A vezérlőrendszerek az alapjel vagy a kívánt kimenet fenntartására szolgálnak egy bemeneti jel beállításával. A vezérlőrendszerek nyílt hurkúak vagy zárt hurkúak lehetnek. A nyílt hurkú vezérlőrendszerek nem rendelkeznek visszacsatoló hurokkal, a zárt hurkú vezérlőrendszerek pedig igen.
Ebben a cikkben elmagyarázom, mik azok a vezérlőrendszerek, hogyan működnek, és hogyan használják őket a mindennapi életben. Ezenkívül megosztok néhány szórakoztató tényt a vezérlőrendszerekről, amelyeket esetleg nem tud!
Ebben a bejegyzésben kitérünk:
- Vezérlőrendszerek – A tervezés és megvalósítás művészete
- Nyílt hurkú és zárt hurkú vezérlés: Az önkorrekció és a fix kimenet közötti különbség
- Visszacsatolásvezérlő rendszerek: A vezérlés új szintre emelése
- Logikai vezérlés: Egyszerűsített és hatékony vezérlőrendszerek
- On-Off szabályozás: A legegyszerűbb módszer a hőmérséklet szabályozására
- Lineáris vezérlés: A kívánt kimenetek fenntartásának művészete
- A fuzzy logika: Dinamikus vezérlőrendszer
- Következtetés
Vezérlőrendszerek – A tervezés és megvalósítás művészete
A vezérlőrendszerek egy adott kimenet beállításának és karbantartásának folyamatát foglalják magukban a bemeneti jel beállításával. A cél a helyes és konzisztens kimenet előállítása a bemenet kezdeti változásai ellenére. A folyamat több szakaszból áll, beleértve a következőket:
- Bemeneti fokozat: ahol a bemeneti jelet veszik
- Feldolgozási szakasz: ahol a jelet feldolgozzák és elemzik
- Kimeneti fokozat: ahol a kimeneti jel keletkezik
A vezérlőrendszerek szerepe a termelésben
A vezérlőrendszerek számos iparágban jelentős szerepet játszanak a termelésben és az elosztásban. Az automatizálási technológiát gyakran használják ezeknek a rendszereknek a megvalósítására, amelyek nagyon bonyolultak és költségesek lehetnek. A következő elemek szükségesek egy kiváló vezérlőrendszer létrehozásához:
- A vezérelt rendszer jó ismerete
- A megfelelő típusú vezérlőrendszer tervezésének és megvalósításának képessége
- Szabványos tervekből és technikákból álló csomag, amely adott helyzetekben alkalmazható
A vezérlőrendszer létrehozásának lépései
A vezérlőrendszer létrehozásának folyamata a következő lépésekből áll:
- A rendszer felépítésének megtervezése: Ez magában foglalja a szükséges vezérlőrendszer típusának és a beépítendő komponensek meghatározását
- A rendszer megvalósítása: Ez magában foglalja a rendszer gondos felépítését és tesztek futtatását a megfelelő működés érdekében
- A rendszer karbantartása: Ez magában foglalja a rendszer teljesítményének időbeli nyomon követését és a szükséges változtatások elvégzését annak biztosítására, hogy továbbra is megfelelően működjön.
Nyílt hurkú és zárt hurkú vezérlés: Az önkorrekció és a fix kimenet közötti különbség
A nyílt hurkú vezérlőrendszereket nem visszacsatolásos vezérlésnek is nevezik. Ezeknek a rendszereknek fix kimenete van, amelyet nem állítanak be semmilyen bemenet vagy visszacsatolás alapján. A nyílt hurkú vezérlőrendszer felépítése tipikus, és tartalmaz egy bemenetet, egy alapértéket és egy kimenetet. A bemenet az a jel, amely a kívánt kimenet előállítására szolgál. Az alapérték a kimenet célértéke. A kimenet a futó folyamat eredménye.
Példák nyílt hurkú vezérlőrendszerekre:
- Kenyérpirító: A kart „be” fázisba helyezzük, és a tekercseket rögzített hőmérsékletre melegítjük. A kenyérpirító a megadott ideig melegen marad, és a pirítós felbukkan.
- Sebességtartó automatika járműben: A kezelőszervek rögzített sebesség fenntartására vannak beállítva. A rendszer nem igazodik a változó körülményekhez, például dombokhoz vagy szélhez.
Zárt hurkú vezérlés: Önkorrekció a konzisztens kimenet érdekében
A zárt hurkú vezérlőrendszerek, más néven visszacsatolásos vezérlőrendszerek, képesek önkorrigálni a konzisztens kimenet fenntartása érdekében. A különbség a nyílt hurkú és a zárt hurkú rendszer között az, hogy a zárt hurkú rendszer képes önjavításra, míg a nyílt hurkú rendszer nem. A zárt hurkú vezérlőrendszer felépítése hasonló a nyílt hurkú rendszeréhez, de tartalmaz visszacsatolási hurkot. A visszacsatoló hurok a kimenetről a bemenetre vezet, lehetővé téve a rendszer számára, hogy folyamatosan figyelje és beállítsa a változó körülmények alapján.
Példák a zárt hurkú vezérlőrendszerekre:
- Hőmérsékletszabályozás a helyiségben: A rendszer a helyiség hőmérséklete alapján állítja be a fűtést vagy a hűtést az állandó hőmérséklet fenntartása érdekében.
- Erősítés szabályozása hangrendszerben: A rendszer a kimenet alapján állítja be az erősítést az egyenletes hangszint fenntartása érdekében.
Visszacsatolásvezérlő rendszerek: A vezérlés új szintre emelése
A visszacsatoló vezérlőrendszerek olyan vezérlőrendszerek, amelyek egy folyamat kimenetét használják a bemenet vezérlésére. Más szavakkal, a rendszer jelet kap a vezérelt folyamattól, és ezt a jelet használja a bemenet beállítására, hogy elérje a kívánt kimenetet.
A visszacsatolásvezérlő rendszerekkel kapcsolatos diagramok és nevek
Számos diagram és név kapcsolódik a visszacsatolásvezérlő rendszerekhez, többek között:
- Blokkdiagramok: Ezek a visszacsatoló vezérlőrendszer alkatrészeit és azok csatlakoztatását mutatják be.
- Átviteli függvények: Ezek a rendszer bemenete és kimenete közötti kapcsolatot írják le.
- Zárt hurkú rendszerek: Ezek olyan visszacsatoló vezérlő rendszerek, ahol a kimenetet visszacsatolják a bemenetre, hogy fenntartsák a kívánt kimenetet.
- Nyílt hurkú rendszerek: Ezek olyan visszacsatoló vezérlő rendszerek, ahol a kimenetet nem táplálják vissza a bemenetre.
Logikai vezérlés: Egyszerűsített és hatékony vezérlőrendszerek
A logikai vezérlés egyfajta vezérlőrendszer, amely logikai logikát vagy más logikai műveleteket használ a döntések meghozatalára és a folyamatok vezérlésére. Ez egy egyszerűsített és hatékony vezérlőrendszer, amelyet széles körben használnak különböző iparágakban, beleértve a gyártást, a gyártást és az elektrotechnikát.
Hogyan működik a logikai vezérlés?
A logikai vezérlőrendszereket úgy tervezték, hogy különféle bemeneteket kezeljenek és a kívánt kimenetet állítsák elő. A működés alapvető módja a következő:
- A rendszer bemeneti jelet kap, amely általában elektromos áram formájában van.
- A bemeneti jel ezután összehasonlításra kerül egy beállított értékkel vagy ponttal, amelyet a rendszer tárol.
- Ha a bemeneti jel megfelelő, a rendszer egy adott műveletet hajt végre, vagy egy adott beállításra vált.
- Ha a bemeneti jel helytelen, a rendszer továbbra is fogadja a bemenetet, amíg el nem éri a helyes értéket.
Példák logikai vezérlőrendszerekre
A logikai vezérlőrendszereket számos alkalmazásban használják, beleértve:
- Közlekedési lámpák: A közlekedési lámpák logikai vezérléssel váltanak a piros, sárga és zöld lámpák között a forgalom áramlása alapján.
- Ipari robotok: Az ipari robotok logikai vezérlést használnak összetett feladatok elvégzésére, például hegesztésre, festésre és összeszerelésre.
- Automata mosógépek: Az automata mosógépek logikai vezérléssel váltanak a különböző mosási ciklusok és hőmérsékletek között a felhasználó bevitele alapján.
On-Off szabályozás: A legegyszerűbb módszer a hőmérséklet szabályozására
A be- és kikapcsolás vezérlést hagyományosan összekapcsolt relék, bütykös időzítők és kapcsolók segítségével valósítják meg, amelyek létra sorrendben vannak kialakítva. A technológia fejlődésével azonban a ki-be vezérlés mikrokontrollerekkel, speciális programozható logikai vezérlőkkel és egyéb elektronikus eszközökkel is végrehajtható.
Példák a ki-be vezérlésre
Néhány példa a ki-be vezérlést használó termékekre:
- Háztartási termosztátok, amelyek bekapcsolják a fűtést, ha a szobahőmérséklet a kívánt érték alá süllyed, és kikapcsolják, ha az fölé megy.
- Hűtőszekrények, amelyek bekapcsolják a kompresszort, ha a hűtőszekrény belsejében a hőmérséklet a kívánt hőmérséklet fölé emelkedik, és kikapcsolják, ha az alá csökken.
- Mosógépek, amelyek be- és kikapcsolás vezérlést használnak a különböző, egymással összefüggő szekvenciális műveletek kiváltására.
- Pneumatikus működtetők, amelyek be- és kikapcsolás vezérlést használnak egy bizonyos nyomásszint fenntartására.
Az On-Off vezérlés előnyei és hátrányai
A ki-be vezérlés előnyei a következők:
- Megvalósítása egyszerű és olcsó.
- Könnyen érthető és végrehajtható.
- Különböző típusú gépekben és műveletekben használható.
Az on-off vezérlés hátrányai a következők:
- Hirtelen változásokat idéz elő a rendszerben, ami negatív hatással lehet az ellenőrzött termékre vagy folyamatra.
- Előfordulhat, hogy nem tudja pontosan betartani a kívánt alapjelet, különösen nagy hőtömegű rendszerekben.
- Ez az elektromos kapcsolók és relék kopását és elhasználódását okozhatja, ami gyakori cseréket eredményezhet.
Lineáris vezérlés: A kívánt kimenetek fenntartásának művészete
A lineáris vezérlés elmélete számos elven alapul, amelyek szabályozzák a lineáris vezérlőrendszerek viselkedését. Ezek az alapelvek a következők:
- A nemkívánatos hatások figyelmen kívül hagyásának elve: Ez az elv feltételezi, hogy a rendszer bármely nemkívánatos hatása figyelmen kívül hagyható.
- Az additivitás elve: Ez az elv ragaszkodik ahhoz az elképzeléshez, hogy egy lineáris rendszer kimenete az egyes bemenetek által önmagában ható kimenetek összege.
- A szuperpozíció elve: Ez az elv azt feltételezi, hogy egy lineáris rendszer kimenete az egyes bemenetek által önmagában ható kimenetek összege.
A nemlineáris eset
Ha egy rendszer nem tartja be az additivitás és a homogenitás elvét, akkor nemlineárisnak tekintjük. Ebben az esetben a meghatározó egyenlet jellemzően a tagok négyzete. A nemlineáris rendszerek nem úgy viselkednek, mint a lineáris rendszerek, és eltérő vezérlési módszereket igényelnek.
A fuzzy logika: Dinamikus vezérlőrendszer
A fuzzy logic egy olyan típusú vezérlőrendszer, amely fuzzy halmazokat használ a bemeneti jel kimeneti jellé alakítására. Ez egy matematikai struktúra, amely az analóg bemeneti értékeket olyan logikai változók alapján elemzi, amelyek 0 és 1 közötti folyamatos értékeket vesznek fel. A fuzzy logic egy dinamikus vezérlőrendszer, amely képes kezelni a bemeneti jel változásait, és ennek megfelelően beállítani a kimeneti jelet.
Példák a fuzzy logikára működés közben
A fuzzy logikát számos területen használják a vezérlési feladatok széles körének végrehajtására. Íme néhány példa:
- Vízkezelés: A fuzzy logika segítségével szabályozzák a víz áramlását a tisztítótelepen. A rendszer a víz aktuális állapota és a kívánt kimeneti minőség alapján állítja be az áramlási sebességet.
- HVAC rendszerek: A fuzzy logika segítségével szabályozható a hőmérséklet és a páratartalom az épületben. A rendszer az épület aktuális állapota és a kívánt komfortszint alapján állítja be a hőmérsékletet és a páratartalmat.
- Forgalomszabályozás: A fuzzy logika a kereszteződésen áthaladó forgalom szabályozására szolgál. A rendszer az aktuális forgalmi viszonyokhoz igazítja a jelzőlámpák időzítését.
Következtetés
Tehát a vezérlőrendszereket számos iparágban használják a folyamatok vezérlésére, és ezek magukban foglalják egy olyan rendszer tervezését, megvalósítását és karbantartását, amely a bemenet változásai ellenére is konzisztens kimenetet tart fenn.
Nem hibázhat egy vezérlőrendszerrel, ezért ne féljen használni egyet a következő projektjében! Tehát menj előre, és irányítsd a világodat!
Joost Nusselder vagyok, a Tools Doctor alapítója, tartalommarketinges és apa. Szeretek új felszereléseket kipróbálni, és csapatommal 2016 óta készítek mélyreható blogcikkeket, hogy eszközökkel és alkotási tippekkel segítsem a hűséges olvasókat.
