Sustavi upravljanja: Uvod u upravljanje otvorenom i zatvorenom petljom

Kontrolni sustavi koriste se za održavanje zadane vrijednosti ili željenog izlaza podešavanjem ulaznog signala. Upravljački sustavi mogu biti otvoreni ili zatvoreni. Sustavi upravljanja s otvorenom petljom nemaju povratnu spregu, a sustavi s zatvorenom petljom imaju.

U ovom ću članku objasniti što su kontrolni sustavi, kako funkcioniraju i kako se koriste u svakodnevnom životu. Osim toga, podijelit ću neke zabavne činjenice o sustavima upravljanja koje možda niste znali!

Kontrolni sustavi - Umijeće projektiranja i implementacije

Kontrolni sustavi uključuju proces postavljanja i održavanja određenog izlaza podešavanjem ulaznog signala. Cilj je proizvesti ispravan i dosljedan izlaz, unatoč bilo kakvim početnim promjenama u ulazu. Proces uključuje nekoliko faza, uključujući sljedeće:

• Ulazni stupanj: gdje se prima ulazni signal
• Faza obrade: gdje se signal obrađuje i analizira
• Izlazni stupanj: gdje se proizvodi izlazni signal

Uloga sustava upravljanja u proizvodnji

Kontrolni sustavi igraju značajnu ulogu u proizvodnji i distribuciji u mnogim industrijama. Tehnologija automatizacije često se koristi za implementaciju ovih sustava, koji mogu biti vrlo složeni i skupi za izgradnju. Za stvaranje izvrsnog sustava upravljanja potrebni su sljedeći elementi:

• Dobro razumijevanje sustava koji se kontrolira
• Sposobnost projektiranja i implementacije ispravnog tipa upravljačkog sustava
• Paket standardnih dizajna i tehnika koje se mogu primijeniti u određenim situacijama

Koraci uključeni u stvaranje kontrolnog sustava

Proces stvaranja upravljačkog sustava uključuje sljedeće korake:

• Projektiranje strukture sustava: To uključuje određivanje vrste potrebnog upravljačkog sustava i komponenti koje će biti uključene
• Implementacija sustava: Ovo uključuje pažljivu konstrukciju sustava i izvođenje testova kako bi se osiguralo da ispravno radi
• Održavanje sustava: Ovo uključuje praćenje performansi sustava tijekom vremena i unošenje svih potrebnih promjena kako bi se osiguralo da će nastaviti ispravno funkcionirati

Upravljanje otvorenom i zatvorenom petljom: razlika između samoispravljanja i fiksnog izlaza

Sustavi upravljanja s otvorenom petljom također su poznati kao upravljanja bez povratne sprege. Ovi sustavi imaju fiksni izlaz koji se ne prilagođava na temelju bilo kakvog ulaza ili povratne informacije. Struktura upravljačkog sustava s otvorenom petljom je tipična i uključuje ulaz, zadanu vrijednost i izlaz. Ulaz je signal koji se koristi za proizvodnju željenog izlaza. Zadana vrijednost je ciljna vrijednost za izlaz. Izlaz je rezultat rada procesa.

Primjeri sustava upravljanja otvorenom petljom uključuju:

• Toster: poluga se postavlja u fazu "uključeno", a zavojnice se zagrijavaju na fiksnu temperaturu. Toster ostaje zagrijan do dogovorenog vremena, a tost iskače.
• Tempomat u vozilu: Kontrole su postavljene da održavaju fiksnu brzinu. Sustav se ne prilagođava na temelju promjenjivih uvjeta, poput brda ili vjetra.

Upravljanje zatvorenom petljom: samoispravljanje za dosljedan izlaz

Sustavi upravljanja zatvorene petlje, također poznati kao sustavi upravljanja povratnom spregom, imaju sposobnost samoispravljanja kako bi održali dosljedan izlaz. Razlika između sustava otvorene i zatvorene petlje je u tome što sustav zatvorene petlje ima mogućnost samoispravljanja, dok sustav otvorene petlje nema. Struktura sustava upravljanja zatvorenom petljom slična je strukturi sustava s otvorenom petljom, ali uključuje povratnu petlju. Povratna petlja vodi od izlaza do ulaza, omogućujući sustavu kontinuirano praćenje i prilagođavanje na temelju promjenjivih uvjeta.

Primjeri sustava upravljanja zatvorenom petljom uključuju:

• Kontrola temperature u prostoriji: Sustav prilagođava grijanje ili hlađenje na temelju temperature u prostoriji kako bi održao konstantnu temperaturu.
• Kontrola pojačanja u zvučnom sustavu: Sustav prilagođava pojačanje na temelju izlaza kako bi održao dosljednu razinu zvuka.

Sustavi kontrole povratne informacije: Dovođenje kontrole na višu razinu

Sustavi kontrole s povratnom spregom vrsta su sustava kontrole koji koristi izlaz procesa za kontrolu ulaza. Drugim riječima, sustav prima signal od procesa koji se kontrolira i koristi taj signal za podešavanje ulaza kako bi se postigao željeni izlaz.

Dijagrami i nazivi povezani sa sustavima upravljanja povratnom spregom

Postoji nekoliko dijagrama i naziva povezanih sa sustavima kontrole povratne sprege, uključujući:

• Blok dijagrami: Oni pokazuju komponente sustava upravljanja povratnom spregom i kako su one povezane.
• Prijenosne funkcije: One opisuju odnos između ulaza i izlaza sustava.
• Sustavi zatvorene petlje: Ovo su sustavi upravljanja povratnom spregom gdje se izlaz vraća na ulaz kako bi se održao željeni izlaz.
• Sustavi s otvorenom petljom: Ovo su sustavi upravljanja s povratnom spregom gdje se izlaz ne vraća na ulaz.

Logičko upravljanje: Pojednostavljeni i učinkoviti sustavi upravljanja

Logička kontrola je vrsta kontrolnog sustava koji koristi Booleovu logiku ili druge logičke operacije za donošenje odluka i kontrolu procesa. To je pojednostavljen i učinkovit sustav upravljanja koji se široko koristi u raznim industrijama, uključujući proizvodnju, proizvodnju i elektrotehniku.

Kako radi logička kontrola?

Sustavi logičke kontrole dizajnirani su za rukovanje različitim ulazima i proizvodnju željenog izlaza. Osnovni način rada je sljedeći:

• Sustav prima ulazni signal, koji je obično u obliku električne struje.
• Ulazni signal se zatim uspoređuje sa postavljenom vrijednošću ili točkom, koja se pohranjuje u sustavu.
• Ako je ulazni signal ispravan, sustav će izvesti određenu radnju ili se prebaciti na određenu postavku.
• Ako je ulazni signal neispravan, sustav će nastaviti primati ulaz dok se ne postigne točna vrijednost.

Primjeri logičkih upravljačkih sustava

Sustavi logičke kontrole koriste se u širokom rasponu aplikacija, uključujući:

• Semafori: semafori koriste logičku kontrolu za prebacivanje između crvenog, žutog i zelenog svjetla na temelju protoka prometa.
• Industrijski roboti: Industrijski roboti koriste logičko upravljanje za obavljanje složenih zadataka, kao što su zavarivanje, bojanje i sastavljanje.
• Automatske perilice rublja: Automatske perilice rublja koriste logičku kontrolu za prebacivanje između različitih ciklusa pranja i temperatura na temelju unosa korisnika.

On-Off kontrola: Najjednostavnija metoda za kontrolu temperature

Uključeno-isključeno upravljanje povijesno se provodi pomoću međusobno povezanih releja, cam timera i prekidača koji su konstruirani u ljestvičastom nizu. Međutim, s napretkom tehnologije, on-off kontrola se sada može izvesti pomoću mikrokontrolera, specijaliziranih programabilnih logičkih kontrolera i drugih elektroničkih uređaja.

Primjeri On-Off kontrole

Neki primjeri proizvoda koji koriste kontrolu uključivanja i isključivanja uključuju:

• Kućni termostati koji uključuju grijač kada sobna temperatura padne ispod željene postavke i isključuju ga kada je iznad nje.
• Hladnjaci koji uključuju kompresor kada temperatura u hladnjaku poraste iznad željene temperature i isključuju ga kada padne ispod nje.
• Perilice koje koriste kontrolu uključivanja i isključivanja za pokretanje različitih međusobno povezanih sekvencijalnih operacija.
• Pneumatski aktuatori koji koriste on-off kontrolu za održavanje određene razine tlaka.

Prednosti i nedostaci On-Off kontrole

Prednosti on-off kontrole uključuju:

• Jednostavan je i jeftin za implementaciju.
• Lako ga je razumjeti i izvesti.
• Može se koristiti u različitim vrstama strojeva i operacija.

Nedostaci on-off kontrole uključuju:

• Proizvodi nagle promjene u sustavu, koje mogu uzrokovati negativne učinke na proizvod ili proces koji se kontrolira.
• Možda neće moći točno održavati željenu zadanu vrijednost, posebno u sustavima s velikim toplinskim masama.
• To može uzrokovati habanje električnih prekidača i releja, što dovodi do čestih zamjena.

Linearna kontrola: Umijeće održavanja željenih rezultata

Teorija linearne regulacije temelji se na nekoliko principa koji upravljaju ponašanjem linearnih regulacijskih sustava. Ova načela uključuju:

• Načelo ignoriranja neželjenih učinaka: Ovo načelo pretpostavlja da se svi neželjeni učinci sustava mogu zanemariti.
• Načelo aditivnosti: Ovo načelo pridržava se koncepta da je izlaz linearnog sustava zbroj izlaza proizvedenih svakim ulazom koji djeluje zasebno.
• Načelo superpozicije: Ovo načelo pretpostavlja da je izlaz linearnog sustava zbroj izlaza koje proizvodi svaki ulaz koji djeluje zasebno.

Nelinearni slučaj

Ako se sustav ne pridržava načela aditivnosti i homogenosti, smatra se nelinearnim. U ovom slučaju, definirajuća jednadžba obično je kvadrat članova. Nelinearni sustavi ne ponašaju se na isti način kao linearni sustavi i zahtijevaju različite metode upravljanja.

Neizrazita logika: dinamički sustav upravljanja

Neizrazita logika je vrsta upravljačkog sustava koji koristi neizrazite skupove za pretvaranje ulaznog signala u izlazni signal. To je matematička struktura koja analizira analogne ulazne vrijednosti u smislu logičkih varijabli koje poprimaju kontinuirane vrijednosti između 0 i 1. Neizrazita logika je dinamički sustav upravljanja koji može rukovati promjenama u ulaznom signalu i prilagoditi izlazni signal u skladu s tim.

Primjeri neizrazite logike na djelu

Neizrazita logika koristi se u mnogim područjima za obavljanje širokog spektra kontrolnih zadataka. Evo nekoliko primjera:

• Pročišćavanje vode: neizrazita logika koristi se za kontrolu protoka vode kroz postrojenje za pročišćavanje. Sustav prilagođava protok na temelju trenutnog stanja vode i željene izlazne kvalitete.
• HVAC sustavi: neizrazita logika koristi se za kontrolu temperature i vlage u zgradi. Sustav prilagođava temperaturu i vlažnost na temelju trenutnog stanja zgrade i željene razine udobnosti.
• Kontrola prometa: neizrazita logika koristi se za kontrolu protoka prometa kroz raskrižje. Sustav prilagođava vrijeme semafora na temelju trenutnih uvjeta u prometu.

Zaključak

Dakle, kontrolni sustavi se koriste za kontrolu procesa u mnogim industrijama, a uključuju projektiranje, implementaciju i održavanje sustava koji održava dosljedan izlaz unatoč promjenama u ulazu. 

Ne možete pogriješiti s kontrolnim sustavom, stoga se nemojte bojati koristiti ga u svom sljedećem projektu! Dakle, samo naprijed i kontrolirajte svoj svijet!

Ja sam Joost Nusselder, osnivač tvrtke Tools Doctor, marketer sadržaja i otac. Volim isprobavati novu opremu, a zajedno sa svojim timom od 2016. stvaram detaljne članke na blogu kako bih vjernim čitateljima pomogao alatima i savjetima za izradu.