خودکار درجہ حرارت کنٹرول سسٹم

ضابطے کے اصول کے مطابق، تمام خودکار کنٹرول سسٹمز کو چار کلاسوں میں تقسیم کیا گیا ہے۔

1. خودکار استحکام کا نظام — ایک ایسا نظام جس میں ریگولیٹر کنٹرول شدہ پیرامیٹر کی ایک مستقل سیٹ ویلیو کو برقرار رکھتا ہے۔

2. پروگرام شدہ کنٹرول سسٹم - ایک ایسا نظام جو پہلے سے طے شدہ قانون (وقت پر) کے مطابق کنٹرول شدہ پیرامیٹر میں تبدیلی فراہم کرتا ہے۔

3. ٹریکنگ سسٹم - ایک ایسا نظام جو کنٹرول شدہ پیرامیٹر میں کسی دوسری قدر کے لحاظ سے تبدیلی فراہم کرتا ہے۔

4. ایکسٹریم ریگولیشن سسٹم - ایک ایسا نظام جس میں ریگولیٹر کنٹرول شدہ متغیر کی قدر کو برقرار رکھتا ہے جو بدلتے حالات کے لیے بہترین ہے۔

برقی حرارتی تنصیبات کے درجہ حرارت کے نظام کو منظم کرنے کے لیے، پہلی دو کلاسوں کے نظام بنیادی طور پر استعمال کیے جاتے ہیں۔

خودکار درجہ حرارت کو کنٹرول کرنے والے نظام کو ان کی قسم کے آپریشن کے لحاظ سے دو گروپوں میں تقسیم کیا جا سکتا ہے: متواتر اور مسلسل ریگولیشن۔

خودکار ریگولیٹرز خودکار کنٹرول سسٹم (ACS) ان کی فعال خصوصیات کے مطابق، انہیں پانچ اقسام میں تقسیم کیا گیا ہے: پوزیشنل (ریلے)، متناسب (جامد)، انٹیگرل (ایسٹیٹک)، آئسوڈرومک (متناسب-انٹیگرل)، آئسوڈرومک ایڈوانس کے ساتھ اور پہلے مشتق کے ساتھ۔

پوزیشنرز کا تعلق متواتر ACS سے ہے، اور دیگر قسم کے ریگولیٹرز کو مسلسل ACS کہا جاتا ہے۔ ذیل میں ہم پوزیشنل، متناسب، انٹیگرل اور آئسوڈرومک کنٹرولرز کی اہم خصوصیات پر غور کرتے ہیں، جو اکثر خودکار درجہ حرارت کنٹرول سسٹم میں استعمال ہوتے ہیں۔

آٹومیٹک ٹمپریچر کنٹرول کا ایک فنکشنل ڈایاگرام (تصویر 1) کنٹرول آبجیکٹ 1، ٹمپریچر سینسر 2، پروگرام ڈیوائس یا ٹمپریچر ریگولیٹر 4، ریگولیٹر 5 اور ایکچیویٹر 8 پر مشتمل ہوتا ہے۔ بہت سے معاملات میں پرائمری ایمپلیفائر 3 رکھا جاتا ہے۔ سینسر اور پروگرام ڈیوائس کے درمیان، اور ریگولیٹر اور ڈرائیو میکانزم کے درمیان - ایک ثانوی یمپلیفائر 6۔ ایک اضافی سینسر 7 isodromic کنٹرول سسٹم میں استعمال ہوتا ہے۔

چاول۔ 1. خودکار درجہ حرارت کے ضابطے کی فنکشنل اسکیم

تھرموکوپل، تھرموکوپل (تھرمیسٹر) اور مزاحمتی تھرمامیٹر... سب سے زیادہ استعمال ہونے والے تھرموکوپل۔ ان کے بارے میں مزید تفصیلات کے لیے یہاں دیکھیں: تھرمو الیکٹرک کنورٹرز (تھرموکپل)

پوزیشنی (ریلے) درجہ حرارت کے ریگولیٹرز

پوزیشن سے مراد ایسے ریگولیٹرز ہیں جہاں ریگولیٹر دو یا تین مخصوص پوزیشنوں پر قبضہ کر سکتا ہے۔ دو اور تین پوزیشن والے ریگولیٹرز برقی حرارتی تنصیبات میں استعمال ہوتے ہیں۔ وہ کام کرنے کے لئے آسان اور قابل اعتماد ہیں۔

انجیر میں۔ 2 ہوا کے درجہ حرارت کو آن اور آف کنٹرول کرنے کے لیے ایک اسکیمیٹک خاکہ دکھاتا ہے۔

چاول۔ 2.سوئچ آن اور آف کرتے وقت ہوا کے درجہ حرارت کے ضابطے کا اسکیمیٹک خاکہ: 1 — کنٹرول آبجیکٹ، 2 — ماپنے والا پل، 3 — پولرائزڈ ریلے، 4 — الیکٹرک موٹر کے اکسیٹیشن وائنڈنگز، 5 — موٹر آرمچر، 6 — گیئر باکس، 7 — ہیٹر۔

آبجیکٹ آف ریگولیشن میں درجہ حرارت کو کنٹرول کرنے کے لیے، ریزسٹنس RT استعمال کیا جاتا ہے، جو ماپنے والے پل 2 کے ایک بازو سے منسلک ہوتا ہے۔ پل کی مزاحمت کی قدروں کو اس طرح منتخب کیا جاتا ہے کہ دیئے گئے درجہ حرارت پر پل متوازن ہے، یعنی پل کے اخترن میں وولٹیج صفر کے برابر ہے۔ جب درجہ حرارت بڑھتا ہے تو پولرائزڈ ریلے 3، جو پیمائش کرنے والے پل کے اخترن میں شامل ہوتا ہے، ڈی سی موٹر کے وائنڈنگ 4 میں سے ایک کو آن کرتا ہے، جو ریڈوسر 6 کی مدد سے ہیٹر کے سامنے ایئر والو کو بند کر دیتا ہے۔ 7. جب درجہ حرارت گرتا ہے، ہوا کا والو مکمل طور پر کھل جاتا ہے۔

دو پوزیشن درجہ حرارت کے ضابطے کے ساتھ، فراہم کردہ حرارت کی مقدار کو صرف دو سطحوں پر سیٹ کیا جا سکتا ہے - زیادہ سے زیادہ اور کم سے کم۔ مقررہ کنٹرول شدہ درجہ حرارت کو برقرار رکھنے کے لیے گرمی کی زیادہ سے زیادہ مقدار ضرورت سے زیادہ ہونی چاہیے، اور کم از کم کم ہونی چاہیے۔ اس صورت میں، ہوا کا درجہ حرارت سیٹ ویلیو کے ارد گرد اتار چڑھاؤ آتا ہے، یعنی نام نہاد سیلف oscillating موڈ (تصویر 3، a)۔

درجہ حرارت کی لکیریں τn اور τв ڈیڈ زون کی نچلی اور اوپری حدود کی وضاحت کرتی ہیں۔ جب کنٹرول شدہ چیز کا درجہ حرارت، گھٹتا ہوا، قدر تک پہنچ جاتا ہے τ فراہم کردہ حرارت کی مقدار فوری طور پر بڑھ جاتی ہے اور آبجیکٹ کا درجہ حرارت بڑھنا شروع ہو جاتا ہے۔ احساس تک پہنچنے سے، ریگولیٹر گرمی کی فراہمی کو کم کر دیتا ہے اور درجہ حرارت کم ہو جاتا ہے۔

چاول۔ 3.آن آف ریگولیشن کی وقت کی خصوصیت (a) اور ایک آن آف ریگولیٹر (b) کے لیے جامد خصوصیت۔

درجہ حرارت میں اضافے اور گرنے کی رفتار کا انحصار کنٹرول شدہ چیز کی خصوصیات اور اس کے وقت کی خصوصیت (سرعتی وکر) پر ہوتا ہے۔ درجہ حرارت کا اتار چڑھاو ڈیڈ زون سے زیادہ نہیں ہوتا ہے اگر حرارت کی فراہمی میں تبدیلی فوری طور پر درجہ حرارت میں تبدیلی کا باعث بنتی ہے، یعنی اگر کنٹرول شدہ چیز کا کوئی وقفہ نہ ہو۔

جیسے جیسے ڈیڈ زون کم ہوتا ہے، درجہ حرارت کے اتار چڑھاو کا طول و عرض τn = τv پر صفر تک کم ہو جاتا ہے۔ تاہم، اس کے لیے گرمی کی سپلائی کو لامحدود اعلی تعدد پر مختلف ہونے کی ضرورت ہوتی ہے، جسے عملی طور پر نافذ کرنا انتہائی مشکل ہے۔ تمام حقیقی کنٹرول اشیاء میں تاخیر ہوتی ہے۔ ان میں ریگولیشن کا عمل اس طرح آگے بڑھتا ہے۔

جب کنٹرول آبجیکٹ کا درجہ حرارت قدر τ تک گر جاتا ہے تو، بجلی کی فراہمی فوری طور پر تبدیل ہوجاتی ہے، لیکن تاخیر کی وجہ سے، درجہ حرارت کچھ وقت تک کم ہوتا رہتا ہے۔ اس کے بعد یہ قدر τв تک بڑھ جاتا ہے، جس پر حرارت کا ان پٹ فوری طور پر کم ہو جاتا ہے۔ درجہ حرارت کچھ عرصے تک بڑھتا رہتا ہے، پھر گرمی کے ان پٹ میں کمی کی وجہ سے درجہ حرارت گر جاتا ہے اور یہ عمل دوبارہ دہرایا جاتا ہے۔

انجیر میں۔ 3، b دو پوزیشن والے کنٹرولر کی ایک جامد خصوصیت کو ظاہر کرتا ہے... یہ اس کے بعد ہے کہ آبجیکٹ پر ریگولیٹنگ اثر صرف دو قدریں لے سکتا ہے: زیادہ سے زیادہ اور کم سے کم۔ زیر غور مثال میں، زیادہ سے زیادہ اس پوزیشن سے مطابقت رکھتا ہے جہاں ایئر والو (تصویر 2 دیکھیں) مکمل طور پر کھلا ہوا ہے، کم از کم — جب والو بند ہو۔

کنٹرول ایکشن کا نشان اس کی مقرر کردہ قدر سے کنٹرول شدہ قدر (درجہ حرارت) کے انحراف کے نشان سے طے ہوتا ہے۔ ریگولیٹری اثر و رسوخ کی ڈگری مسلسل ہے. تمام آن/آف کنٹرولرز میں ہسٹریسس ایریا α ہوتا ہے، جو برقی مقناطیسی ریلے کے پک اپ اور ڈراپ آف کرنٹ کے درمیان فرق کی وجہ سے ہوتا ہے۔

دو نکاتی درجہ حرارت کنٹرول کے استعمال کی مثال: حرارتی مزاحمت کے ساتھ بھٹیوں میں خودکار درجہ حرارت کنٹرول

متناسب (جامد) درجہ حرارت کنٹرولرز

ایسی صورتوں میں جہاں کنٹرول کی اعلی درستگی کی ضرورت ہو یا جب خود سے چلنے والا عمل ناقابل قبول ہو، مسلسل ریگولیشن کے عمل کے ساتھ ریگولیٹرز کا استعمال کریں... ان میں متناسب کنٹرولرز (P-controllers) شامل ہیں جو تکنیکی عمل کی وسیع اقسام کو منظم کرنے کے لیے موزوں ہیں۔

ایسی صورتوں میں جہاں اعلیٰ ضابطہ کی درستگی کی ضرورت ہوتی ہے یا جب خود سے چلنے والا عمل ناقابل قبول ہوتا ہے، مسلسل ریگولیشن کے عمل کے ساتھ ریگولیٹرز استعمال کیے جاتے ہیں۔ ان میں متناسب کنٹرولرز (P-controllers) شامل ہیں جو تکنیکی عمل کی وسیع اقسام کو منظم کرنے کے لیے موزوں ہیں۔

P-ریگولیٹرز والے خودکار کنٹرول سسٹمز میں، ریگولیٹنگ باڈی (y) کی پوزیشن کنٹرولڈ پیرامیٹر (x) کی قدر کے براہ راست متناسب ہوتی ہے۔

y = k1x،

جہاں k1 تناسب کا عنصر ہے (کنٹرولر حاصل)۔

یہ تناسب اس وقت تک ہوتا ہے جب تک کہ ریگولیٹر اپنی آخری پوزیشن (حد سوئچز) تک نہ پہنچ جائے۔

ریگولیٹنگ باڈی کی حرکت کی رفتار کنٹرول پیرامیٹر کی تبدیلی کی رفتار کے براہ راست متناسب ہے۔

انجیر میں۔4 متناسب کنٹرولر کا استعمال کرتے ہوئے ایک خودکار کمرے کے درجہ حرارت کو کنٹرول کرنے والے نظام کا اسکیمیٹک خاکہ دکھاتا ہے۔ کمرے کا درجہ حرارت پل کے پیمائشی سرکٹ 1 سے منسلک RTD مزاحمتی تھرمامیٹر سے ماپا جاتا ہے۔

چاول۔ 4. متناسب ہوا کے درجہ حرارت کو کنٹرول کرنے کی اسکیم: 1 — ماپنے والا پل، 2 — کنٹرول آبجیکٹ، 3 — ہیٹ ایکسچینجر، 4 — کپیسیٹر موٹر، ​​5 — فیز حساس یمپلیفائر۔

ایک دیئے گئے درجہ حرارت پر، پل متوازن ہے. جب کنٹرول شدہ درجہ حرارت مقررہ قدر سے ہٹ جاتا ہے، تو پل کے اخترن میں ایک غیر متوازن وولٹیج ظاہر ہوتا ہے، جس کی شدت اور نشان درجہ حرارت کے انحراف کی شدت اور نشانی پر منحصر ہوتا ہے۔ اس وولٹیج کو فیز حساس یمپلیفائر 5 کے ذریعے بڑھایا جاتا ہے، جس کے آؤٹ پٹ پر ڈرائیو کی دو فیز کیپسیٹر موٹر 4 کی وائنڈنگ آن ہوتی ہے۔

ڈرائیو میکانزم ریگولیٹنگ باڈی کو حرکت دیتا ہے، ہیٹ ایکسچینجر میں کولنٹ کے بہاؤ کو تبدیل کرتا ہے۔ پل متوازن ہے.

اس طرح، سخت فیڈ بیک کی وجہ سے، ریگولیٹنگ باڈی کی ہر پوزیشن کنٹرول شدہ درجہ حرارت کے اپنے توازن کی قدر سے مساوی ہے۔

متناسب (جامد) کنٹرولر بقایا ضابطے کی عدم یکسانیت کی خصوصیت رکھتا ہے۔

مقررہ قدر سے بوجھ کے تیز انحراف کی صورت میں (اس وقت t1)، کنٹرول شدہ پیرامیٹر ایک مخصوص مدت کے بعد (لمحہ t2) ایک نئی مستحکم قدر (تصویر 4) تک پہنچ جائے گا۔تاہم، یہ صرف ریگولیٹنگ باڈی کی نئی پوزیشن کے ساتھ ہی ممکن ہے، یعنی کنٹرول شدہ پیرامیٹر کی ایک نئی قدر کے ساتھ، جو پہلے سے سیٹ قدر سے δ سے مختلف ہے۔

چاول۔ 5. متناسب کنٹرول کے وقت کی خصوصیات

متناسب کنٹرولرز کا نقصان یہ ہے کہ صرف ایک مخصوص کنٹرول عنصر کی پوزیشن ہر پیرامیٹر کی قدر کے مساوی ہے۔ پیرامیٹر (درجہ حرارت) کی سیٹ ویلیو کو برقرار رکھنے کے لیے جب بوجھ (گرمی کی کھپت) میں تبدیلی آتی ہے، تو ریگولیٹنگ باڈی کے لیے ضروری ہے کہ وہ نئی لوڈ ویلیو کے مطابق مختلف پوزیشن اختیار کرے۔ متناسب کنٹرولر میں، ایسا نہیں ہوتا، جس کے نتیجے میں کنٹرول شدہ پیرامیٹر کا بقایا انحراف ہوتا ہے۔

انٹیگرل (اسٹیٹک کنٹرولرز)

انٹیگرل (اسٹیٹک) ایسے ریگولیٹرز کہلاتے ہیں جن میں جب پیرامیٹر سیٹ ویلیو سے ہٹ جاتا ہے تو ریگولیٹنگ باڈی زیادہ یا زیادہ آہستہ اور ہر وقت ایک سمت میں حرکت کرتی ہے (کام کرنے والے اسٹروک کے اندر) جب تک کہ پیرامیٹر دوبارہ سیٹ ویلیو کو قبول نہ کر لے۔ ایڈجسٹ کرنے والے عنصر کی حرکت کی سمت صرف اس وقت تبدیل ہوتی ہے جب پیرامیٹر سیٹ ویلیو سے زیادہ ہو جائے۔

انٹیگرل الیکٹریکل ایکشن کنٹرولرز میں، عام طور پر ایک مصنوعی ڈیڈ زون بنایا جاتا ہے، جس کے اندر پیرامیٹر میں تبدیلی ریگولیٹنگ باڈی کی حرکت کا سبب نہیں بنتی ہے۔

انٹیگرل کنٹرولر میں ریگولیٹنگ باڈی کی حرکت کی رفتار مستقل اور متغیر ہو سکتی ہے۔ انٹیگرل کنٹرولر کی ایک خصوصیت کنٹرول شدہ پیرامیٹر کی مستحکم ریاستی اقدار اور ریگولیٹنگ باڈی کی پوزیشن کے درمیان متناسب تعلق کی عدم موجودگی ہے۔

انجیر میں۔6 ایک انٹیگرل کنٹرولر کا استعمال کرتے ہوئے ایک خودکار درجہ حرارت کنٹرول سسٹم کا اسکیمیٹک خاکہ دکھاتا ہے۔ متناسب درجہ حرارت کنٹرول سرکٹ کے برعکس (تصویر 4 دیکھیں)، اس میں کوئی سخت فیڈ بیک لوپ نہیں ہے۔

چاول۔ 6. مربوط ہوا کے درجہ حرارت کو کنٹرول کرنے کی اسکیم

ایک انٹیگرل کنٹرولر میں، ریگولیٹنگ باڈی کی رفتار کنٹرولڈ پیرامیٹر کے انحراف کی قدر کے براہ راست متناسب ہے۔

بوجھ میں اچانک تبدیلی (گرمی کی کھپت) کے ساتھ مربوط درجہ حرارت پر قابو پانے کا عمل تصویر میں دکھایا گیا ہے۔ 7 وقتی خصوصیات کا استعمال کرتے ہوئے. جیسا کہ آپ گراف سے دیکھ سکتے ہیں، انٹیگرل کنٹرول کے ساتھ کنٹرول شدہ پیرامیٹر آہستہ آہستہ سیٹ ویلیو پر واپس آتا ہے۔

چاول۔ 7. انٹیگرل ریگولیشن کی وقت کی خصوصیات

آئسوڈرومک (متناسب-انٹیگرل) کنٹرولرز

ایسوڈرومک کنٹرول میں متناسب اور لازمی کنٹرول دونوں کی خصوصیات ہیں۔ ریگولیٹنگ باڈی کی حرکت کی رفتار کنٹرول شدہ پیرامیٹر کے انحراف کی شدت اور رفتار پر منحصر ہے۔

جب کنٹرول شدہ پیرامیٹر سیٹ ویلیو سے ہٹ جاتا ہے، تو ایڈجسٹمنٹ مندرجہ ذیل کی جاتی ہے۔ ابتدائی طور پر، کنٹرول شدہ پیرامیٹر کے انحراف کی شدت کے لحاظ سے ریگولیٹنگ باڈی حرکت کرتی ہے، یعنی متناسب کنٹرول کیا جاتا ہے۔ پھر ریگولیٹر ایک اضافی حرکت کرتا ہے، جو بقایا بے ضابطگیوں (انٹیگرل ریگولیشن) کو دور کرنے کے لیے ضروری ہے۔

متناسب کنٹرول سرکٹ میں سخت فیڈ بیک کی جگہ لے کر ایک isodromic ایئر ٹمپریچر کنٹرول سسٹم (تصویر 8) حاصل کیا جا سکتا ہے (دیکھیں۔5) لچکدار فیڈ بیک کے ساتھ (ریگولیٹنگ باڈی سے لے کر موٹر تک فیڈ بیک مزاحمت کے لیے)۔ آئسوڈرومک سسٹم میں برقی فیڈ بیک ایک پوٹینٹومیٹر کے ذریعے فراہم کیا جاتا ہے اور مزاحمتی R اور capacitance C پر مشتمل لوپ کے ذریعے کنٹرول سسٹم میں کھلایا جاتا ہے۔

عارضی کے دوران، فیڈ بیک سگنل پیرامیٹر ڈیوی ایشن سگنل کے ساتھ مل کر سسٹم کے بعد کے عناصر (ایمپلیفائر، الیکٹرک موٹر) کو متاثر کرتا ہے۔ ایک سٹیشنری ریگولیٹنگ باڈی کے ساتھ، یہ کسی بھی پوزیشن میں ہو، جب کپیسیٹر C چارج کیا جاتا ہے، فیڈ بیک سگنل ختم ہو جاتا ہے (مستحکم حالت میں یہ صفر کے برابر ہوتا ہے)۔

چاول۔ 8. ہوا کے درجہ حرارت کے isodromic ریگولیشن کی اسکیم

یہ isodromic ریگولیشن کی خصوصیت ہے کہ ضابطے کی عدم یکسانیت (رشتہ دار غلطی) بڑھتے وقت کے ساتھ صفر کے قریب پہنچ جاتی ہے۔ اس صورت میں، فیڈ بیک کنٹرول شدہ قدر کے بقایا انحراف کا سبب نہیں بنے گا۔

اس طرح، isodromic کنٹرول متناسب یا لازمی (پوزیشنل کنٹرول کا ذکر نہ کرنا) کے مقابلے میں نمایاں طور پر بہتر نتائج پیدا کرتا ہے۔ سخت آراء کی موجودگی کی وجہ سے متناسب کنٹرول تقریبا فوری طور پر ہوتا ہے، isodromic - زیادہ آہستہ آہستہ.

خودکار درجہ حرارت کنٹرول کے لیے سافٹ ویئر سسٹم

پروگرام شدہ کنٹرول کو نافذ کرنے کے لیے، یہ ضروری ہے کہ ریگولیٹر کی ترتیب (سیٹ پوائنٹ) کو مسلسل متاثر کیا جائے تاکہ کنٹرول شدہ قدر پہلے سے طے شدہ قانون کے مطابق بدل جائے۔ اس مقصد کے لیے ریگولیٹری ریگولیٹر سافٹ ویئر کے عنصر سے لیس ہے۔ یہ آلہ سیٹ ویلیو کی تبدیلی کے قانون کو قائم کرنے کا کام کرتا ہے۔

الیکٹرک ہیٹنگ کے دوران، خودکار کنٹرول سسٹم کا ایکچیویٹر الیکٹرک ہیٹنگ عناصر کے حصوں کو آن یا آف کرنے کے لیے کام کر سکتا ہے، اس طرح ایک دیئے گئے پروگرام کے مطابق گرم تنصیب کے درجہ حرارت کو تبدیل کر سکتا ہے۔ ہوا کے درجہ حرارت اور نمی کا پروگرام شدہ کنٹرول مصنوعی آب و ہوا کی تنصیبات میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتا ہے۔