KONTROL ORGANI VE SİSTEMLERİ: Open and Closed Loop Control(Açık ve kapalı Çevrim) KONTROL SİSTEMLERİ : 1) Açık çevrim Kontrol sistemleri 2) Kapalı Çevrim Kontrol Sistemleri Kontrol Sistemlerin kullanılması ve incelenmesi başta iki guruba ayırabiliriz. AÇIK ya da KAPALI çevrim (döngü) kontrol sistemleridir. Buna karar vermek için kulanım yeri ve kontrolün önem derecesi göz önüne alınır. Bir kontrol sisteminde beklenilen iki tane temel görev vardır. 1- Kontrol edilen Değişkeninin kararlı olması. 2- Kontrol edilen değişkenin en kısa sürede referans (set point) değerinine (Arzu edilen) en az hata ile eşitlenmesidir. Açık Çevrim (döngü) Sistemi:( Open Loop Control) Açık çevrim sisteminde : Kontrol organında, bir program çerçevesinde kontrol söz konusudur fakat, kontrol edilen değişkenin durumundan bağımsız olarak bu program (Timer) işler ve sonuçlanır. Yani, kontrol edilen değişken ölçülüp geribesleme (geri bildirim) ile bir karşılaştırma söz konusu değildir. Otomatik Yemek pişiren fırınlar Tam otomatik çamaşır makinası Tam otomatik bulaşık makinası Otomatik Trafik sağlayan lambalar. Örnek olarak gösterebiliriz.
Otomatik Yemek pişiren Fırın Blok diyagramı(açık Çevrim) Açık çevrim kontrol sisteminde kontrol organı bir program (Timer) zamanlayıcı çerçevesinde kontrol eden değişkenini son kontrol organına (Aktüatör e) bir giriş sinyalini (kontrol eden değişken) göndererek ayar değişkenini ayarlamak suretiyle kontrolü sağlar. Açık çevrime örnek kontrol Sistemleri:
Otomatik Çamaşır makinasının PLC programı Tam otomatik çamaşır makinası Blok Diyagramı (Açık Çevrim)
Kapalı Çevrim Otomatik Kontrol Sistemleri ikiye ayrılır. 1) İleri Beslemeli Kapalı Kontrol Sistemleri 2) Geri Beslemeli Kapalı Kontrol Sistemleri 1) İleri Beslemeli Kapalı Çevrim Kontrol (Feed Forward Closed Loop Control ) Sistemi: Kontrol edilen değişkenini etkiliyen bozucu etki değişkenini, ölçüp değerlendirdikten sonra, önceden tahmin edip, gerekli ayar değişkenini düzeltme işlemidir. Diğer bir ifade ile kontrol edilen değişken, daha bozulmadan, ön tedbir alma işlemidir. 2) Geri beslemeli Kapalı Çevrim Kontrol (Feedback Closed Loop Control ) Sistemi: Kontrol sistemlerinde, Kontrol edilen Değişken sensör ile ölçüldükten sonra transdüser(ölçme Organı) yardımıyla elektronik sinyale dönüştürülür ve ölçme değişkeni olarak kontrol organında bulunan karşılaştırma elemanına getirilir. Kontrol organına gelen sinyal (ölçülen değişken) referans değişken değeri ile (set point) karşılaştırır, oluşan hata sinyali kontrol paremetresinde (PID) değerlendirildikten sonra elde edilen değişken, kontrol eden değişken olarak son kontrol elemanına göndermek suretiyle ayar değişkeni ayarlanır.. Böylece, kontrol edilen değişkeni arzu edilen değere getirilmesi sağlanır.
2) 2) Geri beslemeli Kapalı Çevrim Kontrol Sistemi: Çalışma durumlarına göre ikiye ayrılır. A) Manuel (El ile) Kontrol Sistemi B) Geri beslemeli Otomatik Kontrol Sistemi 1) Süreksiz Kontrol ( Discrete ) (On/Off) Kontrol Organı a) İdeal ON/OFF Kontrol Sistemi b) Sabit Bantlı ON/OFF (Histerisiz) Kontrol Sistemi 2) Sürekli Kontrol Organı (PID) a) Analog Kontrol Systemi b) Dijital Kontrol Systemi A) Manuel (El ile) Kontrol Sistemi: Bu kontrol sisteminde insan unsuru kullanılmaktadır. Kontrol edilen değişkeni gözle ölçülür, beyinde, hafızada tutulan referans değer ile karşılaştırıp, oluşan hata göz önüne alıp el ile ayar vanası (Kontrol vanası) yardımıyla ayar değişkeni ayarlanır.
B) Otomatik Kontrol Sistemi: Kontrol edilen değişken bir sensör ile ölçülür, kontrol organında referans ile karşılaştırıp, oluşan hata değerlendirildikten sonra ayrar vanası yardımıyla ayar değişkeni değiştirilir. 1) Süreksiz Kontrol (on/off) Kontrol Organı: Kontrol edilen değişkenin tolerans değerleri fazla önemli olmayan durumlarda On/Off Geri beslemeli Kontrol Sistemi kullanılır. İki konumlu veya kesintili kontrol (Discrete) olarak da bilinir. Endüstride en çok kullanılan bir kontrol şeklidir. Bu tür kontrol organı basit bir termostat ile sağlanır. En çok elektrikli ev aletlerinde kullanılır. (Ev ısıtma sistemleri, buz dolapları, ütüler ve termostatlı ev cihazları) ON/OFF Kontrol organında kontrol edilen değişken, referans değer ile karşilaştırıp oluşan hataya göre son kontrol elemanını tamamen açmak veya tamamen kapatmak suretiyle ayar değişkeni değiştirir. Böylece, kontrol edilen değişken belirli bir tolerans aralığında kontrolü sağlanır. ON/OFF Kontrol iki ye ayrılır a) İdeal on/off kontrol sistemi a) İdeal ON/OFF Kontrol Sistemi:
İdeal ON/OFF Kontrol Organ mekanizması, genellikle basit bir RÖLE dir. Çok duyarlı bir eleman kullanıldığı takdirde çok küçük sapmalarda, ayar vanasının sık sık açılıp kapanması söz konusu olur. Bu istenmeyen bir durumdur. Çünkü çok kısa bir zamanda vana bozulur. Pratik değildir, çok basit kontrol sistemlerinde kullanılabilir. Kontrol edilen Değişken İdeal ON/OFF Kontrolü, kontrol edilen değişkeni ve ayar vanası çıkışının zamana göre Eğrisi Kontrol edilen Değişken Ayar Vanası
ON/OFF Kontrolün Karakteristik Eğrisi AYAR VANASI b) Sabit bantlı (Histerisiz bantlı) kontrol sistemi: İdeal ON/OFF kontrolünda karşılaştırma elamanın çıkışı olan hata sinyalinde oluşacak çok küçük bir değer, kontrol parametresi, S- Anahtarını Açıp/kapatarak, kontrol vanasına sinyal gönderir. Buda,ayar vanasının sıklıkla açıp kapanmasına sebep olur,sonuç olarak; kısa sürede vananın tahribine neden olur.aynı zamanda kontrol değişkeninde de osilasyon olur.bu durum arzu edilmez, bunun yerine sabit bantlı(histerisiz bantlı) ON/OFF kontrol organı tercih edilir. Kontol edilen değişkeninde osilasyonun ve Ayar vanasının bozulmasının önüne geçmek için belli bir aralıkta vananın çalışması için sabit bantlı (Histerisiz bantlı) ON/OFF kontrol sistemi kullanılır. Sabit bantlı (Histerisiz) ON/OFF kontrol organı, Set değerinin +-%0,5 ile %2 si (sabit bant değeri) arasında, bir değer etrafında cihazın duyarlı
Ayar Vanası Sabit Bantlı ON/OFF Kontrolü, kontrol edilen değişkeni ve ayar vanası çıkışının zamana göre Eğrisi Ayar Vanası Kontrol edilen değişken, referans değerini geçtiği anda S-anahtarı ayar değişkeni,enerjiyi kesmez,ancak kontrol edilen değişkeni üst sınır bant değerine ulaştığında, S-anahtarı yardımıyla ayar vanası (OFF) sonuna kadar kapanır,enerji kesilir, Fakat, dinamik karakterden dolayı,kontrol edilen değişken(sıcaklık) biraz daha yükselir,varacağı tepe değerinden sonra düşmeye başlar. Kontrol edilen değişken(sıcaklık) referans değerinin alt sınır bant değerine ulaştığında S-anahtarı ayar vanasını tam olarak açarak enerjinin geçmesini sağlar. Ancak kontrol edilen değişken (sıcaklık) biraz daha düşer sonra tekrar yükselir. Böylece ayar vanası histerisiz bant değerinin üst ve alt sınırlarında çalışır. Buda ayar vanasının daha geç açılıp kapanması sağlanmış olur, fakat kontrol edilen değişkeninde bir osilasyon oluşur. Bu tip ON/OFF Kontrol sistemine; Sabit bantlı veya Histerisiz bantlı iki konumlu kontrol organı denir. S-Anahtarlama açma/kapama oranı direk olarak histeresis banttan etkilenir. Histeresis bant değeri arttıkça S- anahtarlama açma/kapama oranı düşer ancak bu sistemin control edilen değişkeninde osilasyon artışına neden olur.dolayısıyla histerezis bant seçimi problemden probleme değişir ve kontrol edilen sistemin tipi önemlidir.
Ayar Deişkeni Sabit Bantlı (Histerisis)ON/OFF Kontrolün Karakteristik Eğrisi Ayar Deişkeni Sabit Bantlı (Histerisis)ON/OFF Kontrolün Karakteristik Eğrisi
sabit bantlı(histerisiz bantlı) ON/OFF sabit bantlı(histerisiz bantlı) ON/OFF
2)SÜREKLİ KONTROL ORGANI Kontrol edilen değişken sürekli bir şekilde ölçüldükten sonra bir referans değer ile karşılaştırılır. Oluşacak en küçük bir hata durumunda hata sinyalini değerlendirdikten sonra, kontrol parametreleri yardımıyla son kontrol elemanına komut göndererek sürekli bir şekilde ayar değişkenini ihtiyaç duyulan miktarı kadar ayarlar. Bu tip kontrol sistemine sürekli kontrol veya PID kontrol Organı denir. Sürekli kontrol organı kontrol parametresi elemanına göre sınıflandırılır. Bunlar 6 çeşittir. a) P KONTROL, Orantı kontrol (Proportional) b) I KONTROL, İntegral kontrol (Entegral) c) D KONTROL, Türev Kontrol ( Derivative) d) PI KONTROL ( Oranti + İntegral ) e) PD KONTROL ( Oranti + Türev ) f) PID KONTROL (Oranti + İntegral+Türev ) I-Kontrol ve D-Kontrol tek başına kullanılmaz. Çünkü hata sinyalinin sıfır olması durumunda ; INTEGRAL (I-Kontrol) ve TÜREV (D-Kontrol) de sıfır olacağından son kontrol elemanına sıfır değerli bir sinyal gönderme durumu söz konusu olacaktır. Bu da her hangi bir kontrol olmaz aksine kontrolsüzlük olur. Bu nedenle tek başlarına kullanılmazlar. P-Kontrol ile birlikte kullanılmaktadırlar.