Principi vodenja, predstavitev

Odprtozančno vodenje
(krmiljenje)
Semafor
shema semaforja
programator
stikala
luči
Odprtozančno vodenje
mikrovalovna pečica
shema mikrovalovne pečice
definira čas in moč
pečenja
program
mikrovalovni
grelnik
mikrovalovna
pečica
temperatura
hrane
Odprtozančno vodenje
Grelnik z nastavljivo močjo
shema grelnika
nastavitev
moči
nastavitev
grelnika
grelnik
moč
gretja
prostor
temperatura
prostora
Odprtozančno vodenje
Namakalni sistem
shema namakalnega sistema
definira časovno
zaporedje
zalivanja
krmilnik
namakalni sistem
pršenje
vključeno/izključeno
Osnovni principi odprtozančnega
vodenja
želene vrednosti,
cilji
sistem za
vodenje
krmilni vhodi
sistem
(proces)
Odprtozančno vodenje = krmiljenje
izhodi
Osnovni principi odprtozančnega vodenja
Osnovne značilnosti krmiljenja
Sistem vodimo ne da bi preverjali, kaj se resnično
dogaja na izhodu
Predpostavljamo, da bodo razmere ves čas
delovanja ostale enake (ni motenj)
Običajni cilj krmiljenja je vzpostavitev neke
sekvence dogodkov (govorimo o sekvenčnem
vodenju) ali sprememba nekega stanja
želene vrednosti,
cilji
sistem za
vodenje
krmilni vhodi
sistem
(proces)
izhodi
Osnovni principi odprtozančnega vodenja
Glavni izrazi in povezani pojmi
Odprtozančno vodenje
Krmiljenje
Sekvenčno vodenje
Programirano vodenje
Krmilnik
Sekvenčni avtomat
Programator
Krmiljenje z upoštevanjem
motnje
Vožnja s čolnom
otok
veter
plošča na
ročaju krmila
veter
krmilo
krmilnik
položaj krmila
čoln s
krmilom
smer vožnje
Krmiljenje z upoštevanjem motnje
Mikrovalovna
pečica
merimo temperaturo
zunanjega zraka
temperatura
zunanjega
zraka
definira čas in moč
pečenja
program
mikrovalovni
grelnik
mikrovalovna
pečica
temperatura
hrane
Krmiljenje z upoštevanjem motnje
Namakalni sistem
Merimo količino
padavin
količina padavin
krmilnik
definira časovno
zaporedje zalivanja
namakalni sistem
vlažnost zemlje
Osnovni principi OZ vodenja z
upoštevanjem motnje
ostali vhodi
želene vrednosti,
cilji
sistem za
vodenje
krmilni vhodi
sistem
(proces)
izhodi
Osnovni principi OZ vodenja z upoštevanjem motnje
Osnovne značilnosti krmiljenja z upoštevanjem
motnje
Osnovni krmilni vhod določimo tako, da pri
nemotenem delovanju procesa dobimo želeno
delovanje na izhodu
Motnje oziroma vhode, na katere ne moremo
vplivati, merimo
Predvideni vpliv motnje na proces (izhod procesa)
izničimo (kompenziramo) tako, da za ustrezno
velikost popravimo (spremenimo) krmilni vhod
ostali vhodi
želene vrednosti,
cilji
sistem za
vodenje
krmilni vhodi
sistem
(proces)
izhodi
Osnovni principi OZ vodenja z upoštevanjem motnje
Glavni izrazi in povezani pojmi
Odprtozančno vodenje z upoštevanjem motnje
Krmiljenje z upoštevanjem motnje
Kompenzacija motnje
Uravnavanje razmerja
Vnaprejšnje vodenje
Zaprtozančno vodenje (regulacija)
Vzdrževanje nivoja tekočine v posodi
vtok
vtok
dotočni
ventil
dotočni
ventil
plovec
plovec
višina
tekočine
višina
tekočine
ventil
ventil
iztok
iztok
Razlika med dejansko in
želeno višino tekočine
odprtost
dotočnega ventila
želena višina
tekočine
+
_
Relacija med razliko višin in
odprtostjo dotočnega ventila
dejanska višina
tekočine
rezervoar
Zaprtozančno vodenje (regulacija)
Ogrevanje stanovanja
Termostat
Termoakumilacijska
peč z ventilatorjem
Razlika med dejansko in
želeno temperaturo
želena
temperatura
+
stikalo
vklop/
izklop
ventilator
peč
_
dejanska
temperatura
temperaturno
tipalo
Zaprtozančno vodenje (regulacija)
+
_
mehanizem
uravnavanja
temperature
zunanja
temperatura
normalna
telesna
temperatura
napor
Razlika med dejansko in
želeno temperaturo
metabolizem
Uravnavanje temperature človeškega telesa
potenje
drhtenje
človeško
telo
dejanska telesna
temperatura
Zaprtozančno vodenje (regulacija)
Uravnavanje valutnega razmerja na deviznem trgu
narodna banka
Razlika med dejanskim in
želenim razmerjem
želeno
razmerje
SIT/EUR
+
_
odličitev o vrsti
in velikost
intervencije
intervencijski(a)
nakup/prodaja
dejansko
razmerje
SIT/EUR
devizni trg
Zaprtozančno vodenje (regulacija)
strmina
vremenski
pogoji
Vožnja avtomobila
voznik
želena smer
+_
želena
hitrost
volan
plin
zavora
+_
smer
avto
hitrost
Zaprtozančno vodenje (regulacija)
trg
Vodenje podjetja
vodstvo
želeni dobiček
+_
želeni razvoj
+_
dobiček
ukrepi
podjetje
razvoj
Zaprtozančno vodenje (regulacija)
vpliv drugih
držav
Vodenje države
politika
želena
- gospodarska rast
- stopnja zaposlenosti
- socialna varnost
+
ukrepi
država
_
dejanska
- gospodarska rast
- stopnja zaposlenosti
- socialna varnost
Osnovni principi ZZ vodenja
želene vrednosti,
cilji
izhodi
sistem za
vodenje
sistem
(proces)
meritve
Osnovni principi ZZ vodenja
Osnovne značilnosti zaprtozančnega vodenja
Merimo dejansko stanje (izhod iz procesa)
Dejansko stanje primerjamo z želenim stanjem
Ukrep, ki ga izvedemo na procesu je odvisen od
razlike med dejanskim in želenim stanjem izhoda
želene vrednosti,
cilji
izhodi
sistem za
vodenje
sistem
(proces)
meritve
Osnovni principi ZZ vodenja
Glavni izrazi in povezani pojmi
Povratna zanka
Zaprta zanka
Povratnozančno vodenje
Zaprtozančno vodenje
Ragulacija
Odstopanje od želene vrednosti
Vrste vodenja
Avtomatsko: odloča in ukrepa avtomat/stroj
Ročno: odloča in ukrepa človek
Kombinirano: nekatere odločitve in ukrepe izvede
avtomat, druge človek; človek nadzira delovanje
avtomata
Primeri 1: semafor, avto, dvigalo, generator, vodenje
zahtevnejših industrijskih procesov, devizni trg,
hladilnik.
Primeri 2: regulacija temperature v hiši (kamin,
centralna kurjava na plin/nafto), držanje ravnotežja na
kolesu, regulacija tlaka v “ekspres-loncu”, pralni stroj,
podjetje, letalo; [cilj, želena vrednost, izhod, vhod,
motnja, vrsta vodenja]
Avtomatika
Grščina: avtomatos (Αυτοµατος ) = ki deluje
samostojno
O avtomatskem vodenju govorimo kadar se...
procesi zbiranja informacij o stanju sistema in
okolice
priprave ukrepov in odločanja ter
izvedbe ukrepov
...vršijo brez posredovanja človeka
Avtomatika
Zgodovina:
Vodne ure – Arabci, Grki; Ktesibios (270 BC)
Avtomatika
Temperaturna regulacija – Cornelius Drebbel (1624)
Loputa
Vzvod
Plini
Plovec
Živo srebro
in alkohol
Grelnik
Avtomatika
Centrifugalni regulator – James Watt (1788)
Tehnični sistemi in procesi
Proces: dinamični sistem
Tehnični proces:
Tehnični proces je skupek soodvisnih potekov v nekem
sistemu, ki rezultirajo v transformaciji, transportu ali
skladiščenju materije, energije ali informacije.
Tehnični proces je proces spreminjanja oblike, notranjega
stanja ali kraja materije, energije ali informacije, ki se
odvija v sistemu ali napravi zgrajeni in vodeni s strani
človeka.
energija
snov
informacija
transformacija
transport
skladiščenje
energija
snov
informacija
Tehnični sistemi in procesi
dotok
odtok
materije
materije
energije
informacije
stroj ali naprava
(sprememba oblike,
kraja ali notranjega
stanja)
Nekaj tipičnih tehničnih procesov:
Proizvodnja cementa
Proizvodnja avtomobilov
Distribucija električne energije
Skladiščenje nafte
Čiščenje odpadnih voda
energije
informacije
Predstavitev tehničnih procesov
Risba, maketa, fotografija
Tehnična risba
Besedni opis
Procesna shema
Matematični model
Bločni diagram
Diagram prehajanja stanj
Φ1
+
R1
R2
LT
1
R3
LT
2
1
A1
h1
h2
V1
P1
V3
V4
V5
P2
h3
V2
h1
∫ dt
_
LT
3
Kv12
R0
h&1
h2
x
1
h&1 =
k1F ( h1stat (ω1 ) − h1 ) + k2 F h1stat (ω1 ) − h1 − kV 1 ρg (h1 − h2 )
A1
(
1
h&2 =
kV 1 ρg (h1 − h2 ) + kV 2 ρg (h3 − h2 ) − kV 4 ρgh2
A2
(
)
zelena
oranžna
)
1
h&3 =
f1F ( s5 )(h3 stat ( s5 ) − h3 ) + f 2 F ( s5 ) h3 stat ( s5 ) − h3 − kV 2 ρg (h3 − h2 )
A3
(
Sistem treh posod je laboratorijska naprava,
naprava, ki je
sestavljena iz rezervoarjev R1, R2 in R3 ter večjega
rezervoarja R0. Medsebojno so povezani s cevnimi
povezavami.
povezavami. Na povezavi med R0 in R1 sta vgrajena
črpalka P1, opremljena z merilnikom diferencialnega
tlaka DPT1, in merilnik pretoka FT1. Podobno sta na
povezavi med R0 in R3 črpalka P2 z merilnikom DPT2
in merilnik pretoka FT2. Na cevnih povezavah je
vgrajenih še več ventilov,
ventilov, ki omogočajo
rekonfiguracijo naprave in simulacijo napak na cevnih
povezavah.
povezavah. Povezavi med R1 in R2 ter med R2 in R3
lahko prekinemo z dvopoložajnima ventiloma V1 oz.
V2. Zvezno nastavljivi ventil V5 je vgrajen med R0 in
vmesno točko povezave R0R0-R3 med črpalko P2 in
merilnikom pretoka FT2. Na ceveh med R1 in R0 ter
med R0 in R2 sta ročna ventila V3 oz. V4.
Rezervoarji R1, R2 in R3 so opremljeni z merilniki
nivojev tekočine h1, h2 in h3.
)
rdeča
Predstavitev tehničnih procesov
Risba, maketa, fotografija
fizičen izgled naprav, njihova oblika, njihov razpored,
topologija,
omogoča analizo in sintezo s stališča vgrajenosti v okolje,
prostorskih omejitev, estetskih zahtev itd.
Fotografija sistema treh posod
Predstavitev tehničnih procesov
Tehnična risba
poleg informacije o grafični podobi in dimenzijah tudi
informacija o zgradbi in konstrukcijskih podrobnostih
procesa,
resnično razmerje dimenzij.
Del tehnične risbe
Predstavitev tehničnih procesov
Besedni opis
omogoča predstavitev procesa z različnih vidikov,
opis fizičnega izgleda procesa, povezav njegovih sestavnih
delov, mehanizma delovanja itd.
Sistem treh posod je laboratorijska naprava,
naprava, ki je sestavljena iz
rezervoarjev R1, R2 in R3 ter večjega rezervoarja R0.
Medsebojno so povezani s cevnimi povezavami.
povezavami. Na povezavi med
R0 in R1 sta vgrajena črpalka P1, opremljena z merilnikom
diferencialnega tlaka DPT1, in merilnik pretoka FT1. Podobno sta
na povezavi med R0 in R3 črpalka P2 z merilnikom DPT2 in
merilnik pretoka FT2. Na cevnih povezavah je vgrajenih še več
ventilov,
ventilov, ki omogočajo rekonfiguracijo naprave in simulacijo
napak na cevnih povezavah.
povezavah. Povezavi med R1 in R2 ter med R2 in
R3 lahko prekinemo z dvopoložajnima ventiloma V1 oz. V2.
Zvezno nastavljivi ventil V5 je vgrajen med R0 in vmesno točko
povezave R0R0-R3 med črpalko P2 in merilnikom pretoka FT2. Na
ceveh med R1 in R0 ter med R0 in R2 sta ročna ventila V3 oz. V4.
Rezervoarji R1, R2 in R3 so opremljeni z merilniki nivojev
tekočine h1, h2 in h3.
Opis sistema treh
posod
Predstavitev tehničnih procesov
Procesna shema
potrebno se je držati standardov in priporočil z danega
področja,
oznake posameznih procesnih elementov povedo, kakšna je
njihova vloga.
R1
R0
h1
R2
LT
1
h2
V1
P1
V3
V4
V5
P2
R3
LT
2
LT
3
h3
V2
Procesna shema
sistema treh posod
Predstavitev tehničnih procesov
Matematični model
1
h&1 =
k1F (h1stat (ω1 ) − h1 ) + k2 F h1stat (ω1 ) − h1 − kV 1 ρg ( h1 − h2 )
A1
(
1
&
h2 =
kV 1 ρg (h1 − h2 ) + kV 2 ρg ( h3 − h2 ) − kV 4 ρgh2
A2
(
)
)
1
h&3 =
f1F ( s5 )(h3 stat ( s5 ) − h3 ) + f 2 F ( s5 ) h3 stat ( s5 ) − h3 − kV 2 ρg (h3 − h2 )
A3
(
Matematični model sistema treh posod
)
Predstavitev tehničnih procesov
Bločni diagram
Φ1
+
1
A1
h&1
∫ dt
h1
_
Kv12
Bločni diagram dela sistema treh posod
h2
Predstavitev tehničnih procesov
Diagram prehajanja stanj
opis prehajanja med časovno sledečimi si stopnjami v
postopku izvajanja procesa pri procesih sekvenčne narave.
dodajanje
vode
dodajanje
praška
namakanje
segrevanje
izčrpavanje
vode
ustavitev
centrifugiranje
izpiranje
pranje
Diagram prehajanja stanj za proces pranja perila
Predstavitev tehničnih procesov
Primeri
Diagram prehajanja stanj za semafor
zelena
oranžna
rdeča