مشکلی که در رابطه با سیستم های کنترل اتوماتیک وجود دارد این است که در این رابطه مفاهیم اساسی، اصطلاحات و نام های بسیاری وجود دارد که در هیچ جایی غیر از زمینه تهویه مطبوع مورد استفاده قرار نمی گیرند. شما باید مفاهیم جدیدی مانند «حلقه بسته»، عادی – باز» و «کنترل تناسبی» را یاد بگیرید. همچنین باید اجزای مختلف مانند کنترلرها، عملگرها (Actuator) و کلیدهای EP را تشخیص داده و هدف از به کارگیری آن ها را بدانید.
به هر حال کلید یادگیری واقعی کنترل های اتوماتیک گسترش دادن آگاهی و دانش در مورد سیستم است.
این یعنی شما باید به اندازه ای دانش خود درباره مفاهیم اساسی را افزایش دهید که بتوانید با نگاه کردن به نقشه های یک سیستم کنترل تشخیص دهید که کلیت سیستم چگونه با هم ارتباط دارند و چگونگی عملکرد و ارتباط آن ها با هم چگونه است.
​
بنابراین در این مقاله به تشریح برخی از مفاهیم اساسی که در تمام سیستم های کنترل مورد استفاده قرار می گیرند می پردازیم
یک سیستم کنترل چه کاری انجام می دهد؟برای پایش (Monitoring) دمای فضای مورد تهویه و تنظیم سیستم تهویه مطبوع به منظور حفظ شرایط از پیش تعیین شده برای رسیدن به شرایط آسایش به یک سیستم کنترل نیاز است. در حالت ایده آل سیستم کنترل با مصرف کم ترین مقدار انرژی، این شرایط آسایش را در شرایط مطلوب و در یک سطح ثابت حفظ می کند. برخی از سیستم ها رطوبت فضا را نیز اندازه گیری و تنظیم می کنند، برای انجام تمام این کارها سیستم کنترل دما و رطوبت نسبی هوای فضا را اندازه گیری و حس می کند و به منظور برقرار کردن شرایط مطلوب در فضا، شیرها و دمپرهای موجود در سیستم مرکزی را تنظیم می نماید.
زیر سیستم های کنترل (Control Subsystems)
پیچیده ترین سیستم ها نیز از یک سری از زیر سیستم های متناسب و هماهنگ تشکیل شده اند. این زیر سیستم ها اساساً در تمام سیستم های کنترل مشابه هستند. توانایی شما در درک سیستم های کنترل به میزان توانایی شما در تشخیص این زیر سیستم ها و تحلیل چگونگی عملکرد آن ها و چگونگی ارتباط آن ها با دیگر زیر سیستم ها برای تشکیل سیستم کلی کنترل، بستگی دارد.
در یک سیستم هواساز مرکزی مربوط به یک مکان تجاری بزرگ، چندین زیر سیستم کنترل وجود دارد که عبارتند از:
* روشن و خاموش کردن فن.
* روشن و خاموش کردن پمپ.
* موقعیت دهی به دمپرهای برگشت، تخلیه و هوای تازه بیرون.
* حصول اطمینان از این که حداقل هوای تازه ی مورد نیاز به سیستم وارد می شود.
* تنظیم کننده دبی آب گرم و دمای هوای خروجی از کویل گرمایشی.
* تنظیم کننده دبی آب خنک شده و دمای هوای خروجی از کویل سرمایشی.حلقه های کنترل
حلقه کنترل یک زیر سیستم است که اجزای آن به گونه ای چیده شده اند که با هم عمل کرده و یک متغیر مانند دمای هوا یا آب را کنترل می کنند. دو نوع حلقه کنترل وجود دارد : حلقه باز و حلقه بسته.
یک سیستم کنترل حلقه باز دارای بازخورد ( Feed Back ) نیست، و بنابراین سیگنالی مبنی بر رسیدن به شرایط مطلوب وجود نخواهد داشت.
یک مثال از این سیستم این است که شیر آب گرم را باز کنیم و دست خود را درون آب فرو نبریم تا ببینیم که آیا دمای آن در حد مطلوب است یا خیر. یک نمونه از سیستم کنترل حلقه باز، سیستم تهویه مطبوع است که در آن دمای آب گرم تغذیه شده فقط بر اساس دمای هوای بیرون تغییر می کند و هیچ بازخوردی از دمای هوای فضای مورد تهویه گرفته نمی شود تا بررسی شود که آیا دمای فضای مورد نظر به حد مطلوب رسیده است یا خیر.
سیستم کنترل حلقه بسته دارای بازخوردی است که نشان می دهد که سیستم کنترل به نقطه تنظیمی (Set Point) رسیده یا نرسیده است. وقتی که شما شیرآب گرم را باز می کنید، طبیعتاً دست خود را به آب می زنید تا ببینید که دمای آن مناسب است یا خیر.
اگر دمای مورد نظر تامین نشده باشد، شیر را تنظیم کرده و مجدداً با دست امتحان می کنید. دست شما یک بازخورد برای اپراتور (شما) سیستم کنترل تولید می کند.
کوره ی هوای گرم خانگی که در خانه دارید یک نمونه بسیار خوب برای سیستم کنترل بسته می باشد. (شکل 1) ترموستات نصب شده در اتاق، سیگنالی به طرف مشعل ارسال می کند و نیاز به حرارت را اعلام می کند، سپس مشعل کوره روشن می شود. ترموستات پیوسته دمای اتاق را حس کرده و سیگنالی به طرف مشعل ارسال می کند (Feed Back) تا هر گاه دمای اتاق به حد مطلوب رسید دستور خاموش شدن مشعل را صادر کند.اجزای یک زیر سیستم حلقه بسته
بیشتر زیر سیستم های تهویه مطبوع از نوع حلقه بسته هستند . شکل (2) زیر سیستم کنترل دمپر برای یک سیستم تهویه مطبوع را نشان می دهد. نحوه عملکرد این زیر سیستم به صورت زیر است:
* حسگر نصب شده درون محفظه ی مخلوط هوا به طور پیوسته دمای هوای مخلوط را اندازه گیری کرده و اطلاعات مربوط را کنترل کننده بازخورد می کند.
* کنترل کننده سیگنالی به عملگر دمپر (Damper Actuator) ارسال می کند.
* عملگر دمپر (Damper Actuator) دمپرهای هوای برگشت و هوای تازه را به گونه ای موقعیت دهی می کند که مقادیر مناسبی از هوای بیرون و هوای برگشتی با هم مخلوط شوند تا دمای هوای مخلوط در شرایط مطلوب حفظ شود.
اصطلاحات و اجزایی که برای توزیع زیر سیستم شکل (2) به کار گرفته شده به طور پیوسته به عنوان بخشی از زبان کنترل در سیستم های کنترل به کار می روند. مطمئن شوید که اصطلاحات زیر را به خوبی یاد گرفته اید:
متغیر کنترلی (Controlled variable) : شرایط یا متغیری که کنترل می شود. در شکل (2) دمای هوای مخلوط موجود در محفظه، مخلوط هوا متغیر کنترلی می باشد، در زیر سیستم های دیگر ممکن است متغیر کنترلی سرعت هوا، دبی آب، فشار استاتیک هوا یا رطوبت نسبی باشد.
حسگر: وسیله ای است که شرایط متغیر را اندازه گیری می کند.
در شکل (2) حسگر، دمای مخلوط هوا را اندازه گیری می کند . دیگر حسگرها نیز وجود دارند که برای اندازه گیری سرعت هوا، دبی آب، فشار استاتیک هوا یا رطوبت نسبی به کار می روند.
کنترل کننده: وسیله ای است که اطلاعات را از حسگر دریافت کرده و برای انجام واکنش و تغییر مناسب سیگنالی به طرف عملگر ارسال می کند. هر کنترل کننده برای یک شرایط مطلوب برنامه ریزی می شود که این وضعیت مطلوب نقطه تنظیمی (Set Point) نامیده می شود. کنترل کننده برای حفظ شرایط مطلوب و رسیدن به نقطه تنظیمی سیگنال هایی را به عملگر ارسال می کند.
عملگر یا محرک (Actuator , Operator) : وسیله ای است که ابزار کنترلی را موقعیت دهی می کند.
در شکل (2) عملگر، دمپرها را موقعیت دهی و تنظیم می کند.
ابزار کنترلی: ابزاری است که تغییرات یا واکنش هایی مانند تغییر دادن دبی هوا یا آب را انجام می دهد.
در شکل (2) دمپرها ابزارهای کنترلی هستند. این دمپرها دبی هوای برگشتی و هوای تازه ورودی به محفظه ی اختلاط هوا را تنظیم می کنند و از این طریق دمای مخلوط هوا (متغیر کنترلی) را تعیین می کنند. ابزارهای کنترلی دیگری مانند شیرها و کلیدها نیز وجود دارند که در محل های مناسب می توان از آن ها استفاده کرد.
در کل زیر سیستم های موجود در سیستم کنترل متغیر کنترلی را از طریق روال زیر تنظیم می کنند:
حسگر – کنترل کننده – عملگر – ابزار کنترلی