В тази публикация в блога ще разгледаме как технологиите за управление се прилагат в индустриални условия и ежедневието, за да се стимулират промените.

Значението и приложенията на технологиите за управление

Технологията на управление се отнася до процеса на регулиране на физични величини като температура, налягане, дебит и скорост на въртене, за да се гарантира, че машините и оборудването работят по предназначение. Съществуват различни методи за технология на управление, които регулират изхода, за да съответства на измерената стойност на текущото физическо количество на контролирания обект с желаната целева стойност. Технологията на управление играе съществена роля в различни области на съвременната индустрия и нейното значение нараства с всеки изминал ден.

Основни методи за управление: Метод с превключвател за включване/изключване

Най-простият метод е „методът с превключвател за включване/изключване“, често използван в устройства за контрол на температурата за бойлери за регулиране на температурата на водата. При това устройство, ако текущата температура е по-ниска от желаната, превключвателят се включва, за да захранва нагревателя; ако е по-висока от желаната температура, превключвателят се изключва, за да прекъсне захранването на нагревателя. Когато превключвателят е включен, се прилага 100% от управляващия изход, а когато е изключен, управляващият изход е 0%. Когато нагревателят за първи път започне да работи, той остава във включено състояние, за да повиши температурата на водата, но в даден момент възниква „превишаване“, при което температурата на водата надвиши зададената стойност. Тъй като превишаването може да натовари системата, превключвателят се включва и изключва многократно, за да върне текущата температура до зададената стойност. Тъй като температурата на водата, подобно на налягането или дебита, е физическа величина, която се променя непрекъснато (аналогово), тя не пада веднага само защото превключвателят е бил изключен, след като температурата се е повишила. Следователно, многократното включване и изключване на превключвателя причинява „лов“, при който температурата на водата се колебае нагоре и надолу около зададената стойност.

Проблемът с лова и PID контролът

Методът с превключвател вкл./изкл. причинява пререгулиране и колебания, което затруднява прецизното управление на физическото количество на контролирания обект. За да се компенсират тези недостатъци на метода с превключвател вкл./изкл., се използва „PID управление“. PID управлението използва P (пропорционално), I (интегрално) и D (деривативно) управление за прецизно регулиране на физическото количество на контролирания обект. В зависимост от целта обаче може да се използва и P управление, PI управление или PD управление.

Характеристики на P-контрола

P-регулирането задава фиксирана пропорционална зона над и под зададената стойност и в рамките на тази зона извежда управляващ сигнал, пропорционален на отклонението между зададената стойност и измерената стойност. Например, в система за управление на температурата на котела, използваща P-регулиране, ако текущата температура е под долната граница на пропорционалната зона, се извежда 100% управляващ сигнал, докато текущата температура достигне долната граница, като по този начин превключвателят се държи във включено състояние. След като обаче текущата температура се повиши над долната граница на пропорционалната зона, започва пропорционален цикъл, по време на който превключвателят се редува между включено и изключено състояние. По-конкретно, докато текущата температура, която е надвишила долната граница на пропорционалната зона, достигне зададената стойност, периодично се повтаря цикъл, при който времето за включване е по-дълго от времето за изключване. Когато текущата температура достигне зададената стойност, се извежда 50% управляващ сигнал и се повтаря цикъл, при който времената за включване и изключване са равни (1:1). Ако текущата температура се повиши над зададената стойност, операцията, при която времето за изключване е по-дълго от времето за включване, се повтаря периодично и ако текущата температура надвиши горната граница на пропорционалната лента, системата остава в изключено състояние. По този начин, използването на P управление позволява измерената стойност да бъде доближена много до зададената стойност, което значително намалява колебанията в сравнение с използването само на метод с включване/изключване.
Въпреки това, дори когато измерената стойност достигне стабилно състояние, неизбежно се появява известна грешка спрямо зададената точка, или над, или под зададената точка; това се нарича „остатъчна грешка“. Когато P-регулирането се използва в система за контрол на температурата на котела, задаването на по-широка пропорционална лента понижава температурата, при която започва цикличното включване и изключване за отопление. Следователно, времето, необходимо на текущата температура да се доближи до зададената точка, се увеличава и остатъчната грешка расте; обаче, почти никога не се наблюдава люлеене. Обратно, колкото по-тясна е зададена пропорционалната лента, толкова по-кратко е времето, необходимо на текущата температура да се доближи до зададената точка, и толкова по-малко става остатъчното отклонение; обаче, по-вероятно е да се появи люлеене.

Приложение на PI контрола

Когато I-управлението се използва заедно с P-управление, остатъчното отклонение може да бъде елиминирано, което позволява измерената стойност да се доближи много близо до зададената стойност. Интегралното действие на PI управлението извежда управляващ сигнал, пропорционален на интеграла от отклонението между измерената стойност и зададената стойност; интензитетът на това действие се регулира чрез интегралното време, което представлява силата на интегралното действие. Скъсяването на интегралното време засилва действието, което коригира промените в състоянието на контролирания обект, позволявайки бързото елиминиране на остатъчното отклонение, но това може да причини колебания. Обратно, увеличаването на интегралното време отслабва коригиращото действие, предотвратявайки колебанията, но изисквайки дълго време за елиминиране на остатъчната грешка.

Завършване на метода на PID управление

Въпреки това, когато се използва само P или PI управление, е необходимо много време, за да се върне измерената стойност към зададената стойност, ако външни удари или вибрации причинят бърза промяна в състоянието на контролирания обект. В такива случаи използването на D управление позволява на системата да се върне към зададената стойност бързо. Когато възникнат външни удари или вибрации, отклонението между измерената стойност и зададената стойност се увеличава; производното действие при PD или PID управление извежда управляващ сигнал, пропорционален на скоростта на промяна на това отклонение. Големината на производното действие се регулира чрез времето на производната. Ако времето на производната се съкрати, коригиращото действие за регулиране на състоянието на контролирания обект отслабва, което води до по-дълго време, за да достигне измерената стойност зададената стойност, но не се получава превишаване. Обратно, ако времето на производната се удължи, коригиращото действие става по-силно, скъсявайки времето, за да достигне измерената стойност зададената стойност, но е по-вероятно да се получи превишаване.

Приложения и бъдещето на технологиите за управление

Технологията за управление се прилага широко в широк спектър от области, вариращи от прости механични устройства до сложни промишлени системи. Например, тя се използва в различни области, като например системи за автопилот на самолети, системи за контрол на стабилността на автомобили и управление на процеси в химически заводи. По-специално, значението на технологията за управление става все по-голямо благодарение на напредъка на индустриалната автоматизация и интелигентните фабрики. Освен това, технологията за управление, комбинирана с изкуствен интелект (ИИ), открива нови възможности в области като автономни превозни средства, дронове и роботи.
Напредъкът в технологиите за управление не само ще направи живота ни по-удобен и по-безопасен, но и значително ще подобри индустриалната ефективност и производителност. Технологиите за управление ще продължат да се развиват, движейки иновативни промени в различни области. Чрез тези промени ще прегърнем едно по-проспериращо и напреднало бъдеще.