בקרת אוטומציה חשמלית: תנאי בקרה תעשייתיים, תנאי מכשור ומדידה
בקרת אוטומציה חשמלית: תנאי בקרה תעשייתית, תנאי מכשור ומדידה
בקרה תעשייתית
סגור - בקרת לולאה
מושג בסיסי בתורת הבקרה, שליטה בלולאה סגורה שונה מבקרה בלולאה פתוחה על ידי הזנת הפלט המבוקרת בחזרה לקצה הקלט כדי להשפיע על השליטה. מנגנון משוב זה מאפשר לפלט לחזור לקלט באמצעות "שרשרת צדדית", המאפשרת לקלט להפעיל שליטה על הפלט. המטרה העיקרית של בקרת לולאה סגורה היא להשיג ויסות מבוסס משוב.
נקודות I/O
מונח בשימוש תכוף במערכות בקרה, נקודות קלט/פלט מתייחסות לנקודות קלט/פלט. כניסות הן פרמטרי מדידה ממכשירים הנכנסים למערכת הבקרה, בעוד שהפלטים הם פרמטרי בקרה הנשלחים מהמערכת למפעילים. קנה המידה של מערכת בקרה מוגדר לעתים קרובות על ידי המספר המרבי של נקודות קלט/פלט שהיא יכולה להכיל.
כמויות אנלוגיות ומיתוג
במערכות בקרה, פרמטרים יכולים להיות כמויות אנלוגיות או מיתוג. כמויות אנלוגיות הן ערכים המשתנים ללא הרף בטווח מסוים, כגון טמפרטורה או לחץ. עם זאת, לכמויות מיתוג יש רק שני מצבים, כמו מצבי ההפעלה/כיבוי של מתג או ממסר.
לולאת שליטה
עבור שליטה אנלוגית, בקר מתאים פלט על סמך קלט באמצעות כללים ואלגוריתמים ספציפיים, ויוצר לולאת בקרה. לולאות בקרה יכולות להיות לולאה פתוחה - או סגורה. בקרת לולאה סגורה, או בקרת משוב, היא הסוג הנפוץ ביותר, שבו הפלט מוזן בחזרה לקלט לצורך השוואה עם הערך שנקבע.
שניים - בקרת מיקום
הצורה הפשוטה ביותר של בקרת משוב, המכונה גם בקרת מתג. זה מפעיל אות מיתוג כאשר הערך הנמדד מגיע למקסימום או למינימום. למרות שהערך הנמדד עשוי להיות אנלוגי, פלט הבקרה הוא דיגיטלי. שיטה זו משמשת בדרך כלל ברגולטורים תעשייתיים ומתגי רמה.
בקרה פרופורציונלית
הפלט של הבקר הוא פרופורציונלי לסטייה בין הערך הנמדד לערך או נקודת הייחוס שנקבעו. בקרה פרופורציונלית מספקת ויסות חלק יותר מאשר בקרת שני מצבים ומבטלת את בעיות התנודה הקשורות לשליטה בשני מצבים.
בקרה אינטגרלית
בבקרה אינטגרלית, השינוי במשתנה הנשלט קשור לזמן שלוקח לתפוקת מערכת הבקרה להיות אפקטיבית. הפלט של המפעיל מגיע בהדרגה לערך שנקבע. שיטת בקרה זו משמשת בדרך כלל במערכות בקרת טמפרטורה.
בקרה נגזרת
בקרה נגזרת משמשת בדרך כלל בשילוב עם בקרה פרופורציונלית ואינטגרלית. זה מאפשר למערכת הבקרה להגיב לסטיות מהר יותר, ולמנוע תגובות מערכת איטיות. יחד עם בקרה פרופורציונלית ואינטגרלית, זה עוזר למשתנה הנשלט להגיע למצב יציב מהר יותר ללא תנודה.
בקרת PID
בהתאם לדרישות הספציפיות של מערכת הבקרה, שיטות הבקרה יכולות להיות בקרה P (פרופורציונלית), PI (פרופורציונלית - אינטגרלית), PD (פרופורציונלית - נגזרת), או PID (פרופורציונלית - אינטגרלית - נגזרת). בקרת PID היא מצב הבקרה הנפוץ ביותר במערכות בקרה.
בקרת עיכוב
* בשימוש נפוץ ביישומי בקרת מיתוג, בקרת השהיה מציגה השהיית זמן בין שינוי מצב המתג לפעולת הפלט של הבקר. לדוגמה, בקווי ייצור, מתגי קרבה דורשים לעתים קרובות עיכוב של מספר שניות לפני שהגלגלת הבאה מתחילה לפעול לאחר מיקומו של חלק עבודה.
בקרת מנעול
* בשימוש תכוף בתרחישי בקרת מיתוג, בקרת נעילה מבססת קשרים בין מתגים. לדוגמה, מתג C יכול להיות מופעל רק כאשר מתגים A ו-B שניהם פתוחים, או מתג C חייב להיפתח כאשר מתג A נפתח. בקרת מנעול נפוצה בבטיחות - יישומים קריטיים, כמו שסתום האוורור בכור, שחייב להיפתח מיד כשהלחץ מגיע לרמה מסוימת.
בקרה חשמלית
* מתייחס למערכות בקרה שבהן התפוקה מושגת באמצעות כמויות חשמליות או אותות אלקטרוניים, המכוונות לרכיבים מונעים חשמלית כמו ממסרים, שסתומי סולנואיד ודרייברי סרוו. רוב מערכות הבקרה האוטומטיות משלבות רכיבי בקרה חשמליים.
בקרה הידראולית
* מערכות בקרה הידראוליות משמשות בפעולות מכונות וציוד, במיוחד ביישומי בקרת מהירות רציפה. בקרה הידראולית משולבת לרוב עם בקרת סרוו חשמלית ליצירת מפעילים אלקטרו הידראוליים יעילים ומדויקים במיוחד.
בקרה פנאומטית
* מערכות בקרה פניאומטיות משמשות בתרחישים שונים. הם מנצלים אוויר דחוס כמקור הכוח לשידור או הפעלת אותות. אוויר דחוס נמצא בשימוש נרחב במפעלים בשל זמינותו, הניקיון, הבטיחות ופונקציונליות הבקרה הפשוטה שלו, מה שהופך כלים פניאומטיים לנפוצים בקווי ייצור רבים.
אינטרפולציה
* אינטרפולציה היא התהליך שבו מערכת CNC של כלי מכונה קובעת את נתיב הכלי בשיטה ספציפית. זה כולל חישוב נקודות ביניים בין נקודות נתונים ידועות על עקומה, המכונה גם "צפיפות נקודות נתונים". מערכת ה-CNC מייצרת את מסלול המתאר הנדרש על ידי צפיפות הנתונים בין נקודות ההתחלה והסיום של קטע תוכנית.
מיקום, מהירות ולולאות זרם
* הרעיון של לולאות כולל שימוש במשוב כדי לשפר את היציבות והביצועים של מערכות יישומים.
* בקרת לולאת זרם שואפת לווסת מתח באמצעות שידור אות זרם כדי לפצות על הפסדים, נפילות מתח ורעש במהלך שידור מתח.
* הקשר בין מהירות למיקום מבוסס על הנוסחה: מרחק = מהירות × זמן. השינוי המתמשך של המהירות על פני מרווח זמן מביא לאינטגרל של המהירות על פני אותו מרווח, התואם למרחק שעבר (מיקום).
* הקשר בין מהירות לזרם מוגדר על ידי: מהירות = תאוצה × זמן. התאוצה תלויה בזרם המופעל, ואינטגרל התאוצה על פני מרווח זמן מניב את המהירות המיידית.
* במצב בקרת מומנט, מנוע הסרוו מסתובב במומנט מוגדר על ידי שמירה על פלט קבוע מהלולאה הנוכחית. אם מומנט העומס החיצוני שווה או עולה על מומנט היציאה המוגדר של המנוע, מומנט היציאה של המנוע נשאר קבוע, והמנוע עוקב אחר תנועת העומס. לעומת זאת, אם מומנט העומס החיצוני קטן ממומנט המוצא המוגדר של המנוע, המנוע ממשיך להאיץ עד שהוא מגיע למהירות המרבית המותרת של המנוע או הכונן, ובשלב זה מופעלת אזעקה והמנוע נעצר.
* במצב מהירות, מהירות המנוע נקבעת, ומשוב המהירות מהמקודד של המנוע יוצר מערכת בקרת לולאה סגורה. המטרה היא להבטיח שהמהירות האמיתית של מנוע הסרוו תואמת את המהירות שנקבעה.
* פלט הבקרה של לולאת המהירות משמש כנקודת קביעת מומנט - זרם מצב - לולאה. במצב בקרת מיקום, נקודת קביעת המיקום המסופקת על ידי המחשב המארח ואות משוב המיקום מהמקודד של המנוע או משוב מדידת המיקום הישירה מהציוד מושווים כדי ליצור לולאת מיקום. זה מבטיח שמנוע הסרוו יעבור למצב שנקבע. הפלט של לולאת המיקום מוזנת ללולאת המהירות כנקודת ההגדרה של מהירות - לולאה. לפיכך, מצב בקרה מומנט מנצל את לולאת הבקרה הנוכחית כשכבה הבסיסית ביותר. לולאת הבקרה של המהירות בנויה על לולאת הבקרה הנוכחית, ולולאת השליטה במיקום בנויה על לולאות הבקרה של המהירות והזרם.
תנאי מכשור ומדידה
טווח
מרווח רציף של כמות המוגדרת על ידי הגבול העליון והתחתון.
טווח מדידה
טווח הערכים הנמדדים שעבורם המכשיר יכול להשיג את הדיוק שצוין.
גבול תחתון של טווח מדידה: הערך הנמדד המינימלי שעבורו המכשיר יכול להשיג את הדיוק שצוין.
הגבול העליון של טווח המדידה: הערך הנמדד המקסימלי שעבורו המכשיר יכול להשיג את הדיוק שצוין.
טווח
ההבדל האלגברי בין הגבול העליון והתחתון של טווח. לדוגמה, אם הטווח הוא בין -20°C ל-100°C, הטווח הוא 120°C.
מאפיין ביצועים
פרמטרים המגדירים את הפונקציה והיכולת של מכשיר ואת הביטויים הכמותיים שלהם.
מאפיין ביצועי ייחוס: מאפיין הביצועים שהושג בתנאי הפעלה ייחוס.
קנה מידה ליניארי
סולם שבו למרווח בין חלוקות סולם לערכים הנמדדים המתאימים יש קשר יחסי קבוע.
סולם לא ליניארי
סולם שבו למרווח בין חלוקות הסולם והערכים הנמדדים המתאימים יש קשר יחסי לא קבוע.
מדוכא - קנה מידה אפס
סולם שבו טווח הסולם אינו כולל את ערך הסולם המתאים לערך האפס של הכמות הנמדדת.
קנה מידה מורחב
סולם שבו חלק לא פרופורציונלי מאורך הסולם תפוס על ידי קטע מורחב של הסולם.
קנה מידה
קבוצה של סימני קנה מידה מסודרים ומספרים קשורים המהווים חלק ממכשיר חיווי.
טווח קנה מידה
* הטווח המוגדר על ידי ערכי ההתחלה והסיום של הסולם.
סולם סולם
* סימון על התקן החיווי המתאים לערך מדידה ספציפי אחד או יותר.
סימן בקנה מידה אפס
* סימון קנה המידה או הקו בסולם התואם לערך האפס של הכמות הנמדדת.
חלוקת קנה מידה
* החלק של הסולם בין כל שני סימני סולם סמוכים.
ערך חלוקה בקנה מידה
* ההפרש בין הערכים הנמדדים המתאימים לשני סימני סולם סמוכים.
מרווח חלוקת קנה מידה
* המרחק בין קווי המרכז של כל שני סימני קנה מידה סמוכים לאורך הסקאלה.
אורך קנה מידה
* אורך קטע הקו, ממשי או דמיוני, העובר דרך נקודות האמצע של כל סימני הסולם הקצרים ביותר בין סימני סולם ההתחלה והסוף.
קנה מידה של ערך התחלה
* הערך הנמדד המתאים לסימון סולם ההתחלה.
ערך סוף קנה מידה
* הערך הנמדד המתאים לסימון סולם הסיום.
מספור קנה מידה
* קבוצת המספרים בסולם התואמת לערכים הנמדדים המוגדרים על ידי סימני הסולם או מציינת את סדר סימני הסולם.
אפס של מכשיר מדידה
* חיווי ישיר של מכשיר מדידה כאשר כל אנרגיית העזר הנדרשת להפעלתו מופעלת והערך הנמדד הוא אפס.
* במקרים בהם מכשיר המדידה משתמש בכוח עזר, מונח זה מכונה בדרך כלל "אפס חשמלי".
* כאשר המכשיר אינו פועל עקב היעדר אנרגיית עזר כלשהי, משתמשים לרוב במונח "אפס מכני".
מכשיר קבוע
* מקדם שבאמצעותו יש להכפיל את האינדיקציה הישירה של מכשיר מדידה כדי לקבל את הערך הנמדד.
עקומה אופיינית
* עקומה המציגה את הקשר הפונקציונלי בין ערך הפלט במצב יציב של מכשיר לכמות קלט אחת, כאשר כל שאר כמויות הקלט נשמרות בערכים קבועים שצוינו.
עקומת מאפיין מוגדרת
* העקומה המציגה את הקשר הפונקציונלי בין ערך הפלט יציב של מכשיר לבין כמות קלט אחת בתנאים שצוינו.
התאמה
* פעולות שבוצעו כדי להבטיח שהמכשיר נמצא במצב עבודה תקין וכדי למנוע חריגות לשימוש נכון.
* **התאמת משתמש**: התאמות המותרות לביצוע על ידי המשתמש.
כיול
* פעולת קביעת, בתנאים מוגדרים, את הקשר בין הערכים המצוינים על ידי מכשיר או מערכת מדידה לבין הערכים הידועים המתאימים של הכמות הנמדדת.
עקומת כיול
* עקומה המציגה את הקשר בין הכמות הנמדדת לערך הנמדד בפועל של המכשיר בתנאים שצוינו.
מחזור כיול
* השילוב של עקומת הכיול כלפי מעלה ועקומת הכיול כלפי מטה בין גבולות טווח הכיול של מכשיר.
טבלת כיול
* ייצוג טבלאי של עקומת הכיול.
יכולת מעקב
* התכונה של תוצאת מדידה שניתן לקשר עם תקנים מתאימים (בדרך כלל תקנים בינלאומיים או לאומיים) באמצעות שרשרת השוואות בלתי פוסקת.
רגישות
* מנת השינוי בתפוקת המכשיר והשינוי המתאים בכמות הקלט.
דיוק
* מידת העקביות בין חיווי המכשיר לבין הערך האמיתי של הכמות הנמדדת.
דרגת דיוק
* סיווג המכשירים לפי דיוקם.
גבולות השגיאה
* השגיאה המרבית המותרת של מכשיר כפי שצוינה בתקנים או במפרט טכני.
שגיאה בסיסית
* השגיאה של מכשיר בתנאי ייחוס.
התאמה
* מידת העקביות בין העקומה הסטנדרטית לעקומה האופיינית שצוינה (כגון קו ישר, עקומה לוגריתמית, עקומה פרבולית וכו').