Kontrollere giriş

Bu eğitim, otomatik kontrol konusuna bir giriş niteliğindedir ve bir kontrol sisteminin temel unsurları, farklı kontrol fonksiyonları ve ilgili terminolojiyi, güvenlik, kararlılık ve kontrol doğruluğuna vurgu yaparak ele almaktadır.

Otomatik kontrol konusu çok geniştir; sıcaklık, basınç, akış, seviye ve hız gibi değişkenlerin kontrolünü kapsar.

Bu Bloğun amacı, otomatik kontrollere bir giriş sunmaktır. Bu da iki bölüme ayrılabilir:

• Isıtma, Havalandırma ve İklimlendirme sistemlerinin kontrolü (HVAC olarak bilinir); ve
• Proses kontrolü. Her ikisi de kapsamlı konulardır; ikincisi basit bir ev tipi ocağın kontrolünden, büyük bir petrokimya tesisinde bulunabilecek eksiksiz bir üretim sistemine veya prosese kadar uzanır. Kontrol Mühendisinin emrinde çeşitli becerilere sahip olması gerekir: mekanik mühendislik, elektrik mühendisliği, elektronik ve pnömatik sistemler bilgisi, HVAC tasarımı ve proses uygulamaları hakkında pratik bir anlayış ve günümüzde giderek artan şekilde bilgisayarlar ve dijital iletişim hakkında bir anlayış. Bu Bloğun amacı, gelecekte diğer becerilerin eklenebileceği otomatik kontrolün pratik ve teorik yönleri hakkında temel bir bakış sunmaktır; bireyi bir Kontrol Mühendisine dönüştürmek değildir. Bu Blok, aşağıdaki akışkanları kullanan proseslerin kontrolüyle sınırlıdır: buhar, su, sıkıştırılmış hava ve sıcak yağlar. Kontrol genellikle tahrikli vanalar kullanarak akışkan akışını değiştirerek elde edilir. Yukarıda belirtilen akışkanlar için, normal gereklilik sıcaklık, basınç, seviye, nem ve akış hızındaki değişiklikleri ölçmek ve bunlara yanıt vermektir. Neredeyse her zaman, bu fiziksel özelliklerdeki değişikliklere yanıt belirli bir süre içinde olmalıdır. Vananın ve tahrikinin zamanla birlikte manipülasyonu ve ölçülen değişkenin hassas kontrolü, bu Bloğun ilerleyen bölümlerinde açıklanacaktır. Akışkanların kontrolü vanalarla sınırlı değildir. Bazı proses akışları, değişken hızlı pompalar veya fanlar aracılığıyla manipüle edilir.

Otomatik kontrollere ihtiyaç Proses tesislerinin veya binaların otomatik kontrollere ihtiyaç duymasının üç ana nedeni vardır:

• Güvenlik - Tesis veya proses çalıştırılması güvenli olmalıdır. Tesis veya proses ne kadar karmaşık veya tehlikeliyse, otomatik kontrol ve güvenlik protokollerine ihtiyaç o kadar fazladır.
• Kararlılık - Tesis veya prosesler, dalgalanmalar veya planlanmamış kapanışlar olmadan istikrarlı, öngörülebilir ve tekrarlanabilir şekilde çalışmalıdır.
• Doğruluk - Bu, fabrikalarda ve binalarda bozulmayı önlemek, kaliteyi ve üretim oranlarını artırmak ve konforu sürdürmek için temel bir gerekliliktir. Bunlar ekonomik verimliliğin temelleridir. Ekonomi, hız ve güvenilirlik gibi diğer istenen faydalar da önemlidir, ancak her kontrol uygulaması güvenlik, kararlılık ve doğruluk olmak üzere üç ana parametreye göre ölçülecektir. Otomatik kontrol terminolojisi Kontrol endüstrisinde, öncelikle kafa karışıklığını önlemek için belirli terimler kullanılır. Aynı sözcükler ve ifadeler kontrollerin tüm yönlerinde bir araya gelir ve doğru kullanıldığında anlamları evrenseldir. Örnek 5.1.1’de açıklanan ve Şekil 5.1.1’de gösterilen basit manuel sistem, kontrol mühendisliğinde kullanılan bazı standart terimleri tanıtmak için kullanılır. Örnek 5.1.1 Bir kontrol sisteminin basit bir benzetmesi Gösterilen proseste (Şekil 5.1.1), operatör aşağıdaki sağlamak için bir giriş vanasını açıp kapatarak su akışını manuel olarak değiştirir:
• Su seviyesi çok yüksek değildir; aksi takdirde taşma yoluyla boşa akar.
• Su seviyesi çok düşük değildir; aksi takdirde tankın dibini örtmez. Bunun sonucu olarak su, tanktan istenen bir aralık dahilinde bir hızda akar. Su çok yüksek veya çok düşük bir hızda akıyorsa, beslediği proses düzgün çalışamaz. İlk aşamada, tahliye borusundaki çıkış vanası belirli bir pozisyonda sabitlenmiştir. Operatör, giriş vanası aracılığıyla su beslemesini manipüle edebilmesi için tankın yanına üç çizgi işaretlemiştir. 3 seviye şunları temsil eder:

1. Tankın dibinin örtülmesini sağlamak için izin verilen en düşük su seviyesi.
2. Taşma yoluyla deşarj olmamasını sağlamak için izin verilen en yüksek su seviyesi.
3. 1 ve 2 arasındaki ideal seviye.

Örnek (Şekil 5.1.1) şunu göstermektedir:

1. Operatör, gemideki suyu 1 ve 2 seviyeleri arasında tutmayı hedeflemektedir. Su seviyesine Kontrollü Koşul denir.
2. Kontrollü koşul, giriş borusundaki vanadan su akışını kontrol ederek elde edilir. Akışa Manipüle Edilen Değişken, vanaya ise Kontrollü Cihaz denir.
3. Suyun kendisine Kontrol Ajanı denir.
4. Tanktaki su akışını kontrol ederek, tanktaki su seviyesi değiştirilir. Su seviyesindeki değişikliğe Kontrollü Değişken denir.
5. Su tanka girdikten sonra Kontrollü Ortam olarak bilinir.
6. Göstergede tutulmaya çalışılan su seviyesine Ayar Değeri (ayrıca Ayar Noktası olarak da bilinir) denir.
7. . Su seviyesi, göstergedeki 1 ve 2 arasındaki herhangi bir noktada tutulabilir ve tankın dibinin örtülmesi ve taşma olmaması gibi kontrol parametrelerini karşılayabilir. Bu aralıktaki herhangi bir değere İstenen Değer denir.
8. Seviyenin 1 ve 2 arasındaki herhangi bir noktada sıkı bir şekilde korunduğunu varsayalım. Bu, sabit durum koşullarındaki su seviyesidir ve Kontrol Değeri veya Gerçek Değer olarak adlandırılır. Not: Yukarıdaki (7) ve (8) ile ilgili olarak, korunması istenen ideal su seviyesi 3. noktadaydı. Ancak gerçek seviye 1 ile 2 arasındaki herhangi bir noktadaysa, bu hala tatmin edicidir. Ayar Noktası ile Gerçek Değer arasındaki fark Sapma olarak bilinir.
9. Giriş vanası yeni bir pozisyona kapatılırsa, su seviyesi düşecek ve sapma değişecektir. Kalıcı bir sapma Offset olarak bilinir. Otomatik kontrolün unsurları

Örnek 5.1.2 Otomatik kontrolün unsurları

• Operatörün gözü, işaretli ölçek göstergesine karşı su seviyesinin hareketini algılar. Gözü bir Sensör olarak düşünülebilir.
• Göz (sensör) bu bilgiyi beyine geri bildirir ve beyin bir sapma fark eder. Beyin bir Kontrolör olarak düşünülebilir.
• Beyin (kontrolör), kol kasına ve ele sinyal göndermek için harekete geçer ve bunlar bir Tahrik olarak düşünülebilir.
• Kol kası ve el (tahrik), Kontrollü Cihaz olarak düşünülebilecek vanayı çevirir. Bu noktaları Örnek 5.1.2’yi pekiştirmek için biraz farklı bir şekilde tekrarlamakta fayda var: Basitçe ifade etmek gerekirse, operatörün Örnek 5.1.1’deki amacı, tanktaki suyu önceden belirlenmiş bir seviyede tutmaktır. Seviye 3, hedefi veya Ayar Noktası olarak düşünülebilir. Operatör, giriş vanasını (kontrol cihazı) ayarlayarak seviyeyi fiziksel olarak manipüle eder. Bu işlemde operatörün yetkinliğini ve konsantrasyonunu dikkate almak gerekir. Bu nedenle, su seviyesinin her zaman tam olarak Seviye 3’te olması olası değildir. Genellikle, Seviye 3’ün altında veya üstünde bir noktada olacaktır. Herhangi bir andaki pozisyon veya seviye, Kontrol Değeri veya Gerçek Değer olarak adlandırılır. Ayar Noktası ile Gerçek Değer arasındaki hata veya fark miktarına sapma denir. Sapma sabit olduğunda veya sabit durumda olduğunda, Kalıcı Sapma veya Offset olarak adlandırılır. Operatör su seviyesini manipüle etse de, nihai amaç uygun bir sonuç üretmektir; bu durumda tanktan istenen bir su akışı elde etmektir. ****Güvenlik, kararlılık ve doğruluğun değerlendirilmesi Örnek 5.1.1’deki gibi bir prosesten, değerli veya zararlı bileşenler içermediği varsayılabilir. Bu nedenle taşma veya su kıtlığı güvenli olacak, ancak ekonomik veya verimli olmayacaktır. Kararlılık açısından, operatör tam ve sürekli dikkat gösterdiği sürece bu prosesi idare edebilir. Doğruluk, bu prosesin bir özelliği değildir çünkü operatör yalnızca görünür ve tanınabilir bir hataya yanıt verebilir. Terminoloji özeti

Ayar noktası	Gereken koşulu elde etmek için kontrol sisteminin ölçeğinde ayarlanan değer. Belirli bir uygulama için kontrolör 60°C’ye ayarlanmışsa: 60°C ‘ayar noktası’ olarak adlandırılır.
İstenen değer	İdeal koşullarda sürdürülmesi gereken istenen değer.
Kontrol değeri	Sabit durum koşullarında gerçekten korunulan kontrollü koşulun değeri.
Sapma	Ayar noktası ile kontrol değeri arasındaki fark.
Offset	Kalıcı sapma.
Sensör	Kontrollü koşulun büyüklüğüne doğrudan yanıt veren eleman.
Kontrollü ortam	Sistem tarafından kontrol edilen ortam. Şekil 5.1.1’deki kontrollü ortam tanktaki sudur.
Kontrollü koşul	Kontrollü ortamın fiziksel koşulu. Şekil 5.1.1’deki kontrollü koşul su seviyesidir.
Kontrolör	Sensörden gelen sinyali kabul eden ve tahrike düzeltici (veya kontrol) sinyali gönderen cihaz.
Tahrik	Kontrolörden gelen sinyale yanıt olarak kontrollü cihazı ayarlayan eleman.
Kontrollü cihaz	Bir kontrol sistemindeki son kontrol elemanı, örneğin bir kontrol vanası veya değişken hızlı pompa.

Otomatik Kontrollerde kullanılan birçok başka terim vardır; bunlar bu Bloğun ilerleyen bölümlerinde açıklanacaktır.

Sıcaklık kontrol sisteminin unsurları ****Örnek 5.1.1, basit bir manuel seviye kontrol sistemini tasvir etmiştir. Bu, Örnek 5.1.3 (manuel kontrollü) ve Şekil 5.1.3’te gösterilen basit bir sıcaklık kontrol örneğiyle karşılaştırılabilir. Önceki tüm faktörler ve tanımlar geçerlidir. Örnek 5.1.3 Basit bir manuel sıcaklık kontrol sisteminin tasviri Görev, T1 sıcaklığından gelen suyu ısıtmak için yeterli buharı (ısıtma ortamını) kabul etmek ve sıcak suyun tanktan gerekli T2 sıcaklığında çıkmasını sağlamaktır.

Güvenlik, kararlılık ve doğruluğun değerlendirilmesi Manuel çalışma muhtemelen Örnek 5.1.1’deki su seviyesini kontrol edebilirken, sıcaklığın manuel kontrolü Örnek 5.1.3’te çeşitli nedenlerden dolayı doğası gereği daha zordur.

Su akışı değişirse, buharda tutulan büyük ısı miktarı nedeniyle koşullar hızla değişme eğiliminde olacaktır. Operatörün buhar vanasının konumunu değiştirme konusundaki tepkisi yeterince hızlı olmayabilir. Vana kapandıktan sonra bile, bobin hala bir miktar artık buhar içerecektir ve bu buhar yoğuşarak ısı vermeye devam edecektir. Değişikliği önceden tahmin etme Tecrube yardımcı olacaktır, ancak genel olarak operatör değişikliği önceden tahmin edemez. Bir karar vermeden ve eylem gerçekleştirmeden önce değişikliği gözlemlemelidir.

Bu ve diğer faktörler, örneğin bir insan operatörün sürekli görevde olmasının rahatsızlığı ve maliyeti, olası operatör hatası, proses ihtiyaçlarındaki varyasyonlar, doğruluk, koşullardaki hızlı değişiklikler ve birkaç prosesin dahil edilmesi, otomatik kontrollere ihtiyacı ortaya çıkarmaktadır.

Güvenlikle ilgili olarak, Örnek 5.1.3’te aşırı sıcaklığı uyarmak için bir sesli alarm eklenmiştir - otomatik kontroller için başka bir neden. Otomatik kontrol Kontrollü koşul sıcaklık, basınç, nem, seviye veya akış olabilir. Bu, ölçüm elemanının bir sıcaklık sensörü, basınç dönüştürücü veya vericisi, seviye dedektörü, nem sensörü veya akış sensörü olabileceği anlamına gelir.

Manipüle edilen değişken buhar, su, hava, elektrik, yağ veya gaz olabilirken, kontrollü cihaz bir vana, damper, pompa veya fan olabilir.

Temel ilkeleri gösterme amacıyla bu Modül, kontrollü cihaz olarak vanalara ve kontrollü koşul olarak sıcaklığa, ölçüm elemanı olarak sıcaklık sensörleriyle birlikte odaklanacaktır. Otomatik kontrolün bileşenleri Şekil 5.1.4, temel bir kontrol sisteminin bileşen parçalarını göstermektedir. Sensör kontrolöre sinyal gönderir. Kontrolör, birden fazla sensörden sinyal alabilir, bu sinyallere dayanarak manipüle edilen değişkende bir değişiklik gerekip gerekmediğini belirler. Ardından tahrike vanayı farklı bir pozisyona hareket ettirmesi için komut verir; ihtiyaca bağlı olarak daha açık veya daha kapalı.

Kontrolörler genellikle onları çalıştıran enerji kaynaklarına göre sınıflandırılır: elektriksel, pnömatik, hidrolik veya mekanik.

Bir tahrik, bir motor olarak düşünülebilir. Tahrikler de kontrolörler gibi onları çalıştıran enerji kaynaklarına göre sınıflandırılır. Vanalar, akış açıklığını açmak veya kapatmak için kullandıkları hareket türüne ve gövde yapılandırmalarına göre sınıflandırılır; örneğin kayıcı mil mi yoksa döner hareket mi içerirler. Sistem elemanları sistem parçaları (veya cihazlar) ile birleştirilirse, ‘Ne yapılması gerekiyor?’ ile ‘Bunu nasıl yapıyor?’ arasındaki ilişki görülebilir. Kullanılan bazı terimler henüz tanıdık olmayabilir. Ancak, Blok 5’in aşağıdaki bölümlerinde, önceki çizimde gösterilen tüm bireysel bileşenler ve unsurlar ele alınacaktır.