Αυτοματισμός και έλεγχος

Ποιος πατάει τον διακόπτη;

Η συρόμενη πόρτα του σούπερ μάρκετ ανοίγει πριν την αγγίξεις. Τα φώτα της σκάλας σβήνουν μόνα τους. Το ψυγείο ξεκινά και σταματά χωρίς να του το πει κανείς, και το αυτόματο πότισμα στον κήπο του σχολείου ανοίγει νύχτα, όταν δεν είναι κανείς εκεί.

Σε όλα αυτά κάποιος πατάει τον διακόπτη, αλλά δεν είναι άνθρωπος. Είναι ένα σύστημα αυτοματισμού: μια μηχανή που μετράει, αποφασίζει και ενεργεί μόνη της.

Τρία μέρη: αισθητήρας, ελεγκτής, ενεργοποιητής

Κάθε αυτοματισμός, από το καζανάκι ως τον αυτόματο πιλότο ενός αεροπλάνου, έχει τρία μέρη:

Η αλυσίδα είναι πάντα η ίδια: μέτρηση → απόφαση → ενέργεια. Ο αισθητήρας είναι τα «μάτια», ο ελεγκτής το «μυαλό», ο ενεργοποιητής τα «χέρια».

Μάτια, μυαλό ή χέρια;

Βάλε κάθε εξάρτημα στη θέση που έχει μέσα σε ένα σύστημα αυτοματισμού.

Τι ρόλο παίζει;

Μικροελεγκτής Arduino

ΑισθητήραςΕλεγκτήςΕνεργοποιητής

0 / 9

Ποιον αισθητήρα διαλέγεις

Ο αισθητήρας είναι συχνά η πιο δύσκολη επιλογή. Αν μετράς το λάθος πράγμα, ο ελεγκτής θα παίρνει τέλειες αποφάσεις για το λάθος πρόβλημα. Ένα πότισμα που ανοίγει «επειδή είναι 6 το πρωί» θα ποτίσει και μέσα στη βροχή· ένα που ανοίγει «επειδή το χώμα είναι ξερό» όχι.

Ποιος αισθητήρας κάνει γι' αυτή τη δουλειά;

Διάλεξε ένα πρόβλημα και μετά έναν αισθητήρα. Ρώτα: τι ακριβώς πρέπει να μετρηθεί για να παρθεί η απόφαση;

Το πρόβλημα

Τα φώτα του δρόμου να ανάβουν όταν σκοτεινιάζειΤο φως της σκάλας να ανάβει όταν μπαίνει κάποιοςΤο πότισμα του κήπου να ανοίγει μόνο όταν χρειάζεταιΗ αντλία να σταματά πριν ξεχειλίσει η δεξαμενή στην ταράτσα

Ποιος αισθητήρας;

Φωτοαντίσταση (LDR)Αισθητήρας κίνησης (PIR)Αισθητήρας υγρασίας εδάφουςΦλοτέρ (διακόπτης στάθμης)

Ποιος αισθητήρας;

Ανοιχτός και κλειστός βρόχος, ξανά

Στην Α΄ Γυμνασίου είδες τη διαφορά. Εδώ τη βλέπουμε με τα τρία μέρη:

• Ανοιχτός βρόχος: ο ελεγκτής δίνει εντολή χωρίς να μετράει το αποτέλεσμα. Ένα φανάρι με σταθερούς χρόνους αλλάζει κάθε $40$ δευτερόλεπτα, είτε περιμένουν δέκα αυτοκίνητα είτε κανένα. Ένας χρονοδιακόπτης ανοίγει το πότισμα στις 6, με ή χωρίς βροχή. Ο αισθητήρας, αν υπάρχει, είναι μόνο ένα ρολόι.
• Κλειστός βρόχος: ο αισθητήρας μετράει το ίδιο το αποτέλεσμα, και ο ελεγκτής διορθώνει. Ο θερμοστάτης μετράει τη θερμοκρασία του δωματίου που ζεσταίνει το ίδιο το καλοριφέρ. Αυτή η επιστροφή της πληροφορίας λέγεται ανατροφοδότηση.

Ο ανοιχτός βρόχος είναι φθηνότερος και απλούστερος, και φτάνει όταν οι συνθήκες δεν αλλάζουν πολύ. Ο κλειστός χρειάζεται όταν οι συνθήκες αλλάζουν ή όταν ένα λάθος κοστίζει: ένα ασανσέρ πρέπει να σταματά ακριβώς στον όροφο, όσο βαρύ κι αν είναι το φορτίο.

Οι κανόνες του ελεγκτή

Ο ελεγκτής έχει μια επιθυμητή τιμή (set point): τη θερμοκρασία, τη στάθμη ή τη φωτεινότητα που θέλουμε. Ο πιο απλός ελεγκτής είναι ο δίτιμος (on-off): ο ενεργοποιητής είναι ή τελείως αναμμένος ή τελείως σβηστός. Σε έναν μικροελεγκτή οι κανόνες γράφονται σχεδόν όπως τους λες:

αν θερμοκρασία < 19 °C  →  άναψε το καλοριφέρ
αν θερμοκρασία > 21 °C  →  σβήσε το καλοριφέρ
αλλιώς                  →  άφησέ το όπως είναι

Γιατί δύο αριθμοί και όχι ένας; Αν ο κανόνας ήταν «κάτω από $20$ άναψε, πάνω από $20$ σβήσε», η θερμοκρασία θα έπαιζε γύρω από το $20$ και ο ελεγκτής θα άναβε και θα έσβηνε το καλοριφέρ κάθε λίγα δευτερόλεπτα. Ο ενεργοποιητής θα φθειρόταν γρήγορα: ένα ρελέ ή ένας συμπιεστής ψυγείου δεν είναι φτιαγμένα να ξεκινούν εκατό φορές την ώρα.

Το κενό ανάμεσα στους δύο αριθμούς ($19$ ως $21$ °C) λέγεται ζώνη υστέρησης. Μέσα σε αυτήν ο ελεγκτής δεν αλλάζει τίποτα· θυμάται απλώς τι έκανε τελευταία φορά.

Ας το κάνουμε μαζί

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση