Krmilni sistemi se uporabljajo za vzdrževanje nastavljene vrednosti ali želenega izhoda s prilagajanjem vhodnega signala. Krmilni sistemi so lahko odprtozančni ali zaprtozančni. Krmilni sistemi z odprto zanko nimajo povratne zanke, sistemi z zaprto zanko pa jo imajo.
V tem članku bom razložil, kaj so nadzorni sistemi, kako delujejo in kako se uporabljajo v vsakdanjem življenju. Poleg tega bom delil nekaj zabavnih dejstev o nadzornih sistemih, ki jih morda ne poznate!
V tem prispevku bomo obravnavali:
- Nadzorni sistemi - umetnost načrtovanja in izvajanja
- Odprtozančno in zaprtozančno krmiljenje: razlika med samokorekcijo in fiksnim izhodom
- Sistemi za nadzor povratnih informacij: dvig nadzora na naslednjo raven
- Logično krmiljenje: poenostavljeni in učinkoviti nadzorni sistemi
- Nadzor vklopa in izklopa: Najenostavnejša metoda za nadzor temperature
- Linearni nadzor: Umetnost vzdrževanja želenih rezultatov
- Mehka logika: dinamični nadzorni sistem
- zaključek
Nadzorni sistemi - umetnost načrtovanja in izvajanja
Nadzorni sistemi vključujejo postopek nastavitve in vzdrževanja določenega izhoda s prilagajanjem vhodnega signala. Cilj je ustvariti pravilen in dosleden izhod, kljub začetnim spremembam v vhodu. Postopek vključuje več stopenj, vključno z naslednjimi:
- Vhodna stopnja: kjer je sprejet vhodni signal
- Stopnja obdelave: kjer se signal obdela in analizira
- Izhodna stopnja: kjer se proizvaja izhodni signal
Vloga nadzornih sistemov v proizvodnji
Nadzorni sistemi igrajo pomembno vlogo pri proizvodnji in distribuciji v številnih panogah. Za izvajanje teh sistemov se pogosto uporablja tehnologija avtomatizacije, ki je lahko zelo zapletena in draga za izdelavo. Za ustvarjanje odličnega nadzornega sistema so potrebni naslednji elementi:
- Dobro razumevanje nadzorovanega sistema
- Sposobnost oblikovanja in implementacije pravilnega tipa nadzornega sistema
- Paket standardnih modelov in tehnik, ki jih je mogoče uporabiti v posebnih situacijah
Koraki, vključeni v ustvarjanje nadzornega sistema
Postopek izdelave nadzornega sistema vključuje naslednje korake:
- Načrtovanje strukture sistema: To vključuje določitev vrste potrebnega krmilnega sistema in komponent, ki bodo vključene
- Implementacija sistema: To vključuje skrbno sestavo sistema in izvajanje testov, da se zagotovi pravilno delovanje
- Vzdrževanje sistema: To vključuje spremljanje delovanja sistema v daljšem časovnem obdobju in izvajanje vseh potrebnih sprememb za zagotovitev njegovega nadaljnjega pravilnega delovanja.
Odprtozančno in zaprtozančno krmiljenje: razlika med samokorekcijo in fiksnim izhodom
Regulacijski sistemi z odprto zanko so znani tudi kot regulacije brez povratne zveze. Ti sistemi imajo fiksen izhod, ki ni prilagojen na podlagi vnosa ali povratne informacije. Struktura regulacijskega sistema z odprto zanko je tipična in vključuje vhod, nastavljeno točko in izhod. Vhod je signal, ki se uporablja za ustvarjanje želenega izhoda. Nastavljena točka je ciljna vrednost za izhod. Izhod je rezultat izvajanja procesa.
Primeri krmilnih sistemov z odprto zanko vključujejo:
- Toaster: Ročica je postavljena v fazo "vklop" in tuljave se segrejejo na fiksno temperaturo. Toaster ostane segret do določenega časa, toast pa se dvigne.
- Tempomat v vozilu: krmilni elementi so nastavljeni tako, da vzdržujejo fiksno hitrost. Sistem se ne prilagaja glede na spreminjajoče se razmere, kot so hribi ali veter.
Krmiljenje z zaprto zanko: Samopopravljanje za dosleden izhod
Krmilni sistemi z zaprto zanko, znani tudi kot krmilni sistemi s povratno zanko, imajo možnost samopopravljanja, da ohranijo dosleden izhod. Razlika med sistemom z odprto zanko in sistemom z zaprto zanko je v tem, da ima sistem z zaprto zanko možnost samopopravljanja, sistem z odprto zanko pa ne. Struktura krmilnega sistema z zaprto zanko je podobna strukturi sistema z odprto zanko, vendar vključuje povratno zanko. Povratna zanka vodi od izhoda do vhoda, kar sistemu omogoča nenehno spremljanje in prilagajanje glede na spreminjajoče se pogoje.
Primeri krmilnih sistemov z zaprto zanko vključujejo:
- Nadzor temperature v prostoru: Sistem prilagaja ogrevanje ali hlajenje glede na temperaturo v prostoru, da vzdržuje enakomerno temperaturo.
- Nadzor ojačanja v zvočnem sistemu: sistem prilagodi ojačanje glede na izhod, da ohrani dosledno raven zvoka.
Sistemi za nadzor povratnih informacij: dvig nadzora na naslednjo raven
Nadzorni sistemi s povratnimi informacijami so vrsta nadzornega sistema, ki uporablja izhod procesa za nadzor vhoda. Z drugimi besedami, sistem prejme signal iz procesa, ki ga nadzira, in ta signal uporabi za prilagajanje vhoda, da doseže želeni izhod.
Diagrami in imena, povezana s sistemi za nadzor povratnih informacij
Obstaja več diagramov in imen, povezanih s sistemi za nadzor povratnih informacij, vključno z:
- Blokovni diagrami: prikazujejo komponente krmilnega sistema s povratnimi informacijami in kako so povezani.
- Prenosne funkcije: opisujejo razmerje med vhodom in izhodom sistema.
- Sistemi z zaprto zanko: To so krmilni sistemi s povratno zanko, kjer se izhod vrne nazaj na vhod, da se ohrani želeni izhod.
- Sistemi z odprto zanko: To so krmilni sistemi s povratno zanko, kjer se izhod ne vrne nazaj na vhod.
Logično krmiljenje: poenostavljeni in učinkoviti nadzorni sistemi
Logično krmiljenje je vrsta nadzornega sistema, ki uporablja logično logiko ali druge logične operacije za sprejemanje odločitev in nadzor procesov. Je poenostavljen in učinkovit nadzorni sistem, ki se pogosto uporablja v različnih panogah, vključno s proizvodnjo, proizvodnjo in elektrotehniko.
Kako deluje logični nadzor?
Logični krmilni sistemi so zasnovani za obdelavo različnih vhodov in ustvarjanje želenega rezultata. Osnovni način delovanja je naslednji:
- Sistem prejme vhodni signal, ki je običajno v obliki električnega toka.
- Vhodni signal se nato primerja z nastavljeno vrednostjo ali točko, ki se shrani v sistemu.
- Če je vhodni signal pravilen, bo sistem izvedel določeno dejanje ali preklopil na določeno nastavitev.
- Če je vhodni signal napačen, bo sistem še naprej prejemal vhod, dokler ni dosežena pravilna vrednost.
Primeri logičnih nadzornih sistemov
Logični nadzorni sistemi se uporabljajo v številnih aplikacijah, vključno z:
- Semaforji: semaforji uporabljajo logični nadzor za preklapljanje med rdečo, rumeno in zeleno lučjo glede na tok prometa.
- Industrijski roboti: Industrijski roboti uporabljajo logično krmiljenje za izvajanje kompleksnih nalog, kot so varjenje, barvanje in sestavljanje.
- Avtomatski pralni stroji: Avtomatski pralni stroji uporabljajo logično krmiljenje za preklapljanje med različnimi cikli pranja in temperaturami glede na uporabnikov vnos.
Nadzor vklopa in izklopa: Najenostavnejša metoda za nadzor temperature
Nadzor vklopa in izklopa se v preteklosti izvaja z uporabo medsebojno povezanih relejev, časovnikov in stikal, ki so zgrajena v lestvičnem zaporedju. Vendar pa je z napredkom tehnologije zdaj mogoče krmiljenje vklopa in izklopa izvajati z uporabo mikrokrmilnikov, specializiranih programabilnih logičnih krmilnikov in drugih elektronskih naprav.
Primeri nadzora vklopa in izklopa
Nekateri primeri izdelkov, ki uporabljajo nadzor vklopa in izklopa, vključujejo:
- Domači termostati, ki vklopijo grelnik, ko sobna temperatura pade pod želeno nastavitev, in ga izklopijo, ko jo preseže.
- Hladilniki, ki vklopijo kompresor, ko temperatura v hladilniku naraste nad želeno temperaturo in ga izklopijo, ko pade pod to temperaturo.
- Pralni stroji, ki uporabljajo nadzor vklopa in izklopa za sprožitev različnih medsebojno povezanih zaporednih operacij.
- Pnevmatski aktuatorji, ki uporabljajo krmiljenje vklopa in izklopa za vzdrževanje določene ravni tlaka.
Prednosti in slabosti nadzora vklopa in izklopa
Prednosti nadzora vklopa in izklopa vključujejo:
- Izvedba je preprosta in poceni.
- Je enostaven za razumevanje in izvedbo.
- Lahko se uporablja v različnih vrstah strojev in operacij.
Slabosti nadzora vklopa in izklopa vključujejo:
- Povzroča nenadne spremembe v sistemu, ki lahko povzročijo negativne učinke na izdelek ali proces, ki ga nadzirate.
- Morda ne bo mogel natančno vzdrževati želene nastavljene vrednosti, zlasti v sistemih z velikimi toplotnimi masami.
- Lahko povzroči obrabo električnih stikal in relejev, kar vodi do pogostih zamenjav.
Linearni nadzor: Umetnost vzdrževanja želenih rezultatov
Teorija linearnega krmiljenja temelji na več načelih, ki urejajo obnašanje linearnih krmilnih sistemov. Ta načela vključujejo:
- Načelo ignoriranja neželenih učinkov: To načelo predvideva, da je možno ignorirati vse neželene učinke sistema.
- Načelo aditivnosti: To načelo se drži koncepta, da je izhod linearnega sistema vsota izhodov, ki jih ustvari vsak vhod, ki deluje sam.
- Načelo superpozicije: To načelo predpostavlja, da je izhod linearnega sistema vsota izhodov, ki jih ustvari vsak vhod, ki deluje sam.
Nelinearni primer
Če sistem ne upošteva načel aditivnosti in homogenosti, se šteje za nelinearnega. V tem primeru je definirajoča enačba običajno kvadrat členov. Nelinearni sistemi se ne obnašajo na enak način kot linearni sistemi in zahtevajo drugačne metode nadzora.
Mehka logika: dinamični nadzorni sistem
Mehka logika je vrsta nadzornega sistema, ki uporablja mehke nize za pretvorbo vhodnega signala v izhodni signal. Je matematična struktura, ki analizira analogne vhodne vrednosti v smislu logičnih spremenljivk, ki zavzemajo zvezne vrednosti med 0 in 1. Mehka logika je dinamični krmilni sistem, ki lahko obravnava spremembe vhodnega signala in ustrezno prilagodi izhodni signal.
Primeri mehke logike v akciji
Mehka logika se uporablja na številnih področjih za izvajanje širokega spektra nadzornih nalog. Tukaj je nekaj primerov:
- Čiščenje vode: mehka logika se uporablja za nadzor pretoka vode skozi čistilno napravo. Sistem prilagaja pretok glede na trenutno stanje vode in želeno kakovost iztoka.
- Sistemi HVAC: mehka logika se uporablja za nadzor temperature in vlažnosti v stavbi. Sistem prilagodi temperaturo in vlažnost glede na trenutno stanje stavbe in želeno raven udobja.
- Nadzor prometa: mehka logika se uporablja za nadzor pretoka prometa skozi križišče. Sistem prilagodi čas semaforjev glede na trenutne prometne razmere.
zaključek
Torej se nadzorni sistemi uporabljajo za nadzor procesov v številnih panogah in vključujejo načrtovanje, izvajanje in vzdrževanje sistema, ki ohranja dosleden izhod kljub spremembam v vhodu.
Z nadzornim sistemom ne morete zgrešiti, zato se ga ne bojte uporabiti v svojem naslednjem projektu! Torej, pojdi in nadzoruj svoj svet!
Sem Joost Nusselder, ustanovitelj Tools Doctor, tržnik vsebine in oče. Rad preizkušam novo opremo in skupaj s svojo ekipo že od leta 2016 ustvarjam poglobljene članke na blogu, da zvestim bralcem pomagam z orodji in nasveti za izdelavo.
