اتوماسیون صنعتی در کارگاه های صنعتی، کارخانه های صنعتی، نیروگاه ها، پالایشگاه ها، پتروشیمی ها و … برای خودکار سازی فرآیند تولید محصول کاربرد دارد. در این سیستم ها، انواع سیستم های کنترل موجود است. شکل ۱، یک نمایش کلی از سیستم کنترل است. فرض کنید این سیستم کنترل مربوط به کنترل دمای یک مخزن باشد. در این سیستم کنترل، یک مرجع به عنوان ورودی داریم. دمایی که می خواهیم این مخزن داشته باشد، به عنوان ورودی مرجع است. این ورودی با مقدار دمای اندازه گیری شده به عنوان پسخورد (فیدبک) مقایسه می شود. مقدار اندازه گیری شده توسط حسگرها (سنسورها) اتفاق می افتد. اندازه گیری دمای مخزن در مثال کنترل دمای مخزن توسط حسگرهای دما (ترموکوپل یا RTD) اتفاق می افتد. با مقایسه مقدار مرجع و مقدار اندازه گیری شده، خطای پارامتر کنترلی بدست می آید. این خطا به کنترل کننده داده می شود. این کنترل کننده ورودی سیستم تحت کنترل را برای کم کردن خطا، کنترل می کند. در مثال کنترل دمای مخزن، ورودی سیستم تحت کنترل می تواند گرمکن هایی باشد که در مخزن تعبیه شده است. با اجرای این سیستم کنترل، دمای مخزن می تواند در مقدار مورد نظر (مرجع) در طول زمان تنظیم شود.

بلوک دیاگرام یک سیستم کنترل

سیستم های کنترلی انواع مختلفی دارند و به صورت های مختلفی دسته بندی می شود.

دسته بندی اول

این دسته بندی براساس پسخوردی که از فرآیند گرفته می شود انجام می شود. این دسته بندی به صورت زیر است:

• کنترل حلقه باز (Open Loop)
• کنترل حلقه بسته (Closed Loop)
• کنترل پشت سر هم (Cascade)

در سیستم کنترل حلقه باز، هیچ پسخوردی از متغیر اندازه گیری شده انجام نمی شود. معمولا مدل سیستم تحت کنترل به کنترل کننده داده می شود و کنترل کننده مطابق این مدل، ورودی سیستم تحت کنترل را به نحوی انجام می دهد که به پارامتر تحت کنترل به مقدار مورد نظر برسد. از مزایای این نوع کنترل می توان به نصب، راه اندازی وعیب یابی راحت تر اشاره کرد. خطای ماندگار پارامتر تحت کنترل از جمله معایب این نوع سیستم کنترلی است. شکل ططط یک سیستم کنترلی حلقه باز را نمایش می دهد. کنترل دور موتور توسط درایو مثالی از این نوع سیستم کنترل است. کنترل حلقه باز درایو توسط سرعت مرجعی که به عنوان ورودی که از کاربر می گیرد، فرکانس موتور را تغییر می دهد. با توجه به اینکه دور موتور با فرکانس موتور رابطه مستقیم دارد، با کنترل فرکانس ورودی به موتور، دور موتور را نیز کنترل می کند. با توجه به اینکه، دور موتور دارای لغزش (Slip) است. نمی توان همواره به مقدار دور مرجع رسید یا بعبارتی همواره دور موتور دارای خطا است. کنترل استپر موتور مثال دیگری از این نوع سیستم کنترلی است. در این نوع کنترل فرض می شود که موتور کاملا از دستورات ورودی تبعیت می کند.

در سیستم کنترل حلقه بسته همواره پسخوردی از پارامتر تحت کنترل گرفته می شود. بنابراین، انتظار می رود که این روش کنترلی دارای دقت بالاتری نسبت به کنترل حلقه باز داشته باشد. از مزایای این نوع کنترل، می توان به دقت بالای آن اشاره کرد. از معایب آن می توان به پیچیده بودن ساختار، در دسترس بودن حسگر برای اندازه گیری پارامتر مورد نظر اشاره کرد. در صنعت، برای این نوع سیستم کنترل ، معمولا کنترل کننده PID استفاده می شود. کنترل دمای مخزن یک نمونه از کنترل حلقه بسته است. کنترل کننده در این سیستم کنترل، با داشتن مقدار مرجع و اندازه گیری مقدار دمای مخزن، خطای فرآیند را اندازه گیری کرده و سپس به گرمکن ها فرمان روشن یا خاموش شدن می دهد. شکل ططط یک سیستم کنترل نوع حلقه بسته را نمایش می دهد. در این شکل، کنترل کننده PID را برای کنترل مقدار شارش مایع نشان می دهد. ورودی این کنترل کننده یک ترانسمیتر شارش است که اندازه گیری را انجام می دهد. کنترل کننده PID این مقدار را با مقدار مرجع مقایسه کرده و سپس دستور مقدار باز یا بسته شدن به شیر را برای کنترل مقدار شارش مایع می دهد. سرووموتور ها مثال دیگری از سیستم کنترل حلقه بسته است.

سیستم کنترل حلقه بسته کنترل شارش مایع

در سیستم کنترل پشت سر هم، مقدار مرجع برای یک حلقه کنترلی توسط یک حلقه کنترلی دیگر تعیین می شود. شکل ططط یک نمونه از کنترل پشت سر هم را نمایش می دهد. در این سیستم کنترلی مقدار سطح مخزن توسط ترانسمیتر سطح اندازه گیری می شود و مقدار آن با مقدار مرجع مقایسه می شود. سپس، خروجی آن به عنوان مقدار مرجع برای یک سیستم حلقه بسته دیگر داده می شود. این سیستم حلقه بسته مقدار مرجع را با مقدار اندازه گیری شده شارش مقایسه می کند و دستور مقدار باز یا بسته شدن شیر را صادر می کند. در نتیجه سطح مایع داخل مخزن کنترل می شود.

سیستم کنترلی پشت سر هم

دسته بندی دوم

در این دسته بندی، سیستم کنترل به دو نوع پیوسته و گسسته تقسیم می شود. سیستم کنترلی پیوسته به اتوماسیون فرآیند (Process Automation) و سیستم کنترل گسسته به اتوماسیون کارخانه (Factory Automation) معروف است. در اتوماسیون فرآیند که به کنترل توزیع شده (Distributed Control System) نیز معروف است، با یک سیستم به هم پیوسته رو برو هستیم. که کل فرآیند به هم مرتبط هستند و هر قسمت دائما به متغیرهای سایر بخش ها نیز نیاز دارد. در اتوماسیون کارخانه معمولا یک خط تولید به بخش های متفاوتی تقسیم می شود که هر بخش به صورت محلی کنترل می شود و ارتباط خیلی کمی بین بخش های مختلف برقرار است.