الأحد , سبتمبر 22 2019
الرئيسية / السيطرة و التحكم / الاجهزة و المتحسسات / كيف يفهم المتحكم المنطقي معلومات الحساس

كيف يفهم المتحكم المنطقي معلومات الحساس

الكثير يتسائلون كيف يعمل نظام أتمتة مثل PLC أو DCS التدريج لمستشعر؟ أو حتى التفكير في بعض الأحيان في تقنيات قياس الإرسال في مجال بسيط لتحويل أي نوع من خرج المستشعر إلى معيار 4-20mA. على سبيل المثال ، فكر في جهاز إرسال درجة الحرارة وكلنا نعرف باستخدام معادلة بسيطة يمكننا حساب درجة الحرارة المكافئة من مقاومة خرج جهاز استشعار RTD وفي حالة وجود جهاز حراري ، يلزم وجود خوارزمية معقدة لتحويل بضع ملي فولتات  الناتجه إلى درجة حرارة مكافئة.

إذاً ، السؤال الآن هو كيف يقوم PLC أو DCS أو Transmitter بالتدريج؟

دعونا نناقش بالتفصيل حول التدريج.

مقياس التدريج هو عملية أخذ إشارة مثل متغير العملية ، الجهد أو التيار الناتج من المستشعر وتطبيق العمليات الحسابية لعرض هذه الإشارة في شكل أكثر قابلية للاستخدام من حيث الوحدات الهندسية ، مثل PSI أو ° F أو RH٪ إلى المشغل في غرفة التحكم. هناك ثلاثة تقنيات شائعة تستخدم في عالم الحصول على البيانات ، بما في ذلك التدريج الخطي ، وتوسيع نطاق القياس ، وتغيير الصيغة. جميع الطرق الثلاث لها مكانها ووقتها للاستخدام وسيتم وصفها في هذه المقالة.

 

تقنيات القياس
هناك ثلاثة أساليب للقياس سوف نغطيها هنا في هذه المقالة: الخطية ، ورسم الخرائط والصيغة. تتداخل هذه التقنيات الثلاثة قليلاً كما سنوضح ، ولكن هذه هي الطرق الأساسية المستخدمة في عالم الحصول على البيانات. فقط لإعطاء نظرة عامة سريعة على هذه الطرق الثلاثة وأفضل ما يمكن الاستفادة منه ، قمنا بتجميع جدول أدناه.

 

1-التدريج الخطي

يجب أن تذكرك تقنية التحجيم الخطي بقليل من أيامك في الجبر الأساسي. ويستخدم نموذج تقاطع الميل القديم ‘y = mx + b’ حيث y هو الناتج (المعروف أيضاً بقيمة الوحدات الهندسية) ، x هو مدخلاتك (سواء كانت الفولتية أو ملي امبير، إلخ) ، m هو الميل الخاص بك ( يُعرف أيضًا باسم معامل المقياس) ، و b هو ثابت y (يُعرف أيضًا باسم الإزاحة). كما ذكر سابقاً ، يعمل القياس الخطي بشكل أفضل مع المخرجات الخطية أو التيارية التي تمثل فيها المخرجات الدنيا والقصوى قيم محددة على طول نطاق المستشعرات. إذا كنت نسيت قليلاً ، لا تخف ، سنقدم لك بعض الأمثلة لتجديد الذاكرة

 

المثال رقم 1

لنفرض مرسلة الكترونية لمستوى ماء مع مدى من 0 إلى 100 في  وإخراج 0 إلى 10 فولت تيار مستمر. هذه المواصفات تخبرنا شيئين: يمثل الناتج من 0V قياس المستوى صفر ويمثل الناتج من 10V قياسًا المستوى 100. من الأفضل أن تبدأ بعامل مقياسك ، أو m في المعادلة. يمكن حل العامل m باستخدام صيغة الميل m = (y2-y1) / (x2-x1) واختيار نقطتين على طول المقياس الخطي. بعد تحديد عامل القياس ، نقوم ببساطة بتوصيل القيمة m مرة أخرى إلى صيغة تقاطع الميل واستخدام أحد نقاطنا لحساب إزاحتنا.

سنستخدم النقطتين (0 ، 0) و (10 ، 100) لحساب عامل القياس أو الميل m

. m = (y2-y1) / (x2-x1) = (100 – 0) / (10 – 0) = 100/10

لذلك m = 10

 

الآن سنستخدم صيغة تقاطع الميل والنقطة (0 ، 0) لحساب الإزاحة أو b.

y = mx + b ،

حيث y = 0 و x = 0 و m = 10 و b غير معروفة.

0 = 10(0) + b = 0 + b

اذن b = 0

من المستحسن دائمًا التحقق من أن عامل القياس والإزاحة صحيحان عن طريق توصيل النقطة الثانية في المعادلة المكتملة ، والتي تكون في هذه الحالة (10 ، 100). y = mx + b ،

حيث y = 100 ، x = 10 ،

m = 10 ،

b = 10 (10) + 0 = 100

نظرًا لأن هذه العملية الحسابية صالحة ، تحققنا من عامل مقياسنا و الإزاحة صحيحة.

2- Mapped Scaling

إن تقنية القياس المقنن غالبًا ما تكون مدمجة ومبرمجة مسبقًا لمدخلات مثل المزدوجات الحرارية ، Pt100 / 1000 ، وغيرها من أجهزة استشعار درجة الحرارة المقاومة. على سبيل المثال ، عندما تقوم بتكوين نظام اكتساب البيانات الخاص بك لقياس نوع K الحرارية ، فإن النظام يعرف بالفعل ما يقابله الناتج بالميليوفولت الحرارية مع درجة الحرارة. لا ينطبق هذا المثال إلا على المزدوجات الحرارية من النمط K ، ولكن أي نوع من أجهزة استشعار درجة الحرارة المقاومة المستخدمة عادةً أو أجهزة الاستشعار الأخرى ذات الصلة. ومع ذلك ، هناك بعض الحالات التي نحتاج فيها إلى إنشاء جدول تعيين خاص بنا. واحدة من هذه الحالات هي عندما نعمل مع نظام اكتساب البيانات الذي لم يتم تكوينه مسبقا للاستخدام مع أجهزة استشعار درجة الحرارة مقاوم. هذه ليست حالة شائعة جدا نواجهها ، لكن الجدير بالذكر. ويكون المثال الآخر عندما يكون لدينا دالة غير خطية ولا يكون القياس المستند إلى المعادلة متاحًا أو يكون دالة بدائية. مثال جيد على ذلك هو عندما نستخدم مستشعر مستوى لحساب حجم الخزان في خزان غير خطي. عادة عندما نريد أن نعرف ما هو حجم السائل في خزان نقيس عمق أو مستوى الخزان. من خلال معرفة ذلك ، يمكننا حساب حجم السائل. إذا كان الخزان يحتوي على قاع مسطح وكان نفس القطر على طول ارتفاعه ، فسيكون هذا الحساب بسيطًا ، ويمكننا استخدام مقياس خطي كما هو موضح أعلاه. ومع ذلك ، عادة يتم تقريب هذه الخزانات ومستوى السائل لا يرتبط بشكل مباشر مع حجم السائل. في هذه الحالة ، يجب علينا استخدام القياس المعين وقليل من الرياضيات لتحقيق النتيجة المرجوة.

على سبيل المثال ، سنستخدم خزان أسطواني أفقي يبلغ قطره 5 أقدام وطوله 10 قدم ، وهناك عدد من المعادلات المثلثية المعقدة المستخدمة لتحديد الحجم المملوء لخزان مثل هذا الذي سنقوم بتخطيه لأنها معقدة للغاية بالنسبة لنطاق هذه المادة. بدلاً من ذلك ، سنقوم بإجراء الحسابات ونعرض لك جدول تعيين القيمة. أيضا ، في هذا المثال ، سوف نستخدم مستوى المرسل مرة أخرى ، ولكن هذه المرة خرج من 0 إلى 10V DC ومن 0 إلى  المستوى 5 .

إذا كان هذا هو جدول التعيين المبرمج في نظام الحصول على البيانات الخاصة بك ، فسيتم حساب الحجم بدلاً من مجرد قياس العمق. عادة أكثر النقاط في الجدول الخاص بك أكثر دقة الحسابات ستظهر. لإظهار هذا المفهوم ، دعنا نستخدم إشارة خرج 1 فولت كمثال. يخبرنا خرج من 1 فولت أن هناك عمق 0.5 قدم في الخزان. هذا بحساب ما يقرب من 76 غالون. يسقط 1V بين 0V و 2V على طاولتنا ، لذا فإن نظام الحصول على البيانات سيؤسس مقياسًا خطيًا بين هاتين النقطتين وسيقول أن خرج 1 فولت هو 104.5 غالون ، وهو ما يقرب من 30 غالونًا! تحجيم الصيغة هذه التقنية لديها القدرة على أن تكون واحدة من أقوى طرق القياس ، ومع ذلك فهي في الغالب خنزير الموارد ومعظم أنظمة الحصول على البيانات تخزين البيانات بمعدلات عالية لا يمكن مواكبة هذه العملية. بالنسبة إلى أنظمة الحصول على البيانات التي لا يمكنها إجراء قياس الصيغة ، هناك خياران: تخزين القيم الأولية وتطبيق الصيغ المطلوبة على البيانات بعد حفظ البيانات من نظام الحصول على البيانات. يمكن أن يتم ذلك عادةً في برنامج مثل Microsoft Excel. باستخدام حاسبة إشارة برمجة. يمكن تكوين هذا النوع من الأجهزة لمعالجة مدخلات متعددة عبر صيغة معرفة من قبل المستخدم وتوفير مخرجات خطية. هناك العديد من الاستخدامات المحتملة لقياس الصيغة. سوف نقوم بتغطية سيناريوهين محتملين لهذه التقنية: حجم الخزان العمودي للأسطوانة والضغط التفاضلي.

Formula Scaling -3   

هذه التقنية لديها القدرة على أن تكون واحدة من أساليب القياس أقوى، ومع ذلك، فإنه غالبا ما يكون الموارد خنزير، ومعظم الأنظمة الحصول على البيانات تخزين البيانات بمعدلات عالية لا يمكن مواكبة هذه العملية. بالنسبة إلى أنظمة الحصول على البيانات التي لا يمكنها إجراء قياس الصيغة ، هناك خياران: تخزين القيم الأولية وتطبيق الصيغ المطلوبة على البيانات بعد حفظ البيانات من نظام الحصول على البيانات. يمكن أن يتم ذلك عادةً في برنامج مثل Microsoft Excel. باستخدام حاسبة إشارة برمجة. يمكن تكوين هذا النوع من الأجهزة لمعالجة مدخلات متعددة عبر صيغة معرفة من قبل المستخدم وتوفير مخرجات خطية. هناك العديد من الاستخدامات المحتملة لقياس الصيغة. سوف نقوم بتغطية سيناريوهين محتملين لهذه التقنية: حجم الخزان العمودي للأسطوانة والضغط التفاضلي.

المثال 1

بالنسبة لخزان الاسطوانة العمودي ، يمكن حساب حجم التعبئة بواسطة المعادلة “V = π r2 f” حيث V هو حجم التعبئة ، ويكون r نصف قطر الخزان ، و f هو ارتفاع التعبئة. لنفترض أن خزاننا يبلغ قطره 5 أقدام وارتفاعه 10 قدمًا مرة أخرى ، دعنا نستخدم مستوى الإرسال لمثالنا مع نطاق يتراوح من 0 إلى 10 ftWC ومن 0 إلى 5 فولت إخراج DC. المستوى الارسال يعطينا إرتفاع التعبئة أو f. من ارتفاع التعبئة هذا ، يمكننا حساب حجم التعبئة مباشرة أو V. سنستخدم بعض الطرق نفسها للتدرج الخطي للحصول على f وتطبيق العمليات الحسابية فوق ذلك.

سنقوم أولاً بحساب القياس الخطي لارتفاع التعبئة أو f. سوف أتخطى بضع خطوات منذ تناولنا هذا في القسم الأول.
y = f = 2x ،
حيث x هو خرج الجهد لجهاز الاستشعار.
الآن يمكننا استبدال f في تركيبة خزان الاسطوانة العمودية بـ 2x
. V = π r2 f = π (2.5) 2 (2x) = π 12.5x
المثال الثاني
الطريق الثاني الذي سنستخدمه لشرح تقنية قياس الصيغة هو الضغط التفاضلي. من الواضح أن هناك عددًا من أجهزة استشعار الضغط التفاضلية هناك والتي تعطي ناتجًا خطيًا ، ولكن من خلال التجربة يمكنني أن أخبرك أن هناك الكثير من الاستخدامات لهذه الطريقة لحساب الضغط التفاضلي. في هذا المثال ، سوف نستخدم اثنين من أجهزة الإرسال ذات نطاق من 0 إلى 100 PSI و 0 إلى 10 V DC output. وسيتم وضع واحد داخل وعاء مضغوط مغمورة تحت الماء وسيتم وضع الآخر خارج هذه السفينة. سوف يحدد الضغط التفاضلي كمية القوة التي يتم ممارستها على جدران الوعاء. الحسابات هنا بسيطة للغاية. ببساطة طرح واحدة من الآخر.
Pdifferential = Pexternal – Pinternal
في الختام
هناك ثلاث تقنيات الأكثر استخداماً لتدريج محاسيس الاستشعار هي التحجيم الخطي ، التدريج المعين وقياس الصيغة. كما ترى ، هناك العديد من الحالات التي يمكن أن تعمل فيها أكثر من إحدى هذه الأساليب ، ويعتمد الخيار الأفضل عادةً على الأجهزة / البرامج التي تعمل معها. التدرج الخطي هو أسهل طريقة للعمل به ، إلا أن المستشعرات ذات المخرجات الخطية تميل إلى أن تكون أغلى ثمناً حيث أن الأجهزة الإضافية مطلوبة لإضفاء الخطية على الناتج الخام من المحول. يتم استخدام القياس المعيّن في كثير من الأحيان أكثر مما نلاحظه حتى. في أي وقت يعطيك جهاز استشعار درجة الحرارة مقاومًا لك قراءة درجة حرارة ، يتم تغيير القياس في مكان ما على طول الخط. يعد تغيير الصيغة أمرًا قويًا جدًا ، ولكنه يتطلب تكوينات للأجهزة والبرامج.

 

 

شارك الموضوع مع اصدقائك
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

عن احمد عبد الوهاب

احمد عبد الوهاب
حاصل على شهادة البكلوريوس في الهندسة الكهربائية و دبلوم في الالكترونيك. متخصص في السيطرة الكهربائية والتحكم الالي باستخدام المتحكم المنطقي القابل للبرمجة PLC .نشر معرفتي و خبرتي بهذه المدونة يجعلني سعيدًا. أحب البرمجة و تصميم المواقع الالكترونية .هواياتي صناعة اللوحات الالكترونية, السفر, الزراعة و العناية بالحديقة والنباتات الداخلية.

شاهد أيضاً

ماهو المشغل الميكانيكي (Actuator)؟

المشغل الميكانيكي (بالإنجليزية: Actuator) في نظرية نظم التحكم آلة غرضها تحريك جزء معين من عملية …

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *