کنترلرهای دما و فرآیند، از برخی جنبه‌ها مشابه هستند و از نظر ساختار، کارکرد و کاربردها در تجهیزات کنترل فرآیند، بسیار متفاوت هستند.
در این مطلب، این دو تجهیز اصلی کنترل فرآیند را تحلیل و بررسی می‌کنیم.
فرآیند، روشی برای تغییر، تصفیه یا افزایش خلوص مواد خام برای تولید یک محصول نهایی است.
متریال‌ها یا مواد خام ممکن است به شکل جامد، مایع، گاز یا دوغاب (ماده آبکی) باشند. وقتی که در حال تولید محصول هستیم، متغیرهای فرآیند باید بر اساس الگویی قطعی و از پیش‌تنظیم‌شده (preset) کنترل شوند تا محصولی با کیفیت به دست آید.
به عبارت دیگر، کنترلرهای فرآیند بر متغیرهای فرآیند، همچون دما، فشار، حجم، دبی، جابجایی، خصیصه‌های شیمیایی و فیزیکی مواد، نظارت کرده و آن‌ها را کنترل می‌کنند تا محصول نهایی تولید شود.
بیایید با هم یک فرآیند ساده را بررسی کنیم. به طور مثال، در این فرآیند، قرار است که دو ماده با نسبتی مشخص و در دمایی مشخص، با یکدیگر ترکیب شوند.
محصول نهایی یک پودر است که در فشاری ثابت، از این دو ماده تشکیل شده است. بیایید اندازه‌گیری‌ها و فرآیندهای این کار را برشماریم. اندازه‌گیری‌هایی که انجام می‌شود عبارتند از وزن یا حجم، دما و فشار. در این مثال لازم است که نسبت‌ها، دما و فشار را کنترل کنیم.
این فرآیند نیازمند سه کنترلر است، کنترلر نسبت، دما و فشار. تمام این سه کنترلر ممکن است در یک کنترلر فرآیند، با یکدیگر ادغام شوند.
ممکن است به این نتیجه برسیم که کنترلر دما نیز یک کنترلر فرآیند است، یا اصطلاح کنترلر فرآیند، یک جنبه گسترده‌تر در سیستم کنترل فرآیند است.
شباهت‌ها بین کنترلرهای فرآیند و کنترلرهای دما:
- اصل کارکرد هر دو مشابه است. یک کنترلر، یک پارامتر کنترل مرجع (رفرنس) دارد. این پارامتر مرجع، به شکل پیوسته با پارامتر اندازه‌گیری شده توسط سنسور مقایسه می‌شود و یک سیگنال خطا (error) ایجاد می‌شود. کنترلر باید یک ورودی سیستمی برای فرآیند ایجاد کند. کارکرد کنترلر این است که سیگنال خطا را صفر یا نزدیک به مقدار دقت مورد قبول کنترلر نگه دارد.
- ساز و کار کنترل کنترلرهای فشار و کنترلرهای دما، مشابه است. انواع کنترل‌ها برای هر دو عبارتند از: روشن-خاموش (on-off)، تناسبی، PID یا کنترل منطق فازی. در هر دو مورد، میزان مداخله اپراتور باید به حداقل برسد. مدار کنترل الکترونیکی و الگوریتم هر دو مشابه است. تکنیک‌های تنظیم ست‌پوینت (نقطه تنظیم شده هدف) مشابه است. سیگنال خروجی به عمل‌گر سیستم نیز یکسان است.
تفاوت‌های بین کنترلرهای فرآیند و کنترلرهای دما:
- کنترلر دما در یک فرآیند، تنها پارامتر دما را کنترل می‌کند. در حالتی که کنترلر فرآیند در کنترلر پارامترهای مختلفی همچون دبی، حجم، فشار، وزن، ویسکوزیته، نسبت‌ها و غیره نیز استفاده می‌کند.
- سنسورهای کنترلرهای دما، تنها محدود به اندازه‌گیری دما هستند. این‌ها عبارتند از ترموکوپل‌ها، RTD و غیره. سنسورهایی همچون استرین گیج‌ها، LVDT، اوریفیس، سنسورهای شیمیایی و بسیاری دیگر، در کنترلرهای فرآیند استفاده می‌شوند.
- کنترلرهای فرآیند با سیستم‌های کنترل منطق نسبی تولید می‌شوند. کنترلرهای دما معمولا با مکانیزم کنترل منطق ترتیبی ساخته می‌شوند. در کنترلرهای فرآند، ما می‌توانیم PLC (کنترل منطقی برنامه‌پذیر)، سیستم کنترل توزیع‌شده و سیستم SCADA داشته باشیم. کنترلر فرآیند برای سیستم‌های کنترل پیوسته یا batch ساخته می‌شود. کنترلرهای فرآیند می‌توانند با کنترل چارت (جدول کنترل)، کنترل فرآیند آماری را پیاده‌سازی کنند.