده از پارامترهای حد بالای و حد پایین ریترنسمیت، محدوده مشخصی را برای این دو حد مشخص میکند. لازم به ذکر است که این مقادیر بر حسب درصدی از EU تعریف میشوند.

برای مثال چنانچه نوع سنسور ورودی از نوع ترموکوپل تیپ K انتخاب شده باشد، محدوده دمای استاندارد آن:

از منفی 200 درجه سانتی گراد تا 1370 درجه سانتی گراد خواهد بود. این در حالی است که این مقادیر توسط کاربر تغییر داده نشده باشند.

در این حالت خواهیم داشت:

EU 0% = -200

EU 100% = 1370

حال چنانچه همین مقادیر نیز برای:

حد پایین ریترنسمیت (Lower Limit of Retransmission) و

حد بالای ریترنسمیت (Upper Value of Retransmission) تعریف شده باشند  آنگاه خروجی ریترنسمیت

در دمای منفی 200 معادل 4 میلی آمپر و در دمای 1370 درجه سانتی گراد معادل 20 میلی آمپر خواهد بود.

به عبارتی با تغییر مقدار واقعی دما (Process Value) در این بازه، مقدار خروجی ریترنسمیت متناسب با مقدار دما تغییر خواهد کرد.

لازم به ذکر است که حد بالای ریترنسمیت همواره باید بیشتر از حد پایین ریترنسمیت تنظیم شود.

نوع دیگر ریترنسمیت، انتخاب حالت دما تنظیمی Set Value (SV) است.

این حالت بیشتر برای کنترل خروجی ریترنسمیت به صورت دستی مورد استفاده قرار میگیرد. در این حالت نیز کاربر ابتدا باید مقادیر حد پایین ریترنسمیت و حد بالای ریترنسمیت را تعیین نماید.

سپس با تغییر مقدار دمای تنظیمی (Set Value) در این بازه، مقدار خروجی جریان ریترنسمیت متناسب با مقدار دمای تنظیمی تغییر خواهد کرد.

این حالت بیشتر برای کنترل دستی شیرهای تدریجی که سیگنال ورودی آنها از نوع جریان 4 تا 20 میلی آمپر است بکار میرود.

مقدار باز و بسته بودن این نوع شیرها متناسب با سیگنال تحریک ورودی آنها است. از این رو کاربر میتواند با تغییر مقدار تنظیمی
(Set Value) به صورت دستی، جریان خروجی ریترنسمیت را تغییر داد و بدین ترتیب میتواند مقدار باز و بسته بودن شیر را به صورت دستی کنترل نماید.

امید است مطلب کنترلر دما برای شما کاربر گرامی مفید واقع شده باشد.

در صورت تمایل به مطالعه مطالب آموزشی ، به بخش مطالب آموزشی وب سایت یا کانال اینستاگرام شرکت به آدرس Instagram.com/AltonSegal مراجعه فرمایید