دانلود تحقیق سیستمهای کنترلی و سخت افزاری مرسوم

سیستمهای کنترلی و سخت افزاری مرسوم

در این فصل ما تجهیزات کنترلی، کارآیی کنترلر، تنظیم کنترلر و مفهوم طراحی سیستمهای کنترلی عمومی را مطالعه می کنیم.

سؤالهای بوجود آمده شامل : چگونه می توانیم نوع شیر کنترلی مورد استفاده را انتخاب کنیم؟

چه نوع سنسورهای می توانیم مورد استفاده قرار دهیم؟

کدام مشکلها باعث ایجاد سیگنالهای خطا می شود انواع کنترلرها که باید برای یک کاربرد مورد نظر انتخاب کنیم؟

چگونه می توانیم یک کنترلر را تنظیم کنیم؟

ابتدا باید در بعضی از سخت افزارهای کنترلی جستجوی مختصری انجام دهیم که در سیستمهای کنترلی فرآیندی در حال حاضر مورد استفاده است.

از قبیل ترانستیرها، شیرهای کنترلی، کنترلرها و غیره ...

پس ما در مورد کارآیی کنترلرهای مرسوم و تکنیکهای تجربی تنظیمی که در حال حاضر اجرا می شوند بحث می کنیم نهایتاً در مورد مفهوم بعضی از طراحی های مهم و اکتشافاتی که در مشخص کردن ساختار یک سیستم کنترل برای یک فرآیند مفید است صحبت می کنیم.

1  .

3 – ابزارهای کنترلی

بعضی از شناختها از سخت افزارها و نرم افزارهای کنترلی قبل از اینکه بتوانیم در مورد انتخاب و تنظیم آنها بحث کنیم مورد نیاز است ما در مورد جزئیات اینکه مکانیک سیستمهای متنوع  چگونه عمل می کنند و همچنین دستگاههای پنوماتیک، هیدرولیک و الکترونیک محاسبه گری که ساخته شده اند کاری نداریم.

این جزئیات nitty – gritty می تواند از ابزار دقیق و فروشنده های کامپیوترهای کنترل فرآیندی فراهم شود.

هیچکدام از جزئیات برنامه ریزی یک سیستم کنترل تداخلی در اربتاط با کار ما نمی باشد.

هر فروشنده یک سری از جزئیات را ارائه می دهد.

ما فقط به دانستن اساس کار آنها و چیزهای را که در نظر دارند انجام دهند، نیاز داریم.

در ضمیمه B تصاویر قسمتهای از سخت افزارها داده شده است.

یک تحول واقعی در سخت افزارهای ابزار دقیق در دهه های اخیر ایجاد شده است.

در بیست سال قبل بیشترین سخت افزارهای کنترلی مکانیکی و پنتوماتیک بودند.

از فشار هوای ابزار دقیق جهت راندن ابزار و سیگنالهای کنترل استفاده می کنیم.

لوله کشی می بایست به عقب برمی گشت و میان تجهیزات فرآیندی و موقعیت مرکزی تحت عنوان اتاق کنترلی انجام می شد.

اتاق کنترل جایی بود که همه کنترلها و ثبت کننده ها در آن نصب و سیگنالها روی ثبت کننده های کاغذی ثبت می شدند.

امروزه بیشتر واحدهای جدید از میکرو پروسسور و سخت افزارهای DCS استفاده می کنند که حلقه های کنترلی را شبیه سازی می کنند.

اطلاعاتی که در آن CRT ها نمایش داده می شوند (CRT : لوله های اشعه کاتدی).

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.

شکل 1 – 3

سنسور، ترانسمتر و شیر کنترل به صورت فیزیکی روی تجهیزات فرآیندی نصب شده اند و کنترلر معمولاً روی یک پنل یا در کامپیوتر در یک اتاق کنترل که از تجهیزات فرآیندی به روز است قرار دارند و همچنین سیستم هایی که دو موقعیت (سیگنال های جریان از ترانسیمترها به کنترلرها و از کنترلر به المان کنترل نهایی) را به هم وصل می کنند.

سیستم های آنالوگ سیگنال های هوا فشار را در (psi 15-3) یا نسبت جریان بر ولتاژ را در (MA 20- 4 ، MA 50-10 یا 10 – 0 ولت مستقیم) را استفاده می کنند.

آنها به وسیله تعمیر کننده های هوای ابزار دقیق تغذیه می شوند سیستم های پنیوماتیک یک سیگنال فشار – هوا ارسال می کنند.

شیرها توسط فشار هوا تحریک می شوند.

سیگنالهای جریان معمولاً به فشار هوا تبدیل میشوند.

یک () جریان به فشار ترانسفورماتوری است که برای تبدیل سیگنالهای MA 20-4 به فشارهای Psi 15 – 3 استفاده می شود.

تحت شرایط غیر عادی یا در زمان شروع، اوپراتور واحد ممکن است وضعیت شیر کنترل را به جای دانستن موقعیت یا وضعیت کنترل بخور و تنظیم وضعیت شیر کنترل مطلوبش باشد.

یک تغییر معمولاً روی یک پنل کنترل یا در سیستم کامپیوتر فراهم می شود.

به عنوان طرح در شکل 2-3 .

FIGURE    3.2

Manual/automatic  switching

در وضعیت کارکرد دستی اپراتور می تواند به شیر ضربه بزند یا دسته را تغییر دهد.

(یک ریگلاتور فشار در یک سیستم پنیوماتیک یا یک پتانسیل سنج در یک سیستم الکتریکی آنالوگ)

هر کنترل موارد زیر را انجام دهد.

نشان دادن مقدار متغیر کنترل شده (سیگنال ) از ترانسیمتر (PV )

نشان دادن تعداد سیگنال فرستاده شده به شیر (خروجی کنترلر) (CO)

نشان دادن سیگنال مقدار مقرر (SP)

داشتن یک انتخاب دستی اتوماتیک آبشاری (Cas code)

داشتن دستگیره برای تنظیم مقدار مقرر

داشتن یک دستگیره برای تنظیم سیگنال به شیر هنگامیکه کنترلر روی حالت دستی است.

همه کنترلرها پنیوماتیک با سی سال عمر یا میکرو کنترلرهای همراه با میکرو پروسسورهای مدرن هم چنین خصوصیاتی دارند.

1-1-3 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.

مختصراً آنالیز این سیستم های غیر پیوسته «داده – نمونه» را در قسمت پنجم مطالعه می کنیم.

به طور اختصار در اینجا در مورد بعضی از آلمانهای دریافت کننده معمولی بحث می کنیم.

جزئیات عملیات آنها و خصوصیات مرتبط و قیمتها در چندین هندبوک داد ه شده است : Instrument engineers Handbook by B.G.Liptak , Chilton , , 1970 ; and Measurment fundamentals by R.L .

Moore Instrument society of , Research Triangle park , NC , 1982.

A ) جریان صفحات اریفیس از معمولی ترین نوع به دست آورنده نرخ جریان هستند.

افت فشار جریان عبوری با توان دوم جریان در هم رابطه مستقیم دارد.

بنابراین اندازه گیری اختلاف فشار قادر است یک سیگنال را که می تواند با دبی در ارتباط باشد، بدهد.

به صورت عملی صفحات ارفیس طراحی می شود تا افت فشاری حدود بیشت تا دویست inH2O ایجاد کند.

توربین سنج ها کاربرد گسترده ای دارند آنها گران هستند اما دقت زیادی در اندازه گیری جریان دارند.

انواع دیگر جریان سنج ها شامل جریان سنج های صوتی، جریان سنج های مغناطیسی، روتامتر، ورنکس شرینگ و لوله های پیتوت می باشند.

در سیستم های برگشتی گازی مقدار عمده افت فشار در میان جریان سنج می تواند از افت فشار کم ایجاد شود .

از دو مورد اشاره شده قبلی مثالهای هستند که در حال استفاده شدن می باشند.

هنگامیکه یک سنسور جریان نصب شده است برای افت در اندازه گیری نرخ جریان مطلق، خیلی از احتیاط ها باید رعایت شود.

همانند فراهم کردن یک خط لوله طولانی از لوله قبل از صفحه اریفیس برای رسیدن به اهداف کنترلی .

به هر حال نیاز نیست مقدار مطلق جریان را بدانیم اما نرخ تغییرات جریان لازم است بنابراین افت فشار در کنار قسمتهای متفاوت تجهیزات، دور زانویی ها و یا روی قسمتهایی از لوله بعضی مواقع می توانند برای محاسبه زبری در تغییر و بدی استفاده شوند.

این سیگنالها از مقادیر اندازه گیری شده جریان هستند و از آنجا که به دلیل درهم بودن جریان، نوسان زیادی حول مقدار حقیقی دارند به اصطلاح شلوغ تعبیر می شوند.

این سیگنال معمولاً نیاز دارد که فیلتر شود (از میان یک وسیله الکتریکی عبور کرده و یک سیگنال راست آزاد شود قبل از اینکه به کنترلر فرستاده شود) B ) دما ترموکوپها عمومی ترین وسایلی هستند که به عنوان دستگاههای اندازه گیری دما استفاده می شود.

این دستگاه به طور معمول روی دیواره گرم که می تواند دمای یک مخزن و یا لوله را اندازه بگیرد قرار داده می شود، دو سیم ناهمگون ، سیگنال میلی ولت را که با یک اتصال گرم تغییر می کند، را فراهم می کند.

ترموکوپل های آهن – کنستانتن معمولاً در حدود رنج حرارتی F 130-0 استفاده می شود .

حبابهای پر شده نیز معمولاً سنسورهای هستند که زیاد استفاده می شوند در این حالت یک گاز بی اثر در میان سیستم قرار دارد.

تغییر در دما در اثر فشار گاز ایجاد می شود.

دماسنج های مقاومتی معمولاً وقتیکه مقدار دقت در دما زیاد و اختلاف دما کم است استفاده می شود آنها به این صورت که مقاومت در سیم در اثر تغییر دما تغییر می کند و دما را گزارش می کند استفاده می شوند.

پاسخ دینامیکی بیشترین سنسورها معمولاً از خود فرآیند سریعتر هستند.

ثابت زمانی ترموکوپل یک چشمه حرارتی سنگین می تواند 30 ثانیه یا بیشتر باشد اما اگر چشمه حرارتی با پلیمر یا ماده لزج دیگر پوشیده شده باشد زمان پاسخ می تواند چندین دقیقه باشد.

این می تواند به طور قابل توجهی کارآیی کنترلی را درجه بندی کند.

C ) اختلاف فشار لوله های بوردن، دهنده و دیافراگم ها، بای حس کردن فشار و اختلاف فشار استفاده می شود به طور مثال در یک سیستم مکانیکی نیروی فشار فرآیندی به وسیله حرکت یک متر، متعادل می گردد وضعیت فنر وابسته به فشار فرآیندی است.

D ) سطح سطوح مایع به روشهای گوناگون شناسایی شده اند که سه روش عمومی ترین هستند که عبارتند از : 1- پیروی از موقعیت یک شناور که نسبت به سیال سبکتر است.

2.

اندازه گیری وزن ظاهری سیلندر سنگین که در بالا یا پایین مایع شناورمی ماند ( که به اینها متدهای جابجایی می گویند ) 3.

اندازه گیری اختلاف فشار استاتیک بین دو ارتفاع ثابت که یکی در بخار بالای مایع و دیگری زیر سطح مایع قرار دارد.

همان طور که در شکل 3-3 نشان داده شده ، اختلاف فشار بین دو مجرای اتصال که مستقیمأ به سطح مایع در مخزن متصل می شود .

در طرح قبلی ، فرآیند مایع و بخار ، مستقیمأ به ابزار اندازه گیری فشارهای مختلف متصل می شود ( فرستنده P∆) و لذا باید از تقطیر بخار در خط اتصال ( به نام خط تحریک ) شیر بالای جلوگیری کرد .اگر این خط با مایع پر شود ، اختلاف فشار زیر صفر خواهد بود حتی اگر سطح مایع ، بالاتر از سطح شیر با دومی بوده بطوریکه فکر کنید ، سطح آن پایین می باشد و برای در نظر گرفتن موارد ایمنی به علت افزایش سطح ، حسگر سطح ثانویه باید به طور مجزا برای یافتن افزایش سطح استفاده شود .

حفظ خط تحریک بخار به صورت گرم یا تصفیه آن بهمراه جریان کم بخار، گاهی سبب می شود که کاملأ از مایع پر نشود .

همچنین تصفیه آن با مقدار کم مایع مثمر ثمر است زیرا می دانید که این سطح همیشه پر از مایع است و بنابراین در صفر قابل تنظیم بوده تا سطح صحیح مشخص گردد، به علت مشکلات اتصالی یا فرسایشی ، گاهی لازم است تا سیال فرآیند دور از فرستنده P∆ قرار گیرد که این کار با مهره های دیافراگم مکانیکی یا تصفیه امکان پذیر است ( نشانگر مقدار کم مایع یا گاز در خطوط اتصال که به فرآیند باز می گردند ) البته تهیه سطح شیر برای قسمت تحتانی مخزن کار سختی است .تصفیه مقدار کم گاز در تیوب باعث ایجاد فشار در طرف فشار بالای