في أنظمة التحكم الآلي، تعد أجهزة التحكم في درجة الحرارة وأجهزة التحكم PID من الأجهزة الشائعة المستخدمة للتحكم بدقة في درجة الحرارة. ستقدم هذه المقالة المبادئ الأساسية لوحدات التحكم في درجة الحرارة وأجهزة التحكم PID، بالإضافة إلى الاختلافات بينها وبين سيناريوهات التطبيق الخاصة بها.
يعد التحكم في درجة الحرارة حاجة شائعة في العديد من التطبيقات الصناعية والمخبرية. لتحقيق التحكم الدقيق في درجة الحرارة، تعد أجهزة التحكم في درجة الحرارة وأجهزة التحكم PID واحدة من الأدوات الأكثر استخدامًا. وهي تعتمد على طرق تحكم وخوارزميات مختلفة، وكل منها مناسب لاحتياجات التحكم المختلفة.
جهاز التحكم في درجة الحرارة هو جهاز يستخدم لقياس درجة الحرارة والتحكم فيها. وتتكون عادة من أجهزة استشعار درجة الحرارة وأجهزة التحكم والمحركات. يتم استخدام مستشعر درجة الحرارة لقياس درجة الحرارة الحالية وإعادتها إلى وحدة التحكم. تنظم وحدة التحكم درجة الحرارة عن طريق التحكم في المحركات، مثل عناصر التسخين أو أنظمة التبريد، بناءً على درجة الحرارة المحددة وإشارة التغذية المرتدة الحالية.
مبدأ العمل الأساسي لجهاز التحكم في درجة الحرارة هو مقارنة الفرق بين درجة الحرارة المقاسة ودرجة الحرارة المحددة، والتحكم في إخراج المحرك وفقًا للفرق للحفاظ على درجة الحرارة بالقرب من القيمة المحددة. يمكنه استخدام التحكم في حلقة مفتوحة أو حلقة مغلقة. يتحكم التحكم في الحلقة المفتوحة فقط في إخراج المشغل استنادًا إلى القيمة المحددة، بينما يقوم التحكم في الحلقة المغلقة بضبط الإخراج من خلال إشارات التغذية المرتدة لتصحيح انحرافات درجة الحرارة.
وحدة تحكم PID
وحدة التحكم PID هي وحدة تحكم ردود فعل شائعة تستخدم للتحكم بدقة في متغيرات العملية المختلفة، بما في ذلك درجة الحرارة. يرمز PID إلى الاختصارات النسبية والتكاملية والمشتقة، والتي تتوافق على التوالي مع خوارزميات التحكم الأساسية الثلاثة لوحدة التحكم PID.
1. التناسبي: يقوم هذا الجزء بإنشاء إشارة خرج متناسبة مع الخطأ بناءً على الخطأ الحالي (الفرق بين القيمة المحددة وقيمة التغذية الراجعة). وتتمثل مهمتها في الاستجابة بسرعة وتقليل أخطاء الحالة المستقرة.
2. التكامل: يقوم هذا الجزء بإنشاء إشارة خرج تتناسب مع القيمة المتراكمة للخطأ. وتتمثل مهمتها في القضاء على الأخطاء الثابتة وتحسين استقرار النظام.
3. المشتق: يقوم هذا الجزء بتوليد إشارة خرج تتناسب مع معدل التغير بناءً على معدل تغير الخطأ. وتتمثل مهمتها في تقليل التجاوز والتذبذب أثناء عملية الانتقال وتحسين سرعة استجابة النظام.
تجمع وحدة التحكم PID بين وظائف الخوارزميات التناسبية والتكاملية والتفاضلية. ومن خلال ضبط الأوزان فيما بينها، يمكن تحسين تأثير التحكم وفقًا للاحتياجات الفعلية.
الفرق بين جهاز التحكم في درجة الحرارة وجهاز التحكم PID
الفرق الرئيسي بين وحدات التحكم في درجة الحرارة وأجهزة التحكم PID هو خوارزمية التحكم وخصائص الاستجابة.
يمكن أن يكون جهاز التحكم في درجة الحرارة عبارة عن حلقة مفتوحة أو حلقة مغلقة. إنه بسيط وسهل التنفيذ وعادة ما يستخدم في بعض التطبيقات التي لا تتطلب دقة عالية في درجات الحرارة. إنها مناسبة للسيناريوهات التي لا تتطلب استجابة سريعة أو ذات قدرة عالية على تحمل أخطاء الحالة المستقرة.
تعتمد وحدة التحكم PID على خوارزميات تناسبية ومتكاملة وتفاضلية، وهي مناسبة لكل من التحكم في الحالة المستقرة والاستجابة الديناميكية. يمكن لوحدة التحكم PID التحكم في درجة الحرارة بشكل أكثر دقة، مما يسمح للنظام بالعمل بثبات بالقرب من نقطة درجة الحرارة المحددة مع الحصول على استجابة سريعة وأداء ثابت.
سيناريوهات التطبيق
تستخدم أجهزة التحكم في درجة الحرارة على نطاق واسع في العديد من المختبرات والتخزين والتدفئة المنزلية وبعض العمليات الصناعية البسيطة.
تعد وحدات التحكم PID مناسبة للسيناريوهات التي تتطلب دقة أعلى واستجابة أسرع، مثل الصناعة الكيميائية ومعالجة الأغذية والأدوية والإنتاج الآلي.
باختصار، كل من جهاز التحكم في درجة الحرارة وجهاز التحكم PID هما جهازان يستخدمان للتحكم في درجة الحرارة. يمكن أن تكون وحدات التحكم في درجة الحرارة عبارة عن أنظمة تحكم بسيطة ذات حلقة مفتوحة أو مغلقة، بينما تعتمد وحدات التحكم PID على خوارزميات تناسبية ومتكاملة وتفاضلية ويمكنها التحكم في درجة الحرارة بشكل أكثر دقة، مع استجابة سريعة وأداء ثابت. يعتمد اختيار وحدة التحكم المناسبة على احتياجات التطبيق المحددة، بما في ذلك دقة درجة الحرارة المطلوبة وسرعة الاستجابة وأداء الحالة المستقرة.
