سیستم های کنترلی و سخت افزاری مرسوم

بیشتر سیگنالهای که منتقل می شوند هنوز به صورت آنالوگ الکتریکی از سیگنالهای معمولی در حال جریان می باشند. اما استفاده از شبکه ها و بزرگراههای داده های دیجیتالی در حال رشد هستند این سیستم ها قدرت محاسبه بیشتری را فراهم می کنند و به مدلهای ریاضی فرایندها اجازه می دهند به صورت همزمان اجراء شوند. (هنگامیکه فرآیندها در حال اجرا هستند).

با وجود این در سخت افزار مفهوم اصلی سیستم ساختار کنترلی و الگوریتم کنترلی (انواع کنترلرها) ثابت می مانند (مثل 30 سال گذشته) اما حال طراحی ساختارهای کنترلی آسان است ما فقط یک کامپیوتر را دوباره برنامه ریزی می کنیم اما وظیفه مهندس کنترل فرآیند تفاوتی نمی کند (وظیفه آن افزایش سطح یک سیستم کنترلی است که به ما کارآیی ثابت، خوب و پایدار بدهد). همانطور که در فصل یک بحث شد حلقه کنترلی پس خور اصلی شامل یک سنسور برای یافتن تغییرات فرآیند، یک ترانسمتر برای تبدیل سیگنال سنسور به یک سیگنال معادل می باشد. (یک سیگنال هوا – فشار در سیستم پنیوماتیک یا یک سیگنال جریان در سیستم های الکتریکی آنالوگ) یک کنترلر که سیگنالهای این فرآیند را با یک مقدار مقرر مقایسه می کند و تولید یک سیگنال خروجی مخصوص می کند، و یک المان کنترل نهایی با مهارت، متغیرها را بر اساس سیگنال خروجی کنترلر تغییر می دهد. معمولاً المان کنترل نهایی یک شیر کنترل است که توسط هوا کار می کند و باز و بسته می شود.

سنسورها

حال از شروع حلقه کنترلر در سنسور شروع می کنیم. ابزار دقیق برای اندازه گیری به روز اکثر خصوصیات در حال پیشرفت هستند مهمترین متغیرهای اصلی نرخ جریان، هوا، فشار و سطح هستند. دستگاهها برای اندازه گیری سایر خصوصیات از قبیل PH، دانسیته، ویسکوزیته و اشعه مادون قرمز و فرابنفش و شاخصهای انکساری در دسترس هستند. اندازه گیری مستقیم ترکیب شیمیایی به وسیله کروماتوگرافی گازی به روز شده کاملاً گسترده دشه است این وسایل با این وجود مورد توجه اند زیرا از عملیات نوبتی آنها یک سیگنال ترکیبی، تولید می شود. مختصراً آنالیز این سیستم های غیر پیوسته «داده – نمونه» را در قسمت پنجم مطالعه می کنیم.

فرستنده ها

فرستنده ، نقش میانجی بین فرآیند کنترلی آن دارد، کار فرستنده تبدیل سیگنال حسگر به سیگنال کنترلی است به فرستنده فشار در شکلa  4/3 دقت کنید . فرض کنید که این فرستنده ویژه به گونه ای شروع به کار می کند که سیگنال جریان خروجی بین 4 تا mA20 بوده  و فشار فرآیند در استوانه بین 100 تا 1000Kpa درجه باشد . که به آن گسترده فرستنده می گویند . محدوده فرستنده 900 Kpaدرجه بوده در دستگاه اندازه گیری 100 Kpa درجه است . در این فرستنده 2 دکمه کلید وجود دارد که برای تغییر محدود یا صفر بکار می رود بنابراین اگر صفر را به میزان 200 Kpa درجه ارتقاع دهیم ، گستره فرستنده بیت 200 تا 1100 Kpa درجه می شود در حالیکه محدوده آن 900 Kpa درجه خواهد بود . واکنش دینامیک بیشتر فرستنده ها ، معمولا سریع تر از فرایند مربوطه و سوپاپ های کنترل است .

سوپاپ های کنترل

تداخل با چنین فرایندی در قسمت دیگر مدار کنترل توسط المنت کنترل نهایی صورت می گیرد. در بیشتر فرایندهای مهندسی شیمی ، المنت کنترل نهایی، سوپاپ کنترل اتوماتیک است که جریان متغییرها را تنظیم می کند. در سیستم های مهندسی مکانیکی ، المنت کنترل نهایی ، محرک هیدرولیک یا موتور فرمان یار الکتریکی است .

بیشتر سوپاپ های کنترل شامل درپوشی در قسمت انتهایی میله است که در پوشش دهانه را با بالا و پایین بردن میله ، باز و بسته می کند .و طبق طرح شکل 5/3 ، میله به دیافراگمی متصل است که با تغییر فشار هوا بالای دیافراگم کار می کند و نیروی فشار هوا باعث فشرده شدن فنر می شود. سوپاپ های کنترلی دارای ابعاد مختلف هستند : عملکرد ، مشخصات ، اندازه آنها .

کنترل گر های آنالوگی و دیجیتالی

بخشی از حلقه کنترل که در این کتاب به آن پرداخته ایم ،  کنترل گر می باشد .وظیفه کنترل گر ، مقایسه سیگنال پردازش فرستنده یا سیگنال نقطه تنظیمی و ارسال سیگنال مناسب به سوپاپ کنترل می باشد . که در بخش 2-3 به جزئیات بیشتر آن خواهیم پرداخت . در این  بخش  به بین سو پاپ مطلوب متغیر کنترل شده ( نقطه تنظیم )و سوپاپ واقعی را نشان می دهد . کنترل گر ها ی آنالوگی از سیگنال های الکترونیکی با فشار هوایی ممتد استفاده می کند . که دراین صورت کنترل گر های مداما سیگنال های فرستنده رادریافت کرده در نتیجه سو پاپ های کنترل مرتبا  تغییر می یا بند . کنترل گر های دیجیتال کامپیوتری  با توجه به تفاوت زنجیره های ( حلقه ها ) دارای عملکرد مداوم نبوده و هر حلقه  زمان  خاصی را به خود اختصاص  می دهد  سیگنال های آنالوگی فرستنده ها باید از طریق مبدل های (A/D) آنالوگ به دیجیتال ارسال شده تا اطلاعات قابل استفاده را به کامپیوتر  بفرستد بعداز اینکه کامپیوتر ، محاسبات فرد را در قالب الگوریستم های کنترلی  انجام داد  ، سیگنالی  را ارسال می کند  .که باید از مبدل (D/A)  دیجتال  به آنالوگ گذشته و یا علامت “hold” سیگنال ادامه کار را به سوپاپ کنترل می فرستد که درفصول 14 و 15 به جزئیات سیستم های اطلاعاتی نمونه خواهیم پرداخت . سه نوع کنترل گر اصلی برای کنترل با زخورد مداوم وجود دراد و جزئیات ساخت ابزار های آنالوگی و برنامه  ریزی وابزار های دیجیتالی در تولید کننده های مختلف متفاوت بوده هر چند عملکرد آنها یکسان می باشد .