Введение
Система, управляющая поведением других систем
Система управления осуществляет управление, командование, направление или регулирование поведения других устройств или систем посредством контуров управления. Она может варьироваться от простого домашнего контроллера отопления с термостатом, управляющим бытовым котлом, до крупных промышленных систем управления, используемых для контроля процессов или машин. Системы управления разрабатываются в рамках процесса управления и автоматики. Для непрерывно модулируемого управления используется регулятор обратной связи для автоматического управления процессом или операцией. Система управления сравнивает значение или состояние контролируемой переменной (PV) с заданным значением или уставкой (SP) и применяет разницу в качестве управляющего сигнала для приведения выходного значения переменной процесса к значению уставки. Для последовательной и комбинационной логики применяется программная логика, например, в программируемом логическом контроллере.
Логическое управление
Системы логического управления для промышленных и коммерческих машин исторически реализовывались с помощью взаимосвязанных электрических реле и кулачковых таймеров, использующих логику лестничных схем. Сегодня большинство таких систем строятся на базе микроконтроллеров или более специализированных программируемых логических контроллеров (ПЛК). Логика лестничных схем по-прежнему используется как метод программирования для ПЛК. Логические контроллеры могут реагировать на переключатели и датчики и способны запускать и останавливать различные операции оборудования посредством исполнительных механизмов. Логические контроллеры применяются для последовательного управления механическими операциями во многих областях. Примеры включают лифты, стиральные машины и другие системы с взаимосвязанными операциями. Автоматическая система последовательного управления может запускать серию механических исполнительных механизмов в правильной последовательности для выполнения задачи. Например, различные электрические и пневматические преобразователи могут складывать и склеивать картонную коробку, заполнять ее продуктом и затем запечатывать в автоматической упаковочной машине. Программное обеспечение для ПЛК может быть написано различными способами: в виде лестничных диаграмм, SFC (последовательных функциональных схем) или списков инструкций.
Контроль включения/выключения
Контроль включения/выключения использует контроллер обратной связи, который резко переключается между двумя состояниями. Простой биметаллический бытовой термостат можно описать как контроллер включения-выключения. Когда температура в помещении (PV) опускается ниже заданного значения (SP), включается нагреватель. Другой пример – переключатель давления на воздушном компрессоре. Когда давление (PV) падает ниже заданного значения (SP), компрессор включается. Холодильники и вакуумные насосы содержат аналогичные механизмы. Такие простые системы управления включением-выключением могут быть недорогими и эффективными.
Нечеткая логика
Нечеткая логика – это попытка применить простоту проектирования логических контроллеров к управлению сложными системами с непрерывно изменяющимися параметрами. По сути, измерение в системе нечеткой логики может быть частично истинным. Правила системы записываются на естественном языке и преобразуются в нечеткую логику. Например, проектирование управления печью может начинаться так: "Если температура слишком высокая, уменьшить подачу топлива в печь. Если температура слишком низкая, увеличить подачу топлива в печь". Измерения из реального мира (например, температура печи) подвергаются фаззификации, а логические вычисления выполняются арифметически, в отличие от булевой логики, и выходные данные дефаззифицируются для управления оборудованием. Когда надежная конструкция на основе нечеткой логики сводится к одному быстрому вычислению, она начинает напоминать традиционное решение с обратной связью, и может показаться, что применение нечеткой логики было излишним. Однако парадигма нечеткой логики может обеспечить масштабируемость для крупных систем управления, где традиционные методы становятся сложными или дорогостоящими в реализации. Нечеткая электроника – это электронная технология, использующая нечеткую логику вместо двухзначной логики, более распространенной в цифровой электронике.
Физическое осуществление
Диапазон реализации систем управления простирается от компактных контроллеров, часто с специализированным программным обеспечением для конкретной машины или устройства, до распределенных систем управления для автоматизации промышленных процессов на крупных производственных объектах. Логические системы и регуляторы обратной связи обычно реализуются с помощью программируемых логических контроллеров. Broadly Reconfigurable and Expandable Automation Device (BREAD) – это современная платформа, предоставляющая множество аппаратных устройств с открытым исходным кодом, которые можно соединять для создания более сложных систем сбора данных и управления.