کنترلر دما (ترموستات)

کنترلر دما به چه صورت عمل می‌کند؟

مهم‌ترین و پرکاربردترین تجهیزات پیرامون ما، جهت تنظیم دمای سیستم کاری و کنترل گرمایش/سرمایش دستگاه می‌باشد؛ نحوه کارکرد ترموستات در ابتدای کار، قرائت دمای دستگاه (سیستم حرارتی) به کمک سنسور دما است، اختلاف دمای موجود بین دمای اندازه‌گیری شده و دمای مدنظر (ست پوینت)، قطع و وصل منبع تغذیه یا همان جریان الکتریکی را توسط کنترلر دما به دنبال خواهد داشت. 

کنترلر دما آنالوگ :

در این ترموستات‌ها تشخیص و کنترل دما به صورت مکانیکی صورت می‌گیرد از همین رو به کنترلر مکانیکی نیز معروفند. بی‌متال مهم‌ترین آن‌ها کنترلر آنالوگ می‌باشد.

ترموستات دیجیتالی :

نوع پیشرفته و مدرن ترموستات‌ها هستند، در این کنترلر بخش‌های متحرک و مکانیکی جای خود را به رله‌ها داده‌اند لذا از میزان خطای ترموستات کاسته و بر دقت آن‌ها افزوده است. این نوع کنترلر دما معمولاً یک یا چندین نمایشگر جهت نمایش دمای محیط، دمای فعلی سیستم کاری و دمای تنظیم شده (SV: Set Value یا ست پوینت) توسط کاربر را دارند.

آنالوگ‌ها نسبت به نوع دیجیتالی مقرون به صرفه‌تر هستند به همین خاطر در ساختمان‌های مسکونی، تجاری، هتل‌ها و بیمارستان‌ها بیشتر شاهدشان هستیم.

نحوه انتخاب ترموستات جهت کنترلر دما سیستم حرارتی

ازآنجاییکه کنترلر تنها قسمتی از یک سیستم حرارتی را شامل می‌شود لذا در جهت انتخاب درست کنترلر دما می‌بایست کل سیستم حرارتی مورد بررسی قرار گیرد. برخی از این پارامترهای مهم که بایستی مورد توجه قرار گیرند:

1. رنج دمایی سیستم حرارتی
2. نوع سنسور دما ورودی (ترموکوپل ، سنسور RTD)
3. دقت مدنظر در نتیجه تعیین الگوریتم کنترلی صحیح
4. نوع خروجی (ولتاژی _ آمپری) و تعداد خروجی مورد نیاز

هر آنچه از الگوریتم‌های کنترلر دما (ترموستات) باید بدانید

الگوریتم‌های کنترلی به مرور زمان در جهت کاهش خطا ارتقاء و تکامل یافتند.

• کنترلر دما (ترموستات) ON/OFF

با ساده‌ترین نوع کنترلر آشنا می‌شویم، عملکرد آن به نحوی است که دستگاه در حالت ما قبل دمای تنظیمی (ست پوینت) ON بوده و پس از عبور در حالت OFF قرار می‌گیرد. کاربرد این کنترلر دما در سیستم‌های حرارتی است که تغییرات دمایی به کندی صورت می‌گیرد، چراکه over shot کمی ایجاد شده و از دمای تنظیمی چندان فاصله نمی‌گیرد؛ از دیگر موارد استفاده می‌توان به سیستم‌های پیشگیری و آلارم دما اشاره نمود.

در مواردی که دقت بالایی مدنظر نیست و محدودیت هزینه‌ مطرح می‌باشد این نوع کنترلر پیشنهاد می‌گردد.

• الگوریتم کنترل تناسبی _ Proportional Control

بر اساس تعدیل و از بین بردن over shot های الگوریتم ON/OFF طراحی شدند. در این سیکل کنترلی، ترموستات قبل از رسیدن به دمای تنظیمی به نحوی میانگین توان سیستم حرارتی (المنت/هیتر) را کاهش می‌دهد تا دما از ست‌پوینت تجاوز نکرده و در دمای تنظیمی باقی بماند. نحوه عملکرد این سیکل کنترلی همانند الگوریتم ON/OFF می‌باشد با این تفاوت که در محدوده ماقبل دمای تنظیمی، قطع و وصل توان در فواصلی زمانی کوتاه صورت می‌گیرد لذا کاهش میانگین توان سیستم، کاهش خطا را به دنبال خواهد داشت و اورشوت دمایی را به حداقل می‌رساند.

• سیستم کنترلر دما (ترموستات) PID

در بسیاری از تجهیزات صنعتی جهت کنترل دما، کنترل فشار و بسیاری موارد دیگر از ترموستات‌هایی با الگوریتم کنترلی PID استفاده می‌شود. این الگوریتم براساس یک سیکل کنترلی حلقه بسته با بهره‌گیری از فیدبک یا بازخورد پروسه اندازه‌گیری شکل می‌گیرد.

سیستم‌های کنترل تناسبی _ انتگرالی _ مشتقی (PID: Proportional Integral  Derivative) همانند سایر کنترلر دما (ترموستات) یک دمای تنظیمی (Set Point) دارند که توسط اوپراتور روی دمای مطلوب ست می‌شود، کنترلر با توجه به فیدبک دریافتی از دمای فعلی سیستم حرارتی (متغیر فرآیند) فرامین لازم جهت رسیدن به دمای تنظیمی صادر می‌کند. اختلاف دمای تنظیمی و متغیر فرآیند، خطای سیستم نامیده می‌شود.

کنترلر PID براساس خطا و تنظیم ضرایب کنترلی در طول فرآیند، پایین‌ترین over shot و در نتیجه بالاترین دقت را نتیجه می‌دهد.