เครื่องควบคุมอุณหภูมิ (Temperature Controller) สำหรับโรงงานอุตสาหกรรม คืออะไร

เครื่องควบคุมอุณหภูมิ เป็นเครื่องมือที่ใช้ในการควบคุมอุณหภูมิ โดยส่วนใหญ่ไม่ต้องอาศัยผู้ปฏิบัติงานมากนัก ตัวควบคุมในระบบควบคุมอุณหภูมิจะยอมรับ เซนเซอร์อุณหภูมิ เช่น เทอร์โมคัปเปิ้ลหรือ RTD เป็นอินพุต และเปรียบเทียบอุณหภูมิจริงกับอุณหภูมิควบคุมหรือค่าที่ตั้งไว้ที่ต้องการ จากนั้นจะจัดเตรียมเอาต์พุตให้กับองค์ประกอบควบคุม

ตัวควบคุมอุณหภูมิแบบดิจิทัลถูกนำมาใช้ในการใช้งานที่หลากหลาย ตั้งแต่กระบวนการทางอุตสาหกรรมไปจนถึงสินค้าอุปโภคบริโภค ตัวอย่างเช่น การใช้งานทางอุตสาหกรรม เช่น ระบบ HVAC การแปรรูปอาหาร และการแปรรูปทางเคมี มักต้องมีการควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยำเพื่อให้มั่นใจในคุณภาพและความปลอดภัย ในทางกลับกัน สินค้าอุปโภคบริโภค เช่น ตู้เย็น เครื่องปรับอากาศ และเครื่องทำน้ำอุ่น ยังต้องอาศัยตัวควบคุมอุณหภูมิเพื่อรักษาสภาพแวดล้อมที่สะดวกสบายอีกด้วย

เครื่องควบคุมอุณหภูมิ ถือเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพและความปลอดภัยสูงสุดทั้งในอุปกรณ์อุตสาหกรรมและสินค้าอุปโภคบริโภค สิ่งเหล่านี้จำเป็นในการใช้งานใดๆ ที่ต้องการอุณหภูมิกระบวนการเฉพาะเพื่อให้มีเสถียรภาพ ตัวอย่างเช่น ในอุตสาหกรรมอาหาร ตัวควบคุมอุณหภูมิมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรักษามาตรฐานความปลอดภัยของอาหาร เนื่องจากช่วยรักษาช่วงอุณหภูมิที่สม่ำเสมอและปลอดภัยในอุปกรณ์ทำความเย็นเพื่อป้องกันอาหารเน่าเสียและการปนเปื้อน

การควบคุมอุณหภูมิมีสองประเภท: การควบคุมวงเปิดและการควบคุมวงปิด การควบคุมวงเปิดเป็นระบบควบคุมประเภทหนึ่งที่เอาต์พุตของระบบไม่ได้รับการตรวจสอบหรือป้อนกลับไปยังอินพุต ซึ่งหมายความว่าระบบไม่ได้ควบคุมตัวเองและมีแนวโน้มที่จะเกิดข้อผิดพลาดเมื่อเวลาผ่านไป ในทางกลับกัน การควบคุมวงปิดเป็นระบบควบคุมประเภทหนึ่งซึ่งมีการตรวจสอบเอาต์พุตและป้อนกลับไปยังอินพุต ซึ่งช่วยให้ระบบทำการปรับเปลี่ยนได้ตามต้องการเพื่อรักษาเอาต์พุตให้อยู่ในช่วงที่ต้องการ ทำให้ระบบมีการควบคุมตนเองและมีแนวโน้มที่จะเกิดข้อผิดพลาดเมื่อเวลาผ่านไปน้อยลงมาก

การควบคุมการเปิด/ปิด (On/Off Controllers)

การควบคุมการเปิด/ปิด เป็นระบบควบคุมประเภทหนึ่งที่เอาต์พุตของระบบเปิดหรือปิดโดยสมบูรณ์ โดยไม่มีสถานะตรงกลาง โดยทั่วไปแล้วตัวควบคุมอุณหภูมิพื้นฐานชนิดนี้จะใช้ในการใช้งานที่ต้องการการตอบสนองแบบไบนารี เอาต์พุตจะถูกเปิดใช้งานอย่างสมบูรณ์หรือปิดใช้งานอย่างสมบูรณ์ ในระบบประเภทนี้ เอาต์พุตควบคุมเป็นค่าแยก (เปิด/ปิด) หรือค่าต่อเนื่อง (เปิด/ปิด) ระบบควบคุมการเปิด/ปิดมีประโยชน์สำหรับการควบคุมอุณหภูมิ ความดัน และอัตราการไหลในการตั้งค่าทางอุตสาหกรรม โดยปกติแล้วการควบคุมการเปิด/ปิดจะใช้ในกรณีที่ไม่จำเป็นต้องมีการควบคุมที่แม่นยำ ในระบบที่ไม่สามารถจัดการได้เมื่อมีการเปิดและปิดพลังงานบ่อยครั้ง โดยที่มวลของระบบมีมากจนอุณหภูมิเปลี่ยนแปลงช้ามาก หรือสำหรับการแจ้งเตือนอุณหภูมิ การควบคุมเปิด/ปิดพิเศษประเภทหนึ่งที่ใช้สำหรับสัญญาณเตือน คือ ตัวควบคุมขีดจำกัด คอนโทรลเลอร์ประเภทนี้ใช้แลตชิ่งรีเลย์ ซึ่งจะต้องรีเซ็ตด้วยตนเอง และใช้เพื่อปิดกระบวนการเมื่อถึงอุณหภูมิที่กำหนด

ตัวควบคุมตามสัดส่วน (Proportional Controllers)

การควบคุมตามสัดส่วนคือระบบควบคุมป้อนกลับชนิดหนึ่งที่ใช้เพื่อรักษาจุดเซ็ตพอยต์ที่ต้องการโดยการปรับเอาต์พุตตามข้อผิดพลาดระหว่างเซ็ตพอยต์และเอาต์พุตจริง การควบคุมประเภทนี้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากใช้งานง่ายและมีความแม่นยำและตอบสนองสูง ในระบบควบคุมแบบสัดส่วน เอาต์พุตจะเป็นสัดส่วนกับข้อผิดพลาด ซึ่งหมายความว่ายิ่งระบบอยู่ใกล้จุดที่ตั้งไว้มากเท่าใด เอาต์พุตก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น ระบบประเภทนี้ยังใช้เพื่อลดปริมาณโอเวอร์ชูตและการแกว่งที่อาจเกิดขึ้นกับระบบควบคุมประเภทอื่นอีกด้วย

ตัวควบคุม PID (PID Controllers)

การควบคุม PID ใช้การผสมผสานระหว่างองค์ประกอบที่แตกต่างกันสามส่วนในการควบคุมระบบ: สัดส่วน อินทิกรัล และอนุพันธ์ (จึงเป็นที่มาของชื่อ ‘PID’) ระยะตามสัดส่วนใช้เพื่อสร้างเอาต์พุตที่เป็นสัดส่วนกับข้อผิดพลาด ระยะอินทิกรัลถูกใช้เพื่อกำจัดข้อผิดพลาดในสภาวะคงตัว และใช้ระยะอนุพันธ์เพื่อให้เกิดการหน่วงและลดระยะเกิน จากนั้นพารามิเตอร์ของแต่ละเงื่อนไขของ PID จะถูกปรับเพื่อให้ได้การตอบสนองที่ต้องการ

ปรับวงจรควบคุมไมโครโปรเซสเซอร์ การออกแบบโมดูลาร์ การสอบเทียบดิจิทัลขั้นสูง และเทคโนโลยีการจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง

การออกแบบแบบโมดูลาร์เป็นแนวคิดในการปรับสัญญาณอินพุตอนาล็อกต่างๆ โดยการเปลี่ยนแผงสัญญาณต่างๆ (เช่น อุณหภูมิ ความดัน แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ กระแสไฟฟ้า) นอกจากนี้ บอร์ดเอาท์พุตเสริมยังสามารถเพิ่มสัญญาณเอาท์พุตแบบอะนาล็อกได้อีกด้วย (isolated) ด้วยการใช้ความสามารถในการสอบเทียบแบบดิจิทัลขั้นสูง อินพุต/เอาท์พุตแบบอะนาล็อกอาจมีความแม่นยำถึง +/- 1 บิต

PID Control

ตัวควบคุมประเภทที่สามให้การควบคุมแบบอินทิกรัลและอนุพันธ์ตามสัดส่วนหรือ PID คอนโทรลเลอร์นี้รวมการควบคุมตามสัดส่วนเข้ากับการปรับเพิ่มเติมสองรายการ ซึ่งช่วยให้เครื่องชดเชยการเปลี่ยนแปลงในระบบได้โดยอัตโนมัติ

การปรับปรุงอินทิกรัลและอนุพันธ์เหล่านี้แสดงเป็นหน่วยตามเวลา พวกเขายังถูกอ้างอิงโดยส่วนกลับของพวกเขา RESET และ RATE ตามลำดับ ข้อกำหนดตามสัดส่วน อินทิกรัล และอนุพันธ์ต้องได้รับการปรับหรือ “ปรับแต่ง” ให้กับระบบเฉพาะโดยใช้การทดลองและข้อผิดพลาด ให้การควบคุมคอนโทรลเลอร์ทั้งสามประเภทที่แม่นยำและเสถียรที่สุด และใช้ได้ดีที่สุดในระบบที่มีมวลค่อนข้างน้อย ซึ่งเป็นระบบที่ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของพลังงานที่เพิ่มเข้าไปในกระบวนการอย่างรวดเร็ว