فایل ورد کامل مقاله آزمایشگاه کنترل فرآیند؛ تحلیل علمی روش‌های آزمایشگاهی، فناوری‌های نوین و کاربردهای صنعتی

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 فایل ورد کامل مقاله آزمایشگاه کنترل فرآیند؛ تحلیل علمی روش‌های آزمایشگاهی، فناوری‌های نوین و کاربردهای صنعتی دارای ۳۵ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد فایل ورد کامل مقاله آزمایشگاه کنترل فرآیند؛ تحلیل علمی روش‌های آزمایشگاهی، فناوری‌های نوین و کاربردهای صنعتی  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی فایل ورد کامل مقاله آزمایشگاه کنترل فرآیند؛ تحلیل علمی روش‌های آزمایشگاهی، فناوری‌های نوین و کاربردهای صنعتی،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

---

بخشی از متن فایل ورد کامل مقاله آزمایشگاه کنترل فرآیند؛ تحلیل علمی روش‌های آزمایشگاهی، فناوری‌های نوین و کاربردهای صنعتی :

مقدمه ای بر سیستم های کنترل

۱-۱کنترل و اتوماسیون
در هر صنعتی اتوماسیون سبب بهبود تولید می گردد که این بهبود هم در کمیت و میزان تولید موثر است و هم در کیفیت محصولات. هدف از اتوماسیون این است که بخشی از وظایف انسان در صنعت به تجهیزات خودکار واگذار گردد. بسیاری از کارخانه ها کارگران خود را برای کنترل تجهیزات

می گمارند و کارهای اصلی را به عهده ماشین می گذارند. کارگران برای اینکه کنترل ماشینها را به نحو مناسب انجام دهند لازم است که شناخت کافی از فرآیند کارخانه و ورودیهای لازم برای عملکرد صحیح ماشینها داشته باشند. یک سیستم کنترل باید قادر باشد فرآیند را با دخالت اندک یا حتی بدون دخالت اپراتورها کنترل نماید. در یک سیستم اتوماتیک عملیات شروع، تنظیم و توقف فرآیند با توجه به متغیر های موجود توسط کنترل کننده سیستم انجام می گیرد.
۲-۱مشخصات سیستمهای کنترل

هر سیستم کنترل دارای سه بخش است: ورودی ، پردازش و خروجی . بخش ورودی وضعیت فرآیندو ورودیهای کنترلی اپراتور را تعیین کرده و می خواند بخش پردازش با توجه به ورودیها، پاسخهاو خروجیهای لازم را می سازد و بخش خروجی فرمانهای تولید شده را به فرآیند اعمال می کند. در کارخانه غیر اتوماتیک بخش پردازش رااپراتورها انجام می دهند.

اپراتور با مشاهده وضعیت فرآیند، به طور دستی فرامین لازم را به فرآیند اعمال می کند.
ورودیها
در قسمت ورودیها، مبدلهای موجود در سیستم، کمیتهای فیزیکی را به سیگنالهای الکتریکی تبدیل می کند. در صنعت مبدلهای زیادی نظیر دما ، فشار، مکان، سرعت،
شتاب و غیره وجود دارند. خروجی یک مبدل ممکن است گسسته یا پیوسته ب

اشد.
خروجیها
در یک کارخانه عملگرهایی وجود دارند که فرامین داده شده به آنها را به فرآیند منتقل می کنند. پمپها، موتورها و رله ها از جمله این عملگرها هستند. این وسایل فرامینی را که از بخش پردازش آمده است(این فرامین معمولا الکتریکی هستند)به کمیتهای فیزیکی دیگر تبدیل می کنند. مثلا یک موتور، سیگنال الکتریکی را به حرکت دوار تبدیل می کند. ادوات خروجی نیز می توانند عملکرد گسسته ویا پیوسته داشته باشند.

پردازش
در یک فرآیند غیر اتوماتیک اپراتورها با استفاده از دانش و تجربه خود و با توجه به سیگنالهای ورودی، فرامین لازم را به فرآیند اعمال می کنند. اما در یک سیستم اتوماتیک، قسمت پردازش کنترل که طراحان در آن قرار داده اند، فرامین کنترل را تولید می کنند. طرح کنترل به دو صورت ممکن است ایجاد شود. یکی کنترل سخت افزاری و دوم کنترل برنامه پذیر.
در یک سیستم با کنترل سخت افزاری، بعد از نصب سیستم، طرح کنترل ثابت و غیر قابل تغییر است. اما در سیستمهای کنترل برنامه پذیر. طرح کنترلی در یک حافظه قرار داده می ش

ود و هر گاه لازم باشد، بدون تغییر سخت افزار و فقط برنامه درون حافظه، طرح کنترل را می توان تغییر داد.
۳-۱ انواع فرآیند های صنعتی
در صنایع امروز طیف متنوعی از فرآیندهای تولید وجود دارند. از نظر نوع عملیاتی که در فرآیند انجام می شود، فرآیند ها را می توان به سه گروه تقسیم کرد:
• تولید پیوسته
• تولید انبوه
• تولید اجزای جدا
سیستم کنترلی که برای یک فرآیند بکار گرفته می شود باید با توجه به نوع آن باشد.

فرآیند تولید پیوسته
در یک تولید پیوسته مواد در یک ردیف و بطور پیوسته وارد فرآیند شده و در سمت دیگر، محصول تولیدی خارج می گردد. فرآیند تولید، ممکن است در یک مدت طولانی به طور پیوسته در حال انجام باشد. تولید ورق فولاد نمونه ای از فرآیند است. در خط تولید ورقه فولاد. بلوکهای گداخته فولاد ازبین چندین غلتک عبور می کند و تحت فشار قرار می گیرد.
در اثر فشار ضخامت قطعه فولاد رفته رفته کم شده و در انتهای خط تولید ورقه فولاد تولید م

ی گردد. بسته به طول فولاد چندین دقیقه طول می کشد تا تولید یک ورقه، کامل گردد.
فرآیند تولید انبوه
در چنین فرآیندی میزان مشخصی از مواد اولیه وارد خط شده و پس از طی مراحل تولید مقدار مشخصی محصول به وجود می آید.
فرآیند تولید اقلام مجزا
در این نوع فرآیند، هر محصول در طول خط تولید از قسمتهای مختلفی می گذرد و در هر بخش، عملیات مختلفی روی آن انجام می گیرد. در هر قسمت ممکن است اجزایی به محصول اضافه شود تا در انتهای خط تولید، محصول کامل ساخته شود.
۴-۱ استراتژی کنترل

کنترل حلقه باز
ایده اصلی در این کنترل این است که سیستم تا حد ممکن دقیق طراحی شود. به طوری که خروجیهای دلخواه را تولید کند و هیچ اطلاعاتی را از خروجی فرآیند به کنترل کننده برگردانده نشود تا کنترل کننده تشخیص دهد آیا خروجی در حد مطلوب است یا خیر. بدین خاطر ممکن است خطای خروجی در بعضی مواقع خیلی زیاد باشد. در یک سیستم با کنترل حلقه باز تا وقتی که اختلال و جود نداشته باشد فرآیند به خوبی عمل می کند، اما اگر اختلال نا خواسته ای باعث شود، خروجیها از حد مطلوب خارج شوند در این صورت ممکن است سیستم کلی از کنترل خارج شود.

کنترل پیشرو

درموقعی که اختلالات خارجی که بر عملکرد سیستم تاثیر می گذارد شناخته شده باشند می توان با مشاهده و اندازه گیری میزان اختلال تا حد امکان اثر اختلال را جبران نمود. این نوع کنترل را کنترل پیشرو می گویند. این نحوه کنترل هنگامی که میزان اختلال کم باشد و بتوان به طور دقیق آن را اندازه گرفت مناسب است. اما اگر اختلال خیلی زیاد باشد شیوه مناسبی نیست. همچنین در مواقعی که اندازه گیری خروجی به طور مستقیم امکان پذیر نباشد، این نوع کنترل مناسب نیست.

کنترل حلقه بسته (Field back) :
در این کنترل برای جبران اثر اختلال ، خروجی سیستم اندازه گیری می شودو در صورتی که خروجی از مقدار مطلوب فاصله داشته باشد، تدابیر کنترلی مناسب برای جبران آن اعمال می شود. به این صورت که خروجی سیستم اندازه گیری شده و تفاوت آن با مقدار مطلوب محاسبه می گردد. تفاوت بین این دو کمیت به کنترل کننده داده شده و کنترل کننده با توجه به میزان این خطا فرآیندرا کنترل می نماید.

سیگنال خطا=نقطه تنظیم – میزان اندازه گیری شده E=SP-MV
باید توجه کرد که صفر نمودن خطا در عمل امکان پذیر نیست ودر هر سیستم کنترلی همیشه تفاوت ناچیزی بین خروجی مطلوب و خروجی واقعی وجود خواهد داشت، اما تا وقتی که این خطا تا حد قابل قبول باشد از آن چشم پوشی می گردد.

۵-۱ انواع کنترلر ها
کنترلر مغز متفکر یک پردازش صنعتی است و تمامی فرامینی را که یک متخصص در نظر دارد اعمال کند تا پروسه، جریان استاندارد خود را در پیش گیرد و نهایتا پاسخ مطلوب حاصل شود از طریق کنترلر به سیستم فهمانده می شود. در واقع هرگاه پروسه های صنعتی به تنهایی و بدون استفاده از کنترل کننده در حلقه کنترل قرار گیرند معمولا پاسخهای مطلوبی را به لحاظ ویژگیهای گذرا یا ماندگار نخواهند داشت. بنابراین انتخاب و برنامه ریزی یک کنترلر مناسب از مهمترین مراحل یک پروسه صنعتی است. انتخاب کنترلر با توجه به درجه اهمیت پاسخ گذرا یا ماندگار و یا هر دو و همچنین ملاحظات اقتصادی ویژه صورت می پذیرد.
یک کنترلر چگونه عمل می کند؟ در ابتدا سیگنال خروجی از سنسور وارد کنترلر می شود و با مقدار مبنا مقایسه می گردد و نتیجه مقایسه که همان سیگنال خطا می باشد، معمولا در داخل کنترلر هم تقویت شده و هم بسته به نوع کنترلر و پارامترهای مورد نظر، عملیاتی خاص روی ان انجام می گیرد سپس حاصل این عملیات به عنوان سیگنال خروجی کنترل کننده به بلوک بعدی وارد می شود.

مقایسه سیگنالها و تقویت اولیه در همه کنترلر ها صرف نظر از نوع انها انجام می گیرد ، در واقع این عملیات بعدی است که نوع کنترلر را مشخص می کند.
کنترلر ها از نظر نوع عملکرد به انواع زیر تقسیم بندی می شوند:
۱-۵- ۱کنترلر های ناپیوسته (گسسته)
• کنترلر های دو وضعیتی: این نوع کنترلرها ساختمانی ساده و کم حجم دارند و به نسبت ارزانتر از دیگر کنترلرهای پیچیده هستند به همین خاطر کاربردهای فروانی در صنعت و در مکانهایی

که کنترل ترکیبی ، پیوسته و پیچیده مورد نظر نیست دارند.
• کنترلر های سه وضعیتی
• کنترلرهای چند وضعیتی

شکل۱-۵ : انواع کنترلرها

۲-۵-۱ کنترلر های پیوسته:
کنترلر تناسبی: (Proportional)
در این نوع کنترلر بین خروجی و ورودی یک نسبت مستقیم وجود دارد با یک ضریب مشخص که آنراگین یا بهره کنترل کننده می نامند.
سیگنال خطا *Kp = خروجی
البته کنترلر تناسبی به تنهایی کافی نیست . زیرا وقتی خروجی سیستم بسمت مقدار مطلوب پیش می رود، خطا کاهش یافته و در نتیجه خروجی کنترلی نیز کم می گردد.
بنابراین همواره یک خطای ماندگار بین مقدار مطلوب و خروجی واقعی وجود دارد.
این خطا را می توان با افزایش بهره کنترل کننده کاهش داد اما باعث ناپایداری سیستم و نوسان خروجی می شود. برای حل این مشکلات معمولا کنترلر تناسبی را همراه کنترلرهای مشتق و انتگرال بکار می برند.

کنترلر انتگرالی(Integral):
همانطور که از نامش پیداست بین ورودی و خروجی یک رابطه انتگرالی برقرار است
این کنترلر برای جبران خطای ماندگار به کار می رود، زیرا تا وقتی که خطایی در خروجی وجود داشته باشد، جمله انتگرال تغییر پیدا می کند و در نتیجه خطای خروجی رفته رفته کاهش می یابد.
کنترلر تناسبی – انتگرالی (PI) :
کنترلر PIترکیبی از کنترلر انتگرالی و تناسبی است که به صورت موازی بهم وصل شده اند

. (شکل۲-۵) این کنترلر اگر بطور صحیح طراحی شود مزایای هر دو نوع کنترل انتگرالی و تناسبی را خواهد داشت . پایداری ، سرعت و نداشتن خطای حالت ماندگار از ویژگیهای این کنترلر است.

شکل ۲-۵ : کنترلر PI

کنترلر تناسبی – مشتق گیر(PD):
کنترلر PDاز ترکیب موازی دو نوع کنترلر مشتق گیر و انتگرالی ایجاد می شود.
کنترلر مشتق گیر دارای این مشخصه است که خود را سریعا با تغییرات ورودی هماهنگ می کنند
لذا در مواردی که پاسخ سریع خروجی مد نظر است می توان از این نوع کنترلر ها استفاده کرد اما از انحایی که عمل مشتق گیری باعث تقویت نویزهای موجود در محیط پروسه می شوند و به علاوه مشتق گیرها تنها نسبت به تغییرات ورودی حساسیت نشان می دهند بنابراین مشتق گیرها به تنهایی مورد استفاده قرار نمی گیرند بلکه هرگاه نیاز به خاصیت مشتق گیری در یک پروسه باشد ، کنترلر آن را به صورت مشتق گیر- تناسبی یا مشتق گیر- انتگرالی یا مشتق گیر- تناسبی – انتگرالی می سازند.
کنترلرPID:
این نوع کنترلر از ترکیب موازی سه کنترلر تناسبی ، انتگرالی و مشتق گیر ایجاد می شود و متداولترین نوع کنترلر در صنایع می باشد.

شکل۳-۵ : کنترلرPID
انواع دیگری از کنترلرها که از نظر منبع تغذیه مورد استفاده ، ساختمان داخلی و انواع کاربردها با کنترلر های ذکرشده در بالا اندکی متفاوت هستند.
• کنترلر های نیوماتیکی(Pneumatic): این نوع کنترلر از باد و هوای فشرده بعنوان منبع تغذیه استفاده می کند. بدلیل ساختمان ساده، راحتی تعمیر و نگهداری ، ایمنی در برابر انفجار و اتش سوزی و ارزانی انها کاربردهای فراوانی در صنعت داشته اند و امروزه بدلیل جایگزین شدن سیستمهای پیچیده الکترونیکی و نرم افزارهای کنترلی قابل تغییر و پیاده سازی بر روی سیستمهای الکترونیکی ، کمتر از کنترلر های نیوماتیکی استفاده می شود.
• کنترلر های هیدرولیکی(Hydraulic): این نوع کنترل کننده ها از نیروی روغن هیدرولیک تحت فشار به عنوان منبع تغذیه استفاده می کنند، مزایای زیادی که اینگونه سیستمها دارند، باعث شده تا جای خوبی برای خودشان در صنعت باز کنند و در جاهایی که حرکات تحت فشار و وزن بالا انجام

می پذیرد سیستمهای هیدرولیک بهترین و دقیق ترین عملکرد را از خود نشان می دهند کنترلر های هیدرولیک علاوه بر قابلیت انجام حرکت سنگین بطور پیوسته دارای دقت و سرعت عمل بسیار خوبی نیز می باشند. امروزه با وجود جایگزینی مدلهای الکترونیکی پیچیده تر و کارامد تر هنوز هم نمی توان کارایی های بالا و منحصر به فرد سیستمهای هیدرولیکی را نادیده گرفت.

• کنترلرهای الکترونیکی (Electronic): کنترلرهای الکترونیکی ، کنترلرهایی هستند که از نیروی الکتریسیته جهت کنترل، هدایت و فرمان دادن استفاده می کنند .

۶-۱ سیر تکاملی کنترل کننده ها
در سال ۱۹۴۰ برای نماسازی دستگاههای کنترلی از سیگنال فشار ۳psi تا ۱۵psi استفاده می شده است . در سال ۱۹۶۰سیگنالهای استاندارد انالوگ ۴mA-20mA برای کنترل ابزار دقیق مورد استفاده قرار گرفته است در همان زمان برخی از استانداردهای دیگر نیز بوجود آمد. توسعه پردازنده دیجیتال در دهه ۷۰میلادی ، استفاده از کامپیوترهای رابرای نماسازی و کنترل یک سیستم ابزار دقیق از یک نقطه مرکزی توسعه داد. در دهه ۹۰ برای بهینه سازی اجرای سیستم های کنترل و فشردگی بیشتر سیستها فیلدباس ایجاد گردید که به تدریج استاندارد شد. انچه تصویرزیربیان می کند این است که سیر پیشرفت علم کنترل از اتوماسیون مکانیکی اغاز گردیده و سپس با اتوماسیون پنوماتیک ادامه یافته و پس ازآن بسمت الکتریکی شدن پیش رفته است . پس از ایجاد کنترل کننده های قابل برنامه ریزی ، انفور ماتیک و الکترونیک رشد کرده و به شیوه الکترونیکی در حجم گسترده تری بوجود آمده است.

آزمایش کنترل سطح مایع
مقدمه

فرآیند های کنترل سطح و دبی مایع موارد استفاده زیادی دارد . به طور یکه می توان گفت
کلیه ی واحد های عملیاتی در صنعت ازجمله رآکتورهای شیمیایی ، مخازن نگهداری ، سیستم خطوط لوله ، مبدلهای حرارتی و بسیاری از موارد دیگر نیاز به این سیستم کنترل دارند . کنترل سطح مایع در صنایع مختلف ازجمله پالایشگاه نقش حیاتی و عمده ای دارند.
تئوری آزمایش
جهت کنترل سطح مایع روشهای کنترلی زیادی وجود دارد
۱ کنترل دستی

۲ کنترل ON/of
۳. استفاده از کنترلر ها
کنترلر ها انواع مختلفی دارند که ما در این آزمایش سه نوع کنترلر را مورد بحث قرار
می دهیم : ۱)کنترلر تناسبی ۲)کنترلر تناسبی انتگرالیPI 3) کنترلر تناسبی- انتگرالی -مشتقی که در این آزمایش هدف ما طراحی یک کنترلر جهت کنترل سطح مایع می باشد.
کنترلر تناسبی :
در این عمل رابطه ای خطی بین خروجی و ورودی کنترل کننده وجود دارد.
کنترلر تناسبی انتگرالیPI
خروجی از این کنترل کننده ها به طور خطی متناسب با مجموع خطا و انتگرال خطاست.
کنترلر تناسبی- انتگرالی- مشتقی:
در این کنترل کننده ها خروجی به طور خطی متناسب با مجموع خطا و مشتق خطا و انتگرال خطاست.
طراحی کنترلر ها
دو روش کلاسیک جهت تنظیم کنترل کننده های PID توسط زیگلر- نیکولز در سال ۱۹۴۲ ارائه شده است که هنوز به صورت گسترده در صنعت استفاده می شوند . در این روش مدل تخمین زده شده جداولی در اختیار در قرار می گیرند که ضرایب کنترل کننده را مشخص می سازد . این ضرایب بایستی در عمل با مشاهده رفتار حلقه بسته سیستم تنظیم گردند لذا به این روشها روشهای زیگلر نیکولز گفته می شود. زیگلر نیکولز دو روش را پیشنهاد کرده اند که این دو روش عبارتند از : ۱)روش پاسخ پله۲)روش پاسخ فرکانسی ما در این آزمایش از روش پاسخ فرکانسی استفاده می کنیم پس به بررسی روش پاسخ فرکانسی می پردازیم.
روش پاسخ فرکانسی:
نقطه نهایی ارتباط مستقیمی با ناپایداری سیستم دارد . به تجربه مشاهده شده است که بسیاری از سیستم های مدار بسته با کنترل کننده تناسبی با فرکانسی که بهره کنترل کننده افزایش می یابد . ناپایدار می گردد . زمانی که مقدار بهره به میزانی تنظیم گردد که سیستم در مرز
ناپایداری قرار گیرد رابطه بین ورودی و خروجی فرآیند حتماً ۱۸۰- اختلاف فاز خواهد داشت . زمانی که به مرز ناپایداری برسیم مقدار حلقه بایستی به ۱- رسیده باشد. یعنی : لذا اگر به حالت مرز ناپایداری نزدیک شویم مقدار نهایی در پاسخ فرکانسی از رابطه زیر تعیین می شود . لذا فرکانس نهایی همان فرکانس نوسانات در مرز ناپایداری بوده و مقدار بهره فراید از رابطه زیر تعیین خواهد شد.

تعیین PB
میزان PB از آزمایش پاسخ فرکانسی یا بر حسب میزان کنترل کننده تناسبی و یا از روی دامنه رله در فیدبک محاسبه می شود . که در این آزمایش ما با استفاده از کنترل کننده تناسبی ضرایب را به دست آوردیم. در این روش PB های مختلف را برای سیستم امتحان می نیم تا سیستم به نوسانات منظم دست یابد در این حالت به PB مطلوب دست یافته ایم و با استفاده از جدول زیگلر نیکولز ضرایب مورد نیاز جهت طراحی کنترلر PI,PID مشخص می شوند.
شرح دستگاه:
این دستگاه متشکل از دو مخزن می باشد که هدف ما در این آزمایش کنترل سطح مایع در مخزن بالایی می باشد . مخزن پایینی آبی را که به واسطه ی کنترل سطح مایع از مخزن بالایی خارج میشود جمع می کند.
پمپ: که با خاموش و روشن کردن آن می توان جریان آب را برقرار یا قطع کرد .
شیر مغناطیسی : این شیر که به تانک بالایی متصل است اجازه می دهد که جریان آب از تانک بالایی به تانک پایینی جریان یابد .
شیر مغناطیسی : که اجازه می دهد آب به تانک بالایی جریان یابد با باز بودن ارتفاع از در تانک بالایی افزایش و با بسته شدن آن ارتفاع کاهش می یابد.
شیر های دستی : شیر MV3 در زیر تانک بالایی به طوری که وقتی شیر MV2 به طور کامل بسته باشد و شیر MV1 به طور کامل باز باشد جریان از

می گذرد .
یک شمای کلی از سیستم کنترل سطح مایع در یک مخزن را می توان به صورت زیر در نظر گرفت :

شرح آزمایش

کنترل دستی سطح با استفاده از یک سیستم مدار باز
با استفاده از این روش سطح مایع داخل تانک را می توان از طریق یک سیستم مدار باز و به صورت دستی تنظیم کرد. جهت انجام این آزمایش مدار سیم کشی مربوط به آن را می بندیم. (به دستور کار آزمایشگاه کنترل فرآیند مراجعه شود. ) جهت کنترل سطح باید آنقدر با دست شدت جریان را تغییر دهیم تا به مقدار set point برسیم. اگر در این حالت اغتشاشی به سیستم وارد کنیم مثلاً مقدار دبی ورودی را به میزان مشخصی زیاد کنیم سیستم قادر به کنترل سطح نمی باشد تا وقتی که خودمان با دست دبی را کم کنیم .
کنترل on/off سیستم

یکی از ساده ترین روشهای کنترل کردن سیستم کنترل مدار باز است این روش یک روش کنترل محسوب نمی شود زیرا سیستم بدین طریق کنترل نمی شود . اگرچه برای کنترل دستی یک سیستم باز ترتیب داده می شود ولی نمیتوان به آن کنترل مدار باز اطلاق نمود زیرا در این صورت از طرف کسی که سیستم را on/off می کند یک فیدبک به سیستم داده می شود در صورتی که در مدار نباید هیچ گونه فید بکی وجود داشته باشد. وقتی از روش on/off استفاده می کنیم وسایل مورد نیاز به طور کلی بسته و یا باز هستند و هیچ حد وسطی وجود ندارد. به سه طریق زیر می توان ارتفاع داخل تانک را کنترل کرد :
۱ کنترل سیستم از طریق on/off کردن پمپ
۲ کنترل سیستم از طریق on/off شیر مغناطیسی SV2
۳. کنترل سیستم از طریق on/off نمودن شیر مغناطیسی SV1
این آزمایش از طریق on/off نمودن پمپ قابل انجام می باشد ولی از آنجا که در این آزمایش پمپ مکرراً خاموش و روشن می شود تا مقدار آب را داخل تانک کنترل کند و بدین طریق عمر پمپ کوتاه می شود بنابر این روش ، روش مناسبی جهت کنترل نمودن ارتفاع جریان نمی باشد.
کنترل سیستم از طریق نمودن on/off شیر مغناطیسی SV2
در این مرحله جهت کنترل ارتفاع از شیر مغناطیسی استفاده می شود که به تانک بالایی متصل است و اجازه می دهد که جریان آب از تانک بالایی به تانک پایینی جریان پیدا می کند . در این صورت موقعی که ارتفاع واقعی بالای مقدار مطلوب باشد شیر بایستی باز شود تا مقدار آب بیشتری بتواند خارج شود و زمانی که مقدار واقعی زیر مقدار مطلوب باشد کلید آن بایستی خاموش شده و شیر بسته شود و در نتیجه ارتفاع آب می تواند افزایش یابد. جهت انجام این آزمایش موارد زیر را انجام می دهیم:
دیاگرام سیم کشی مربوطه را کامل می کنیم. (به دستور کار آزمایشگاه مراجعه شود). سپس شیر MV2 را به طور کامل باز کرده و شیر دستی MV3 را تا ۵۰% باز می نماییم. وقتی hystresis را روی مقدار مینیمم قرار دیم چون حساسیت روی مینیمم است با کوچکترین تغییری باز و بسته می شود تا سطح را کنترل کند و این امر سبب کاهش عمر دستگاه می شود بنابراین سعی می کنیم hystresis را روی مقدار ی میانی قرار داده در این حالت حساسیت نسبت به تغییر ارتفاع کمتر بوده و تعداد باز وابسته شدن کاهش می یابد.

کنترل سیستم از طریق on/off نمودن شیر مغناطیسی SV1
سیم کشی مربوط به این حالت را با توجه به دستور کار آزمایشگاه بسته شیر MV3 در زیر تانک اصلی را در حدود ۵۰% باز کرده و شیر MV2 را به طور کامل می بندیم و شیر MV1 را به طور کامل باز نموده این امر سبب می شود که جریان ازSV1 بگذرد. چنانچه hysterises را در وضعیت مینیمم قرار دهیم سرعت خاموش و روشن شدن SV1 بسیار زیاد می باشد طوری که به محض اینکه ارتفاع سطح در مخزن افزایش می یابد ۱SV بسته شده و وقتی ارتفاع مایع کم شود شیر باز می شود.
کنترل سطح با استفاده از سیستم مدار بسته تناسبی
مدار مربوطه را با مراجعه به گزارش کار آزمایشگاه بسته و مراحل زیر را انجام می دهیم:
۱ شیر MV3 را بسته و MV2 وSV2 را باز می کنیم .
۲ اتصال PI را با کامپیوتر برقرار می کنیم.
هدف در این قسمت تعیین ضرایب زیگلر نیکولز برای کنترل کننده ها می باشد که برای اینکار با توجه به آنچه در تئوری گفته شود عمل می کنیم.

PB=7. 5

PB=6. 5

PB=5. 5

مشاهده می شود که نوسانات نامنظم است PB را کاهش می دهیم تا به نوسانات منظم دست یابیم.

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 بررسی نتایج حاصله
آنچه که مهم است در فرآیند های شیمیایی سطح مایع نباید روی میزان دقیقی کنترل شود بلکه این میزان دارای حداقل و حداکثر می باشد . در نتیجه استفاده از یک کنترل کننده ی تناسبی با افت کنترل مناسب جوابگوی نیاز خواهد بود . این امر سبب می شود که جریان خروجی از سیستم سطح مایع دارای نوسان شدید نباشد. با افزایش شدت جریان ورودی ارتفاع ورودی مایع سریعاً افزایش و با کاهش آن کاهش می یابد کنترل کننده ی تناسبی به آرامی تغییرات سطح مایع را کنترل کرده و مانع از فرا رفت زیاد در جریان خروجی از سیستم (که معمولاً در فرآیند ها این جریان خروجی از سیستم که معمولاً در فرآیند ها این جریان خروجی به سیستم بعد خواهد رفت) می گردد و معمولاً چون از مخازن سطح مایع به عنوان جزء واسطه استفاده می نماییم هدف این است که جریان خروجی از این مخازن جریان های پیوسته و با تغییرات کم باشد و اگر کنترل کننده ای استفاده شود که تغییرات سطح مایع یا تغییرات در شدت مایع ورودی به مخزن را خیلی سریع در شدت جریان خروجی اثر دهد دیگر استفاده از این مخازن بی معنی خواهد بود . یعنی مثل این است که به جای مخازن لوله ای قرار داده ایم که تغییرات میزان جریان ورودی عیناً در خروجی ظاهر می شود. به همین علت استفاده از کنترل کننده ی PI در سیستم های کنترل سطح مایع توصیه نمی شود. زیرا عمل انتگرال برگشت دادن سریع سطح مایع در مخزن توسط تغییرات شدید شدت جریان خروجی از آن خواهد بود و این تغییرات روی عملکرد سیستم هایی که از این مخزن به طور سری تغذیه می شوند تاثیر نامطلوبی خواهد گذارد .
در سیستم هایی که کنترل دقیق سطح مایع مورد نیاز است مثل راکتور هایی که زمان اقامت مواد در آن حائز اهمیت باشد استفاده از کنترل کننده ی PI اجتناب ناپذیر است.

آزمایش کنترل فشار
مقدمه
فرآیند های کنترل فشار یک گاز یا مایع در صنعت موارد استفاده زیادی دارد. از جمله به برج های تقطیر دیگ های بخار مخازن گاز و راکتورها و غیره می توان اشاره نمود. از این رو آشنایی با چگونگی انجام این کنترل در صنعت برای مهندسین ضروری است.
هدف از انجام این آزمایش آشنایی با اجزای یک سیستم کنترل فشار مدار باز و یک سیستم کنترل مدار بسته می باشد در این آزمایش بررسی تغییرات ثابت های یک کنترل کننده برای تعیین بهترین حالت کنترل در یک سیستم کنترل فشار بررسی میگردد.
تئوری آزمایش:
کنترل کننده های صنعتی را می توان برحسب عمل کنترلی شان به صورت زیر طبقه بندی کرد:
کنترل کننده های دو وضعیتی یا خاموش روشن کن

کنترل کننده های تناسبی
کنترل کننده های انتگرالی
کنترل کننده های تناسبی- انتگرالی
کنترل کننده های تناسبی- مشتقی
کنترل کننده های تناسبی- انتگرالی- مشتقی
در بسیاری از کنترل کننده های صنعتی سیال تحت فشار مثل روغن یا هوا و یا برق به عنوان منبع توان به کار می رود. کنترل کننده ها را می توان بر حسب منبع توان نیز طبقه بندی کرد مثل کنترل کننده های نیوماتیکی کنترل کننده های هیدرولیکی و الکترونیکی. انتخاب نوع کنترل کننده باید بر حسب طبیعت دستگاه و شرایط کاری شامل مسائل ایمنی ، هزینه، سهولت دستیابی ، قابلیت اطمینان ، دقت، وزن و اندازه صورت گیرد.
عمل کنترلی دو وضعیتی یا خاموش روشن کن:
در یک سیستم کنترل دو وضعیتی ، عنصر عمل کننده تنها دو وضعیت ثابت دارد، که در بسیاری از موارد جز خاموش روشن کن نیستند. کنترل دو وضعیتی یا خاموش روشن نسبتاَ ساده و ارزان است به همین دلیل در سیستم های کنترل صنعتی و خانگی استفاده می شوند. سیگنال خروجی کنترل کننده را U(t) و سیگنال خطای کار اندازه را e(t) فرض کنید. در کنترل دو وضعیتی سیگنال U(t) در یکی از دو مقدار ماکزیمم و مینیمم بسته به مثبت یا منفی بودن سیگنال خطای کار اندازنده، باقی می ماند. پس
U(t)=U1 e(t)>0
U(t)=U2 e(t)<0

که در آن U1 , U2 ثابت اند مقدار مینیمم U2 معمولاَ یا صفر است یا –U1 .
عمل کنترل تناسبی:
در کنترل کننده های تناسبی رابطه بین خروجی کنترل کننده U(t) و سیگنال خطا عبارت است از
U(t)=Kpe(t)
و بر حسب تبدیل لاپلاس کمیتها
U(s)/E(s)=Kp
عمل کنترل انتگرالی :
در کنترل کننده انتگرالی خروجی کنترل کننده U(t) با آهنگی متناسب با سیگنال خطا e(t) تغییر می کند.
Ki یک ثابت قابل تنظیم است .

اگر اندازه e(t) دو بابر شود آهنگ U(t) نیز دو برابر می شود به ازای سیگنال خطای صفر مقدار U(t) ثابت می ماند.
عمل کنترل تناسبی –انتگرالی :
عمل کنترل تناسبی به صورت زیر تعریف می شود.
Kp بهره تناسبی است و Ti زمان انتگرال نامیده می شود. هم Kp و هم Ti قابل تنظیم اند. زمان انتگرال عمل کنترل انتگرالی را تنظیم می کند. ولی تغییر Kp بر هر دو بخش تناسبی و انتگرالی عمل کنترل کننده تأثیر می گذارد. عکس زمان انتگرالف آهنگ rest ناکمیده می شود. آهنگ rest چند برابر شدت های بخش تناسبی عمل کنترل در دقیقه است. آهنگ rest با یکای تکرار در دقیقه بیان می شود.
عمل کنترل تناسبی – مشتقی:
Kp بهره تناسبی است وTd مقدار ثابتی است که زمان مشتق نامیده می شود. هم Kp , Td قابل تنظیم اند.
عمل کنترل تناسبی- انتگرالی- مشتقی:
این عمل مرکب تمام مزایای سه کنترل تنها را داردKp . بهره تناسبی Ti زمان انتگرال Td زمان مشتق است.
شرح دستگاه
این سیستم شامل خطوط لوله ای است که در مسیر آن یک شیر کنترل نیوماتیکی ، یک اریفیس و شیرهای فشار قرار دارد. جریان هوا مستقیماَ و یا از طریق یک مخزن هوا از سیستم خارج می شود. وجود مخزن به خاطر تغییر در pressure lag می باشد. شیر کنترل از طریق تبدیل شدت جریان به فشار عمل می کند. دو حس گر، فشاررا بصورت مستقیم و بصورت تغییرات فشار اندازه گیری می کند.
سیستم طوری طراحی شده است که بتوان با استفاده از جعبه ۳۸-۲۰ و کنترل کننده ۳۸-۳۰۰ به ترتیب مستقیم مدار باز و مدار بسته را تشکیل می دهد.
هوای فشرده برای استفاده از سیستم ابزار دقیق از طریق رگلاتور R1 تنظیم شده و فشار آن توسط فشار سنج G1 نشان داده می شود و هوا جهت فرآیند در سیستم به وسیله رگلاتور R2 تنظیم شده و فشار آن توسط فشار سنج G3 نشان داده می شود.

سیستم ابزار دقیق شامل یک تبدیل کننده شدت جریان به فشار و یک شیر کنترل نیوماتیکی می باشد. تبدیل کننده I/P سیگنال کنترلی جریان ۴ تا ۲۰ میلی آمپر را از جعبه ۳۸-۲۰۰ گرفته و آن را به سیگنال نیوماتیکی ۱۵ تا ۳ psi که روی شیر کنترل عمل می نماید تبدیل می کند. فشار سنج G2 نشان دهنده سیگنال نیوماتیکی عمل کننده روی شیر کنترل توسط I/P می باشد. ورودی ۴-۲۰ میلی آمپر به ۳۸-۲۰۰ ویا Servo Valve متصل است
جریان هوای داخل سیستم از یک شیر کنترل نیوماتیکی و یک اریفیس عبور نموده و از طریق یک منفذ به بیرون تخلیه می شود.

یکی از شیرهای (V1 ,V2,V3) این امکان را می دهد که مخزن هوای تعبیه شده به طور موازی یا سری به لوله ها وصل گردد تا بتوان از این طریق pressure lag را تغییر داد. مخزن هوا نیز به یک شیر اطمینان V4 مجهز می باشد.
تغییرات پله می تواند روی سیستم به وسیله باز و بسته شدن شیر V4 از طریق یک دیفیوز اضافی اعمال گردد.
دو نوع سیگنال فشار از طریق دستگاه ۳۸-۷۱۴ روی سیستم اعمال می گردد. انتقال دهنده فشار ۳۸-۴۶۱ همراه با سنسور فشار برای اندازه گیری فشار استاتیکی در سیستم مورد استفاده قرار می گیرد. سنسور فشار به وسیله یک لوله سخت و همچنین یک لوله انعطاف پذیر که شامل فشار سنج است به سیستم متصل می شود.
انتقال دهنده اختلاف فشار ۳۸-۴۶۲ همراه با سنسور اختلاف فشار که اختلاف فشار را در دو طرف اریفیس اندازه گیری می کند و جهت اندازه گیری شدت جریان بکار می رود، مورد استفاده قرار می گیرد . سنسور اختلاف فشار در جعبه ای قرار گرفته که مرتبط به اتصالات الکتریکی روی صفحه تابلو می باشد.
انتقال دهنده اختلاف فشار طوری طراحی شده است که در دامنه فشار ۰-۱۰psi عمل می نماید . خروجی انتقال دهنده ها باید قبل از استفاده برای ۴-۲۰ میلی آمپر کالیبره شوند.
توضیح:
این آزمایش در چهار مرحله انجام می شود
۱-کنترل دستی سیستم از یک مدار باز
۲- کنترل فشار با استفاده سیستم تناسبی
۳- کنترل فشار با استفاده از سیستم مدار بسته تناسبی –انتگرالی
۴- کنترل فشار با استفاده سیستم تناسبی- انتگرالی –مشتق گیری
شرح آزمایش:
کنترل دستی سیستم از یک مدار باز:
با استفاده از این روش فشار خروجی سیستم را می توان توسط یک سیستم کنترل مدار باز و به صورت دستی تنظیم کرد .
۱-برای رسیدن P. V. به مقدار S. p. باید با دست شدت جریان ۴-۲۰ میلی آمپر را توسط پیچ مربوطه روی منبع تغذیه جریان تغییر داد. باید آنقدر شدت جریان را کم و زیاد کنید تا به مقدار S. P. برسید و این مستلزم زمان زیادی است. بنابراین این سیستم کنترلی برای سیستم های حساس به فشار نمی تواند مفید واقع شود.

۲-یک اغتشاش به سیستم وارد نموده و اثر آن را در سیستم بررسی نمایید. برای ایجاد اغتشاش در سیستم می توان شیر خروجی از مخزن را کم و زیاد نمود یا خروجی را باز و بسته نمود.
همانطور که مشاهده می شود اگر اغتشاش به سیستم وارد شود سیستم نمی تواند خودبخود به حالت اولیه برگردد میزان P. V. نمی تواند به P. V. قبل از اغتشاش برگردد.
کنترل فشار با استفاده از سیستم مدار بسته تناسبی(proportional control):
۱- شیزهای V1,V3,V5,V6را بسته و رگلاتور R1, R2 و شیرهای V1,V2 را باز کنید.
۲- R1 را طوری تنظیم کنید که فشار سنجG1 فشار۲۵psi رانشان دهد.
۳- R2 را طوری تنظیم کنید که فشار G5 فشار ۱۰ psi را با شیر کنترل نیومتیکی باز نشان دهد.
۴- ارتباط کنترلر ۳۸-۳۰۰ را با کامپیوتر برقرار کرده و اثر پارامترهای مختلف set point , pro-band را با Tr=0 , Td =0 روی سیستم بررسی نمایید.
کنترل فشار با استفاده از سیستم مدار بسته تناسبی –انتگرالی (proportional
Integral Control)
۱- شیرهای V1,V3,V6 را بسته و رگلاتور R1,R2 و شیرهای V2,V4,V5 را باز کنید.
۲- R2 را طوری تنظیم کنید که فشار سنج G1 فشار ۲۵psi را نشان دهد.
۳- R2 را طوری تنظیم کنید که فشار سنج G5 فشار ۱۰psi را با شیر کنترل نیوماتیکی نشان دهد.
۴- ارتبط کنترلر ۳۸-۳۰۰ را با کامپیوتر برقرار نموده و اثر پارامترهای مختلف set point , pro-band را با Tr , Td =0 روی سیستم بررسی نمایید.
کنترل فشار با استفاده از سیستم مدار بسته تناسبی- انتگرالی- مشتقی
(proportional-integral-differential control)

۱- شیرهای V1,V3,V6 را بسته و رگلاتور R1,R2 و شیرهای V2,V4,V5 را باز کنید.
۲- R1 را طوری تنظیم کنید که فشار سنج G1 فشار ۲۵psi را نشان دهد.
۳- R3 را طوری تنظیم که فشار سنج G5 فشار ۱۰ را با شیر کنترل نیوماتیکی باز نشان دهد.
۴- ارتبط کنترلر ۳۸-۳۰۰ را با کامپیوتر برقرار کرده و اثر پارامترهای مختلف set point , pro-band و Tr , Td را روی ورودی سیستم بررسی نمایید.