التحكم في الأتمتة الكهربائية: مصطلحات التحكم الصناعي، وشروط الأجهزة والقياس
التحكم في الأتمتة الكهربائية: مصطلحات التحكم الصناعي، وشروط الأجهزة والقياس
التحكم الصناعي
مغلق - التحكم في الحلقة
يعتبر التحكم في الحلقة المغلقة مفهومًا أساسيًا في نظرية التحكم، ويختلف عن التحكم في الحلقة المفتوحة عن طريق تغذية الإخراج المتحكم فيه مرة أخرى إلى طرف الإدخال للتأثير على التحكم. تسمح آلية التغذية الراجعة هذه للمخرجات بالعودة إلى المدخلات عبر "سلسلة جانبية"، مما يتيح للمدخلات التحكم في المخرجات. الغرض الأساسي من التحكم في الحلقة المغلقة هو تحقيق التنظيم القائم على التغذية الراجعة.
نقاط الإدخال/الإخراج
مصطلح يستخدم بشكل متكرر في أنظمة التحكم، تشير نقاط الإدخال/الإخراج إلى نقاط الإدخال/الإخراج. المدخلات هي معلمات القياس من الأدوات التي تدخل نظام التحكم، في حين أن المخرجات هي معلمات التحكم المرسلة من النظام إلى المحركات. غالبًا ما يتم تحديد مقياس نظام التحكم من خلال الحد الأقصى لعدد نقاط الإدخال/الإخراج التي يمكنه استيعابها.
الكميات التناظرية والتبديلية
في أنظمة التحكم، يمكن أن تكون المعلمات كميات تناظرية أو تبديلية. الكميات التناظرية هي قيم متغيرة بشكل مستمر ضمن نطاق معين، مثل درجة الحرارة أو الضغط. ومع ذلك، فإن كميات التبديل لها حالتين فقط، مثل حالات التشغيل/الإيقاف الخاصة بالمفتاح أو المرحل.
حلقة التحكم
بالنسبة للتحكم التناظري، تقوم وحدة التحكم بضبط المخرجات بناءً على المدخلات باستخدام قواعد وخوارزميات محددة، مما يشكل حلقة تحكم. يمكن أن تكون حلقات التحكم مفتوحة أو مغلقة. يعد التحكم في الحلقة المغلقة، أو التحكم في التغذية الراجعة، هو النوع الأكثر شيوعًا، حيث يتم تغذية الإخراج مرة أخرى إلى الإدخال للمقارنة مع القيمة المحددة.
اثنان - التحكم في الموقف
أبسط شكل من أشكال التحكم في ردود الفعل، المعروف أيضًا باسم التحكم في التبديل. يطلق إشارة تبديل عندما تصل القيمة المقاسة إلى الحد الأقصى أو الأدنى. على الرغم من أن القيمة المقاسة قد تكون تناظرية، إلا أن خرج التحكم يكون رقميًا. تُستخدم هذه الطريقة بشكل شائع في منظمات الحرارة الصناعية ومفاتيح المستوى.
التحكم النسبي
يتناسب إخراج وحدة التحكم مع الانحراف بين القيمة المقاسة والقيمة المحددة أو النقطة المرجعية. يوفر التحكم النسبي تنظيمًا أكثر سلاسة من التحكم في الموضعين ويزيل مشكلات التذبذب المرتبطة بالتحكم في الموضعين.
التحكم المتكامل
في التحكم المتكامل، يرتبط التغير في المتغير المتحكم فيه بالوقت الذي يستغرقه مخرجات نظام التحكم لتصبح فعالة. يصل خرج المشغل تدريجيًا إلى القيمة المحددة. تُستخدم طريقة التحكم هذه بشكل شائع في أنظمة التحكم في درجة الحرارة.
التحكم المشتق
عادةً ما يتم استخدام التحكم المشتق مع التحكم التناسبي والمتكامل. فهو يسمح لنظام التحكم بالاستجابة للانحرافات بسرعة أكبر، مما يمنع استجابات النظام البطيئة. جنبًا إلى جنب مع التحكم التناسبي والمتكامل، فهو يساعد المتغير المتحكم فيه على الوصول إلى حالة مستقرة بسرعة أكبر دون تذبذب.
التحكم في PID
اعتمادًا على المتطلبات المحددة لنظام التحكم، يمكن أن تكون طرق التحكم P (نسبي)، PI (نسبي - تكاملي)، PD (نسبي - مشتق)، أو PID (نسبي - تكاملي - مشتق). التحكم PID هو وضع التحكم الأكثر شيوعًا في أنظمة التحكم.
التحكم في التأخير
* يُستخدم بشكل شائع في تطبيقات التحكم في التبديل، حيث يقدم التحكم في التأخير تأخيرًا زمنيًا بين تغيير حالة التبديل وإجراء إخراج وحدة التحكم. على سبيل المثال، في خطوط الإنتاج، غالبًا ما تتطلب مفاتيح القرب تأخيرًا لعدة ثوانٍ قبل أن تبدأ الأسطوانة التالية في العمل بعد وضع قطعة العمل.
التحكم في الانترلوك
* يُستخدم بشكل متكرر في سيناريوهات التحكم في التبديل، حيث يعمل التحكم في التعشيق على إنشاء علاقات بين المحولات. على سبيل المثال، لا يمكن تنشيط المفتاح C إلا عندما يكون المفتاحان A وB مفتوحين، أو يجب أن يفتح المفتاح C عندما يكون المفتاح A مفتوحًا. يعد التحكم في التعشيق أمرًا شائعًا في تطبيقات السلامة الحرجة، مثل صمام التنفيس في المفاعل، والذي يجب أن يفتح فورًا عندما يصل الضغط إلى مستوى معين.
التحكم الكهربائي
* يشير إلى أنظمة التحكم حيث يتم تحقيق الإخراج من خلال الكميات الكهربائية أو الإشارات الإلكترونية، ويستهدف المكونات التي تعمل بالكهرباء مثل المرحلات، وصمامات الملف اللولبي، ومشغلات المؤازرة. تشتمل معظم أنظمة التحكم الآلي على عناصر تحكم كهربائية.
التحكم الهيدروليكي
* تستخدم أنظمة التحكم الهيدروليكية في عمليات الآلات والمعدات، وخاصة في تطبيقات التحكم المستمر في السرعة. غالبًا ما يتم دمج التحكم الهيدروليكي مع التحكم المؤازر الكهربائي لتشكيل مشغلات كهربائية هيدروليكية عالية الكفاءة والدقة.
التحكم الهوائي
* يتم استخدام أنظمة التحكم الهوائية في سيناريوهات مختلفة. يستخدمون الهواء المضغوط كمصدر للطاقة لنقل الإشارة أو تشغيلها. يستخدم الهواء المضغوط على نطاق واسع في المصانع بسبب توفره ونظافته وسلامته ووظيفة التحكم البسيطة، مما يجعل الأدوات الهوائية شائعة في العديد من خطوط الإنتاج.
الاستيفاء
* الاستيفاء هو العملية التي يحدد من خلالها نظام CNC للأداة الآلية مسار الأداة باستخدام طريقة محددة. ويتضمن حساب النقاط المتوسطة بين نقاط البيانات المعروفة على المنحنى، والمعروف أيضًا باسم "تكثيف نقطة البيانات". يقوم نظام CNC بإنشاء المسار الكفافي المطلوب عن طريق تكثيف البيانات بين نقطتي البداية والنهاية لمقطع البرنامج.
الموقع والسرعة والحلقات الحالية
* يتضمن مفهوم الحلقات استخدام التغذية الراجعة لتعزيز استقرار وأداء أنظمة التطبيقات.
* يهدف التحكم في حلقة التيار إلى تنظيم الجهد باستخدام نقل إشارة التيار لتعويض الفقدان وانخفاض الجهد والضوضاء أثناء نقل الجهد.
* العلاقة بين السرعة والموقع تعتمد على المعادلة: المسافة = السرعة × الزمن. يؤدي التغير المستمر في السرعة خلال فترة زمنية إلى تكامل السرعة خلال تلك الفترة، وهو ما يتوافق مع المسافة المقطوعة (الموضع).
* يتم تحديد العلاقة بين السرعة والتيار من خلال: السرعة = التسارع × الزمن. يعتمد التسارع على التيار المطبق، وتكامل التسارع خلال فترة زمنية يعطي السرعة اللحظية.
* في وضع التحكم في عزم الدوران، يدور محرك سيرفو عند عزم دوران محدد من خلال الحفاظ على خرج ثابت من الحلقة الحالية. إذا كان عزم الحمل الخارجي يساوي أو يتجاوز عزم دوران الخرج المحدد للمحرك، فإن عزم دوران الخرج للمحرك يظل ثابتًا، ويتبع المحرك حركة الحمل. على العكس من ذلك، إذا كان عزم الحمل الخارجي أقل من عزم دوران الخرج المحدد للمحرك، يستمر المحرك في التسارع حتى يصل إلى الحد الأقصى للسرعة المسموح بها للمحرك أو القيادة، وعند هذه النقطة يتم إطلاق إنذار ويتوقف المحرك.
* في وضع السرعة، يتم ضبط سرعة المحرك، وتشكل استجابة السرعة من جهاز تشفير المحرك نظام تحكم بحلقة مغلقة. والغرض من ذلك هو التأكد من أن السرعة الفعلية للمحرك المؤازر تتوافق مع السرعة المحددة.
* يعمل خرج التحكم في حلقة السرعة كنقطة ضبط عزم الدوران - الوضع الحالي - عزم الدوران. في وضع التحكم في الموضع، تتم مقارنة نقطة ضبط الموضع التي يوفرها الكمبيوتر المضيف وإشارة التغذية المرتدة للموضع من جهاز تشفير المحرك أو ردود الفعل المباشرة لقياس الموضع من الجهاز لتشكيل حلقة موضعية. وهذا يضمن أن محرك سيرفو يتحرك إلى الموضع المحدد. يتم تغذية مخرجات حلقة الموضع في حلقة السرعة كنقطة ضبط حلقة السرعة. وبالتالي، يستخدم وضع التحكم في عزم الدوران حلقة التحكم الحالية باعتبارها الطبقة الأساسية. يتم بناء حلقة التحكم في السرعة على حلقة التحكم في التيار، ويتم بناء حلقة التحكم في الموضع على كل من حلقات التحكم في السرعة والتيار.
شروط الأجهزة والقياس
النطاق
فترة مستمرة لكمية محددة بالحدود العليا والدنيا.
نطاق القياس
نطاق القيم المقاسة التي يمكن للجهاز من خلالها تحقيق الدقة المحددة.
الحد الأدنى لنطاق القياس: الحد الأدنى للقيمة المقاسة التي يمكن للجهاز تحقيق الدقة المحددة من خلالها.
نطاق القياس الحد الأعلى: الحد الأقصى للقيمة المقاسة التي يمكن للجهاز تحقيق الدقة المحددة من خلالها.
سبان
الفرق الجبري بين الحدود العليا والسفلى للمدى. على سبيل المثال، إذا كان النطاق من -20 درجة مئوية إلى 100 درجة مئوية، يكون النطاق 120 درجة مئوية.
خاصية الأداء
المعلمات التي تحدد وظيفة وقدرة الأداة وتعبيراتها الكمية.
خاصية الأداء المرجعية: خاصية الأداء التي يتم تحقيقها في ظل ظروف التشغيل المرجعية.
مقياس خطي
مقياس تكون فيه المسافة بين أقسام المقياس والقيم المقاسة المقابلة لها علاقة تناسبية ثابتة.
مقياس غير خطي
مقياس يكون فيه التباعد بين أقسام المقياس والقيم المقاسة المقابلة له علاقة تناسبية غير ثابتة.
مكبوت - مقياس الصفر
مقياس لا يتضمن نطاق المقياس فيه قيمة المقياس المقابلة للقيمة الصفرية للكمية المقاسة.
مقياس موسع
مقياس يتم فيه احتلال جزء غير متناسب من طول المقياس بواسطة قسم موسع من المقياس.
مقياس
مجموعة من علامات المقياس المرتبة والأرقام المرتبطة بها والتي تشكل جزءًا من أداة الإشارة.
نطاق المقياس
* النطاق المحدد بقيم البداية والنهاية للمقياس.
علامة المقياس
* علامة على جهاز الإشارة تقابل واحدة أو أكثر من القيم المقاسة المحددة.
علامة مقياس الصفر
* علامة المقياس أو الخط الموجود على المقياس الموافق للقيمة الصفرية للكمية المقاسة.
شعبة النطاق
* جزء المقياس الموجود بين أي علامتين متجاورتين.
قيمة قسمة المقياس
* الفرق بين القيم المقاسة المقابلة لعلامتي مقياس متجاورتين.
تباعد تقسيم المقياس
* المسافة بين الخطين المركزيين لأي علامتين متجاورتين على طول المقياس.
طول المقياس
* طول القطعة المستقيمة، سواء كانت حقيقية أو خيالية، مارة بمنتصف جميع علامات المقياس الأقصر بين علامتي المقياس البداية والنهاية.
مقياس قيمة البداية
* القيمة المقاسة المقابلة لعلامة مقياس البداية.
مقياس القيمة النهائية
* القيمة المقاسة المقابلة لعلامة مقياس النهاية.
ترقيم المقياس
* مجموعة الأرقام على المقياس المقابلة للقيم المقاسة المحددة بعلامات المقياس أو التي تشير إلى ترتيب علامات المقياس.
صفر من أداة القياس
* الإشارة المباشرة لجهاز القياس عندما يتم تطبيق جميع الطاقة المساعدة اللازمة لتشغيله وتكون القيمة المقاسة صفراً.
* في الحالات التي يستخدم فيها جهاز القياس طاقة مساعدة، يُشار إلى هذا المصطلح عادةً باسم "الصفر الكهربائي".
* عندما لا يكون الجهاز قيد التشغيل بسبب عدم وجود أي طاقة مساعدة، غالبا ما يستخدم مصطلح "الصفر الميكانيكي".
أداة ثابتة
* المعامل الذي يجب ضرب الإشارة المباشرة لأداة القياس للحصول على القيمة المقاسة.
المنحنى المميز
* منحنى يوضح العلاقة الوظيفية بين قيمة مخرجات الحالة المستقرة للأداة وكمية مدخلة واحدة، مع الحفاظ على جميع كميات المدخلات الأخرى عند قيم ثابتة محددة.
المنحنى المميز المحدد
* المنحنى الذي يوضح العلاقة الوظيفية بين قيمة مخرجات الحالة المستقرة للأداة وكمية إدخال واحدة في ظل ظروف محددة.
التكيف
* يتم تنفيذ العمليات للتأكد من أن الجهاز في حالة عمل عادية ولإزالة الانحرافات من أجل الاستخدام السليم.
* **تعديل المستخدم**: التعديلات المسموح للمستخدم بإجرائها.
المعايرة
* عملية تحديد العلاقة، في ظل ظروف محددة، بين القيم التي يشير إليها جهاز أو نظام قياس والقيم المعروفة المقابلة للكمية المقاسة.
منحنى المعايرة
* منحنى يوضح العلاقة بين الكمية المقاسة والقيمة المقاسة الفعلية للأداة في ظل ظروف محددة.
دورة المعايرة
* الجمع بين منحنى المعايرة التصاعدي ومنحنى المعايرة الهبوطي بين حدود نطاق معايرة الجهاز.
جدول المعايرة
* تمثيل جدولي لمنحنى المعايرة.
إمكانية التتبع
* خاصية نتيجة القياس التي يمكن ربطها بالمعايير المناسبة (عادة المعايير الدولية أو الوطنية) من خلال سلسلة متواصلة من المقارنات.
الحساسية
* حاصل قسمة التغير في مخرجات الجهاز والتغير المقابل في كمية المدخلات.
الدقة
* درجة التطابق بين إشارة الجهاز والقيمة الحقيقية للكمية المقاسة.
فئة الدقة
* تصنيف الأدوات حسب دقتها.
حدود الخطأ
* الحد الأقصى للخطأ المسموح به للجهاز كما هو محدد بالمعايير أو المواصفات الفنية.
خطأ أساسي
* خطأ أداة في ظل الظروف المرجعية.
المطابقة
* درجة الاتساق بين المنحنى القياسي والمنحنى المميز المحدد (مثل الخط المستقيم، المنحنى اللوغاريتمي، المنحنى المكافئ، إلخ).