مرثیه ای برای کنترل های PID!

از: Thomas Hartman

ماخذ: HPAC

مقدمه

کنترل های PID (تناسبی – انتگرالی -مشتقی) نسل های متمادی است که شالوده و بنیان کنترل تجهیزات ساختمانی و تهویه مطبوع را تشکیل داده‌اند؛ اما با ظهور شبکه‌های دیجیتال، نکات منفی کنترلرهای PID بیشتر به چشم می‌آیند، به خصوص در صنعت تأسیسات که راندمان مصرف انرژی روز به روز در اهمیت بیشتری می‌یابد. شاید بتوان گفت که سابقه استفاده بسیار طولانی مدت از کنترلرهای PID به نداشتن رقیب باز می‌گشته است (روشی جایگزین که بتوان در تمامی کاربردهای کنترل مدولاسیونی به کار برد). اما این وضعیت در حال تغییر است چون روش‌های جدید کنترل که از یکپارچه‌سازی شبکه‌ای استفاده می‌کنند، راندمان و کیفیت عملکردی بسیار بهتری ارائه می‌نمایند. زمان آن رسیده است تا با کنترلرهای PID برای همیشه خداحافظی کنیم و به روش‌های دقیق‌تر و با راندمان بالاتر روی آوریم.

جنبه های منفی کنترل های PID

مهم ترین نکته منفی کنترلرهای PID عملکرد دقیق آنهاست. مقرراتی که توسط تجهیزات و شیوه‌های کاری آنها بر کنترلرهای PID دیکته می‌شود منجر به کوچک انتخاب شدن شیرهای برقی و دمپرها می‌گردد و این امر باعث می‌شود که در طول همان شیرها و دمپرها و در تمامی شرایط عملکردی، افت فشار قابل توجهی ایجاد شود. اگر از این نوع کنترل ها برای سیستم‌های توزیع آب یا هوای سرد و گرم استفاده شود، میزان افت فشار پیشنهادی شیر کنترل می‌تواند تا دو برابر توان پمپ مورد نیاز باشد. توجه داشته باشید که چنین تلفاتی در کنترل های PID با پمپها و بادبزن‌های سرعت متغیر افزایش قابل توجهی می‌یابد چون که
یک کنترل PID سعی می‌کند پمپ ها و بادبزن‌ها در حیطه طبیعی منحنی مشخصه (بالاترین راندمان در سرعت‌های مختلف) آنها به کار گیرد و به همین دلیل موجب می‌شود راندمان کاری افت کرده و فشار کاری آنها افزایش یابد. نکته بسیار مهم که بر اساس تحقیقات چند مؤسسه در آمریکا به اثبات رسیده، این است که تا سه چهارم مصارف سالانه انرژی سیستم‌های توزیع آب یا هوای سرد و گرم فقط صرف تلفات کنترل های PID می‌شود.

مشکلات کنترل های PID فقط به افت راندمان محدود نمی‌شوند:

• از آنجا که لوله‌های PID به طور مستقل از یکدیگر عمل می‌کنند، نمی‌توانند تأمین تمامی نیازها را در هر زمان خاص تضمین نمایند؛
• پیاده‌سازی کنترلهای PID می‌تواند دشوار و پرهزینه باشد. هدف ایده‌آل هر سیستم توزیع آب یا هوای سرد و گرم که از کنترل های PID استفاده می‌کند این است که فشار تفاضلی در طول لوله‌های رفت و برگشت برای هر بار ثابت باقی بماند و از تغییرات جریان در سیستم تأثیر نپذیرد. طراحان برای اینکه این امر را تحقق بخشند معمولاً چاره‌ای جز بزرگ انتخاب کردن لوله‌های اصلی تغذیه یا استفاده از آرایش‌های برگشت معکوس ندارند. این ترفندهای متعادل کردن فشار بر هزینه‌های سیستم می‌افزایند؛
• کنترل های PID برای پرسنل راهبری سیستم‌ها دردسر ساز هستند چون نیازمند تنظیم و تصحیح تقریباً همیشگی موقعیت دمپر و شیر می‌باشند. این تغییر وضعیت دادن‌ها موجب کوتاه شدن عمر اکچویتور شده و ضمن افزودن بر هزینه‌های نگهداری، عامل پایداری کنترل را تنزل می‌دهند.

کنترل “مستقل” شبکه‌ای

تمامی این مشکلات با جایگزین ساختن کنترل های مستقل شبکه‌ای با کنترل های PID قابل حل است. لوله‌های کنترل PID برای تثبیت فشار یا دما به طور مستقل از تجهیزاتی که برای کنترل همین شرایط در سیستمی پایین دست تعبیه شده‌اند عمل می‌کنند. اما کنترل های شبکه‌ای تمامی این زیر مجموعه‌ها را یکپارچه ساخته و آنها را به صورت سیستمی واحد به کار می‌گیرند. علاوه بر این، کنترل های شبکه‌ای ضمن ایجاد امکان عملکرد خودکار سیستم‌ها، از تلفات انرژی خاص کنترل های PID جلوگیری می‌کنند.

کنترل یکپارچه سیستم‌های تهویه مطبوع از بسیاری لحاظ شبیه به معماری‌های کنترل در سیستم‌های شبکه کامپیوتری است که در اینترنت به کار گرفته شده‌اند. بارهای موجود در یک سیستم توزیع آب یا هوای سرد و گرم را به عنوان مصرف‌کنندگان اینترنت و پمپ یا بادبزن را به عنوان یک سرور شبکه اینترنت در
نظر بگیرید. یک سیستم کنترل دیجیتال مستقیم، تقاضاهای مصرف‌کنندگان را پردازش کرده و آنها را بر حسب تقاضا به سرور ارجاع می‌دهد. بدین ترتیب تقاضای هر مصرف‌کننده یا “بار” تأمین شده و از منابع به طور بهینه استفاده می‌شود.

استفاده از ساختار و معماری شبکه‌ای اینترنتی در کنترل های تهویه مطبوع مزایای فراوانی دارد که از مهم‌ترین آنها می‌توان به کاهش هزینه ها، آرایش و
ترکیب بندی های ساده تر، کاهش هزینه نگهداری، پایداری طولانی مدت و راندمان بالاتر اشاره نمود. با جایگزین ساختن این راهکارها به جای کنترلهای سنتی PID در یک سیستم توزیع آب یا هوای سرد و گرم، نقاط تنظیم فشار دمای کنترل جای خود را به کنترل های بهینه سازی شده از لحاظ مصرف انرژی و بر اساس اصل عملکرد مرزی یکسان می دهد.

طراحان به خوبی می دانند که ایده آل مورد انتظار از یک سیستم تهویه مطبوع، فقط تأمین فشارها یا دماها نیست بلکه باید تمامی ساکنان یک ساختمان احساس آرامش و آسودگی (محیطی) داشته باشند و این جو با کمترین مصرف انرژی برقرار گردد. یک سیستم کنترل شبکه ای می تواند هر منطقه یا زونی را که ساکنان آن حضور دارند به سیستم های کنترل منابع آسایشی متصل نموده و با صرف انرژی کمتر در مقایسه با زمانی که این زون ها به طور مستقل از یکدیگر عمل می کردند، شرایط محیطی مورد نیاز را تأمین نماید.

منبع: مجله صنعت تاسیسات شماره 63

اگر شما هم مشتاق یادگیری تخصصی و حرفه ای دوره های تاسیسات مکانیکی با اساتیدی مجرب هستید میتوانید در دوره های تاسیسات مکانیکی شرکت کنید.