معرفی و تعریف انواع مختلف کنترلر دما بر اساس مد کاری :

به صورت کلی سه نوع بنیادی کنترلر داریم، On/Off (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 دیگری را برای کنترل کردن پروسه استفاده کند.

الف ) کنترل On/Off :

کنترلر On / Off ساده ترین نوع از دستگاه های کنترل 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 می افتد برای جلوگیری از وارد شدن صدمه به کنتاکتورها و دیگر ابزارها یک دیفرانسیل Differential (On/Off یا hysteresis) به اپراتورهای کنترلر اضافه می شود.

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 کنترلرهای 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.

ب) 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/Off ساده 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 برابر 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.

پ) کنترلر PID :

نوع سوم کنترلر ها بجز کنترل تناسبی (Proportional) دارای کنترل (انتگرالی Integral و مشتقی  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 مشتقی ، 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، انتگرالی و مشتقی باید برای سیستمی مشخص به صورت آزمایش و خطا تنظیم یا “کوک” شوند.

این مدل بالاترین و با ثبات ترین مدل در میان کنترلرهای حراتی 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.

مثال : در هنگام رانندگی زمانی که یک مانع را مشاهده می کنیم ، اگر اجازه دهیم به مانع برسیم و سپس ترمز کنیم ، قطعا با مانع برخورد خواهیم کرد. ولی کاری که انجام می دهیم این است که رفته رفته پای خود را روی پدال ترمز فشار داده و به تدریج سرعت خود را کم می کنیم. می توان گفت در این زمان نیز عملکرد ما از نوع کنترل PID است.

ورود به دسته بندی محصول کنترلر دما , Temperature Controller