BÖLÜM-1GİRİŞ VE TEMEL KONTROL KAVRAMLARI

1.1  KONTROLA OLAN İHTİYAÇKontroller, kararlı durum şartlarının sağlanması gerektiği yerlerde ve yükün değişken durumlarda gereklidir. Kontrollerin fonksiyonu, yükün ihtiyacını karşılamak için cihaz (ekipman) çıkışını ayarlamaktır. Yükün değişken olmadığı durumlarda kontrole ihtiyaç yoktur.

Bir kontrol cihazı, kontrol edilen cihaz (kontrollü cihaz) olarak tanımlanan bir diğer cihazın çalışmasını ve performansını düzenler.

1.2  OTOMATİK KONTROLOtomatik kontrol, iklimlendirme ve soğutma işlemlerini düzenlemede çok karmaşık kontrol sistemlerinin sıklıkla kullanıldığı bir disiplindir. Bu sistemler önceden belirlenen şartları, hiç kimsenin denetimi olmaksızın sağlarlar.

İklimlendirme ve soğutma sistemlerinde kullanılan otomatik kontrol tiplerini ikiye ayırmak mümkündür: 1. Güvenlik kontrolleri 2. İşletme kontrolleri

1.3  OTOMATİK KONTROL KAVRAMLARIOtomatik Kontrol: Kontrol işlemlerinin, kontrol edilmek istenen olay etrafında kurulmuş bir karar mekanizması tarafından, doğrudan insan girişimi olmadan gerçekleştirilmesidir. Sistem: Belirli bir amacı sağlamak üzere bir bütün oluşturan bağlantılı elemanlar kümesidir. Giriş Değişkenleri: Bir sisteme, dışarıdan uygulanan ve sistemin davranışını etkileyen değişkenlere denir. Çıkış Değişkenleri: Bir sistemin davranışını belirleyen değişkenlerden en belirleyici olanına denir ve çıkışlar genellikle ölçülebilir. Bir sistemin giriş ve çıkışları arasında bir sebep-sonuç ilişkisi vardır. Kumanda Değişkenleri: İsteğe bağlı olarak değiştirilebilen ve sistem çıkışlarını etkileyen sistem girişlerine denir. Bozucu Değişkenler: Bir sistemin girişleri arasında kontrol edilemeyen girişlere denir.

Örnek:Sistem: Ev tipi soğutucu (buzdolabı) Girişler: Sıcaklık ayarı, elektrik enerjisiÇıkışlar: İstenen seviyede ürünleri muhafaza sıcaklığı Kumanda: Kompresörün kısa aralıklarla çalıştırılıp durdurulması (termostat ile) Bozucular: Ortam havasındaki değişmeler, soğutucu kapağının açılma sıklığı, soğutucu içindeki ürünlerin artması veya azalması

  

1.4 AÇIK DÖNGÜLÜ KONTROLBu kontrol tipinde önceden belirlenen kumanda değişkenleri her şart ve durumda değişmeksizin aynı kalır. Dolayısıyla giriş değişkenleri, bozucular ve çıkış değişkenleri değişmesine rağmen giriş-çıkış arasında ölçme yapılmadığından kumanda sabit kalır.

Bu kontrol tipine en iyi örnek belli bir program çerçevesinde çalışan otomatik çamaşır makineleridir.

1

Şekil-1.1 Açık döngülü kontrol

1.5 KAPALI DÖNGÜLÜ (GERİ BİLDİRİMLİ) KONTROLBu kontrol tipinde sistemin çıkışları sürekli ölçülerek girişler kontrol edilir. İstenen değer ile ölçülen değer arasındaki farka bağlı hata (giderme) sinyali oluşturulur. Bu sinyal ölçüm değeri ile istenen değer arasındaki farkın negatifi olarak alındığından kapalı döngülü kontrole “negatif geri bildirimli kontrol” de denmektedir.

Bu kontrol tipine ait en güzel örneklerden biri “Watt regülatörü”dür. Bu regülatör buhar makinelerindeki hızı kontrol etmek amacıyla uygulanmış olup daha sonra dizel motorlarında da aynı amaçla kullanılmıştır. Makinenin devri yükseldiğinde şekildeki dönen ağırlıklar merkezkaç sistemi ile yükselir, alttaki kolu kaldırır. Bu kol da valfin girişindeki vanaya kumanda ederek buhar girişini kısar, böylece devir azaltılmış olur.

Şekil-1.2 Watt regülatörü ile buhar makinesinde hız kontrolü

Şekil 1-3’de kapalı döngülü bir kontrolün sistem şeması verilmiştir. Bu şemaya göre girişler kontrol edilen cihazda hata detektöründen gelen sinyale göre düzeltilmekte ve sisteme verilmektedir. Bozucu etkiler sürekli değişebildiği için çıkış değişkenleri genelde istenen değere uygun olmayacaktır. Ancak sistem çıkışları istenen değere uygunsa hata algılanmadığından sistem kararlı duruma oturmuş demektir.

Kapalı döngülü kontrolde kontrolün kararlılığını etkileyen bazı faktörler mevcuttur. Örnek olarak ölçme elemanındaki ölçüm gecikmesi veya sistem kapasitesine bağlı olarak ortaya çıkan atalet kontrol devresinde dalgalanmaya neden olacaktır.

2

Şekil-1.3 Kapalı döngülü kontrol

1.6  OTOMATİK KONTROL TÜRLERİKapalı döngülü otomatik kontrol devresinde ölçme cihazının algıladığı hatanın ne şekilde düzeltileceği çok önemlidir ve farklı işlemler için farklı seçenekler önerilebilir. Otomatik kontrol türleri bu hata giderme yöntemlerine göre şu şekilde sınıflandırılır:1. İki konumlu (on/off) kontrol 2. Yüzer kontrol 3. Oransal kontrol 4. Oransal ve integral (P.I.) kontrol 5. Oransal ve türevsel (P.D.) kontrol 6. Oransal, integral ve türevsel (P.I.D.) kontrol

1.6.1  İKİ KONUMLU (ON-OFF) KONTROLİki konumlu (on-off) kontrol, en basit kontrol işlemi olduğundan çok yaygındır. Kontrol eylemi aslında çevrimlidir ve bir çok durumlarda bir kontrolün fark (diferansiyel) aralığı kullanılır.

Geniş zamanda gerçekleşen yavaş bir işlem kademesi genelde tercih edilir. Çünkü kontrol mekanizmasının daha az aşınmasını sağlar. Bununla birlikte sistemin tembellik potansiyeli kontrol aralığının dışına çıkılmasına neden olur. Bundan dolayı endüstriyel sistemlerde bu tip ideal bir iki konumlu kontrol sistemi kullanılmaz. Prosesteki bozucu faktörler ve elektriksel gürültü nedeniyle, ayar (set) değeri geçişleri bu şekilde tek noktada olacak olursa sistem dalgalanmaya (osilasyon) geçer ve devamlı set değeri etrafında sık aralıklı açma kapama yapar. Özellikle bu durum son kontrol elemanlarının çok kısa sürede tahrip olmasına sebep olur.

Çevrim genliğini en aza indirmek için tembellik potansiyeli küçük tutulmalı ve giriş miktarı sistemin kapasitesinden büyük olmamalıdır. Ayrıca sistem kapasitesi büyüdükçe daha küçük genlik sağlanabilir. Genellikle iki konumlu kontrol en uygun şu durumlarda kullanılır: 1. Transfer gecikmesi ve tembellik potansiyeli ihmal edilebiliyorsa, 2. İşlem tepki kademesi yavaş ise, 3. Ölçme ve kontrol gecikmeleri çok küçük ise.

Örnekler:1. 0-400 °C'lik bir termostatın sabit bandı % 0.5 üzerinden 2 °C´dir. Cihaz 200 °C´ye ayarlandığı takdirde, 201 °C´de enerjiyi keser, 199 °C´de enerjiyi verir. Toplam ölü band 2 °C´dir.

2. Sayısal göstergeli bir kontrol cihazı 0-1200 °C kademeli ise, sabit bandı %0.5 üzerinden toplam 6 °C´dir. Cihaz 900 °C´ye set edildiği takdirde 903 °C´de cihazın rölesi konum değiştirir, 897°C´de yine korum değiştirir. Cihaz toplam 6 °C´lik bir bantta çalışır.

3

Şekil-1.4 İki konumlu kontrol eylemi

Şekil-1.5 İki konumlu kontrol döngüsü

1.6.2  YÜZER KONTROLBu kontrol türünde kontrol edilen elemana, kontrol cihazının komutuna uygun bir düzeltici hareket verilebilir. İki konumlu kontrol ile oransal kontrol arasında yer alır.

Bu kontrol türünü daha iyi anlatabilmek için, K1 ve K2 kontaklarına sahip olan bir seviye kontrol cihazı ile iki motorlu vananın servomotoru arasındaki ilişkiyi inceleyelim:

Başlangıçta sistem su seviyesi düşük olduğunu varsayarsak (yani H<H1) bu durumda K1 kontağı kapalı durumda, dolayısı ile vana açık konumdadır. H seviyesi H2 noktasına ulaştığında (H=H2) K1 kontağı açık konuma geçer. Bu arada su tüketimine bağlı olarak seviye aralarda gezinebilir. Tüketim az ise seviye yükselebilir, tüketim fazla ise seviye düşebilir. Şayet yükselmeye devam ederse H=H4 olduğunda K2 kontağı kapanır ve vana kapatmaya başlar ve tüketimin durumuna göre su seviyesi değişmeye başlar. Su seviyesi H=H3 olduğunda K2 kontağı açılır ve vana ara konumda kaldığından seviye H3>H>H2 arasında gezinti yapabilir. Şayet seviye daha fazla düşüp H=H1 olursa K1 kontağı kapanır ve motorlu vana açılmaya başlar. Olay bu noktadan itibaren tekrarlanır.

4

Şekil-1.6 Su seviyesinin yüzer kontrolü

1.6.3  ORANSAL KONTROLOransal kontrolde, proses parametresini sabit tutmak için enerji süreli olarak ayarlanır ve sisteme set değerinde %50 kapasite ile enerji verilir. Enerjinin %0´dan %100´e kadar ayarlanabildiği, oransal kontrol yapılabilen sıcaklık aralığına "oransal band" denir. Genel olarak oransal band, cihazın tam skala (span) değerinin bir yüzdesi olarak tanımlanır ve set değeri etrafında eşit olarak yayılır.

Oransal kontrol formunda gerçek değer ile set noktası arasında ölü bandı (offset) değeri denen bir fark oluşur. Oransal kontrolün bu sakıncasını önlemek için proseste değişiklik yapılmalı veya cihazın set noktası ölü bant değeri dikkate alınarak belirlenmelidir.

Örneğin 60°C´lik skalası olan bir cihazda %5´lik bir oransal band demek 0.05 x 60°C = 3 °C´lik bir sıcaklık aralığı demektir. Bu 3 °C´lik aralığın 1,5 °C´si set değerinin üzerinde 1,5 °C´si set değerinin altında yer alır ve kontrol cihazı 3 °C´lik aralıkta oransal kontrol yapar.

Şekil-1.7 Oransal band (Xp)

5

Şekil-1.8 Oransal kontrol blok şeması

1.6.3.1 ORANSAL KONTROL (KAZANÇ)Oransal kontrol cihazı prosesin talep ettiği enerjiyi sürekli olarak ayar değişkenini ayarlayarak verir. Gereksinim duyulan enerji ile sunulan enerji arasında bir denge vardır. Elektrik enerjisi kullanılarak ısıtma yapılan bir proseste, oransal kontrol cihazı ısıtıcının elektrik enerjisini prosesin sıcaklığını set edilen değerde tutabilecek kadar, prosesin gereksinim duyduğu kadar verir. Enerjinin %0´dan %100´e kadar ayarlanabildiği, oransal kontrol yapılabilen sıcaklık aralığına oransal band denir. Genel olarak oransal band, cihazın tam skala (span) değerinin bir yüzdesi olarak tanımlanır ve set değeri etrafında eşit olarak yayılır. Örneğin 80 °C´lik skalası olan bir cihazda %5´lik bir oransal band demek 0.05 x 80 °C = 4 °C´lik bir sıcaklık aralığı demektir. Bu 4 °C´lik aralığın 2 °C´si set değerinin üzerinde 2 °C´si set değerinin altında yer alır ve kontrol cihazı 4 °C´lik aralıkta oransal kontrol yapar.

Set değeri 40 °C´ye ayarlanan, %5 oransal band verilen bir oransal kontrol cihazında 38 °C ve 42 °C´ler bandın uç noktalarıdır. Kontrol cihazı düşük sıcaklıklardan başlamak üzere 38 °C´ye gelinceye kadar ısıtıcılara %100 enerji verilir, yani enerji tamamen açıktır. 38 °C´den itibaren set değeri olan 40 °C´ye kadar sıcaklık yükselirken ısıtıcıya verilen enerji yavaş yavaş kısılır. Set değerinde sisteme %50 enerji verilir. Eğer sıcaklık set değerini geçip yükselmeye devam edecek olursa 42 °C´ye kadar enerji giderek kısılır ve 42 °C´nin üzerine geçtiği taktirde artık enerji tamamen kapatılır. Yani sisteme %0 enerji verilir. Sıcaklık düşüşünde anlatılanların tam tersi olacaktır. Oransal band örneğin %2´ye düşürüldüğü taktirde; 0.02x80 °C=1,6 °C´nin yarısı olan 0,8 °C üstte ve 0,8 °C altta olmak üzere köşe noktaları 39,2 °C ve 40,8 °C olacaktır. Değişik proseslerde ve değişik şartlarda duruma en uygun oransal band seçilerek oransal kontrol yapılır.

PID kontrolün ilk elemanı oransal kontroldür. Basit eşitliği:

hata = ölçüm değeri - ayar noktası (direkt etkili)

veya

hata = ayar noktası - ölçüm değeri (ters etkili)

Eylemin direkt ekili veya ters etkili olabileceğine dikkat edin. Direkt etkili kontrol döngüsünde işlem ölçümündeki bir artış son kontrol elemanının çıkışını artıracaktır.

Oransal eşitliği sadece bu denklemle ifade edilebilir:

çıkış = kazanç x hata + bias (eğilim)

Bias bazen manuel reset (elle kurma) değeri olarak bilinir. Bazı kontrol sistemlerinde oransal bant kazançtan daha fazla kullanılır. Oransal bant ve kazanç arasındaki ilişki:

Kazanç=%100/Oransal Bant

veya

Oransal Bant = %100 / Kazanç

6

Kazanç ise çıkış değişiminin giriş değişimine oranıdır.

Kazanç = Çıkış Değişimi / Giriş Değişimi

Oransal bant, çıkışı 0'dan 100'e kadar değiştirmek için istenen giriş değişikliği miktarıdır.

Yalnızca oransal kontrol ile bir işlemin ayar noktasına oturtulması mümkün değildir. Bundan dolayı elle ayarlamaya (manuel reset) veya otomatik ayarlamaya (integral kontrol) ihtiyaç vardır.

Şekil-1.7 Elle ayarlamalı oransal kontrol döngüsü

1.6.3.2 ZAMAN ORANSAL KONTROLZaman oransal kontrol formunda çalışan cihazlar röle çıkışına sahiptirler. Röle çıkışı sistem parametresine bağlı olarak tanımlanmış bir periyodun belli bir kısmında enerjilenir. Buna göre zaman oransal kontrolde Xp ile ifade edilen oransal bant ve ve Xt ile ifade edilen çalışma periyodu belirlenir. Aşağıdaki enerji-sıcaklık ve enerji-zaman diyagramlarında zaman oransal kontrol formu açıklanmıştır.

Bu diyagramdan da izleneceği gibi sistem sıcaklığı set değerinde iken Xt periyodunun %50’sinde sisteme enerji verilir, %50’sinde ise kesilir.Eğer sıcaklık set değerinin altına düşerse darbe-periyot oranı otomatik olarak arttırılır. İstenilen hassasiyette kontrol yapılabilmesi için Xp ve Xt değerinin iyi seçilmesi gerekir.

Şekil-1.10 Zamana bağlı oransal kontrol

1.6.4  ORANSAL VE INTEGRAL (PI) KONTROL

7

Operatör, yükteki herhangi bir değişikliğe karşı elle ayarlamaya göre eğilimi (bias) her hata durumunda ayarlayacak otomatik ayarlamaya gereksinim duyar. Bu otomatik ayar terimi aynı zamanda "integral" olarak da tanımlanır.

Analog kontrollerde integral biçiminin çok yaygın bir aleti çıkışa pozitif geri bildirim kullanımıdır.

Şekil-1.11 Oransal ve integral kontrol blok şeması

Oransal kontrolde oluşan ölü bandı otomatik olarak resetlemek için cihaza elektronik integral alma devresi eklenir. Böylece prosesin gerçek değeri ile set noktası arasındaki fark sıfırlanana kadar bu işaretin integrali alınır. Bu işlem esnasında sisteme verilen enerji, ölü bant değerinin (+) veya (-) olma durumuna göre otomatik olarak azaltılır veya arttırılır. Integral alma devresinin bu düzeltici etkisi sayesinde sistem set değerine oturtulur.

Oransal integral kontrol formunun başlıca sakıncası, başlangıçta sıcaklık değerinin set noktasının bir hayli üstüne çıkması ve bir miktar salınım yaptıktan sonra set değerine oturmasıdır.

Şekil-1.12 Oransal ve integral kontrol

1.6.5  ORANSAL TÜREVSEL (PD) KONTROLOransal ve türevsel kontrolde, başlangıç durumlarında oluşan salınımların etkisini azaltmak için cihaza türev alma devresi eklenir. Türev alma etkisi sıcaklık değişimleri esnasında kontrol cihazının kazancını arttırır. Bu da proseste oluşan dalgalanmaları dengeler.

Türev alma etkisi aynı zamanda daha dar bir oransal bant kullanmayı mümkün kılar. Oransal türevsel kontrolün sakıncası ölü bant değerinin sıfırlanamamasıdır.

8

Şekil-1.13 Oransal ve türevsel devre şeması

Şekil-1.14 Oransal ve türevsel kontrollü zaman-sıcaklık grafiği

1.6.6  ORANSAL, İNTEGRAL VE TÜREVSEL (PID) KONTROLYüksek hassasiyetin istendiği ve kontrolün zor olduğu proseslerin oransal integral ve türevsel kontrol formundaki cihazlarla kontrol edilmesi gerekir. Bu tip kontrolde proses sıcaklığı aşırı salınım olmaksızın düzgün bir şekilde set değerine ulaşır ve bu noktada kararlı bir şekilde tutulur.

Şekil-1.15 Oransal, türevsel ve integral kontrol sıcaklık-zaman grafiği

9

m(t)=Kpe(t)+Kp Td de(t)/dt+ (Kp/Ti) e(t)dt

Kp: Kazanç(oransal hassasiyet) Ki: İntegral zamanı Td:Türev zamanı

1.6.6.1 PID PARAMETRELERİNİN AYARLANMASIEsas amacı ayar değeri (SET POINT) ile ölçü değeri (MEASUREMENT) arasındaki hatayı sıfıra indirmek ve bu sayede istenilen değere CONTROLLED VARIABLE) ulaşmak olan bu tür kontrol cihazları, P, l, D parametrelerinin uygun bir şekilde ayarlamaları sayesinde kontrol edilen değişkenin ayar değerine; a) Minimum zamanda b) Minimum üst ve alt tepe değerleri (overshoot ve undershoot)´ndan geçerek ulaşmasını sağlarlar.

Burada kısaca P, l ve D olarak adlandırılan parametreler İngilizce karşılıkları olan (P)roportional, (l)ntegral ve (D)erivative kelimelerinin baş harfleri olup, sırası ile Oransal-integral ve Türevsel anlamına gelmektedir.

P diğer adıyla oransal band parametresi kontrol cihazının içinde yeralan denetim mekanizmasının KAZANÇ miktarı ile ters orantısı olan değeridir. %PB=1/Kx100 eşitliği ile izah edildiği üzere oransal bandı %20´ye ayarlanmış olan bir kontrol cihazının K (kazancı) 5´tir. Oransal bandın çok aza ayarlandığı cihazlarda kazanç çok büyük olacağından, bu cihazın kontrol ettiği prosesler dengesiz olacak hatta, miktarı artı ve eksi yönde gittikçe artan miktarda osilasyona girecektir.

İntegral ve Türevsel parametrelerin söz konusu olmadığı ve sadece P tip kontrol cihazları ile yapılan denetimlerde de dengeye ulaşmak mümkündür. Ancak sadece P´nin aktif olduğu bu tür kontrol sistemlerinde az da olsa set değeri ile kontrol edilen değer (ölçüm değeri) arasında sıfırdan farklı + veya - değerde ve SIFIRA indirilemeyen bir değer söz konusu olup, bu değere otomatik kontrol terminolojisinde OFFSET adı verilmektedir.

Şekil-1.16 Reaksiyon eğrisi

Sadece P ile kontrol edilen böyle bir sisteme l´nm (İntegral etkinin) ilavesi off-set´i ortadan kaldırmaya yöneliktir. Diğer bir değişle P+l türündeki bir kontrol cihazı ile denetlenen bir proseste normal şartlar altında OTURMA sonuçlandıktan sonra OFFSET oluşması söz konusu değildir.

Bununla beraber İntegral zamanın (l) çok kısa olması, prosessin osilasyona girmesine neden olabilecektir. P+l denetim mekanizmasına D (Türevsel) etkinin ilavesi ise SET DEĞERİNE ulaşmak için geçen zamanı kısaltmaya yaramaktadır.

1.6.6.2 OPTİMUM PERFORMANS İÇİN P, l, D PARAMERELERİNİN AYARLANMASI Bu konuda detaya girmeden önce önemli bir noktaya temas etmek yerinde olacaktır. Biraz sonra aşağıda verilen ayar yöntemleri her türlü proses için aynı olmakla birlikte gereken oturma zamanı, gerek reaksiyon zamanı ve gerekse de üst ve alt salınımların optimum değerleri doğal olarak prosesten prosese değişiklik göstereceğinden her proses için ortaya çıkacak olan P, l, D değerleri de doğal olarak birbirinden farklı olacaktır.

10

Diğer bir deyişle herhangi bir SICAKLIK PROSESİ için ayarlanmış bulunan P, l, D parametreleri bir BASINÇ PROSESİ için uygun olmayabilir. Ancak daha önce ayarlanarak optimum değerleri tespit edilmiş bulunan PID parametreleri birbirine benzeyen proseslerde ufak-tefek değişikliklerle kullanılabilir.

PID parametreleri ilk kez devreye alma esnasında optimum kontrol için ayarlanmaları gerekli olan değerler olup, cihazın bu değerlere ayarlanmasını takiben bir daha gerekmedikçe (işletme mühendisleri daha farklı bir uygulama için fikir değiştirmedikçe) değiştirilmeleri söz konusu değildir.

Bu şekilde hesaplanıp ayarlanmış bulunan parametreler ilk devreye alma işlemini takiben ÖLÇÜM DEĞERİ SET DEĞERİNİ YAKALAMIŞKEN etkilerini; i) ya set değerinin ihtiyaca göre eksi veya artı yönde değiştirilmesi ii) ya da kontrol edilen parametrede prosesten kaynaklanan ani etkilerin varolması sırasında gösterilecektir.

Aşağıda açıklanan ayar yöntemi oldukça basit ve en pratik olanıdır. Yöntemin tatbiki sırasında ayarı yapan kişinin proses hakkındaki bilgi ve yorumları şüphesiz ayarlamanın daha kısa ve az deneme yanılmaya yol açarak sonuçlanmasında etken olacaktır.

Ayarlama işlemine başlamadan önce sisteminizin olası üst ve alt sapmalarda herhangi bir problem çıkarıp çıkarmayacağından emin olmalısınız. Örneğin 0-100 Bar´lık basınç kontrol sisteminin kontrolüne yönelik bir sistemde bu ayarı yapıyorsanız denemeler sırasında basıncın ayar değeriniz olan (örnek olarak 50 Bar) miktardan 100 Bar´a veya O Bar´a kadar yükselip alçalması eğer sisteminize ZARAR VERECEKSE bu durumda daha önce bilinen (varsa) PID değerleri ile başlamak yerinde olacaktır.

ilk olarak P´yi %100´e, l´yı maksimuma (OFF) ve D´yi minimuma (OFF) getiriniz.

Bu durumda cihaz integral ve türevsel etkiden yoksun olarak sadece oransal cihaz olarak çalışacaktır.

Yukarıdaki örneğimizden yola çıkarak SET DEĞERİNİ de arzu ettiğimiz bir değere 50 Bar´a ayarlayınız. Bu işlemleri takiben cihazı OTOMATİK KONUMDA devreye alınız. Cihaz çalışır çalışmaz kontrol cihazı sistemin basıncını o anda var olan değerden (başlangıçta sistemin basıncının 0=Sıfır olduğunu varsayalım) itibaren arttırmaya başlayacaktır.

Sistemin devreye alındığı andan AYAR DEĞERİ´ne ulaşmasına kadar geçen zamanı not ediniz (Bak. Şekil-1.17).

Şekil-1.17 TK ve TR´nin tanımı.

Bu zaman, sistemin REAKSİYON ZAMANIDIR. Bu değer ileriki safhalarda beklenilmesi gereken zaman olarak dikkate alınmalıdır.

Eğer Şekil-1.18´deki gibi gittikçe azalan bir salınım (osilasyon) izleniyorsa bu durumda P´yi %20 kadar azaltarak yine salınımı izleyiniz.

11

Şekil-1.18 Azalan salınım reaksiyon eğrisi.

İzleme işlemini varsa bir kayıt cihazı ile yoksa zamana karşılık izlediğiniz değerleri kağıda yazmak sureti ile yapabilirsiniz. Yukarıda belirtilen %20´lik azaltmalara, Şekil-1.17´deki sabit salınımlara erişinceye kadar devam ediniz. Sisteminizin Şekil 2´de görünen SABİT GENLİKLl OSİLASYON´a girdiği değer PROSESİNİZİN KRİTİK NOKTASI olup ilk iki üst tepe değeri ile ikinci üst tepe değeri arasındaki ZAMANI Tk=(Salınım zamanı) olarak not ediniz. Zaman sn cinsinden hesaplanmaktadır.

Bu tespitle birlikte ayarlamalar için gerekli doneler elde edilmiş olmaktadır. Sabit Genlikli Osilasyonu yakalamış olduğunuz P değerini Pk değeri olarak ayrıca not ediniz.

Bundan sonra; P´yi

I´yı

D´yi

1.6 Pk´ya 2.2 Pk´ya 2.0 Pk´ya

Tk/2´ye Tk/1.2´ye

Tk/8´e Tk/12´ye

(PID veya PD tip kontrol cihazlarında) (Pl tip kontrol cihazlarında) (Sadece P tip kontrol cihazlarında)

(PID tip kontrol cihazlarında) (Pl tip kontrol cihazlarında)

(PID tip kontrol cihazlarında) (PD tip kontrol cihazlarında) ayarlarınız.

Bu değerlerin de cihaza set edilmelerini takiben kontrol cihazının optimum performansla çalışması mümkün olacaktır. Eğer isteniyorsa bu değerler ince ayar amacı ile bir miktar reaksiyonları incelenerek artırılıp azaltılabilir. Bu şekilde ayarlanmış bulunan sisteminiz Sekil-1.19´daki salınım dizisi ile SET DEĞERİNE OTURACAKTIR.

Bu süreye Ts=Oturma zamanı denilmekte olup, sistemden sisteme yarım saatten 5-6 saate kadar uzun olabilmektedir.

Şekil-1.19 Set değerine oturma zamanı

12

Oturma gerçekleştikten sonra gerek set değerinde yapılan bir değişiklik, gerekse de sistemde oluşan ani dengesizlikler sonucu ortaya çıkan bozucu etkenler (DISTURBANCES) nedeni ile denetim mekanizması tekrar devreye girecek, ölçü değerini ayar değerine oturtmak üzere harekete geçecektir.

Herhangi bir nedenle sistemin durdurulması veya ilk parametrelerinin tespitinden sonra sistemin işletmeye alınması esnasında ölçü değerini set değerine minimum zamanda getirmek için kullanılan diğer bir imkân da KONTROL CİHAZLARININ KENDİ ÜZERLERİNDE BULUNAN VEYA AYRI OLARAK KULLANILAN OTO/MANUEL İSTASYONDUR.

Bu istasyon OTO´da iken kumanda tamamen otomatik olarak kontrol cihazında, MANUEL´de iken ise OPERATÖRÜN denetimindedir. Manuel konuma alınmış bir kontrol cihazında ölçü değerini set değerine getirmek için, operatör bir taraftan cihaz göstergesinde ölçü değerini izlerken öte yandan da nihai kontrol elemanını (Servomotorlu vana, Pnömatik vana, Damper sürücü vb.) yavaş yavaş açmak veya kapatmak sureti ile tamamen kendi kontrolunda sistemi SET değerine oturtabilecektir.

Doğal olarak OTOMATİK KONUMDA çok daha uzun sürebilecek bu işlem MANUEL müdahale ile MİNİMUM SÜREDE yapılmış olacaktır.

Sistem, istenilen değerde ve CİHAZ MANUEL KUMANDA´da iken artık yapılacak tek şey sistemi OTO TUŞUNA BASARAK otomatik kumandaya almaktır.

Artık sistemi kontrol eden KONTROL CİHAZI olup, proseste oluşan değişikliklerde SET EDİLMİŞ BULUNAN P, l, D parametrelerinin etkisi altında gerekli reaksiyonu gösterip tekrar ölçü değerini set değerine oturtacaktır.

1.6.6.3 KENDİ KENDİNE AKORT ÖZELLİĞİ (SELF-TUNİNG)Kontrolün zor olduğu proseslerde PID parametrelerini uygun bir şekilde ayarlamak, prosesi tam istenilen set noktasına oturtmak uzmanlık ve zaman ister. Bu sakıncalar mikroişlemci donanımlı cihazların kendi kendine akort (self tuning) özelliği sayesinde giderilir. Bu özelliğe sahip bir PID kontrol cihazı bu kontrol formuna ait parametreleri prosesin cevap hızına göre kendisi ayarlar ve set noktasına oturtur.

PID kontrol formunda az da olsa başlangıçtaki salınımları önlemek ve daha hızlı bir şekilde prosesi set noktasına oturtmak için self-tune özelliği ile birlikte pre-tune özelliği kullanılır.

Şekil-1.20 Kendi kendine akord (self-tuning) özelliği

13

1.7  KULLANILAN ENERJİ KAYNAĞINA GÖRE KONTROL SİSTEMLERİ1. Pnömatik sistemler 2. Hidrolik sistemler 3. Akışkansı (flüidik) sistemler 4. Elektrikli sistemler 5. Elektronik sistemler 6. Kendine yeterli (bağımsız) kontrol sistemleri

1.7.1  PNÖMATİK SİSTEMLERPnömatik kontrol sistemlerinde güç kaynağı olarak sıkıştırılmış hava kullanılır. Sistem elemanları: 1. Bir hava kompresörü ve onun filtreleri, regülatörleri 2. Pnömatik kontrol cihazları (termostat, vb.) 3. Pnömatik hareketlendiriciler (aktüator) veya operatörler 4. Bütün elemanları bağlayan borular

ÇALIŞMASI: Sıkıştırılmış hava besleme hattında 15-25 psig’dir. Hava kontrol hattında ortalama 8 psig’dir. Alt sınır 3 psig, üst sınır 15 psig veya besleme hattı basıncına eşit olabilir.

Kontrol cihazı basınç değiştirici gibi çalışır. Bu basınç değişimleri hareketlendiricinin herhangi bir yöne doğru hareket etmesini sağlar. Hareketlendiriciler, diyaframlı valfler, damper hareketlendiricileri vb. cihazlar olup iki konumludurlar.

Şekil-1.21 Pnömatik kontrol devre elemanları

Şekil-1.22 Pnömatik Hareketlendiriciler

1.7.2  HİDROLİK SİSTEMLER

14

Hidrolik sistemlerde, sinyal iletiminde hava yerine hidrolik akışkan kullanılır. Ancak pnömatik sistemlere göre basınç kayıplarının yüksekliği ve pahalı olması bu sistemlerin dezavantajlarıdır. Sistemde şu elemanlar bulunur: 1. Güç merkezi (pompa, hazne, emniyet valfi ve manometre) 2. Hareketlendiriciler (Hidrolik silindir ve motorlar) 3. Kontrol cihazı olarak yön ve akış kontrol valfleri 4. Borular ve bağlantı elemanları 1.7.3  AKIŞKANLI (FLUİDİK) SİSTEMLERAkışkanlı sistemler, kontrol mühendisliğinde yeni bir gelişmedir ve pnömatik sistemlere benzerler. Havanın statik basıncı yerine dinamik özelliklerini kullanırlar. Hava yerine herhangi bir gaz veya sıvı da kullanılabilir. Şekilde basit bir akışkanlı anahtarlama sistemi görülmektedir.

Şekil-1.23 Akışkanlı anahtarlama kontrolü

1.7.5  ELEKTRİKLİ SİSTEMLERElektrikli kontrol sistemleri, iklimlendirme ve soğutmada çok yaygın olarak kullanılırlar. Elektrikli kontrol sistemleri şu elemanlardan oluşur: 1. Güç kaynağı (24, 120, 230 veya 380 V) 2. Elektrik kontrol cihazları (termostat, higrostat, presostat, vb) 3. Elektrikli hareketlendiriciler 4. Elektrik kabloları

ELEKTRİKLİ HAREKETLENDİRİCİLER: • Elektromanyetik bobinler (solenoidler, anahtarlama röleleri, kontaktörler ve motor kalkış cihazları) • İki pozisyonlu (konumlu) motorlar • Modülasyon motorları

Şekil-1.24 Elektrikli Röleler

15

Şekil-1.25 Solenoid vana

Şekil-1.26 İki Konumlu motorlar

Şekil-1.27 Modülasyonlu motor

16

1.7.6  ELEKTRONİK SİSTEMLERElektronik devrelerde düşük voltajlı elektrik enerjisi kullanılır (En fazla 10-15 Volt). Elektronik kontrollerin temel prensip, bir devre köprüsündeki dirençleri hafif farklarla denetlemektir.

Şekildeki Wheatstone köprüsüne benzerler. A ve B’ye güç uygulanır. C ve D’den çıkış alınır. Devredeki dört dirençten üçü sabittir. Dördüncü değişkendir ve termistör gibi bir hissedici elemana bağlanmıştır. Hissedici elemandaki basınç, sıcaklık, nem gibi özelliklerin değişmesi R4 direncini değiştirir. Dolayısıyla C’den D’ye hafif bir sinyal değişmesi olur. Bu sinyal yükseltilerek transdüzere gönderilir. Burada sinyal normal elektronik veya pnömatik sinyale dönüştürülür ve hareketlendiriciye kumanda eder.

Şekil-1.28 Wheatsone köprüsü

Şekil-1.29 Elektronik kontrol örnekleri

17

1.7.7  KENDİNE YETERLİ (BAĞIMSIZ) KONTROL SİSTEMLERİBir bağımsız kontrol sisteminde kontrol cihazı, operatör ve regülatör (genellikle bir valf) bir araya getirilerek kendine yeterli bir ünite oluşturulur. Bunlar otomatik kontrol sistemlerinin en basitleri olup dışarıdan bir enerjiye ihtiyaç duymazlar. Operatör enerjiyi genellikle sızdırmaz bir kuyruk veya kılcal borudaki sıvının genişlemesinden sağlar. Bu kontrollere örnek olarak termostatik genleşme valfleri, kondenser su regülasyon vanaları verilebilir (Şekil-1.29).

Şekil-1.30 Kendine yeterli kontrol cihazları (su regülasyon vanası ve termostatik genleşme valfi)

1. BÖLÜM SORULARI1. Bir soğutma-iklimlendirme sisteminde kontrole neden ihtiyaç duyulur?2. Otomatik kontrol kavramını açıklayarak kontrol tiplerini sınıflandırınız.3. Otomatik kontrol kavramlarını (giriş-çıkış değişkenleri, vb.) açıklayınız.4. Açık döngülü kontrol şemasını çizerek açıklayınız.5. Kapalı döngülü kontrol şemasını çizerek açıklayınız.6. Otomatik kontrol türleri nelerdir?7. İki konumlu kontrol eylemini zaman-konum diyagramı yardımıyla açıklayınız.8. İki konumlu kontrol hangi durumlarda kullanılır?9. Yüzer kontrolü su seviyesinin kontrol örneği yardımıyla açıklayınız.10. Oransal kontrol ile iki konumlu kontrolü kıyaslayınız.11. Oransal kontrolü grafik yardımıyla açıklayınız.12. Oransal+integral kontrolü grafik yardımıyla açıklayınız.13. Oransal+türevsel kontrolü grafik yardımıyla açıklayınız.14. Oransal ve integral kontrol farkını zaman-konum diyagramı yardımıyla açıklayınız.15. Oransal+integral+türevsel kontrolü grafik yardımıyla açıklayınız.16. Kontrolleri kullandıkları enerji türlerine göre sınıflandırınız.17. Pnömatik kontrol sistemi hangi elemanlardan oluşur?18. Pnömatik kontrol sisteminin çalışmasını şema yardımıyla açıklayınız.19. Akışkansı (flüidik) sistemlerin çalışma prensibi nasıldır?20. Elektrikli kontrol sistemleri hangi elemanlardan oluşur?21. Kontrol hareketlendiricisi olarak kullanılan elektrik motorları ile ilgili kısa bilgi veriniz.22. Kendine yeterli (bağımsız) kontrol sistemleri nasıl çalışır, örnekleyiniz.

18