Ohjausjärjestelmiä käytetään asetusarvon tai halutun lähdön ylläpitämiseen tulosignaalia säätämällä. Ohjausjärjestelmät voivat olla avoimen silmukan tai suljetun silmukan. Avoimen piirin ohjausjärjestelmissä ei ole takaisinkytkentäsilmukkaa ja suljetun piirin ohjausjärjestelmissä on.
Tässä artikkelissa selitän, mitä ohjausjärjestelmät ovat, miten ne toimivat ja miten niitä käytetään jokapäiväisessä elämässä. Lisäksi kerron hauskoja faktoja ohjausjärjestelmistä, joita et ehkä tiedä!
Tässä viestissä kerromme:
- Ohjausjärjestelmät – suunnittelun ja toteutuksen taide
- Avoimen ja suljetun silmukan ohjaus: Itsekorjauksen ja kiinteän lähdön välinen ero
- Palautteenhallintajärjestelmät: Ohjauksen tuominen seuraavalle tasolle
- Logic Control: Yksinkertaistetut ja tehokkaat ohjausjärjestelmät
- On-Off ohjaus: Yksinkertaisin menetelmä lämpötilan säätämiseen
- Lineaarinen ohjaus: Haluttujen tulosten ylläpitämisen taito
- Sumea logiikka: Dynaaminen ohjausjärjestelmä
- Yhteenveto
Ohjausjärjestelmät – suunnittelun ja toteutuksen taide
Ohjausjärjestelmiin kuuluu tietyn lähdön asettaminen ja ylläpito säätämällä tulosignaalia. Tavoitteena on tuottaa oikea ja johdonmukainen tulos huolimatta syötteen alkumuutoksista. Prosessi sisältää useita vaiheita, mukaan lukien seuraavat:
- Tulovaihe: missä tulosignaali vastaanotetaan
- Käsittelyvaihe: jossa signaali käsitellään ja analysoidaan
- Lähtöaste: jossa lähtösignaali tuotetaan
Ohjausjärjestelmien rooli tuotannossa
Ohjausjärjestelmillä on merkittävä rooli tuotannossa ja jakelussa monilla toimialoilla. Näiden järjestelmien toteuttamiseen käytetään usein automaatiotekniikkaa, jotka voivat olla erittäin monimutkaisia ja kalliita rakentaa. Seuraavat elementit vaaditaan erinomaisen ohjausjärjestelmän luomiseksi:
- Hyvä käsitys ohjattavasta järjestelmästä
- Kyky suunnitella ja toteuttaa oikeantyyppinen ohjausjärjestelmä
- Paketti vakiomalleja ja tekniikoita, joita voidaan soveltaa tietyissä tilanteissa
Ohjausjärjestelmän luomiseen liittyvät vaiheet
Ohjausjärjestelmän luontiprosessi sisältää seuraavat vaiheet:
- Järjestelmän rakenteen suunnittelu: Tässä määritetään vaaditun ohjausjärjestelmän tyyppi ja mukana tulevat komponentit
- Järjestelmän käyttöönotto: Tämä edellyttää järjestelmän huolellista rakentamista ja testien suorittamista sen varmistamiseksi, että se toimii oikein
- Järjestelmän ylläpito: Tämä edellyttää järjestelmän suorituskyvyn seurantaa ajan mittaan ja tarvittavien muutosten tekemistä sen varmistamiseksi, että se toimii edelleen oikein
Avoimen ja suljetun silmukan ohjaus: Itsekorjauksen ja kiinteän lähdön välinen ero
Avoimen silmukan ohjausjärjestelmät tunnetaan myös ei-palauteohjauksina. Näissä järjestelmissä on kiinteä lähtö, jota ei säädetä minkään tulon tai palautteen perusteella. Avoimen silmukan ohjausjärjestelmän rakenne on tyypillinen ja sisältää tulon, asetusarvon ja lähdön. Tulo on signaali, jota käytetään tuottamaan haluttu lähtö. Asetuspiste on lähdön tavoitearvo. Tulos on tulos prosessin käynnissä.
Esimerkkejä avoimen silmukan ohjausjärjestelmistä ovat:
- Leivänpaahdin: Vipu asetetaan "on"-vaiheeseen ja kelat kuumennetaan kiinteään lämpötilaan. Leivänpaahdin pysyy lämmitettynä määrättyyn aikaan asti, ja paahtoleipä ponnahtaa esiin.
- Vakionopeussäädin ajoneuvossa: Säätimet on asetettu ylläpitämään kiinteää nopeutta. Järjestelmä ei säädä muuttuvien olosuhteiden, kuten mäkien tai tuulen, perusteella.
Suljetun silmukan ohjaus: Itsekorjaus takaa tasaisen tulosteen
Suljetun silmukan ohjausjärjestelmillä, jotka tunnetaan myös takaisinkytkennän ohjausjärjestelminä, on kyky korjata itseään tasaisen ulostulon ylläpitämiseksi. Ero avoimen silmukan ja suljetun silmukan järjestelmän välillä on, että suljetulla järjestelmällä on kyky korjata itseään, kun taas avoimella järjestelmällä ei. Suljetun silmukan ohjausjärjestelmän rakenne on samanlainen kuin avoimen piirin järjestelmän, mutta se sisältää takaisinkytkentäsilmukan. Takaisinkytkentäsilmukka johtaa lähdöstä tuloon, jolloin järjestelmä voi jatkuvasti tarkkailla ja säätää muuttuvien olosuhteiden mukaan.
Esimerkkejä suljetun silmukan ohjausjärjestelmistä ovat:
- Huoneen lämpötilan säätö: Järjestelmä säätää lämmitystä tai jäähdytystä huoneen lämpötilan perusteella tasaisen lämpötilan ylläpitämiseksi.
- Vahvistuksen ohjaus äänijärjestelmässä: Järjestelmä säätää vahvistusta lähdön perusteella tasaisen äänitason ylläpitämiseksi.
Palautteenhallintajärjestelmät: Ohjauksen tuominen seuraavalle tasolle
Palautteenohjausjärjestelmät ovat eräänlainen ohjausjärjestelmä, joka käyttää prosessin lähtöä tulon ohjaamiseen. Toisin sanoen järjestelmä vastaanottaa signaalin ohjattavasta prosessista ja käyttää tätä signaalia tulon säätämiseen halutun lähdön saavuttamiseksi.
Palautteenhallintajärjestelmiin liittyvät kaaviot ja nimet
Palautteenohjausjärjestelmiin liittyy useita kaavioita ja nimiä, mukaan lukien:
- Lohkokaaviot: Nämä näyttävät takaisinkytkennän ohjausjärjestelmän komponentit ja kuinka ne on kytketty.
- Siirtofunktiot: Nämä kuvaavat järjestelmän tulon ja lähdön välistä suhdetta.
- Suljetun silmukan järjestelmät: Nämä ovat takaisinkytkentäohjausjärjestelmiä, joissa lähtö syötetään takaisin tuloon halutun lähdön ylläpitämiseksi.
- Avoimen silmukan järjestelmät: Nämä ovat takaisinkytkentäohjausjärjestelmiä, joissa lähtöä ei syötetä takaisin tuloon.
Logic Control: Yksinkertaistetut ja tehokkaat ohjausjärjestelmät
Looginen ohjaus on eräänlainen ohjausjärjestelmä, joka käyttää Boolen logiikkaa tai muita loogisia operaatioita päätösten ja prosessien ohjaamiseen. Se on yksinkertaistettu ja tehokas ohjausjärjestelmä, jota käytetään laajasti eri teollisuudenaloilla, mukaan lukien tuotanto, valmistus ja sähkötekniikka.
Miten logiikkaohjaus toimii?
Logiikkaohjausjärjestelmät on suunniteltu käsittelemään erilaisia tuloja ja tuottamaan halutun lähdön. Toimintaperiaate on seuraava:
- Järjestelmä vastaanottaa tulosignaalin, joka on yleensä sähkövirran muodossa.
- Tulosignaalia verrataan sitten asetettuun arvoon tai pisteeseen, joka on tallennettu järjestelmään.
- Jos tulosignaali on oikea, järjestelmä suorittaa tietyn toiminnon tai vaihtaa tiettyyn asetukseen.
- Jos tulosignaali on väärä, järjestelmä jatkaa tulon vastaanottamista, kunnes oikea arvo on saavutettu.
Esimerkkejä loogisista ohjausjärjestelmistä
Logiikkaohjausjärjestelmiä käytetään monenlaisissa sovelluksissa, mukaan lukien:
- Liikennevalot: Liikennevalot käyttävät loogista ohjausta vaihtaakseen punaisen, keltaisen ja vihreän valon välillä liikenteen sujuvuuden perusteella.
- Teollisuusrobotit: Teollisuusrobotit käyttävät logiikan ohjausta monimutkaisten tehtävien, kuten hitsauksen, maalauksen ja kokoonpanon, suorittamiseen.
- Automaattiset pesukoneet: Automaattiset pesukoneet käyttävät loogista ohjausta vaihtaakseen eri pesujaksojen ja lämpötilojen välillä käyttäjän syötteen perusteella.
On-Off ohjaus: Yksinkertaisin menetelmä lämpötilan säätämiseen
On-Off-ohjaus on perinteisesti toteutettu käyttämällä toisiinsa kytkettyjä releitä, nokka-ajastimia ja kytkimiä, jotka on rakennettu tikapuusarjaan. Kuitenkin tekniikan kehityksen myötä on-off-ohjaus voidaan nyt suorittaa mikro-ohjaimilla, erityisillä ohjelmoitavilla logiikkaohjaimilla ja muilla elektronisilla laitteilla.
Esimerkkejä On-Off-ohjauksesta
Joitakin esimerkkejä tuotteista, joissa käytetään on-off-ohjausta:
- Kotitaloustermostaatit, jotka kytkevät lämmittimen päälle, kun huonelämpötila laskee alle halutun asetuksen, ja sammuttavat sen, kun se nousee sen yläpuolelle.
- Jääkaapit, jotka kytkevät kompressorin päälle, kun lämpötila jääkaapin sisällä nousee yli halutun lämpötilan ja sammuttavat sen, kun se laskee sen alle.
- Pyykinpesukoneet, jotka käyttävät päälle/pois ohjausta käynnistämään erilaisia toisiinsa liittyviä peräkkäisiä toimintoja.
- Pneumaattiset toimilaitteet, jotka käyttävät on-off-ohjausta tietyn painetason ylläpitämiseksi.
On-Off-ohjauksen edut ja haitat
On-off-ohjauksen etuja ovat:
- Se on yksinkertainen ja halpa toteuttaa.
- Se on helppo ymmärtää ja suorittaa.
- Sitä voidaan käyttää erilaisissa koneissa ja toiminnoissa.
On-off-ohjauksen haittoja ovat:
- Se aiheuttaa äkillisiä muutoksia järjestelmään, mikä voi aiheuttaa kielteisiä vaikutuksia ohjattavaan tuotteeseen tai prosessiin.
- Se ei ehkä pysty ylläpitämään haluttua asetusarvoa tarkasti, etenkään järjestelmissä, joissa on suuret lämpömassat.
- Se voi aiheuttaa kulumista ja repeytymistä sähkökytkimissä ja releissä, mikä johtaa toistuviin vaihtoihin.
Lineaarinen ohjaus: Haluttujen tulosten ylläpitämisen taito
Lineaarinen ohjausteoria perustuu useisiin periaatteisiin, jotka ohjaavat lineaaristen ohjausjärjestelmien käyttäytymistä. Näitä periaatteita ovat mm.
- Ei-toivottujen vaikutusten huomioimatta jättämisen periaate: Tämä periaate edellyttää, että kaikki järjestelmän ei-toivotut vaikutukset voidaan jättää huomiotta.
- Additiivisuusperiaate: Tämä periaate noudattaa periaatetta, jonka mukaan lineaarisen järjestelmän tulos on kunkin tulon yksinään tuottamien tulosten summa.
- Superpositioperiaate: Tämä periaate olettaa, että lineaarisen järjestelmän lähtö on kunkin tulon yksinään tuottamien tulosten summa.
Epälineaarinen tapaus
Jos järjestelmä ei noudata additiivisuuden ja homogeenisuuden periaatteita, sitä pidetään epälineaarisena. Tässä tapauksessa määrittävä yhtälö on tyypillisesti termien neliö. Epälineaariset järjestelmät eivät toimi samalla tavalla kuin lineaariset järjestelmät ja vaativat erilaisia ohjausmenetelmiä.
Sumea logiikka: Dynaaminen ohjausjärjestelmä
Sumea logiikka on eräänlainen ohjausjärjestelmä, joka käyttää sumeita sarjoja tulosignaalin muuntamiseksi lähtösignaaliksi. Se on matemaattinen rakenne, joka analysoi analogiset tuloarvot loogisten muuttujien avulla, jotka ottavat jatkuvia arvoja välillä 0 ja 1. Sumea logiikka on dynaaminen ohjausjärjestelmä, joka pystyy käsittelemään tulosignaalin muutoksia ja säätämään lähtösignaalia vastaavasti.
Esimerkkejä sumeasta logiikasta toiminnassa
Sumeaa logiikkaa käytetään monilla aloilla monenlaisten ohjaustehtävien suorittamiseen. Tässä on joitain esimerkkejä:
- Vedenkäsittely: Sumeaa logiikkaa käytetään ohjaamaan veden virtausta puhdistuslaitoksen läpi. Järjestelmä säätää virtausnopeutta veden nykyisen tilan ja halutun ulostulon perusteella.
- LVI-järjestelmät: Sumeaa logiikkaa käytetään säätämään lämpötilaa ja kosteutta rakennuksessa. Järjestelmä säätää lämpötilaa ja kosteutta rakennuksen nykyisen tilan ja halutun mukavuustason mukaan.
- Liikenteen ohjaus: Sumeaa logiikkaa käytetään risteyksen läpi kulkevan liikenteen ohjaamiseen. Järjestelmä säätää liikennevalojen ajoituksen vallitsevien liikenneolosuhteiden mukaan.
Yhteenveto
Niinpä ohjausjärjestelmiä käytetään prosessien ohjaamiseen monilla toimialoilla, ja niihin kuuluu sellaisen järjestelmän suunnittelu, käyttöönotto ja ylläpito, joka ylläpitää johdonmukaista tuotantoa panosten muutoksista huolimatta.
Et voi mennä pieleen ohjausjärjestelmällä, joten älä pelkää käyttää sitä seuraavassa projektissasi! Joten mene eteenpäin ja hallitse maailmaasi!
Olen Joost Nusselder, Tools Doctorin perustaja, sisältömarkkinoija ja isä. Rakastan uusien laitteiden kokeilemista, ja yhdessä tiimini kanssa olen luonut syvällisiä blogiartikkeleita vuodesta 2016 lähtien auttaakseni uskollisia lukijoita työkaluilla ja askarteluvinkeillä.
