Bilgisayar Donanımı Otomatik Konrtol Formları 61 B İLG İSAYARLI KONTROL Özcan OTOMAT İK KONTROL FORMLARI Otomatik kontrolda, kontrol edici cihazın, set de ğeri etrafında gereken hassasiyetle çalı şırken, hatayı gereken oranda minimuma indirecek çe şitli kontrol formları vardır. Bunlar; 1. Açık – kapalı (on – off) kontrol 2. Oransal kontrol (P) 3. Oransal + İntegral kontrol (P+I) 4. Oransal + Türevsel kontrol (P+D) 5. Oransal +Integral +Türevsel (P+I+D) 6. Zaman oransal (time proportioning kontrol formlarıdır. 5.1 AÇIK – KAPALI KONTROL (ON-OFF) Açık kapalı kontrol cihazı set de ğeri üstünde veya altında ayar de ği şikli ğini açar veya kapar. Kontrol cihazının çıkı şı iki konumludur, ya tamamen açık , ya da tamamen kapalıdır. Örne ğin ayar de ği şkeni elektrik enerjisi olan bir sistemde kontrol cihazı , set de ğerinin altında elektrik enerjisini sisteme tamamen verir, set de ğerinin üstünde ise tamamen keser veya tam tersi dü şünülebilir. Açık-kapalı kontrolda kontrol altında tutulan de ği şken örne ğin sıcaklık, sürekli salınım halindedir Set de ğerinin etrafında salınır. Bu salınımda tepeden tepeye de ği şim ve salınım sıklı ğı proses karakteristiklerine ba ğlıdır. Şekil 5.1’de açık-kapalı kontrol cihazı ile kontrol edilen bir sistemin sıcaklık zaman e ğrisi görülmektedir. Şekil 5.1= Açık-kapalı kontrol (ideal) BÖLÜM 5 62 B İLG İSAYARLI KONTROL Özcan Bu tip bir kontrolün ideal transfer e ğrisi Şekil 5.2’de görülmektedir. Şekil 5.2 İdeal açık- kapalı kontrol transfer e ğrisi Ancak pratikte, endüstride bu tip ideal bir açık kapalı kontrol sistemi kullanılmaz. Prosesteki bozucu faktörler ve elektriksel gürültü nedeniyle , set de ğeri geçi şleri bu şekilde tek noktada olacak olursa sistem osilasyona geçer ve devamlı set de ğeri etrafında sık aralıklı açma kapama yapar. Özellikle bu durum son kontrol elemanlarının çok kısa sürede tahrip olmasına sebep olur. Bu durumu önlemek için set de ğeri geçi şlerine “histerisiz” ya da sabit bant olu şturur. Şekil 5.3’te histerizli ya da sabit tabanlı açık-kapalı kontrol e ğrisi görülmektedir. Şekil 5.3= Histerizli Açık – Kapalı Kontrol e ğrisi 63 B İLG İSAYARLI KONTROL Özcan Bu e ğriden de anla şılaca ğı üzere , yükselirken set de ğerini geçti ği anda enerji kesilmez, belli bir de ğer kadar yükselir ve o sabit de ğerden sonra kapanır. Sıcaklık dü şmeye ba şlar, set de ğerine geldi ği anda enerji açılmaz, set de ğerinin etrafında sabit bir sıcaklık bandı vardır. Bu bandın geni şli ği yada darlı ğı tamamen prosesin gerektirdi ği kadar olmalıdır. 5.2 ORANSAL KONTROL (PROPORT İONAL) Oransal kontrolde kontrol cihazı prosesin talep etti ği enerjiyi sürekli olarak ayar de ği şkenini ayarlayarak verir. Gereksinim duyulan enerji ile sunulan enerji arasında bir denge vardır. Elektrik enerjisi kullanılarak ısıtma yapılan bir proseste, oransal kontrol cihazı ısıtıcısının elektrik enerjisini , prosesin sıcaklı ğını set edilen de ğerde tutabilecek kadar, prosesin gereksinim duydu ğu kadar verir. Enerjinin % 0’dan % 100’e kadar ayarlanabildi ği , oransal kontrol yapılabilen sıcaklık aralı ğına ORANSAL BAND denir. Genel olarak oransal band cihazın tam skala (span) de ğerinin bir yüzdesi olarak tanımlanır ve set de ğeri etrafında e şit olarak yayılır. Örne ğin 1200 0 C’lik skalası olan bir cihazda % 5’lik bir oransal band demek 0.05 x 1200 0 C = 60 0 C’lik bir sıcaklık aralı ğı demektir. Bu 60 0 C’lik aralı ğın 30 0 C’si set de ğerinin altında yer alır ve bu kontrol cihazı 60 0 C’lik aralıkta oransal kontrol yapar. Oransal kontrol cihazı transfer e ğrisi Şekil 5.4’te görülmektedir. Şekil 5.4 Oransal Kontrol cihazı transferi e ğrisi. Set de ğeri 400 0 C’ye ayarlanan , % 5 oransal bant verilen bir oransal kontrol cihazında 370 0 C’ye gelinceye kadar ısıtıcılara % 100 enerji verilir, yani enerji tamamen açıktır. 370 0 C’den itibaren set değeri olan 400 0 C’ye kadar sıcaklık yükselirken ısıtıcıya verilen enerji yava ş yava ş k ısılır. Set de ğerinde sisteme %50 enerji verilir. E ğer sıcaklık set de ğerini geçip yükselmeye devam edecek olursa 430 0 C’ye kadar enerji giderek kısılır ve 430 0 C’nin üstüne geçti ği taktirde artık enerji tamamen kapatılır. Yani sisteme % 0 enerji verilir. Sıcaklık dü şü şünde anlatılanların tam tersi olacaktır. Oransal bant örne ğin % 2’ye dü şürüldü ğü taktirde ; 0.02x1200 64 B İLG İSAYARLI KONTROL Özcan 0 C=24 0 C’nin yarısı olan 12 0 C üstte ve 12 0 C altta olmak üzere kö şe noktaları 412 0 C ve 388 0 C olacaktır. De ği şik proseslerde ve de ği şik şartlarda duruma en uygun oransal bant seçilerek oransal kontrol yapılır. Aynı sistemde geni ş ve dar , iki farklı oransal bandı örnek alalım. Şekil 5.5’de geni ş oransal bant seçilmi ştir. Bu seçilen banda göreceli olarak reaksiyon e ğrisi verilmi ştir. Şekil 5.5 Geni ş oransal bant ve reaksiyon e ğrisi Geni ş seçilmi ş bant da küçük oranda enerji artı şı , büyük sıcaklık artı şına sebep olur veya küçük oranda enerji dü şü şü büyük bir sıcaklık dü şü şüne sebep olur. Şekil 5.6’da de seçilen dar oransal banda ise küçük bir sıcaklık artı şı veya dü şü şü sa ğlamak için büyük oranda enerji artı şı veya dü şü şü yapmak gerekir. Bu bandı giderek daraltıp sıfırlatacak olursak , bu taktirde oransal kontrol cihazı açık kapalı kontrol cihazı gibi çalı şacaktır. “Oransal band” bir çok proseste tam skala de ğerinin bir yüzdesi olarak tanımlanıp yaygın olarak kullanılıyorsa da yine bazı proseslerde “kazanç tanımı kullanılmaktadır. Oransal band ve kontrol cihazı kazancı arasındaki ba ğlantı a şa ğıdaki gibidir. Kazanç= d OransalBan % 100 % Böylece , görüldü ğü gibi bant daraldıkça kazanç artmaktadır. 65 B İLG İSAYARLI KONTROL Özcan Şekil 5.6 Dar oransal band ve reaksiyon e ğrisi. 5.3 ORANSAL + İNTEGRAL KONTROL (PROPORT İONAL + INTEGRAL) Oransal kontrolde olu şan offset, manuel veya otomatik olarak kaldırılabilir. Otomatik resetleme için kontrol cihazı olarak, elektronik integral devresi kullanılır. Ölçülen de ğer ile set edilen de ğer arasında fark sinyalinin zamana göre integrali alınır. Bu integral de ğeri, fark de ğeri ile toplanır ve oransal bant kaydırılmı ş olur. Bu şekilde sisteme verilen enerji otomatik olarak arttırılır veya azaltılır veya proses sıcaklı ğı set de ğerine oturtulur. İntegral devresi gerekli enerji de ği şikli ğine set de ğer ile ölçülen de ğer arasındaki fark kalmayıncaya kadar devam eder. Fark sinyali sıfır oldu ğu anda artık itegral devresinin integrali alaca ğı bir sinyal söz konusu de ğildir. Her hangi bir şekilde bazı de ği şiklikler olup , sıcaklık de ğeri set değerinden uzakla şacak olursa tekrar fark sinyali olu şur ve integral devresi düzeltici etkiyi gösterir . Şekil 5.7’de oransal+integral kontrol formu blok şema halinde verilmektedir. Oransal + İntegral kontrolün en belirgin özelli ği sistemin sıcaklı ğı ilk ba şlatmada set de ğerini geçer ve önemli bir miktar yükselme yapar (overshoot). Set de ğeri etrafında bir-iki salınım yaptıktan sonra set de ğerine oturur. 66 B İLG İSAYARLI KONTROL Özcan Şekil 5.7 Oransal + Integral kontrol reaksiyon e ğrisi 5.4 ORANSAL + TÜREVSEL KONTROL (PROPORTIONAL + DER İVATIVE) Oransal kontrolde olu şan off-set oransal + türevsel kontrol ile de kaldırılmaya çalı şılabilir. Ancak türevsel etkinin asıl fonksiyonu overshoot – undershootları azaltmak içindir. Bunlar azalırken bir miktar offset kalabilir. Oransal + Türevsel kontrolde set de ğeri ile ölçülen de ğer arasındaki fark sinyali tekrar fark sinyali elektronik türev devresine gider. Türevi alınan fark sinyali tekrar fark sinyali ile toplanır ve oransal devreden geçer. Bu şekilde düzeltme yapılmı ş olur, şekil 5.8 ile göreceli olarak reaksiyon e ğrisi verilmektedir. Görüldü ğü gibi overshoot ve undershootlar daha azdır. Türevsel etki düzeltici etkisini hızlı bir şekilde gösterir. Banyo tipi proseslerde yani daldır çıkar gibi uygulamalar da hızlı de ği şmelere ayak uydurmak üzere PD tip seçilebilir. Sürekli tip uzun süreli fırın yada proseslerde ve off-set arzu edilmeyen hallerde PI tip seçilebilir. Uygulayıcı bir çok faktörü göz önüne almalıdır. Şekil 5.8 Oransal + Türevsel kontrol reaksiyon e ğrisi 67 B İLG İSAYARLI KONTROL Özcan 5.5 ORANSAL + İNTEGRAL + TÜREVSEL KONTROL (PROPORT İONAL + INTEGRAL + DER İVATIVE) Kontrolü güç, karma şık sistemlerde oransal, Oransal+Türevsel ve Oransal + Integral kontrol yerine Oransal + İntegral+Türevsel kontrol tercih edilmelidir. Kısaca bu kontrolü tanımlayacak olursak ;oransal kontrolde olu şan off-set oransal+integral kontrol ile giderilir. Ancak meydana gelen overshoot’ lar bu kontrole türevsel etkinin de etkilenmesi ile minimum seviyeye indirilir veya tamamen kaldırılır. Şekil 5.9'da Oransal + İntegral + türevsel kontrolün di ğer şekillerde verilen reaksiyon e ğrilerine göreceli olarak reaksiyon e ğrisi verilmektedir. <