اهمیت سیستم های کنترل
در سالهای اخیر ، سیستم های کنترل اهمیت فزاینده ای در توسعه و پیشرفت تکنولوژی جدید یافته اند . هر یک از جنبه های فعالیت روزمره ی ما عملاً نوعی سیستم کنترل قرار دارد . مثلاً برای نمونه در محدوده ی زندگی فردی ، کنترل کننده های خودکار در سیستم های تهویه ی مطبوع ، دما و رطوبت هوای خانه ها و ساختمان ها را درحد مطلوب نگاه می دارند .
سیستم های کنترل در تمام بخشهای صنعت نظیر کنترل کیفیت محصولات ، خط مونتاژ خودکار کارخانجات ، کنترل ماشین ابزارها ، تکنولوزی فضایی و سیستم های نظامی ، کنترل کامپیوتری ، سیستم های حمل ونقل ، سیستم های قدرت ، سیستم های هوش مصنوعی و در موارد بسیار دیگری ، به فراوانی یافت می شوند . صرف نظر از اینکه چه نوع سیستم کنترلی در اختیار داریم ، سه بخش اساسی را می توان در آن مشخص کرد :
1 ـ خواسته هاو انتظارات ما از سیستم کنترل ( ورودی های سیستم )
2 ـ اجزای مختلف سیستم کنترل
3 ـ نتایج ( خروجی سیستم )
سیستم کنترل
به طور کلی ، هدف از سیستم های کنترل این است که خروجی های Z را به شیوه ی از پیش تعیین شده ای به وسیله ی ورودی های U ازطریق اجزای سیستم ، کنترل کند ، ورودی های سیستم کنترل ، سیگنال های تحریک و خروجی های آن متغیر های تحت کنترل نیز نامیده می شوند .
ساختمان سیستم های کنترل
سیستم های کنترل از لحاظ ساختاری به دو بخش زیر تقسیم می شوند .
الف ) سیستم های کنترل حلقه باز ( Open Loop )
ب ) سیستم های کنترل حلقه بسته ( Closed Loop )
حال در زیر به ترتیب مدار بالا را به طور خلاصه توضیح می دهم .
الف ) سیستم های کنترل مدار باز ( open Loop )
در اینگونه سیستم ها خواسته های ما از عملکرد آن به خوبی برآورده نمی شود و تنها دلیل استفاده از این سیستم سادگی ، تعمیر ونگهداری آسان واقتصادی بودن آن است . به طور عینی ماشین لباسشویی مثال بارزی از یک سیستم کنترل مدا ر باز است . زیرا عموما ً مدت زمان شستشو از طریق قضاوت و تخمین فرد استفاده کننده تعیین می شود . یک ماشین لباسشویی خوکار باید بتواند دائماً میزان تمیزی لباسهای در حال شستشو را بررسی کند تا هر زمان که به اندازه ی کافی تمیز شد ند . به طور خودکار خاموش شود .
در موارد ساده ، سیستم کنترل کننده می تواند ، یک تقویت کننده ، اتصالات مکانیکی و یا وسایل کنترلی دیگرباشد . درموارد پیچیده تر کنترل الکترونیکی ، کنترل کننده ممکن است یک حسابگر الکترونیکی نظیر یک ریز پردازنده باشد .
آشنایی بیشتر درمورد اجزای یک سیستم کنترل مدار باز اطلاعاتی را ارائه میدهم .
1 ـ واحد ورودی ( ورودی مرجع A ) : اطلاعات از طریق کلید ها و حس کننده ها ( سنسورها ) به ورودی هامنتقل می گردد . این اطلاعات عموماً به شکل سیگنال های الکتریکی است که می تواند به صورت دیجیتال یا آنالوگ باشد .
2 ـ واحد متناسب کننده یا هم سطح کننده ( Conditioning Unit ) : این قسمت در صورتی مورد نیاز است که میزان ولتاژ یا جریان سیگنال های ورودی ، برای واحد کنترل کننده مناسب نباشد . بنابراین این مقدار ولتاژ یا جریان به میزان معینی تنظیم گردد .
3 ـ واحد کنترل کننده ( واحد پردازش ) : این واحد ، هسته ی سیستم کنترل را تشکیل داده ، اعمال منطقی و محاسباتی در این قسمت صورت می گیرد .
4 ـ واحد تقویت کننده : در این قسمت سیگنال های ضعیف دریافت شده از واحد پردازش ، تقویت و ارسال شده تا وسایل کنترل کننده مانند شیر های کنترل شونده توسط جریان الکتریکی ( Solenoid Valves ) یا کنتا کتورها را کنترل ، یا لامپ های نشان دهنده را روشن نماید .
5 ـ واحد خروجی ( متغیر تحت کنترل Z ) : از این قسمت فرمانهای سیستم کنترل به اجرا کننده های فرمان یعنی متحرک ها و . . . ارسال می شود .
ب ) سیستم های کنترل مدار بسته ( Closed Loop )
آنچه برای کنترل دقیق تر و قابل انعطاف تر لازم بوده و در سیستم کنترل مدار باز وجود ندارد یک اتصال با فیدبک از خروجی ، به ورودی سیستم است . برای دسترسی به سیستم دقیق تر ، سیگنال تحت کنترل Z (t ) باید فیدبک شده ، با ورودی مرجع U مقایسه شود و سیگنال تحریک مناسب با تفاضل ورودی و خروجی به سیستم اعمال ودر نتیجه ، خطا تصحیح شود . سیستم با یک یا چند مسیر فیدبک ، همانند آنچه که هم اکنون تشریح شد یک سیستم مدار بسته نامیده می شود . همان گونه که ذکر شد در این سیستم ها ، مقدار خروجی در هر لحطه توسط عنصری اندازه گیر ( سنسور ) انداز گیری می شود و در مقایسه ای با مقدار مطلوب ، اختلاف بین خروجی و مقدار مطلوب محاسبه شده ، به عنوان سیگنال خطا معرفی می گردد . این سیگنال خطا به واحد کنترل کننده ارسال و سپس کنترل کننده در حلقه کنترل ، به عنوان تصمیم گیرنده عمل می نماید . به این ترتیب که با توجه به تنظیم های از پیش تعیین شده ، فرمان لازم برای تصحیح خطا صادر می نماید .
انواع سیستم های کنترل
سیستم کنترل را می توان بنا به روش کنترل آنها به دو دسته ی زیر تقسیم بندی نمود .
1 ـ سیستم های کنترل سخت افزاری
2 ـ سیستم های کنترل نرم افزاری
سیستم های کنترل سخت افزاری
همان گونه که از اسم این سیستم مشخص است ، شامل مداراتی هستند که با استفاده از رله ها و عناصر الکترنیکی مانند دیود ها و ترانزیستورها ساخته می شوند . برنامه ی کنترل در این سیستم ها نتیجه ی روابط بین عناصر مدار الکتریکی است و به راحتی قابل تغییر نمی باشد . به عبارتی دیگر تغییر در برنامه ی کنترل به معنی تغییر در سخت افزار سیستم است البته در برخی از این کنتر ل کننده ها که با استفاده از کلید ها انتخاب کنند ه ( Selectors ) ، یا شبکه ی دیودی ( Diode Matrix ) ساخته می شوند ، برنامه ی کنترل را می توان تا اندازه ای تغییر داد . اگر چه اعمال این تغییرات ، محدود در برخی موارد بسیار مشکل است .
سیستم های کنترل نرم افزاری
این کنترل کننده ها دارای حافظه ای هستند که برنامه ی کنترل در آن ذخیره می شود . مهمترین مزیت این سیستم ها در آن است که نحوه کنترل را با تغییر برنامه و بدون نیاز به تغییر در سخت افزار سیستم می توان عوض کرد ، زیر ا نحوه ی کنترل سیستم توسط سخت افزار سیستم تعیین نمی شو د بلکه برنامه ای که در حافظه ذخیره شده یعنی نرم افزار سیستم ، نحوه ی کنترل را مشخص می کند لذا این سیستم ها بسیار قابل انعطاف بوده ، کار بردهای فراوانی دارند . بسته به نوع حافظه ی این سیستم ها ، شیوه ی تغییردربرنامه ها متفاوت است . اگر از حافظه ی RAM استفاده شوده بدون دخالت فیزیکی و تنها با اضافه یا کم نمودن چند سطر برنامه میتوان برنامه ی جدید را به اجرا در آورد . د رصورتی که از حافظه ی ROM استفاده شود به اجرا در آوردن برنامه ی جدید تنها با تعویض حافظه ی ROM امکان پذیر است .
سیستم های حفاظتی و دوربین مداربسته آنالوگ
سیستم های دوربین مداربسته آنالوگ (کامل) جزو سیستم های سنتی دوربین مداربسته می باشد که به لحاظ تولید سیستم های دیجیتالی و مجهز تر این سیستم رو به فراموشی می باشد. ولی به منظور آشنایی شما با این سیستم اطلاعات اولیه ای راجع به این سیستم در این بخش ارائه می گردد.
در سیستم های فوق از محل گرفتن تصاویر ( دوربین های صنعتی، غیر صنعتی) به آنالوگ تبدیل گشته و در مرکز کنترل دوربین ها نیز بصورت آنالوگ دریافت و ثبت و ضبط می گردند!
از مزیت ها و معایب این نوع سیستم ها به دیگر سیستم های دوربین مداربسته میتوان به این مارد اشاره کرد که هیچ نوع مزیتی نسبت به سیستم های ارتقا یافته دوربین مدار بسته ندارد و از معایب این سیستم ها میتوان گفت که در ضبط تصاویر محدودیت دارید و هزینه های نگهداری و تعمیر این نوع سیستم ها بالا می باشد …
تجهیزات مورد استفاده در این سیستم ها
• دوربین ( صنعتی – غیر صنعتی – مینیاتوری – PTZ – DOM و … ) به منظور گرفتن تصاویر
• دستگاه مالتی پلکسر به منظور جمع آوری چند تصویر در یکجا جهت کنترل تصاویر بر روی تلوزیون و یا ضبط تصاویر
• دستگاه ویدئو رکوردر به منظور ضبط تصاویر بر روی نوار کاست ویدئویی
• کابل کواکسال ( Coaxial ) به منظور انتقال تصویر از دوربین به مرکز کنترل
• کیبورد برای دوربین های PTZ ( به منظور کنترل دوربین هایی که امکان گردش و یا زوم دارند) در صورت استفاده از این نوع دوربین ها
• یک عدد تلوزیون معمولی
• و متعلقات مربوطه
همانطور که در ابتدا نیز اشاره گردید این نوع سیستم دوربین مداربسته امروزه منسوخ شده و جای خود را به سیستم های نیمه دیجیتالی و دیجیتالی سپرده است.
دوربین صنعتی
مالتی پلکسر )multiplexer(
دستگاه ضبط کننده ویدئویی
دستگاه کنترل کننده دوربین های گردان
سیستم مکالمه دوطرفه همراه با زنگ اخبار و در باز کن
اگر زندگی افراد بشر را در دوره های گذشته از نظر بگذرانیم، ملاحظه می کنیم که در دورانهای نه چندان دور بر روی در منازل وسیله ای آهنی نسب می کردند تا اینکه افراد موقع ورود به منزل با کوبیدن آن به در خانه به نوعی ورود خود را به اطلاع اهالی خانه برسانند. همزمان با پیشرفت تکنولوژی این زاویه از زندگی بشر نیز از تحول مصون نماند. در این مسیر ابتدا زنگ الکتریکی در و در نهایت آیفون به وجود آمد. این سیر تحولی همچنان ادامه دارد و هر زوز انواع پیشرفته آیفون با قابلیتهای بهتر عرضه می شود. در ساختمان چند طبقه به خاطر اینکه به آسانی بتوان که چه کسی پشت در ورودی است و با کدام واحد کار دارد. از مدارهای مخصوص ارتباط بین داخل و خارج ساختمان استفاده می کنند. این مدارها در اصطلاح عمومی اف. اف نامیده می شوند.
بررسی تک تک اجزا مدار
کلید
کلید وظیفه قطع و وصل جریان در مدار بر عهده دارد.
باتری
می دانید که همه اجسام از ذراتی به نام اتم تشکیل شده اند و اتمها نیز در مرکز خود بار مثبت (هسته اتم) و در اطراف آن حاوی الکترونهایی با بار منفی هستند که به سرعت دور هسته مرکزی در گردشند. البته مقدار بارهای مثبت و منفی همیشه در حالت عادی برابر است. بنابراین اجسام در حالت عادی از نظر الکتریکی خنثی هستند. بدنه باتری از جنس روی می باشد و در مرکز آن یک زغال قرار گرفته است و بین آنها مواد شیمیایی مخصوص وجود دارد. به علت فعل و انفعالات این مواد ، الکترونهای زغال از آن جدا شده و جذب بدنه باتری که از جنس روی است می گردد.
بنابراین زغال که الکترون یا بار منفی از دست داده است، دارای بار مثبت می گردد. زیرا همانطور که گفتیم در حالت عادی اجسام خنثی هستند. حال اگر تعداد الکترون جسمی کمتر از تعداد پروتون آن که دارای بار مثبت است، باشد، از آنجا که تعداد پروتون های آن هم بیشتر خواهند شد، بنابراین دارای بار مثبت می گردد و بر عکس. حال اگر یک تکه سیم را از خارج بین زغال و بدنه باتری یعنی قطب مثبت و منفی آن وصل کنیم، الکترونها از سطح روی جدا شده و جذب زغال یا قطب مثبت می گردند.
میکروفون زغالی
این میکروفون از ظرفی تشکیل شده است که در داخل آن دانه های زغالی قرار دارد و روی آن نیز یک صفحه فلزی نازک قرار گرفته است. در حالت عادی اتصال این صفحه به دانه های زغال بسیار کم است. بنابراین جریانی نجومی از آن عبور نمی کند. حال اگر جلوی صفحه نازک صحبت کنیم، ارتعاشات صوتی (L) باعث می شود که این صفحه به زغالها اصابت کند. البته لرزش این صفحه و نحوه اصابت آن به زغالها بستگی به شدت و ضعف صدای ما خواهد داشت. به همین دلیل اگر بدنه میکروفون را به یک سر باتری و صفحه نازکی را که روی زغالها هست به سر دیگر باتری وصل کنیم، متناسب با صحبت ما و فشاری که ارتعاشات صوتی ما به این صفحه نازک فلزی وارد می آورد، مقدار جریانی که از بدنه میکروفون وارد زغالها شده و جذب صفحه روی آن می گردد، کم و زیاد خواهد شد. به عبارت دیگر جریانی که از مدار عبور می کند متناسب با صحبت ما می باشد.
بلندگو
در بلندگو یک هسته مغناطیسی وجود دارد که به دیافراگم یا صفحه های خارجی بلندگو وصل است و دور آن بفاصله بسیار کمی سیم پیچی شده است. بطوری که هسته مغناطیسی می تواند براحتی در داخل سیم پیچ جلو و عقب برود. اگر جریان متغیری از داخل این سیم پیچ عبور کند، باعث جلو و عقب رفتن هسته آهن شده و بوسیله آن صفحه ، بلندگو خواهد شد. حال اگر جریان متغیری که از داخل این سیم پیچ عبور می کند متناسب با صدای ما باشد صدا از بلندگو شنیده می شود.
منبع تغذیه
چون در این قسمت نیاز به دو ولتاژ مستقیم و متناوب داریم، بنابراین منبع تغذیه باید بتواند ولتاژهای AC یا DC را تولید کرد بنابراین منظور از ترانسفورماتور کاهنده مدار یکسوکننده استفاده می کنیم ترانس کاهنده ولتاژ 220 را ولتاژ 6 ولت یا 12 ولت تبدیل می کند ولتاژ 6 ولتی یک سو کننده و خازن و سلف به جریان مستقیم تبدیل می شود.
مدار خبر
مدار خبر از یک زنگ اخبار AC 12 ولت و با یک زنگ الکتریکی یک شستی تشکیل شده است شستی زنگ در مقابل در خروجی و خود زنگ در داخل ساختمان نصب می شود.
مدار دربازکن
از یک در بازکن 12 ولتی و یک شستی تشکیل شده و قسمتهای دربازکن و شستی آن در داخل ساختمان نسب می شود.
مدار مکالمه
مدار مکالمه بر دو نوع می باشد. مدار مکالمه نیمه الکترونیک و مدار مکالمه تمام الکترونیک. در مدار مکالمه نیمه الکترونیک یک گوشی ، یک بلندگو ، و دو میکروفن بکار برده شده است. که این اجزا در ارتباط با ولتاژ DC منبع تغذیه کار می کند و زنگ آن از دو نوع بیزر است. در مدار مکالمه تمام الکترونیک علاوه بر میکروفن و بلندگو و گوشی از دو مدار تقویت کننده الکترونیکی نیز استفاده می شود.
آیفون تصویری
این دستگاه علاوه از اینکه یک آیفون ساده است، در ساختمانش یک دوربین نیز کار گذاشته شده است که یک طرفه فیلم می گیرد. به عبارت دیگر یک سیم گیرنده تصویری در منزل در آن نصب شده و از اجسامی که در میدان دید آن موقع روشن بودنش قرار دارد، فیلم می گیرد.
سیستم های حفاظتی و دوربین مداربسته آنالوگ
سیستم های دوربین مداربسته آنالوگ (کامل) جزو سیستم های سنتی دوربین مداربسته می باشد که به لحاظ تولید سیستم های دیجیتالی و مجهز تر این سیستم رو به فراموشی می باشد. ولی به منظور آشنایی شما با این سیستم اطلاعات اولیه ای راجع به این سیستم در این بخش ارائه می گردد.
در سیستم های فوق از محل گرفتن تصاویر ( دوربین های صنعتی، غیر صنعتی) به آنالوگ تبدیل گشته و در مرکز کنترل دوربین ها نیز بصورت آنالوگ دریافت و ثبت و ضبط می گردند!
از مزیت ها و معایب این نوع سیستم ها به دیگر سیستم های دوربین مداربسته میتوان به این مارد اشاره کرد که هیچ نوع مزیتی نسبت به سیستم های ارتقا یافته دوربین مدار بسته ندارد و از معایب این سیستم ها میتوان گفت که در ضبط تصاویر محدودیت دارید و هزینه های نگهداری و تعمیر این نوع سیستم ها بالا می باشد …
تجهیزات مورد استفاده در این سیستم ها
• دوربین ( صنعتی – غیر صنعتی – مینیاتوری – PTZ – DOM و … ) به منظور گرفتن تصاویر
• دستگاه مالتی پلکسر به منظور جمع آوری چند تصویر در یکجا جهت کنترل تصاویر بر روی تلوزیون و یا ضبط تصاویر
• دستگاه ویدئو رکوردر به منظور ضبط تصاویر بر روی نوار کاست ویدئویی
• کابل کواکسال ( Coaxial ) به منظور انتقال تصویر از دوربین به مرکز کنترل
• کیبورد برای دوربین های PTZ ( به منظور کنترل دوربین هایی که امکان گردش و یا زوم دارند) در صورت استفاده از این نوع دوربین ها
• یک عدد تلوزیون معمولی
• و متعلقات مربوطه
همانطور که در ابتدا نیز اشاره گردید این نوع سیستم دوربین مداربسته امروزه منسوخ شده و جای خود را به سیستم های نیمه دیجیتالی و دیجیتالی سپرده است
منابع
1- دانشنامه رشد
2- سایت اینترنتی گوگل
3- سایت اینترنتی ویکی پدیا
18