מבוא לבקרה

[Eyal Hadar]

מהי בקרה בעצם?
מערכת אוטומטית שתוכננה ע"פ הגדרות ספציפיות לאפשר שליטה מלאה על תהליך (לא משנה איזה) ובמינימום התערבות המפעיל.
דוגמה לכך היא המכונית בה אנו נוהגים בכל יום (גם לנוסעים זה תקף), כבר בפעולה הראשונה שאנו מתקרבים ופותחים את הדלת הבקרה מסייעת ונדלק האור בתוך הרכב. לאחר שהתיישבנו והכנסו את המפתח אל הסוויץ חצי סיבוב נדלקים כל האורות ומתבצעת בדיקה במחשב הרכב לרכיבים המותקנים בכל מקום אפשרי ברכב, מוזרק דלק אל תא השריפה בבוכנה שמותקנת במנוע וממתינים לאות ההצתה.
לאחר ההתנעה נשמע צפצוף מטריד על חגורה שלא נחגרה, מכוונים תחנה ברדיו או מתחבר הפלאפון באמצעות תקשורות בלוטוס, הורדת בלם היד הכנסת הילוך DRIVE ויוצאים לדרך.
אלו רק חלקיקי מערכות בקרה המוטמעות בתוך הרכב, כל אחד ואחד מהם כולל בתוכו עשרות מאות ואף אלפים ויותר תהליכים שנעשים אוטומטית ולנו (מי שלא עוצר לחשוב על כך) אין מושג ואנשים ממשיכים את סדר היום.
הגדרה:
מערכת- הינה מכלול מרכיבים המקושרים בצורה המאפשרת את פעולתם ביחד לצורך השגת המטרה.
לדוגמה:
תנור כבשן, פרט לתנור עצמו ישנם מרכיבים נוספים המאפשרים את פעולתו התקינה, מפוח, חיישן טמפרטורה, ווסת דלק, מערכת חשמל.
בקרה- ויסות השימוש באנרגיה או חומר כדי לקבל שליטה במשתנים פיזיקליים.
דוגמה:
בהתאם לדוגמה הקודמת- הבקרה דוגמת את הטמפרטורה בתוך הכבשן, כאשר החום יורד המערכת מעבירה פקודה להוסיף דלק ואוויר למערכת להאיץ את תהליך השריפה ובכך להגביר את החום. כאשר עוברים את הטמפרטורה שהגדרנו כ-סף המערכת מורידה את מהירות המפוח ומפחיתה את זרימת הדלק ואף יכולה לעצור את התהליך וחוזר חלילה.
בכל בקרה יש אותות מבוא ומוצא המאפשרים בדיקה וכיוונון התהליך.
בתרשים ( 1 ו 2) המלבן מציין מערכת או רכיב בתוך המערכת, החצים מציינים את המשתנים וכיוון הזרימה.
יחס התמסורת (עליה נרחיב בהמשך) היא היחס שבין אות המוצא לאות המבוא.
בכל מערכת בקרה אידיאלית האותות לא מושפעים מהסביבה, אך במציאות ישנם השפעות רבות מהסביבה.
לדוגמה מערכת מיזוג שמקררת את הבית, בעל הבית נכנס מהדלת ומאפשר את "כניסת האויר החם" אל הבית, כך שהמערכת יוצאת מאיזון.
מאחר וקיים הבדל בין הערך הרצוי וערכו בפועל משתמשים במערכות רבות במשוב לזיהוי הסטייה ובכך מאפשרים המשך עבודה בקו הרצוי.
לדוגמה נהיגה ברכב, כאשר נכנסים לכיכר הנהג מסובב את ההגה ושומר על נסיעת הרכב בתוך הנתיב ומתקן בהתאם לדרך.
במערכות מסוימות התיקון נעשה אוטומטית באמצעות מערכות נוספות שמבצעות מדידה והשוואה כדי לבצע זיהוי למצב במוצא ומבצעות פעולות בקרה כדי לאפשר את ביצוע התיקון ע"י הגדלה או הקטנה של אות המבוא, מערכת שכזו נקראת מערכת בחוג סגור.
דוגמאות:
תנור חימום- מערכת בחוג פתוח, אין משוב למצב האויר בחדר ולא מבוצעת בקרה, יש מערכת הגנה במקרה של התחממות המכשיר ואז המכשיר מתנתק ומפסיק לפעול עד להפעלה מחדש.
תנור אפיה- מערכת בחוג סגור, על תא האפיה מתבצע תהליך הבקרה כאשר כל עוד לא הגענו לטמפ' הרצויה גוף החימום ממשיך לפעול וברגע שהחיישן מזהה שהתנור הגיע לערך שהכנסנו מתבצע ניתוק של ההזנה לגוף החימום ע"י המפסק (3).
אותות הבקרה המסומנים בתרשים:
r- אות המבוא, מייצג את הערך הרצוי.
e- אות השגיאה, מייצג את ההפרש בין הערך הרצוי לערך בפועל והתיקון שעלינו לבצע.
b- אות המשוב, מייצג את תוצאת המדידה של המשתנה עליו מתבצעת המדידה האות תמיד שלילי ביחס לאות המבוא.
c- אות המוצא, מייצג את הערך בפועל של המשתנה.
כחלק מפעולת הבקרה ישנו מושג הנקרא "ויסות" , ויסות מתייחס לחלק מתוך פעולת הבקרה המאפשרת בעצם את השינויים.
ויסות יכול להעשות בשני אופנים:
1. ע"י ויסות הדרגתי – המאפשר שליטה על קצב אספקת האנרגיה במדרגות מוגדרות מראש.
ויסות הדרגתי מתחלק לשני סוגים :
ויסות הדרגתי הפועל בשיטת הפעלה וכיבוי ונקרא בשם ויסות דו דרגתי, הפעלה וכיבוי האור בחדר.
וויסות נוסף בעל שלוש או יותר דרגות, הפעלה כיבוי ועמעום האור בחדר ע"י עמעם בעל דרגות הארה שונות.
2. ע"י ויסות רציף- המאפשר שליטה על קצב אספקת האנרגיה בכל ערך הנמצא על הסקאלה.
חיישנים:
חיישן תנועה (גלאי נפח)- כאשר מתבצעת תנועה מולו הוא משדר אות חשמלי למערכת.
חיישן תאוצה- מזהה שינוי במהירות האצה או האטה משנים את ערכו החשמלי.
מד מפלס(גובה)- ישנם מספר סוגים של מדי מפלס אם זה אלקטרודות או דגלון מסתובב עם מפסק גבול העיקרון זהה כאשר מגיע לגובה שנקבע משנה החיישן את מצבו מול המערכת.
חיישן אור- ישנם שני סוגים אחד שמשנה ערך חשמלי במגע עם האור ושני שמבצע פעולה הפוכה והעדר אור משנה את ערכו החשמלי.
חיישני מרחק- ישנם מספר סוגים (נגד משתנה, קרן לייזר, אולטרה-סוני, אינפרה אדום) משנה את ערכו החשמלי במוצא ביחס למרחק
חיישן טעינה- מבצע ניטור קבוע אחר מצב הסוללות עד גמר הטעינה.
חיישן טמפרטורה- רכיב אלקטרוני המשנה את ערכו החשמלי במוצא ביחס לשינוי בטמפרטורה, וישנו גם התרמוסטט המורכב מבי-מטאל (דו- מתכתי).
חיישן מהירות (טכומטר)- רכיב מכאני המותקן על מנועים ומשנה את ערכו החשמלי במוצא בהתאם למהירות המנוע.
ניתן לראות יחס תמסורת בחוג סגור (4) כפי שמתייחסים אליו מהנדסי הבקרה.

[מאת]

תגובות