ابزار دقیق صنعتی

اولین قدم، طبیعتا، اندازه گیری است. اگر نتوانیم چیزی را اندازه گیری کنیم، تلاش برای کنترل آن واقعاً بیهوده است. این "چیزی" معمولاً یکی از اشکال زیر را در صنعت به خود می گیرد:

• فشار سیال
• سرعت جریان سیال
• دمای یک جسم
• حجم مایع ذخیره شده در ظرف
• غلظت شیمیایی
• موقعیت، حرکت یا شتاب ماشین
• ابعاد فیزیکی یک جسم
• تعداد (موجودی) اشیاء
• ولتاژ الکتریکی، جریان یا مقاومت و غیره…

هنگامی که کمیتی را که به آن علاقه مندیم اندازه گیری می کنیم، معمولاً سیگنالی را که نشان دهنده این مقدار است به یک سیستم PLC/DCS ارسال می کنیم که در آن عملیات انسانی (دستی) یا خودکار انجام می شود. اگر عمل کنترل خودکار باشد، PLC/DCS سیگنالی را به دستگاه کنترل نهایی ارسال می کند که سپس بر کمیت اندازه گیری شده تأثیر می گذارد.

این دستگاه کنترل نهایی معمولاً یکی از اشکال زیر را دارد:

• شیر کنترل (برای کاهش سرعت جریان سیال)
• موتور الکتریکی
• بخاری برقی و …

هر دو دستگاه اندازه گیری و دستگاه کنترل نهایی به سیستم فیزیکی متصل می شوند که ما آن را فرآیند می نامیم. برای نشان دادن این به عنوان یک بلوک دیاگرام کلی:

ترموستات معمولی خانه نمونه‌ای از یک سیستم اندازه‌گیری و کنترل است که دمای هوای داخلی خانه «فرایند» تحت کنترل است. در این مثال، ترموستات معمولاً دو عملکرد را انجام می دهد: سنجش و کنترل، در حالی که بخاری خانه گرما را به خانه اضافه می کند تا دما را افزایش دهد و/یا تهویه مطبوع خانه گرما را از خانه برای کاهش دما استخراج می کند. وظیفه این سیستم کنترل این است که دمای هوا را در حدی راحت نگه دارد، در صورتی که بخاری یا تهویه مطبوع از مقدار مورد نظر دور شد (به نام نقطه تنظیم) دما را اصلاح کند.

سیستم های اندازه گیری و کنترل صنعتی شرایط و استانداردهای منحصر به فرد خود را دارند که تمرکز اصلی این مقاله است. در اینجا برخی از اصطلاحات رایج ابزار دقیق و تعاریف آنها آورده شده است:

فرآیند: سیستم فیزیکی که ما سعی در کنترل یا اندازه گیری آن داریم. به عنوان مثال: سیستم تصفیه آب، سیستم ریخته گری فلز مذاب، دیگ بخار، واحد پالایش نفت، واحد تولید برق... .

متغیر فرآیند یا PV:

کمیت خاصی که در یک فرآیند اندازه گیری می کنیم. به عنوان مثال: فشار، سطح، دما، جریان، هدایت الکتریکی، pH، موقعیت، سرعت، ارتعاش.

نقطه تنظیم یا SP:

مقداری که می خواهیم متغیر فرآیند در آن حفظ شود. به عبارت دیگر، مقدار "هدف" برای متغیر فرآیند.

عنصر حسگر اولیه یا PSE:

دستگاهی که مستقیماً متغیر فرآیند را حس می کند و آن کمیت حس شده را به یک نمایش آنالوگ (ولتاژ الکتریکی، جریان، مقاومت، نیروی مکانیکی، حرکت و غیره) تبدیل می کند. به عنوان مثال: ترموکوپل، ترمیستور، لوله بوردون، میکروفون، پتانسیومتر، سلول الکتروشیمیایی، شتاب سنج.

مبدل:

دستگاهی که یک سیگنال استاندارد شده را به سیگنال ابزار دقیق استاندارد شده دیگری تبدیل می کند و/یا نوعی پردازش را روی آن سیگنال انجام می دهد. اغلب به عنوان مبدل و گاهی اوقات به عنوان "رله" نامیده می شود. مثالها: مبدل I/P (سیگنال الکتریکی 4-20 میلی آمپر را به سیگنال پنوماتیکی 3-15 PSI تبدیل می کند)، مبدل P/I (سیگنال پنوماتیکی 3-15 PSI را به سیگنال الکتریکی 4-20 میلی آمپر تبدیل می کند).

توجه: در اصطلاح علمی، "مبدل" هر وسیله ای است که یک شکل از انرژی را به دیگری تبدیل می کند، مانند میکروفون یا ترموکوپل. با این حال، در ابزار دقیق صنعتی، ما معمولاً از "عنصر حسگر اولیه" برای توصیف این مفهوم استفاده می کنیم و کلمه "مبدل" را برای اشاره خاص به یک دستگاه تبدیل برای سیگنال های ابزار دقیق استاندارد استفاده می کنیم.

فرستنده:

دستگاهی که سیگنال تولید شده توسط یک عنصر حسگر اولیه (PSE) را به یک سیگنال ابزار استاندارد مانند فشار هوا 3-15 PSI، جریان الکتریکی DC 4-20 میلی آمپر، بسته سیگنال دیجیتال فیلدباس و غیره تبدیل می کند، که ممکن است به یک دستگاه نشانگر، یک دستگاه کنترل یا هر دو منتقل می شود.

مقادیر برد پایین و بالاتر، به ترتیب به اختصار LRV و URV: مقادیر اندازه گیری فرآیند 0٪ و 100٪ از محدوده کالیبره شده فرستنده در نظر گرفته می شود. به عنوان مثال، اگر یک فرستنده دما برای اندازه گیری محدوده دمایی که از 300 درجه سانتیگراد شروع می شود و به 500 درجه سانتیگراد ختم می شود، کالیبره شود، LRV آن 300 درجه سانتیگراد و URV آن 500 درجه سانتیگراد خواهد بود.

صفر و فاصله:

توضیحات جایگزین برای LRV و URV برای نقاط 0٪ و 100٪ محدوده کالیبره شده یک ابزار. "صفر" به نقطه شروع محدوده یک ابزار (معادل LRV) اشاره دارد، در حالی که "span" به عرض محدوده آن (URV - LRV) اشاره دارد. به عنوان مثال، اگر یک فرستنده دما برای اندازه گیری محدوده دمایی که از 300 درجه سانتیگراد شروع می شود و به 500 درجه سانتیگراد ختم می شود، کالیبره شود، صفر آن 300 درجه سانتیگراد و دهانه آن 200 درجه سانتیگراد خواهد بود.

کنترل کننده:

دستگاهی که سیگنال متغیر فرآیند (PV) را از یک عنصر حسگر اولیه (PSE) یا فرستنده دریافت می کند، آن سیگنال را با مقدار مورد نظر (به نام نقطه تنظیم) برای آن متغیر فرآیند مقایسه می کند و یک مقدار سیگنال خروجی مناسب برای ارسال را محاسبه می کند. به یک عنصر کنترل نهایی (FCE) مانند یک موتور الکتریکی یا شیر کنترل.

کنترلر ممکن است یک دستگاه فیزیکی یا یک منطق نرم ایجاد شده در سیستم های PLC/DCS باشد. ما عمدتاً از کنترل‌کننده‌های منطق نرم سیستم‌های PLC/DCS استفاده می‌کنیم که در آن دستگاه‌های ورودی و خروجی واقعی به این کنترل‌کننده‌های نرم متصل می‌شوند.

عنصر کنترل نهایی یا FCE:

دستگاهی که سیگنال خروجی را توسط یک کنترل کننده دریافت می کند تا مستقیماً بر فرآیند تأثیر بگذارد. مثال: موتور الکتریکی با سرعت متغیر، شیر کنترل، بخاری برقی.

متغیر دستکاری شده یا MV:

کمیتی در یک فرآیند که ما به منظور تأثیرگذاری بر متغیر فرآیند (PV) تنظیم می‌کنیم یا دستکاری می‌کنیم. همچنین برای توصیف سیگنال خروجی تولید شده توسط یک کنترل کننده استفاده می شود. به عنوان مثال سیگنال فرمان ("دستکاری") عنصر کنترل نهایی را برای تأثیرگذاری بر فرآیند.

حالت خودکار:

زمانی که کنترل کننده یک سیگنال خروجی را بر اساس رابطه متغیر فرآیند (PV) با نقطه تنظیم (SP) تولید می کند.

حالت دستی:

زمانی که توانایی تصمیم گیری کنترلر دور می زند تا به اپراتور انسانی اجازه دهد مستقیماً سیگنال خروجی ارسال شده به عنصر کنترل نهایی را تعیین کند.