مجموعه مقالات (( کنترل به زبان ساده )) کنترل دو وضعیتی

کنترل به زبان ساده  (سیستم کنترل دو وضعیتی) 

 کنترل دو وضعیتی ( ON/OFF Control )

همانگونه که از نام این نوع کنترل مشخص است سیستم فوق در دو وضعیت عمل می کند.عامل اجرایی این سیستم یا در وضعیت تحریک یا در وضعیت عدم تحریک می باشد.

بدین معنی که در هنگام تغییرات متغیر تا میزان حداقل مقدار خود  ( Low Range Limit ) ، عامل اجرائِی ( On/Off Valve  )  در جهت عکس عمل فوق تحریک شده و سعی در جبران بهبود وضعیت خواهد داشت  ( افزایش میزان ) و همین طور در صورت تغییرات متغیر تا میزان حداکثر خود  ( High Range Limit ) خلاف عمل فوق صورت می گیرد ( کاهش میزان ) .

برای درک صحیح مطلب و به منظور جلوگیری از پیچیدگی موضوع ،  نمای زیر را مورد بررسی قرار داده و چگونگی عملکرد آن را شرح خواهیم داد .

 همانطور که مشاهده میکنید سطح ارتفاع  سیال در مخزن پائین تر از میزان درخواست میباشد . لذا در چنین شرایطی دستگاه اندازه گیر ( Capacitance Probe ) میزان سطح سیال  را سنجیده و به بخش کنترلر ارسال میدارد ( PV  ) . در دستگاه کنترلر دریافتی از عامل سنجش با میزان درخواست مقایسه گردیده  و چنانچه ( PV < SV ) باشد ،  کنترلر فرمان باز شدن ولو را بمنظور رسیدن سطح ارتفاع سیال به نقطه دلخواه را صادر مینماید .

 این وضعیت   (  On/Off Valve = Open  ) تا رسیدن سطح ارتفاع سیال به نقطه دلخواه ادامه خواهد داشت و درست در همان نقطه کنترلر فرمان بسته شدن ولو را به جهت عدم افزایش سطح سیال صادر مینماید ( PV = SV )  .

 تابع عملکرد سیستم کنترل ON/OFF را  میتوان بشکل ذیل ترسیم نمود .

سادگی سیستم کنترل دو وضعیتی ، از جمله ویژه گیهای برجسته آن است . همین سادگی باعث شده این نوع از سیستم کنترل در فرآیندهای گوناگون مورد استفاده فراوان داشته باشد .

برخی موارد آشنائی از سیستم کنترل دو وضعیتی بشرح ذیل میباشد .

n      سیستم کنترل دما در آبگرمکن برقی خانگی :

 در آبگرمکن های برقی خانگی عامل اجرائی المنت برقی ( مولد حرارت ) بوده که متاثر از فرمان ترموستات ( کنترلر ) میباشد . دمای آب ( PV ) توسط سنسور سنجش دما ( عامل سنجش ) اندازه گیری شده و به ترموستات ارسال میگردد و ترموستات با مقایسه این میزان نسبت به ( SV ) فرمان روشن و یا خاموش شدن المنت را صادر مینماید .

اما نمونه بکار گرفته در صنایع نیز بسیار فراوان بوده که در ذیل به یک مورد آن اشاره خواهیم کرد .

n      سیستم کنترل جدا سازی در حوزچه های آلود به مواد روغنی :

کلیه آبهای آلوده به مواد روغنی وارد استخر شده و در بستر اول  آن  تلاطم محلول  گرفته می شود . مواد روغنی به جهت سبک بودن نسبت به آب در سطح بالائی استخر جمع می گردنند و به تدریج ازبالای دیواره استخروارد قسمت روغن جدا شده می شوند . اما آب نیزکه بجهت وزن مخصوص بالاتر نسبت به روغن در قسمت پائینی استخر ته نشین شده و بتدریج  از شکاف موجود در دیواره استخر وارد بستر آب جدا شده میگردد . دو پمپ تخلیه با سیستم کنترل دو وضعیتی  جهت تخلیه در مجموعه فوق در نظر گرفته شده است .

سنسورهای سنجش ارتفاع سطح سیال در هر یک از قسمتهای جدا سازی در صورتیکه سطح ارتفاع بالا ( High Level ) تشخیص دهند به بخش کنترلر گزارش داده و بخش کنترلر با توجه به     (  Set Point )  فرمان Start  پمپ را صادر مینماید و این فرمان تا هنگامی که سطح ارتفاع سیال به منطقه ( Low Level ) نرسد ادامه خواهد داشت . پائین آمدن سطح ارتفاع سیال ناشی از تخلیه مواد جدا سازی شده ، توسط پمپ را ، سنسورهای سنجش تشخیص داده و در نتیجه به کنترلر گزارش خواهند داد و در این هنگام کنترلر با توجه ( Set Point ) تعریف شده فرمان Stop  پمپ را صادر مینماید و عمل تخلیه متوقف میگردد .

اگر چه سیستم کنترل دو وضعیتی دارای امتیازات فراوانی بوده و البته کاربرد بسیار در صنایع گوناگون را دارد ، لیکن تمامی نیازهای طراحان کنترل اتوماتیک و نمیه اتوماتیک را تامین نخواهد کرد . پیشرفت در تکنولژی و همچنین نیاز روز افزون به سیستمهای کنترلی با قابلیتهای بیشتر و دقیقتر همواره سبب شده تا طراحان گونه ای دیگر از سیستمهای کنترل را عرضه نمایند . بطور کلی هر سیستم کنترل دارای قابلیتها و همچنین معایبی بوده که باعث کارآمدی آن میگردد و اساساٌ انتخاب یک سیستم کنترل در علوم مهندسی و طراحی برای کنترل یک فرآیند بر همین پایه استور میباشد .

 سیستم کنترل دو وضعیتی دارای نواقصی نیز بوده که مهمترین آن پدیده ای بنام Gap Action میباشد .

مخزنی را در نظر بگیرید که هدف کنترل سطح ارتفاع مایع در دو نقطه حداقل 20% و حداکثر 80% باشد .

عامل اجرایی VALVE زمانی باز شده که Level به میزان حد پایین رسیده باشد ( Low Set point = 20% ) و در جهت جبران سطح ارتفاع سیال عمل مینماید . باز بودن ولو تا  زمانی که    Level     به حد بالایی رسید یعنی ( High Set Point = 80% ) پایدار خواهد بود .

باز شدن ولو در حد فاصل 20% وپایدار بودن این حالت تا سطح 80% و همچنین بسته شدن ولو در حد 80% و پایدار بودن این حالت تا سطح 20% پدیده ای است اجتناب ناپذیر در سیستم کنترل دو وضعیتی ، که Gap Action  نام دارد .  

این عارضه اگر چه برای یک فرآیند بصورت مجرد نقص بحساب نمی آید ولی چنانچه در یک مجموعه قرار گیرد ( بسته حالت استقرار )  میتواند به سیستمهای مابعد و یا ما قبل خود صدمه وارد نماید .

پمپهای تامین فشار آب مصرفی در آپارتمانهای چند واحده را درنظر بگیرید . روشن شدن پمپ هر واحد ناشی از کمبود فشار آب در آن واحد ، اگر چه نیاز واحد مربوطه را تامین میکند لیکن سبب کاهش فشار در واحد مجاور میگردد . کمبود فشار در واحد مجاور سبب روشن شدن پمپ آن خواهد شد و مجدداٌ کاهش فشار آب سایر واحدها را بدنبال خواهد داشت . حال میتوان تصور کرد در ساعات پر مصرف آب ، چگونه سیستم کنترل دچار تداخل در فرامین میگردد .