Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Басқару жүйелерінің негізгі құрылыс блогы
Fundamental building block of control systems
Басқару циклы – жалпы басқару жүйелерінің, әсіресе өндірістік басқару жүйелерінің негізгі құрылыс блогы. Ол процесс сенсорынан, контроллер функциясынан және соңғы басқару элементінен (FCE) тұрады, ол өлшенген процесс айнымалысының (PV) мәнін қажетті орнатылған нүктеге (SP) теңдеу үшін қажетті процессті автоматты түрде реттеуге арналған. Басқару циклының екі негізгі түрі бар: ашық цикл және жабық цикл. Ашық циклді басқару жүйесінде контроллерден басқару әрекеті процесс айнымалысына тәуелсіз болады. Мысалы, тек таймермен басқарылатын орталық жылу қазандығын қарастырайық. Басқару әрекеті – қазандықты қосу немесе өшіру. Процесс айнымалысы – ғимараттың температурасы. Бұл контроллер ғимараттың температурасына қарамастан, жылу жүйесін белгілі бір уақыт бойы жұмыс істетеді. Жабық циклді басқару жүйесінде контроллерден басқару әрекеті қажетті және нақты процесс айнымалысына байланысты. Қазандықтың мысалында, бұл ғимараттың температурасын бақылау үшін термостатты пайдалануды және басқарушының шығысы ғимараттың температурасын термостатта орнатылған температураға жақын ұстауын қамтамасыз ету үшін сигнал беруді білдіреді. Жабық циклді контроллерде кері байланыс циклі болады, ол контроллердің процесс айнымалысын орнатылған нүктеге тең мәнде басқару әрекетін жүзеге асыруын қамтамасыз етеді. Осы себепті жабық циклді контроллерлер кері байланыс контроллерлері деп те аталады. Британдық стандарттар институтының анықтамасына сәйкес, жабық циклді басқару жүйесі – «кері байланыс мониторингіне ие бақылау жүйесі, осы кері байланыс нәтижесінде пайда болған ауытқу сигналы соңғы басқару элементінің әрекетін басқару үшін қолданылады, бұл ауытқуды нөлге дейін азайтуға бағытталған». Сондай-ақ, «Кері байланыс басқару жүйесі – бұл жүйелік айнымалылардың функцияларын салыстыру және олардың арасындағы айырмашылықты басқару құралы ретінде пайдалану арқылы бір жүйелік айнымалының екіншісімен белгіленген қатынасын сақтауға бейімделген жүйе».
A control loop is the fundamental building block of control systems in general and industrial control systems in particular. It consists of the process sensor, the controller function, and the final control element (FCE) which controls the process necessary to automatically adjust the value of a measured process variable (PV) to equal the value of a desired set point (SP). There are two common classes of control loop: open loop and closed loop. In an open loop control system, the control action from the controller is independent of the process variable. An example of this is a central heating boiler controlled only by a timer. The control action is the switching on or off of the boiler. The process variable is the building temperature. This controller operates the heating system for a constant time regardless of the temperature of the building. In a closed loop control system, the control action from the controller is dependent on the desired and actual process variable. In the case of the boiler analogy, this would utilize a thermostat to monitor the building temperature, and feed back a signal to ensure the controller output maintains the building temperature close to that set on the thermostat. A closed loop controller has a feedback loop which ensures the controller exerts a control action to control a process variable at the same value as the setpoint. For this reason, closed loop controllers are also called feedback controllers. The definition of a closed loop control system according to the British Standards Institution is "a control system possessing monitoring feedback, the deviation signal formed as a result of this feedback being used to control the action of a final control element in such a way as to tend to reduce the deviation to zero." Likewise; "A Feedback Control System is a system which tends to maintain a prescribed relationship of one system variable to another by comparing functions of these variables and using the difference as a means of control."
Басқа мысалдар
Басқару жүйесінің мысалы – автомобильдің круиздік басқаруы, бұл көліктің жылдамдығын жүргізуші берген тұрақты қажетті немесе эталондық жылдамдықпен сақтауға арналған құрылғы. Басқарушы – круиздік басқару, объект – автомобиль, ал жүйе – автомобиль және круиздік басқарудың жиынтығы. Жүйенің шығысы – автомобильдің жылдамдығы, ал басқарудың өзі – қозғалтқыштың газ педалінің күйі, ол қозғалтқыш қанша қуат беретінін анықтайды. Егер круиздік басқару тегіс емес жолда қосылса, автомобиль көтерілгенде баяулап, төмен түскенде жылдамдайды. Мұндай басқарушы ашық циклді басқарушы деп аталады, себебі кері байланыс жоқ; басқаруды (газ педалінің күйін) өзгерту үшін жүйе шығысының (автомобильдің жылдамдығы) өлшемі қолданылмайды. Нәтижесінде, басқарушы автомобильге әсер ететін өзгерістерді, мысалы, жолдың көлбеулігінің өзгеруін толықтыра алмайды. Жабық циклді басқару жүйесінде автомобильдің жылдамдығын бақылайтын сенсордан (жүйенің шығысы) алынған деректер басқарушыға беріледі, ол жылдамдықты көрсететін шаманы қажетті жылдамдықты көрсететін эталондық шамамен үздіксіз салыстырады. Осы айырмашылық, қате деп аталады, газ педалінің күйін анықтайды. Соның нәтижесінде автомобильдің жылдамдығы эталондық жылдамдыққа теңеседі (қажетті жүйелік шығыс сақталады). Енді, автомобиль көтерілгенде, кіріс (өлшенген жылдамдық) пен эталон арасындағы айырмашылық газ педалінің күйін үнемі анықтайды. Егер өлшенген жылдамдық эталондық жылдамдықтан төмендесе, айырмашылық артады, газ педалі ашылады, қозғалтқыштың қуаты артып, автомобиль жылдамдайды. Осылайша, басқарушы автомобильдің жылдамдығына болатын өзгерістерге динамикалық түрде қарсы әрекет етеді. Бұл басқару жүйелерінің негізгі идеясы – кері байланыс циклы, басқарушы жүйелік шығысқа әсер етеді, ол өз кезегінде өлшеніп, басқарушыға қайтарылады.
An example of a control system is a car's cruise control, which is a device designed to maintain vehicle speed at a constant desired or reference speed provided by the driver. The controller is the cruise control, the plant is the car, and the system is the car and the cruise control. The system output is the car's speed, and the control itself is the engine's throttle position which determines how much power the engine delivers. A primitive way to implement cruise control is simply to lock the throttle position when the driver engages cruise control. However, if the cruise control is engaged on a stretch of non flat road, then the car will travel slower going uphill and faster when going downhill. This type of controller is called an open loop controller because there is no feedback; no measurement of the system output (the car's speed) is used to alter the control (the throttle position.) As a result, the controller cannot compensate for changes acting on the car, like a change in the slope of the road. In a closed loop control system, data from a sensor monitoring the car's speed (the system output) enters a controller which continuously compares the quantity representing the speed with the reference quantity representing the desired speed. The difference, called the error, determines the throttle position (the control). The result is to match the car's speed to the reference speed (maintain the desired system output). Now, when the car goes uphill, the difference between the input (the sensed speed) and the reference continuously determines the throttle position. As the sensed speed drops below the reference, the difference increases, the throttle opens, and engine power increases, speeding up the vehicle. In this way, the controller dynamically counteracts changes to the car's speed. The central idea of these control systems is the feedback loop, the controller affects the system output, which in turn is measured and fed back to the controller.
Қолдану
Қоса берілген диаграммада бір PV кірісі, басқару функциясы және соңғы басқару элементінің (FCE) әрекетін манипуляцияланатын айнымалының (MV) мәнін өзгерту үшін модуляциялайтын басқару шығысы (CO) бар басқару циклы көрсетілген. Бұл мысалда ағынды басқару циклы көрсетілген, бірақ бұл деңгей, температура немесе басқарылуы қажет көптеген процестік параметрлердің кез келгені болуы мүмкін. Көрсетілген басқару функциясы "аралық типті", мысалы PID контроллері, ол 0-100% аралығындағы толық диапазонды шығыс сигналдарын, қарапайым қосу/өшіру сигналы емес, жасауға қабілетті. Бұл мысалда PV мәні әрқашан MV-мен бірдей, себебі олар құбыр желісінде тізбектей орналасқан. Дегенмен, егер клапаннан танкке беріліс болса және контроллер функциясы толтыру клапаны арқылы деңгейді басқару болса, онда PV танк деңгейіне, ал MV танкке ағынға тең болады. Контроллер функциясы дискретті контроллер немесе таратылған басқару жүйесі немесе бағдарламаланатын логикалық контроллер сияқты компьютерлік басқару жүйесіндегі функциялық блок болуы мүмкін. Қай жағдайда болса да, басқару циклының диаграммасы басқару функциясын және оның қондырғымен өзара әрекеттесуін бейнелеудің өте ыңғайлы және пайдалы тәсілі болып табылады. Іс жүзінде процесті басқару деңгейінде басқару циклдары әдетте стандартты символдарды қолдану арқылы қысқартылады, олар процестің ағымдық схемасына негізделген барлық өлшеу және басқару элементтерін көрсететін құбырлар мен аспаптар диаграммасында қолданылады. Электрлік және пневматикалық қосылыстарды көрсету үшін басқару циклының қосылыс схемасы егжей-тегжейлі деңгейде жасалады. Бұл диагностика мен жөндеуді жеңілдетеді, өйткені бір басқару функциясының барлық қосылыстары бір схемада көрсетілген.
The accompanying diagram shows a control loop with a single PV input, a control function, and the control output (CO) which modulates the action of the final control element (FCE) to alter the value of the manipulated variable (MV). In this example, a flow control loop is shown, but can be level, temperature, or any one of many process parameters which need to be controlled. The control function shown is an "intermediate type" such as a PID controller which means it can generate a full range of output signals anywhere between 0 100%, rather than just an on/off signal. In this example, the value of the PV is always the same as the MV, as they are in series in the pipeline. However, if the feed from the valve was to a tank, and the controller function was to control the level using the fill valve, the PV would be the tank level, and the MV would be the flow to the tank. The controller function can be a discrete controller or a function block in a computerised control system such as a distributed control system or a programmable logic controller. In all cases, a control loop diagram is a very convenient and useful way of representing the control function and its interaction with plant. In practice at a process control level, control loops are normally abbreviated using standard symbols in a Piping and instrumentation diagram, which shows all elements of the process measurement and control based on a process flow diagram. At a detailed level the control loop connection diagram is created to show the electrical and pneumatic connections. This greatly aids diagnostics and repair, as all the connections for a single control function are on one diagram.