سیستم های کنترل ابزار دقیق | انواع، قیمت و کاربرد

سیستم های کنترل در واحد های صنعتی یکی از مهمترین بخش های کنترل و نظارت بر بهبود فرایند ها می باشد. در این مقاله در ارتباط با این موضوع صحبت شده است.

سیستم کنترل چیست؟

سیستم کنترل مجموعه ای از وسایل مکانیکی یا الکترونیکی است که سایر دستگاه ها یا سیستم ها را از طریق حلقه های کنترلی تنظیم می کند. به طور معمول، سیستم های کنترل، به صورت کامپیوتری هستند.

سیستم های کنترل بخش مرکزی تولید و توزیع در بسیاری از صنایع هستند. فناوری اتوماسیون نقش زیادی در این سیستم ها دارد. انواع حلقه های کنترلی که این فرآیندها را تنظیم می کنند شامل سیستم های کنترل صنعتی مانند کنترل نظارتی و جمع آوری داده ها، سیستم ها و سیستم های کنترل توزیع شده می باشد.

انواع سیستم های کنترل

انواع مختلفی از سیستم های کنترل وجود دارد، این سیستم های کنترل عبارتند از:

۱- سیستم های کنترل حلقه باز

این سیستم های کنترلی با ورودی انسان کار می کنند. عمل کنترل مستقل از خروجی است. در مصارف خانگی، ماشین لباسشویی نمونه‌ای از یک سیستم حلقه باز است، زیرا شخصی باید از میان تنظیماتی که در حال اجراست انتخاب کند. یک سیستم چراغ راهنمایی مبتنی بر زمان، یک نمونه صنعتی از یک سیستم کنترل حلقه باز است که در آن مهندسان ترافیک باید زمان بندی توقف، رفتن و چراغ های احتیاط را تعیین کنند.

۲- سیستم های کنترل حلقه بسته

این سیستم ها را می توان به طور فعال مدیریت یا تنظیم کرده که به طور مستقل کار کنند. آنها از سیگنال های بازخورد (فیدبک) سیستم برای ارائه کنترل خودکار و حفظ تنظیمات خاص یا وضعیت مطلوب، بدون دخالت انسان استفاده می کنند. برخی از حلقه های کنترل را می توان بین حالت بسته و باز تغییر داد. هنگامی که باز است، یک حلقه قابل تعویض به صورت دستی کنترل می شود. در صورت بسته شدن، می توان آن را به طور کامل خودکار کرد.

ترموستات نمونه ای از یک سیستم حلقه بسته است. این سیستم، گرمایش را بر اساس سیگنال هایی که از سنسورهایی که دمای هوا را نظارت می کنند دریافت کرده و روشن و خاموش می کند. کنترل دما بخش مهمی برای واحد های فرایندی می باشد.

تکنسین به طور منظم سیگنال های ورودی را به دستگاه ارسال می کند و سیگنال های خروجی را از طریق یک حلقه بازخورد و یک سنسور که بر دستگاه نظارت دارد، ارسال می کند. هنگامی که سنسور یک سیگنال خطا از دستگاه دریافت می کند، یک پیام هشدار از طریق حلقه بازخورد به تکنسین می فرستد، و سپس در صورت لزوم دستورالعمل ها را برای مقابله با فیدبک منفی به دستگاه ارسال می کند.

شکل زیر همچنین یک سیستم کنترل بازخورد را نشان می دهد. سیستم کنترل برای کنترل دستگاه به داده های بازخورد نیاز دارد.

۳- سیستم های کنترل پیوسته

این سیستم ها در بازه زمانی پیوسته و/یا مقادیر خروجی کار می کنند. آنها ممکن است از سیگنال های آنالوگ یا دیجیتال برای نمایش ورودی و خروجی سیستم استفاده کنند. سیستم‌های کنترل پیوسته اغلب در کاربردهایی استفاده می‌شوند که خروجی پیوسته مورد نیاز است (مانند یک سیستم کنترل دما).

۴- سیستم‌های کنترل گسسته

این سیستم‌ها در زمان‌های گسسته عمل می‌کنند و ورودی و خروجی آن معمولاً با سیگنال‌های دیجیتال نشان داده می‌شوند. سیستم‌های کنترل گسسته اغلب در کاربردهایی استفاده می‌شوند که خروجی فقط در مقاطع خاصی از زمان مورد نیاز است (مانند سیستم کنترل ماشین).

۵- سیستم های کنترل خطی

این سیستم ها را می توان با معادلات دیفرانسیل خطی نشان داد، به این معنی که دینامیک سیستم با ورودی متناسب است و با استفاده از عملیات ریاضی خطی قابل توصیف است. سیستم های کنترل خطی ویژگی های خاصی دارند (مانند برهم نهی) که تحلیل و کنترل آنها را نسبتاً آسان می کند.

۶- سیستم‌های کنترل غیرخطی

این سیستم‌ها را نمی‌توان با معادلات دیفرانسیل خطی نشان داد و ممکن است رفتارهای پیچیده‌ای مانند دوشاخه‌ها و آشفتگی از خود نشان دهند. تحلیل و کنترل سیستم‌های کنترل غیرخطی نسبت به سیستم‌های خطی چالش‌برانگیزتر است و ممکن است به تکنیک‌ها یا الگوریتم‌های تخصصی نیاز داشته باشد.

۷- سیستم‌های کنترلی زمان‌ناپذیر

این سیستم‌ها همیشه رابطه ورودی و خروجی یکسانی دارند، به این معنی که دینامیک سیستم در طول زمان تغییر نمی‌کند. سیستم‌های تغییرناپذیر زمان، اغلب در کاربردهایی استفاده می‌شوند که انتظار نمی‌رود پارامترهای سیستم در طول زمان به طور قابل‌توجهی تغییر کنند.

۸- سیستم های کنترل متغیر با زمان

این سیستم ها دارای یک رابطه ورودی-خروجی متغیر با زمان هستند که ممکن است در اثر تغییر در دینامیک سیستم یا عوامل خارجی ایجاد شود. تحلیل و کنترل سیستم‌های متغیر زمان می‌تواند چالش‌برانگیزتر از سیستم‌های تغییرناپذیر زمان باشد، زیرا پویایی سیستم ممکن است در طول زمان تغییر کند.

۹- سیستم های کنترلی تک ورودی تک خروجی (SISO)

این سیستم ها دارای یک ورودی و یک خروجی هستند که به این معنی است که تنها یک درجه آزادی در سیستم وجود دارد. تجزیه و تحلیل و کنترل سیستم های SISO نسبتاً ساده است و اغلب در سیستم های کنترل پایه استفاده می شود.

۱۰- سیستم های کنترل چند خروجی چند ورودی (MIMO)

این سیستم ها دارای ورودی های متعدد و خروجی های متعدد هستند و ممکن است نسبت به سیستم های SISO تحلیل و کنترل آنها پیچیده تر باشد. سیستم های MIMO را می توان برای کنترل سیستم هایی با درجات آزادی چندگانه یا دستیابی به اهداف کنترلی پیشرفته تر مورد استفاده قرار داد.

سیستم های کنترل ابزار دقیق

این عملکردها معمولاً توسط سیستم‌های هشدار، حفاظت (ترس، اینترلاک و خاموش شدن اضطراری) و سیستم‌های کنترل فرآیند ارائه می‌شوند.

این سیستم های مهندسی شده به صورت جداگانه و جمعی به عنوان سیستم های کنترل توصیف می شوند و ممکن است مستقل باشند یا عناصر مشترکی مانند رابط انسانی، رابط کارخانه، المان منطقی، ابزارهای برق، محیط و سیستم های مدیریتی داشته باشند.

رابط انسانی ممکن است شامل تعدادی اجزای ورودی و خروجی باشد، مانند کنترل‌ها، صفحه کلید، ماوس، نشانگرها، اعلام‌کننده‌ها، پایانه‌های گرافیکی، آلارم‌های صوتی و نمودارها.

رابط کارخانه شامل ورودی‌ها (سنسور ها)، خروجی‌ها (اکچویتور ها) و ارتباطات (سیم‌کشی، فیبر نوری، سیگنال‌های آنالوگ/دیجیتال، پنوماتیک، فیلدباس، سیگنال کاندیشن، موانع، و تقویت‌کننده‌های گردش جریان) است.

المان منطقی ممکن است توسط ارتباطات توزیع شده به هم متصل شده و یا ممکن است به شکل رله ها، کنترل کننده های گسسته یا منطقی (الکترونیکی، قابل برنامه ریزی یا پنوماتیک)، سیستم های کنترل توزیع شده (DCS)، کنترل نظارتی و جمع آوری داده ها (SCADA)، رایانه ها (از جمله رایانه های شخصی)، یا کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) باشند.

المان منطقی ممکن است توابع کنترل پیوسته یا توالی دسته ای یا تغییر حالت (به عنوان مثال روشن/خاموش) را انجام دهند. همچنین باید توجه داشت که عملکردهای منطقی ممکن است در سنسور ها یا اکچویتور های هوشمند توزیع شوند.

محیط زیست، محیط فیزیکی است که سیستم های کنترل (از جمله اپراتور) باید در آن کار کنند، از جمله محل اقامت فیزیکی یا مسیرها، شرایط محیطی (رطوبت، دما، جوهای قابل اشتعال) و تأثیرات خارجی مانند تشعشعات الکترومغناطیسی و خطراتی که ممکن است بر عملکرد سیستم کنترل در شرایط عادی یا غیرعادی مانند آتش سوزی، انفجار، حمله شیمیایی و غیره تأثیر گذارد.

کاربرد سیستم های کنترل ابزار دقیق

سیستم های کنترل برای افزایش تولید، کارایی و ایمنی در بسیاری از صنایع استفاده می شود:

• کشاورزی
• کارخانه های شیمیایی
• کارخانه های خمیر و کاغذ
• کنترل کیفیت صنعتی و تولیدی
• کنترل بویلر و عملیات نیروگاه
• کنترل محیطی
• تصفیه خانه های آب و فاضلاب
• غذا و فرآوری مواد غذایی
• فلز و معادن
• تولید دارو
• تصفیه شکر

موارد زیر نمونه های خاصی از موارد استفاده از سیستم های کنترل در فرآیندهای صنعتی است:

• کنترل بویلر در سیستم های گرمایشی و نیروگاهی
• نظارت بر خط لوله
• سیستم های توزیع آب
• سیستم های تصفیه فاضلاب
• سیستم های توزیع برق

پارامتر های یک سیستم کنترل مناسب

دقت: دقت تلورانس اندازه گیری ابزار است و حدود خطاهای ایجاد شده در هنگام استفاده از ابزار در شرایط عملیاتی عادی را مشخص می کند. دقت را می توان با استفاده از المان های بازخورد بهبود بخشید. برای افزایش دقت هر سیستم کنترل باید آشکارساز خطا در سیستم کنترل وجود داشته باشد.

حساسیت: پارامترهای یک سیستم کنترل همیشه با تغییر شرایط محیطی، اختلال داخلی یا هر پارامتر دیگری در حال تغییر هستند. این تغییر را می توان در قالب حساسیت بیان کرد. هر سیستم کنترلی باید نسبت به این پارامترها حساس نباشد و فقط به سیگنال های ورودی حساس باشد.

نویز: یک سیگنال ورودی نامطلوب به عنوان نویز شناخته می شود. یک سیستم کنترل خوب باید بتواند اثر نویز را برای عملکرد بهتر کاهش دهد.

پایداری: این مورد یکی از ویژگی های مهم سیستم کنترل است. برای سیگنال ورودی محدود، خروجی باید محدود باشد و اگر ورودی صفر باشد، خروجی باید صفر باشد، به چنین سیستم کنترلی، یک سیستم پایدار گفته می شود.

پهنای باند: یک محدوده فرکانس عملیاتی، پهنای باند سیستم کنترل را تعیین می کند. پهنای باند باید تا حد امکان برای پاسخ فرکانسی یک سیستم کنترل مناسب، بزرگ باشد.

سرعت: مدت زمانی است که سیستم کنترل برای دستیابی به خروجی پایدار خود صرف می کند. یک سیستم کنترل خوب سرعت بالایی دارد. دوره گذرا برای چنین سیستمی بسیار کوچک است.

نوسان: تعداد کمی از نوسانات یا نوسانات ثابت خروجی تمایل دارد که سیستم را ثابت کند.

مزایا و معایب سیستم های کنترل چیست؟

سیستم های کنترل حلقه بسته به طور گسترده در بسیاری از برنامه ها مورد استفاده قرار می گیرند. آنها در کنترل دستگاه های واقع در خارج اتاق کنترل موثر هستند، داده های خروجی قابل اعتماد و در دسترس را ارائه می دهند و در عین حال در برابر اختلالات خارجی نیز مقاومت می کنند.

با این حال، سیستم های کنترل پیچیده هستند و برای عملیات بهینه و دستیابی به خروجی مطلوب، نیازمند آموزش و مستندات هستند. عملکرد نادرست سنسورهای راه دور می تواند داده های نادرستی را در مورد عملکرد سیستم ارائه دهد که احتمالاً منجر به تغییرات غیر ضروری سیستم می شود. پیچیدگی آنها همچنین به این معنی است که آنها لزوماً آماده استفاده خارج از جعبه نیستند و ممکن است قبل از استفاده نیاز به برنامه نویسی و سایر فعالیت های پیش از راه اندازی داشته باشند.

مزایا و معایب سیستم های کنترل حلقه باز

مزایای سیستم های کنترل حلقه باز عبارتند از:

• ساده در ساخت و طراحی
• مقرون به صرفه
• ساده در نگهداری
• به طور کلی پایدار است
• اندازه گیری مناسب برای استفاده به عنوان خروجی دشوار است

معایب سیستم های کنترل حلقه باز عبارتند از:

• استفاده از آن ها در برخی از واحد های صنعتی نادرست است.
• غیر قابل اعتماد هستند
• هر گونه تغییر در خروجی را نمی توان به طور خودکار اصلاح کرد

مزایا و معایب سیستم کنترل حلقه بسته

مزایای سیستم های کنترل حلقه بسته عبارتند از:

• سیستم های کنترل حلقه بسته حتی در صورت وجود غیر خطی بودن دقیق تر هستند.
• به دلیل وجود سیگنال بازخورد، بسیار دقیق است زیرا هر خطایی که ایجاد می شود اصلاح می شود.
• محدوده پهنای باند زیاد است.
• اتوماسیون را تسهیل می کند.
• حساسیت سیستم ممکن است کوچک شود تا سیستم پایدارتر شود.
• این سیستم کمتر تحت تاثیر نویز قرار می گیرد.

معایب سیستم های کنترل حلقه بسته عبارتند از:

• آنها گران تر هستند.
• طراحی آنها پیچیده است.
• نیاز به نگهداری بیشتر
• بازخورد منجر به یک پاسخ نوسانی می شود.
• پایداری مشکل اصلی است و برای طراحی یک سیستم حلقه بسته پایدار به دقت بیشتری نیاز است.

فیمت و خرید سیستم های کنترل

برای کسب اطلاعات بیشتر می توانید با واحد فروش شرکت پترو پردا به عنوان یکی از تامین کنندگان تحهیزات در حوزه ی نفت و گاز تماس حاصل فرمایید.