بخشی از مقاله
-1كنترل و اتوماسيون
در هر صنعتي اتوماسيون سبب بهبود توليد مي گردد كه اين بهبود هم در كميت و ميزان توليد موثر است و هم در كيفيت محصولات. هدف از اتوماسيون اين است كه بخشي از وظايف انسان در صنعت به تجهيزات خودكار واگذار گردد. بسياري از كارخانه ها كارگران خود را براي كنترل تجهيزات مي گمارند و كارهاي اصلي را به عهده ماشين مي گذارند. كارگران براي اينكه كنترل ماشينها را به نحو مناسب انجام دهند لازم است كه شناخت كافي از فرآيند كارخانه و وروديهاي لازم براي عملكرد صحيح ماشينها داشته باشند. يك سيستم كنترل بايد قادر باشد فرآيند را با دخالت اندك يا حتي بدون دخالت اپراتورها كنترل نمايد. در يك سيستم اتوماتيك عمليات شروع، تنظيم و توقف فرآيند با توجه به متغير هاي موجود توسط كنترل كننده سيستم انجام مي گيرد.
2-1مشخصات سيستمهاي كنترل
هر سيستم كنترل داراي سه بخش است: ورودي ، پردازش و خروجي . بخش ورودي وضعيت فرآيندو وروديهاي كنترلي اپراتور را تعيين كرده و مي خواند بخش پردازش با توجه به وروديها، پاسخهاو خروجيهاي لازم را مي سازد و بخش خروجي فرمانهاي توليد شده را به فرآيند اعمال مي كند. در كارخانه غير اتوماتيك بخش پردازش رااپراتورها انجام مي دهند.
اپراتور با مشاهده وضعيت فرآيند، به طور دستي فرامين لازم را به فرآيند اعمال مي كند.
وروديها
در قسمت وروديها، مبدلهاي موجود در سيستم، كميتهاي فيزيكي را به سيگنالهاي الكتريكي تبديل مي كند. در صنعت مبدلهاي زيادي نظير دما ، فشار، مكان، سرعت،
شتاب و غيره وجود دارند. خروجي يك مبدل ممكن است گسسته يا پيوسته باشد.
خروجيها
در يك كارخانه عملگرهايي وجود دارند كه فرامين داده شده به آنها را به فرآيند منتقل مي كنند. پمپها، موتورها و رله ها از جمله اين عملگرها هستند. اين وسايل فراميني را كه از بخش پردازش آمده است(اين فرامين معمولا الكتريكي هستند)به كميتهاي فيزيكي ديگر تبديل مي كنند. مثلا يك موتور، سيگنال الكتريكي را به حركت دوار تبديل مي كند. ادوات خروجي نيز مي توانند عملكرد گسسته ويا پيوسته داشته باشند.
پردازش
در يك فرآيند غير اتوماتيك اپراتورها با استفاده از دانش و تجربه خود و با توجه به سيگنالهاي ورودي، فرامين لازم را به فرآيند اعمال مي كنند. اما در يك سيستم اتوماتيك، قسمت پردازش كنترل كه طراحان در آن قرار داده اند، فرامين كنترل را توليد مي كنند. طرح كنترل به دو صورت ممكن است ايجاد شود. يكي كنترل سخت افزاري و دوم كنترل برنامه پذير.
در يك سيستم با كنترل سخت افزاري، بعد از نصب سيستم، طرح كنترل ثابت و غير قابل تغيير است. اما در سيستمهاي كنترل برنامه پذير. طرح كنترلي در يك حافظه قرار داده مي شود و هر گاه لازم باشد، بدون تغيير سخت افزار و فقط برنامه درون حافظه، طرح كنترل را مي توان تغيير داد.
3-1 انواع فرآيند هاي صنعتي
در صنايع امروز طيف متنوعي از فرآيندهاي توليد وجود دارند. از نظر نوع عملياتي كه در فرآيند انجام مي شود، فرآيند ها را مي توان به سه گروه تقسيم كرد:
• توليد پيوسته
• توليد انبوه
• توليد اجزاي جدا
سيستم كنترلي كه براي يك فرآيند بكار گرفته مي شود بايد با توجه به نوع آن باشد.
فرآيند توليد پيوسته
در يك توليد پيوسته مواد در يك رديف و بطور پيوسته وارد فرآيند شده و در سمت ديگر، محصول توليدي خارج مي گردد. فرآيند توليد، ممكن است در يك مدت طولاني به طور پيوسته در حال انجام باشد. توليد ورق فولاد نمونه اي از فرآيند است. در خط توليد ورقه فولاد. بلوكهاي گداخته فولاد ازبين چندين غلتك عبور مي كند و تحت فشار قرار مي گيرد.
در اثر فشار ضخامت قطعه فولاد رفته رفته كم شده و در انتهاي خط توليد ورقه فولاد توليد مي گردد. بسته به طول فولاد چندين دقيقه طول مي كشد تا توليد يك ورقه، كامل گردد.
فرآيند توليد انبوه
در چنين فرآيندي ميزان مشخصي از مواد اوليه وارد خط شده و پس از طي مراحل توليد مقدار مشخصي محصول به وجود مي آيد.
فرآيند توليد اقلام مجزا
در اين نوع فرآيند، هر محصول در طول خط توليد از قسمتهاي مختلفي مي گذرد و در هر بخش، عمليات مختلفي روي آن انجام مي گيرد. در هر قسمت ممكن است اجزايي به محصول اضافه شود تا در انتهاي خط توليد، محصول كامل ساخته شود.
4-1 استراتژي كنترل
كنترل حلقه باز
ايده اصلي در اين كنترل اين است كه سيستم تا حد ممكن دقيق طراحي شود. به طوري كه خروجيهاي دلخواه را توليد كند و هيچ اطلاعاتي را از خروجي فرآيند به كنترل كننده برگردانده نشود تا كنترل كننده تشخيص دهد آيا خروجي در حد مطلوب است يا خير. بدين خاطر ممكن است خطاي خروجي در بعضي مواقع خيلي زياد باشد. در يك سيستم با كنترل حلقه باز تا وقتي كه اختلال و جود نداشته باشد فرآيند به خوبي عمل مي كند، اما اگر اختلال نا خواسته اي باعث شود، خروجيها از حد مطلوب خارج شوند در اين صورت ممكن است سيستم كلي از كنترل خارج شود.
كنترل پيشرو
درموقعي كه اختلالات خارجي كه بر عملكرد سيستم تاثير مي گذارد شناخته شده باشند مي توان با مشاهده و اندازه گيري ميزان اختلال تا حد امكان اثر اختلال را جبران نمود. اين نوع كنترل را كنترل پيشرو مي گويند. اين نحوه كنترل هنگامي كه ميزان اختلال كم باشد و بتوان به طور دقيق آن را اندازه گرفت مناسب است. اما اگر اختلال خيلي زياد باشد شيوه مناسبي نيست. همچنين در مواقعي كه اندازه گيري خروجي به طور مستقيم امكان پذير نباشد، اين نوع كنترل مناسب نيست.
كنترل حلقه بسته (Field back) :
در اين كنترل براي جبران اثر اختلال ، خروجي سيستم اندازه گيري مي شودو در صورتي كه خروجي از مقدار مطلوب فاصله داشته باشد، تدابير كنترلي مناسب براي جبران آن اعمال مي شود. به اين صورت كه خروجي سيستم اندازه گيري شده و تفاوت آن با مقدار مطلوب محاسبه مي گردد. تفاوت بين اين دو كميت به كنترل كننده داده شده و كنترل كننده با توجه به ميزان اين خطا فرآيندرا كنترل مي نمايد.
سيگنال خطا=نقطه تنظيم - ميزان اندازه گيري شده E=SP-MV
بايد توجه كرد كه صفر نمودن خطا در عمل امكان پذير نيست ودر هر سيستم كنترلي هميشه تفاوت ناچيزي بين خروجي مطلوب و خروجي واقعي وجود خواهد داشت، اما تا وقتي كه اين خطا تا حد قابل قبول باشد از آن چشم پوشي مي گردد.
5-1 انواع كنترلر ها
كنترلر مغز متفكر يك پردازش صنعتي است و تمامي فراميني را كه يك متخصص در نظر دارد اعمال كند تا پروسه، جريان استاندارد خود را در پيش گيرد و نهايتا پاسخ مطلوب حاصل شود از طريق كنترلر به سيستم فهمانده مي شود. در واقع هرگاه پروسه هاي صنعتي به تنهايي و بدون استفاده از كنترل كننده در حلقه كنترل قرار گيرند معمولا پاسخهاي مطلوبي را به لحاظ ويژگيهاي گذرا يا ماندگار نخواهند داشت. بنابراين انتخاب و برنامه ريزي يك كنترلر مناسب از مهمترين مراحل يك پروسه صنعتي است. انتخاب كنترلر با توجه به درجه اهميت پاسخ گذرا يا ماندگار و يا هر دو و همچنين ملاحظات اقتصادي ويژه صورت مي پذيرد.
يك كنترلر چگونه عمل مي كند؟ در ابتدا سيگنال خروجي از سنسور وارد كنترلر مي شود و با مقدار مبنا مقايسه مي گردد و نتيجه مقايسه كه همان سيگنال خطا مي باشد، معمولا در داخل كنترلر هم تقويت شده و هم بسته به نوع كنترلر و پارامترهاي مورد نظر، عملياتي خاص روي ان انجام مي گيرد سپس حاصل اين عمليات به عنوان سيگنال خروجي كنترل كننده به بلوك بعدي وارد مي شود.
مقايسه سيگنالها و تقويت اوليه در همه كنترلر ها صرف نظر از نوع انها انجام مي گيرد ، در واقع اين عمليات بعدي است كه نوع كنترلر را مشخص مي كند.
كنترلر ها از نظر نوع عملكرد به انواع زير تقسيم بندي مي شوند:
1-5- 1كنترلر هاي ناپيوسته (گسسته)
• كنترلر هاي دو وضعيتي: اين نوع كنترلرها ساختماني ساده و كم حجم دارند و به نسبت ارزانتر از ديگر كنترلرهاي پيچيده هستند به همين خاطر كاربردهاي فرواني در صنعت و در مكانهايي كه كنترل تركيبي ، پيوسته و پيچيده مورد نظر نيست دارند.
• كنترلر هاي سه وضعيتي
• كنترلرهاي چند وضعيتي
انواع كنترلرها
2-5-1 كنترلر هاي پيوسته:
كنترلر تناسبي: (Proportional)
در اين نوع كنترلر بين خروجي و ورودي يك نسبت مستقيم وجود دارد با يك ضريب مشخص كه آنراگين يا بهره كنترل كننده مي نامند.
سيگنال خطا *Kp = خروجي
البته كنترلر تناسبي به تنهايي كافي نيست . زيرا وقتي خروجي سيستم بسمت مقدار مطلوب پيش مي رود، خطا كاهش يافته و در نتيجه خروجي كنترلي نيز كم مي گردد.
بنابراين همواره يك خطاي ماندگار بين مقدار مطلوب و خروجي واقعي وجود دارد.
اين خطا را مي توان با افزايش بهره كنترل كننده كاهش داد اما باعث ناپايداري سيستم و نوسان خروجي مي شود. براي حل اين مشكلات معمولا كنترلر تناسبي را همراه كنترلرهاي مشتق و انتگرال بكار مي برند.
كنترلر انتگرالي(Integral):
همانطور كه از نامش پيداست بين ورودي و خروجي يك رابطه انتگرالي برقرار است
اين كنترلر براي جبران خطاي ماندگار به كار مي رود، زيرا تا وقتي كه خطايي در خروجي وجود داشته باشد، جمله انتگرال تغيير پيدا مي كند و در نتيجه خطاي خروجي رفته رفته كاهش مي يابد.
كنترلر تناسبي – انتگرالي (PI) :
كنترلر PIتركيبي از كنترلر انتگرالي و تناسبي است كه به صورت موازي بهم وصل شده اند. (شكل2-5) اين كنترلر اگر بطور صحيح طراحي شود مزاياي هر دو نوع كنترل انتگرالي و تناسبي را خواهد داشت . پايداري ، سرعت و نداشتن خطاي حالت ماندگار از ويژگيهاي اين كنترلر است.
شكل 2-5 : كنترلر PI
كنترلر تناسبي – مشتق گير(PD):
كنترلر PDاز تركيب موازي دو نوع كنترلر مشتق گير و انتگرالي ايجاد مي شود.
كنترلر مشتق گير داراي اين مشخصه است كه خود را سريعا با تغييرات ورودي هماهنگ مي كنند
لذا در مواردي كه پاسخ سريع خروجي مد نظر است مي توان از اين نوع كنترلر ها استفاده كرد اما از انحايي كه عمل مشتق گيري باعث تقويت نويزهاي موجود در محيط پروسه مي شوند و به علاوه مشتق گيرها تنها نسبت به تغييرات ورودي حساسيت نشان مي دهند بنابراين مشتق گيرها به تنهايي مورد استفاده قرار نمي گيرند بلكه هرگاه نياز به خاصيت مشتق گيري در يك پروسه باشد ، كنترلر آن را به صورت مشتق گير- تناسبي يا مشتق گير- انتگرالي يا مشتق گير- تناسبي – انتگرالي مي سازند.
كنترلرPID:
اين نوع كنترلر از تركيب موازي سه كنترلر تناسبي ، انتگرالي و مشتق گير ايجاد مي شود و متداولترين نوع كنترلر در صنايع مي باشد.
شكل3-5 : كنترلرPID
انواع ديگري از كنترلرها كه از نظر منبع تغذيه مورد استفاده ، ساختمان داخلي و انواع كاربردها با كنترلر هاي ذكرشده در بالا اندكي متفاوت هستند.
• كنترلر هاي نيوماتيكي(Pneumatic): اين نوع كنترلر از باد و هواي فشرده بعنوان منبع تغذيه استفاده مي كند. بدليل ساختمان ساده، راحتي تعمير و نگهداري ، ايمني در برابر انفجار و اتش سوزي و ارزاني انها كاربردهاي فراواني در صنعت داشته اند و امروزه بدليل جايگزين شدن سيستمهاي پيچيده الكترونيكي و نرم افزارهاي كنترلي قابل تغيير و پياده سازي بر روي سيستمهاي الكترونيكي ، كمتر از كنترلر هاي نيوماتيكي استفاده مي شود.
• كنترلر هاي هيدروليكي(Hydraulic): اين نوع كنترل كننده ها از نيروي روغن هيدروليك تحت فشار به عنوان منبع تغذيه استفاده مي كنند، مزاياي زيادي كه اينگونه سيستمها دارند، باعث شده تا جاي خوبي براي خودشان در صنعت باز كنند و در جاهايي كه حركات تحت فشار و وزن بالا انجام مي پذيرد سيستمهاي هيدروليك بهترين و دقيق ترين عملكرد را از خود نشان مي دهند كنترلر هاي هيدروليك علاوه بر قابليت انجام حركت سنگين بطور پيوسته داراي دقت و سرعت عمل بسيار خوبي نيز مي باشند. امروزه با وجود جايگزيني مدلهاي الكترونيكي پيچيده تر و كارامد تر هنوز هم نمي توان كارايي هاي بالا و منحصر به فرد سيستمهاي هيدروليكي را ناديده گرفت.
• كنترلرهاي الكترونيكي (Electronic): كنترلرهاي الكترونيكي ، كنترلرهايي هستند كه از نيروي الكتريسيته جهت كنترل، هدايت و فرمان دادن استفاده مي كنند .
6-1 سير تكاملي كنترل كننده ها
در سال 1940 براي نماسازي دستگاههاي كنترلي از سيگنال فشار 3psi تا 15psi استفاده مي شده است . در سال 1960سيگنالهاي استاندارد انالوگ 4mA-20mA براي كنترل ابزار دقيق مورد استفاده قرار گرفته است در همان زمان برخي از استانداردهاي ديگر نيز بوجود آمد. توسعه پردازنده ديجيتال در دهه 70ميلادي ، استفاده از كامپيوترهاي رابراي نماسازي و كنترل يك سيستم ابزار دقيق از يك نقطه مركزي توسعه داد. در دهه 90 براي بهينه سازي اجراي سيستم هاي كنترل و فشردگي بيشتر سيستها فيلدباس ايجاد گرديد كه به تدريج استاندارد شد. انچه تصويرزيربيان مي كند اين است كه سير پيشرفت علم كنترل از اتوماسيون مكانيكي اغاز گرديده و سپس با اتوماسيون پنوماتيك ادامه يافته و پس ازآن بسمت الكتريكي شدن پيش رفته است . پس از ايجاد كنترل كننده هاي قابل برنامه ريزي ، انفور ماتيك و الكترونيك رشد كرده و به شيوه الكترونيكي در حجم گسترده تري بوجود آمده است.
آزمایش کنترل سطح مایع
مقدمه
فرآيند هاي كنترل سطح و دبي مايع موارد استفاده زيادي دارد . به طور يكه مي توان گفت
كليه ي واحد هاي عملياتي در صنعت ازجمله رآكتورهاي شيميايي ، مخازن نگهداري ، سيستم خطوط لوله ، مبدلهاي حرارتي و بسياري از موارد ديگر نياز به اين سيستم كنترل دارند . کنترل سطح مایع در صنايع مختلف ازجمله پالایشگاه نقش حیاتی و عمده ای دارند.
تئوري آزمايش
جهت كنترل سطح مايع روشهاي كنترلي زيادي وجود دارد
1. كنترل دستي
2. كنترل ON/of
3. استفاده از كنترلر ها
كنترلر ها انواع مختلفي دارند كه ما در اين آزمايش سه نوع كنترلر را مورد بحث قرار
مي دهيم : 1)كنترلر تناسبي 2)كنترلر تناسبي انتگراليPI 3) كنترلر تناسبي- انتگرالي -مشتقي كه در اين آزمايش هدف ما طراحي يك كنترلر جهت كنترل سطح مايع مي باشد.
كنترلر تناسبي :
در اين عمل رابطه اي خطي بين خروجي و ورودي كنترل كننده وجود دارد.
كنترلر تناسبي انتگراليPI
خروجي از اين كنترل كننده ها به طور خطي متناسب با مجموع خطا و انتگرال خطاست.
كنترلر تناسبي- انتگرالي- مشتقي:
در اين كنترل كننده ها خروجي به طور خطي متناسب با مجموع خطا و مشتق خطا و انتگرال خطاست.
طراحي كنترلر ها
دو روش كلاسيك جهت تنظيم كنترل كننده هاي PID توسط زيگلر- نيكولز در سال 1942 ارائه شده است كه هنوز به صورت گسترده در صنعت استفاده مي شوند . در اين روش مدل تخمين زده شده جداولي در اختيار در قرار مي گيرند كه ضرايب كنترل كننده را مشخص مي سازد . اين ضرايب بايستي در عمل با مشاهده رفتار حلقه بسته سيستم تنظيم گردند لذا به اين روشها روشهاي زيگلر نيكولز گفته مي شود. زيگلر نيكولز دو روش را پيشنهاد كرده اند كه اين دو روش عبارتند از : 1)روش پاسخ پله2)روش پاسخ فركانسي ما در اين آزمايش از روش پاسخ فركانسي استفاده مي كنيم پس به بررسي روش پاسخ فركانسي مي پردازيم.
روش پاسخ فركانسي:
نقطه نهايي ارتباط مستقيمي با ناپايداري سيستم دارد . به تجربه مشاهده شده است كه بسياري از سيستم هاي مدار بسته با كنترل كننده تناسبي با فركانسي كه بهره كنترل كننده افزايش مي يابد . ناپايدار مي گردد . زماني كه مقدار بهره به ميزاني تنظيم گردد كه سيستم در مرز
ناپايداري قرار گيرد رابطه بين ورودي و خروجي فرآيند حتماً 180- اختلاف فاز خواهد داشت . زماني كه به مرز ناپايداري برسيم مقدار حلقه بايستي به 1- رسيده باشد. يعني : لذا اگر به حالت مرز ناپايداري نزديك شويم مقدار نهايي در پاسخ فركانسي از رابطه زير تعيين مي شود . لذا فركانس نهايي همان فركانس نوسانات در مرز ناپايداري بوده و مقدار بهره فرايد از رابطه زير تعيين خواهد شد.
تعيين PB
ميزان PB از آزمايش پاسخ فركانسي يا بر حسب ميزان كنترل كننده تناسبي و يا از روي دامنه رله در فيدبك محاسبه مي شود . كه در اين آزمايش ما با استفاده از كنترل كننده تناسبي ضرايب را به دست آورديم. در اين روش PB هاي مختلف را براي سيستم امتحان مي نيم تا سيستم به نوسانات منظم دست يابد در اين حالت به PB مطلوب دست يافته ايم و با استفاده از جدول زيگلر نيكولز ضرايب مورد نياز جهت طراحي كنترلر PI,PID مشخص مي شوند.
شرح دستگاه:
اين دستگاه متشكل از دو مخزن مي باشد كه هدف ما در اين آزمايش كنترل سطح مايع در مخزن بالايي مي باشد . مخزن پاييني آبي را كه به واسطه ي كنترل سطح مايع از مخزن بالايي خارج ميشود جمع مي كند.
پمپ: كه با خاموش و روشن كردن آن مي توان جريان آب را برقرار يا قطع كرد .
شير مغناطيسي : اين شير كه به تانك بالايي متصل است اجازه مي دهد كه جريان آب از تانك بالايي به تانك پاييني جريان يابد .
شير مغناطيسي : كه اجازه مي دهد آب به تانك بالايي جريان يابد با باز بودن ارتفاع از در تانك بالايي افزايش و با بسته شدن آن ارتفاع كاهش مي يابد.
شير هاي دستي : شير MV3 در زير تانك بالايي به طوري كه وقتي شير MV2 به طور كامل بسته باشد و شير MV1 به طور كامل باز باشد جريان از
مي گذرد .
يك شماي كلي از سيستم كنترل سطح مايع در يك مخزن را مي توان به صورت زير در نظر گرفت :
شرح آزمايش
كنترل دستي سطح با استفاده از يك سيستم مدار باز
با استفاده از اين روش سطح مايع داخل تانك را مي توان از طريق يك سيستم مدار باز و به صورت دستي تنظيم كرد. جهت انجام اين آزمايش مدار سيم كشي مربوط به آن را مي بنديم. (به دستور كار آزمايشگاه كنترل فرآيند مراجعه شود. ) جهت كنترل سطح بايد آنقدر با دست شدت جريان را تغيير دهيم تا به مقدار set point برسيم. اگر در اين حالت اغتشاشي به سيستم وارد كنيم مثلاً مقدار دبي ورودي را به ميزان مشخصي زياد كنيم سيستم قادر به كنترل سطح نمي باشد تا وقتي كه خودمان با دست دبي را كم كنيم .
كنترل on/off سيستم
يكي از ساده ترين روشهاي كنترل كردن سيستم كنترل مدار باز است اين روش يك روش كنترل محسوب نمي شود زيرا سيستم بدين طريق كنترل نمي شود . اگرچه براي كنترل دستي يك سيستم باز ترتيب داده مي شود ولي نميتوان به آن كنترل مدار باز اطلاق نمود زيرا در اين صورت از طرف كسي كه سيستم را on/off مي كند يك فيدبك به سيستم داده مي شود در صورتي كه در مدار نبايد هيچ گونه فيد بكي وجود داشته باشد. وقتي از روش on/off استفاده مي كنيم وسايل مورد نياز به طور كلي بسته و يا باز هستند و هيچ حد وسطي وجود ندارد. به سه طريق زير مي توان ارتفاع داخل تانك را كنترل كرد :
1. كنترل سيستم از طريق on/off كردن پمپ
2. كنترل سيستم از طريق on/off شير مغناطيسي SV2
3. كنترل سيستم از طريق on/off نمودن شير مغناطيسي SV1
اين آزمايش از طريق on/off نمودن پمپ قابل انجام مي باشد ولي از آنجا كه در اين آزمايش پمپ مكرراً خاموش و روشن مي شود تا مقدار آب را داخل تانك كنترل كند و بدين طريق عمر پمپ كوتاه مي شود بنابر اين روش ، روش مناسبي جهت كنترل نمودن ارتفاع جريان نمي باشد.
كنترل سيستم از طريق نمودن on/off شير مغناطيسي SV2
در اين مرحله جهت كنترل ارتفاع از شير مغناطيسي استفاده مي شود كه به تانك بالايي متصل است و اجازه مي دهد كه جريان آب از تانك بالايي به تانك پاييني جريان پيدا مي كند . در اين صورت موقعي كه ارتفاع واقعي بالاي مقدار مطلوب باشد شير بايستي باز شود تا مقدار آب بيشتري بتواند خارج شود و زماني كه مقدار واقعي زير مقدار مطلوب باشد كليد آن بايستي خاموش شده و شير بسته شود و در نتيجه ارتفاع آب مي تواند افزايش يابد. جهت انجام اين آزمايش موارد زير را انجام مي دهيم:
دياگرام سيم كشي مربوطه را كامل مي كنيم. (به دستور كار آزمايشگاه مراجعه شود). سپس شير MV2 را به طور كامل باز كرده و شير دستي MV3 را تا 50% باز مي نماييم. وقتي hystresis را روي مقدار مينيمم قرار ديم چون حساسيت روي مينيمم است با كوچكترين تغييري باز و بسته مي شود تا سطح را كنترل كند و اين امر سبب كاهش عمر دستگاه مي شود بنابراين سعي مي كنيم hystresis را روي مقدار ي مياني قرار داده در اين حالت حساسيت نسبت به تغيير ارتفاع كمتر بوده و تعداد باز وابسته شدن كاهش مي يابد.
كنترل سيستم از طريق on/off نمودن شير مغناطيسي SV1
سيم كشي مربوط به اين حالت را با توجه به دستور كار آزمايشگاه بسته شير MV3 در زير تانك اصلي را در حدود 50% باز كرده و شير MV2 را به طور كامل مي بنديم و شير MV1 را به طور كامل باز نموده اين امر سبب مي شود كه جريان ازSV1 بگذرد. چنانچه hysterises را در وضعيت مينيمم قرار دهيم سرعت خاموش و روشن شدن SV1 بسيار زياد مي باشد طوري كه به محض اينكه ارتفاع سطح در مخزن افزايش مي يابد 1SV بسته شده و وقتي ارتفاع مايع كم شود شير باز مي شود.
كنترل سطح با استفاده از سيستم مدار بسته تناسبي
مدار مربوطه را با مراجعه به گزارش كار آزمايشگاه بسته و مراحل زير را انجام مي دهيم:
1. شير MV3 را بسته و MV2 وSV2 را باز مي كنيم .
2. اتصال PI را با كامپيوتر برقرار مي كنيم.
هدف در اين قسمت تعيين ضرايب زيگلر نيكولز براي كنترل كننده ها مي باشد كه براي اينكار با توجه به آنچه در تئوري گفته شود عمل مي كنيم.
PB=7. 5
PB=6. 5
PB=5. 5
مشاهده مي شود كه نوسانات نامنظم است PB را كاهش مي دهيم تا به نوسانات منظم دست يابيم.
PB=4. 5
PB=3. 5
نوسانات منظم است، زمان یک نوسان کامل را اندازه می گیریم. Tu=14 PB*2=7 PI: PB*2. 2=7. 7 Tr=Tu/1. 2=14/1. 2=11
PB=7
PB=8
PID: PB*1. 2=6 Tr=7 Tu=2
کنترلر P بهترین کنترلر برای کنترل سطح است.
بحث و بررسي نتايج حاصله
آنچه كه مهم است در فرآيند هاي شيميايي سطح مايع نبايد روي ميزان دقيقي كنترل شود بلكه اين ميزان داراي حداقل و حداكثر مي باشد . در نتيجه استفاده از يك كنترل كننده ي تناسبي با افت كنترل مناسب جوابگوي نياز خواهد بود . اين امر سبب مي شود كه جريان خروجي از سيستم سطح مايع داراي نوسان شديد نباشد. با افزايش شدت جريان ورودي ارتفاع ورودي مايع سريعاً افزايش و با كاهش آن كاهش مي يابد كنترل كننده ي تناسبي به آرامي تغييرات سطح مايع را كنترل كرده و مانع از فرا رفت زياد در جريان خروجي از سيستم (كه معمولاً در فرآيند ها اين جريان خروجي از سيستم كه معمولاً در فرآيند ها اين جريان خروجي به سيستم بعد خواهد رفت) مي گردد و معمولاً چون از مخازن سطح مايع به عنوان جزء واسطه استفاده مي نماييم هدف اين است كه جريان خروجي از اين مخازن جريان هاي پيوسته و با تغييرات كم باشد و اگر كنترل كننده اي استفاده شود كه تغييرات سطح مايع يا تغييرات در شدت مايع ورودي به مخزن را خيلي سريع در شدت جريان خروجي اثر دهد ديگر استفاده از اين مخازن بي معني خواهد بود .
يعني مثل اين است كه به جاي مخازن لوله اي قرار داده ايم كه تغييرات ميزان جريان ورودي عيناً در خروجي ظاهر مي شود. به همين علت استفاده از كنترل كننده ي PI در سيستم هاي كنترل سطح مايع توصيه نمي شود. زيرا عمل انتگرال برگشت دادن سريع سطح مايع در مخزن توسط تغييرات شديد شدت جريان خروجي از آن خواهد بود و اين تغييرات روي عملكرد سيستم هايي كه از اين مخزن به طور سري تغذيه مي شوند تاثير نامطلوبي خواهد گذارد .
در سيستم هايي كه كنترل دقيق سطح مايع مورد نياز است مثل راكتور هايي كه زمان اقامت مواد در آن حائز اهميت باشد استفاده از كنترل كننده ي PI اجتناب ناپذير است.
