Friday 5 June 2020

Star InactiveStar InactiveStar InactiveStar InactiveStar Inactive
 

Συστήματα και Τεχνολογία Ελέγχου

 

 

Συστήματα και Τεχνολογία Ελέγχου

Η τεχνολογία ελέγχου όπως και άλλοι τεχνολογικοί τομείς άλλαξαν κυριολεκτικά τη ζωή μας. Εντούτοις, πολλές φορές θεωρούμε δεδομένες κάποιες ευκολίες που μας προσφέρει η τεχνολογία ελέγχου, με αποτέλεσμα να την παραβλέπουμε ή να την προσπερνούμε. Φανταστείτε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα φωτισμού χωρίς διακόπτη. Η λάμπα θα άναβε συνέχεια, κάτι το οποίο θα ήταν αδιανόητο. Έναν ηλεκτρικό θερμοσίφωνα που δεν θα σταματούσε να ζεσταίνει το νερό στο δοχείο ζεστού νερού του σπιτιού σας. Θα υπήρχε μεγάλος κίνδυνος έκρηξης.

Σήμερα, η τεχνολογία ελέγχου βρίσκει ολοένα και περισσότερες εφαρμογές.

Στα μεγάλα αεροδρόμια στα οποία διακινούνται καθημερινά δεκάδες χιλιάδες επιβάτες, έχουν εγκατασταθεί πολύπλοκα συστήματα διαχείρισης των αποσκευών των επιβατών. Χιλιάδες αποσκευές μεταφέρονται αυτόματα από τον χώρο παράδοσής τους στα τερματικά, στα οποία είναι σταθμευμένα τα αεροπλάνα και αντίστροφα, με μηδαμινά ποσοστά σφάλματος.

 

Μη επανδρωμένα αεροσκάφη (drones) στα οποία οι χειριστές τους δεν χρειάζεται να επιβαίνουν σε αυτά, αλλά τα οδηγούν (τηλεχειρίζονται) από επίγειους σταθμούς που βρίσκονται μέχρι και χιλιάδες χιλιόμετρα μακριά, μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε στρατιωτικές επιχειρήσεις και για μεταφορά εμπορευμάτων.

 

Ρομποτικά μηχανήματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για καθάρισμα δαπέδων οικιών, για κούρεμα γρασιδιού και για αυτόματο τάισμα ζώων σε φάρμες.

 

4.2 Συστήματα ελέγχου

Ένα σύστημα, με την ευρύτερη του έννοια, είναι το σύνολο διαφόρων στοιχείων που το αποτελούν και που το καθένα από αυτά αλληλοεπιδρά με τουλάχιστον ακόμα ένα στοιχείο του συστήματος, για να δημιουργήσουν το επιθυμητό αποτέλεσμα. Ένα σύστημα ονομάζεται αυτόματο όταν δεν απαιτείται η ανθρώπινη παρέμβαση για τη λειτουργία του (εκτός από την ενεργοποίησή του).

Μπορούμε να μελετήσουμε με ευκολία τα διάφορα συστήματα, αν τα χωρίσουμε σε τρία βασικά μέρη δόμησης:

την είσοδο, την επεξεργασία η οποία στα συστήματα ελέγχου χωρίζεται στον ελεγκτή και στο ελεγχόμενο σύστημα και την έξοδο.

 

Παράδειγμα

Σε αρκετούς χώρους στάθμευσης υπάρχουν αυτόματα συστήματα, τα οποία ελέγχουν τη δοκό στην είσοδο του χώρου.

Το σήμα από το τηλεχειριστήριο (είσοδος) δίνει την κατάλληλη πληροφόρηση στη μονάδα ελέγχου του συστήματος (ελεγκτής) και αυτή με τη σειρά της δίνει εντολή στον κινητήρα (ελεγχόμενο σύστημα) να ανυψώσει τη δοκό ή να την κατεβάσει (έξοδος), ανάλογα με τη φορά που περιστρέφεται ο κινητήρας.

4.3 Συστήματα ανοιχτού και κλειστού βρόχου

Σε όλα τα αυτοκίνητα οι υαλοκαθαριστήρες χρησιμοποιούνται, κυρίως, για να απομακρύνουν τα νερά της βροχής από τον ανεμοθώρακα, κάνοντας έτσι την οδήγηση του αυτοκινήτου πιο ασφαλή.

Στα πιο παλιά αυτοκίνητα ο έλεγχος της λειτουργίας των υαλοκαθαριστήρων ήταν χειροκίνητος. Το ίδιο συμβαίνει και σε αρκετά σύγχρονα αυτοκίνητα, στα οποία ο οδηγός, όταν βρέχει, θέτει ο ίδιος σε λειτουργία τους υαλοκαθαριστήρες του ανεμοθώρακα, πιέζοντας τον κατάλληλο διακόπτη. Οι υαλοκαθαριστήρες παραμένουν σε λειτουργία - ανεξάρτητα του αν βρέχει ή όχι - μέχρις ότου τους απενεργοποιήσει ο οδηγός. Η ταχύτητα με την οποία κινούνται οι υαλοκαθαριστήρες ελέγχεται και αυτή από τον οδηγό, αφού ο ίδιος αποφασίζει αν θα την αυξήσει ή θα τη μειώσει ανάλογα με την ένταση της βροχής.

Το μπλοκ διάγραμμα δόμησης αυτού του συστήματος μπορεί να παρουσιαστεί ως :

 

 

Ένα τέτοιο σύστημα όπως το πιο πάνω χαρακτηρίζεται ως ένα σύστημα ανοικτού βρόχου. Σε αυτά τα συστήματα ο ελεγκτής λαμβάνει μόνο τις αρχικές οδηγίες και αγνοεί το αποτέλεσμα στην έξοδο του συστήματος.

 

Αρκετά (σύγχρονα) αυτοκίνητα, εκτός από τον χειροκίνητο έλεγχο των υαλοκαθαριστήρων, διαθέτουν αυτόματη λειτουργία (auto mode), μέσω της οποίας οι υαλοκαθαριστήρες τίθενται σε λειτουργία μόλις αρχίσει να βρέχει.

Σε ένα τέτοιο σύστημα υπάρχει ένας αισθητήρας, ο οποίος τοποθετείται, συνήθως, στην εσωτερική πλευρά του ανεμοθώρακα, πίσω από το καθρεφτάκι, σε σημείο που καλύπτεται από τους υαλοκαθαριστήρες όταν αυτοί κινούνται. Ο αισθητήρας αυτός όχι μόνο ανιχνεύει την ύπαρξη βροχής αλλά αναγνωρίζει και την έντασή της.

Έτσι, όταν ο οδηγός ενεργοποιήσει την αυτόματη λειτουργία, οι υαλοκαθαριστήρες τίθενται αυτόματα σε λειτουργία όταν αρχίσει να βρέχει, αυξομειώνεται η ταχύτητά τους ανάλογα με την ένταση της βροχής και σταματούν να λειτουργούν όταν δεν υπάρχει νερό (υγρασία) στον ανεμοθώρακα.

Το μπλοκ διάγραμμα δόμησης αυτού του συστήματος μπορεί να παρουσιαστεί ως:

 

Ένα τέτοιο σύστημα όπως το πιο πάνω χαρακτηρίζεται ως ένα σύστημα κλειστού βρόχου. Σε αυτά τα συστήματα υπάρχει συνεχής πληροφόρηση - ανατροφοδότηση - του ελεγκτή για την κατάσταση της εξόδου. Ο ελεγκτής συγκρίνει τις πληροφορίες αυτές με το επιθυμητό αποτέλεσμα και προσαρμόζει ανάλογα τις οδηγίες που δίνει στο ελεγχόμενο σύστημα, ώστε να επιτευχθεί τελικά το επιθυμητό αποτέλεσμα. Το σύστημα με αυτό τον τρόπο γίνεται πιο ευφυές και η αποτελεσματικότητά του εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ποιότητα και την αποτελεσματικότητα των αισθητήρων του.

 

 

Παραδείγματα απλών συστημάτων αυτόματου ελέγχου (κλειστού βρόχου)

Σε έναν χώρο παραγωγής τροφίμων που υπάρχουν φούρνοι ψησίματος, η θερμοκρασία αυξάνεται συχνά πάνω από ένα προκαθορισμένο όριο, με αποτέλεσμα να δημιουργείται δυσφορία στους εργαζομένους.

Στον ίδιο χώρο υπάρχει εξαεριστήρας με ηλεκτρικό κινητήρα (μοτέρ), ο οποίος όταν τίθεται σε λειτουργία απομακρύνει τον θερμό αέρα από το δωμάτιο, με αποτέλεσμα η θερμοκρασία του δωματίου να μειώνεται.

Η θερμοκρασία του δωματίου μπορεί να ελέγχεται μέσω ενός θερμοστάτη. Οι θερμοστάτες είναι συσκευές που μπορούν να ρυθμιστούν, έτσι ώστε να κάνουν μία ενέργεια (π.χ. να στέλνουν ένα ηλεκτρικό σήμα) όταν η θερμοκρασία του περιβάλλοντός τους ξεπεράσει τη θερμοκρασία της ρύθμισης. Στην πιο απλή του μορφή ένας θερμοστάτης μπορεί να είναι πολύ απλά ένας αισθητήρας θερμότητας, του οποίου ο προκαθορισμός της επιθυμητής θερμοκρασίας γίνεται με την αντίστοιχη ρύθμιση του μεταβλητού αντιστάτη.

Σχηματικά το μπλοκ διάγραμμα ενός τέτοιου συστήματος θα ήταν:

 

Το λογικό διάγραμμα της λειτουργίας του φαίνεται πιο κάτω:

Αν στο πιο πάνω σύστημα ελέγχου θέλουμε, επιπρόσθετα, οι εργαζόμενοι να ξεκινούν και οι ίδιοι τον εξαερισμό όποτε κρίνουν αναγκαίο μέσω ενός διακόπτη (η δυνατότητα αυτόματης ενεργοποίησης να παραμείνει), τότε το σύστημα μπορεί να έχει αυτό το λογικό διάγραμμα:

Τα συστήματα αυτόματου ελέγχου δεν είναι πάντα ηλεκτρικά ή ηλεκτρονικά. Στο σπίτι μας έχουμε αυτόματα συστήματα που είναι πλήρως μηχανικά, όπως στο παράδειγμα πιο κάτω (σχήμα 4/14) που αναφέρεται στην πλήρωση (γέμισμα) του ντεπόζιτου νερού που υπάρχει σχεδόν σε κάθε σπίτι. Ο ελεγκτής, στην περίπτωση αυτή, είναι ένας διακόπτης ροής, ο οποίος κάνει ακριβώς την ίδια δουλειά που θα έκανε μία χειροκίνητη βρύση. Ο ενεργοποιητής1 του διακόπτη ροής είναι ένας μοχλός που με την κίνησή του προς τα πάνω διακόπτει τη ροή και προς τα κάτω επιτρέπει τη ροή του νερού. Στην άκρη του μοχλού αυτού είναι στερεωμένος ένας πλωτήρας (φούσκα) που, λόγω της άνωσης, είναι πάντα μισοβυθισμένος στην επιφά-

νεια του νερού. Με αυτόν τον τρόπο ο πλωτήρας λειτουργεί ως ο αισθητήρας του συστήματος για το ύψος της στάθμης του νερού και μπορεί να αξιοποιηθεί μέσω του μοχλού από τον ελεγκτή (διακόπτης ροής) για τη σωστή λειτουργία του συστήματος.

 

4.4 Εφαρμογές – προσομοιώσεις λογισμικού

4.4.1 Δισκοθήκη

(Από τη γραμμή μενού του λογισμικού εξομοίωσης, να ανοίξετε το διαδραστικό παράθυρο με τη Δισκοθήκη ‘‘Disco’’ επιλέγοντας:

Simulation Soft Systems Disco).

Στη διπλανή εικόνα φαίνεται το σύστημα ελέγχου του φωτισμού μίας δισκοθήκης, το οποίο

έχει προγραμματιστεί να λειτουργεί ως εξής:

Αν πιεστεί ο διακόπτης 1, τότε ανάβουν όλοι οι λαμπτήρες (εντολή Lighting 1)

Αν πιεστεί ο διακόπτης 2, τότε ανάβουν οι λαμπτήρες 1*, 3, 5 και 7* (εντολή Lighting 2)

Αν πιεστεί ο διακόπτης 3, τότε ανάβουν οι λαμπτήρες 2*, 4, 6 και 8* (εντολή Lighting 3)

* Ανάβουν και ο εσωτερικός και ο εξωτερικός λαμπτήρας.

Στον πιο κάτω πίνακα περιγράφεται η προτεινόμενη ονομασία των εισόδων και εξόδων, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προγραμματισμό στο λογισμικό που θα χρησιμοποιήσετε.

 

Το λογικό διάγραμμα που φαίνεται στο διπλανό σχήμα ετοιμάστηκε για να ελέγχει τον φωτισμό της δισκοθήκης. Να το τρέξετε στον ηλεκτρονικό υπολογιστή.

 

4.4.2 Στοιχειωμένο σπίτι

(Από τη γραμμή μενού του λογισμικού εξομοίωσης, να ανοίξετε το διαδραστικό παράθυρο με το στοιχειωμένο σπίτι “Haunted house”,επιλέγοντας: Simulation Soft Systems Haunted house).

Όταν κάποιος προσπαθήσει να επισκεφθεί το σπίτι της διπλανής εικόνας, θα βρεθεί αντιμέτωπος με τέρατα, όπως φαντάσματα, σκελετούς, νυχτερίδες και αράχνες, τα οποία έχουν σκοπό να τον εκφοβίσουν.

Στον πιο κάτω πίνακα περιγράφεται η προτεινόμενη ονομασία των εισόδων και εξόδων, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προγραμματισμό στο λογισμικό που θα χρησιμοποιήσετε.

 

To λογικό διάγραμμα που φαίνεται στο πιο κάτω σχήμα ετοιμάστηκε για να λειτουργεί το στοιχειωμένο σπίτι.

 

α) Να αναφέρετε το είδος των εντολών «1» και «2» του πιο πάνω λογικού διαγράμματος.

β) Να περιγράψετε με λίγα λόγια τη λειτουργία του πιο πάνω λογικού διαγράμματος.

γ) Χρησιμοποιώντας εντολές του λογισμικού, να συμπληρώσετε το πιο κάτω διάγραμμα ροής το οποίο να προσομοιώνει το στοιχειωμένο σπίτι ως εξής:

Αν πατήσει το χαλί (διακόπτης μεμβράνης) 1, τότε εμφανίζεται η αράχνη για τέσσερα δευτερόλεπτα και μετά εξαφανίζεται. Αμέσως μετά, εμφανίζεται η νυχτερίδα, η οποία παραμένει και αυτή για τέσσερα δευτερόλεπτα και στη συνεχεία εξαφανίζεται.

Αν πατήσει το χαλί (διακόπτης μεμβράνης) 2, τότε εμφανίζεται πρώτα ο σκελετός και μετά από πάροδο οκτώ δευτερολέπτων εμφανίζεται και το φάντασμα. Μετά από δέκα δευτερόλεπτα εξαφανίζονται και τα δύο μαζί ταυτόχρονα.

Τα πιο πάνω επαναλαμβάνονται όποτε ο επισκέπτης πατήσει κάποιο από τα δύο χαλιά στην είσοδο.

 

4.4.3 Σύστημα ασφάλειας οικίας

(Από τη γραμμή μενού του λογισμικού εξομοίωσης, να ανοίξετε το διαδραστικό παράθυρο με το σύστημα ασφάλειας οικίας “Home security”, επιλέγοντας: Simulation Soft Systems

Home security).

Στην οικία που φαίνεται στη διπλανή εικόνα έχει εγκατασταθεί σύστημα συναγερμού, το οποίο ελέγχει κατά πόσο έχει παραβιαστεί η πόρτα ή κάποιο από τα παράθυρα του ισογείου.

 

Το σύστημα λειτουργεί ως εξής:

Όταν παραβιαστεί η πόρτα ή κάποιο από τα παράθυρα, τότε ηχεί με διακοπτόμενο ήχο ο συναγερμός (τρία δευτερόλεπτα ηχεί και τρία όχι).

Για την απενεργοποίηση του συναγερμού ο ιδιοκτήτης πρέπει να πιέσει τον (μυστικό) διακόπτη «Reset».

Στον πιο κάτω πίνακα περιγράφεται η προτεινόμενη ονομασία των εισόδων και εξόδων, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προγραμματισμό στο λογισμικό που θα χρησιμοποιήσετε.

 

Χρησιμοποιώντας εντολές του λογισμικού, να συμπληρώσετε το πιο κάτω διάγραμμα ροής, το οποίο θα προσομοιώνει το σύστημα συναγερμού.

4.4.4 Θερμοκήπιο

(Από τη γραμμή μενού του λογισμικού εξομοίωσης, να ανοίξετε το διαδραστικό παράθυρο με το θερμοκήπιο “Greenhouse”, επιλέγοντας: Simulation Soft Systems

Greenhouse).

Στο θερμοκήπιο που βλέπετε στη διπλανή εικόνα έχει εγκατασταθεί ένα σύστημα ψύξης (ανεμιστήρας)/θέρμανσης, για να διατηρεί τη θερμοκρασία στον χώρο μέσα σε πλαίσια που δεν επηρεάζουν τα φυτά. Ο ανεμιστήρας ξεκινά να λειτουργεί όταν τη μέρα η θερμοκρασία ξεπεράσει τους 15ο C (A0 > 15) και σταματά αυτόματα όταν η θερμοκρασία είναι μικρότερη από 13ο C (A0 < 13).

Το σύστημα θέρμανσης ξεκινά να λειτουργεί όταν το βράδυ η θερμοκρασία στον χώρο είναι κάτω από 5ο C (A0 < 5) και σταματά όταν η θερμοκρασία ξεπεράσει τους 10ο C (A0 > 10).

Στον πιο κάτω πίνακα περιγράφεται η προτεινόμενη ονομασία των εισόδων και εξόδων, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προγραμματισμό στο λογισμικό που θα χρησιμοποιήσετε.

 

α) Ποια εντολή του λογισμικού θα χρησιμοποιήσετε για να ανιχνεύετε τη μεταβολή της θερμοκρασίας και ποια για να λειτουργεί ο ανεμιστήρας;

β) Χρησιμοποιώντας εντολές του λογισμικού, να συμπληρώσετε το πιο κάτω διάγραμμα ροής, το οποίο θα προσομοιώνει το σύστημα θέρμανσης/ψύξης του θερμοκηπίου.


4.5 Ασκήσεις:

1. Να αναφέρετε μία εφαρμογή της τεχνολογίας ελέγχου.

2. Πότε ένα Σύστημα Ελέγχου μπορεί να χαρακτηριστεί ως αυτόματο;

3. Να αντιστοιχίσετε με βέλη τις λέξεις/φράσεις στις δύο στήλες που ακολουθούν:

Αισθητήρες

Ροή πληροφόρησης για το τι συμβαίνει στην έξοδο του συστήματος

Ανατροφοδότηση

Λήψη αποφάσεων που αφορούν στη λειτουργία του συστήματος

Ελεγκτής

Λήψη πληροφοριών από το περιβάλλον του συστήματος

4. Να εξηγήσετε ποια είναι η διαφορά μεταξύ των συστημάτων ανοικτού βρόχου και των συστημάτων κλειστού βρόχου. Να δώσετε ένα παράδειγμα συστήματος για κάθε μία από τις δύο κατηγορίες.

5. Να σχεδιάσετε το μπλοκ διάγραμμα:

ενός συστήματος ψύξης ενός ψυγείου

ενός αυτόματου συστήματος ποτίσματος φυτών σε κήπο.

6. Πολλοί τουρίστες, που διαμένουν στα ξενοδοχεία της χώρας μας συνηθίζουν, όταν βρίσκονται στο δωμάτιο του ξενοδοχείου τους, να έχουν σε λειτουργία τον κλιματισμό και ταυτόχρονα να αφήνουν την μπαλκονόπορτα ανοικτή. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη σπατάλη ηλεκτρικού ρεύματος, αφού το κλιματιστικό δεν σταματά να λειτουργεί ποτέ.

α) Ποια εντολή του λογισμικού θα χρησιμοποιήσετε για να:

Ι. εντοπίσετε το άνοιγμα/ κλείσιμο της πόρτας

ΙΙ. ανιχνεύσετε τη μεταβολή της θερμοκρασίας

ΙΙΙ. θέσετε σε λειτουργία τον κλιματισμό (μικροκινητήρας)

Να αιτιολογήσετε τις απαντήσεις σας.

β) Να ετοιμάσετε το διάγραμμα ροής που ελέγχει το κλιματιστικό ενός δωματίου ξενοδοχείου και επιτρέπει τη λειτουργία του μόνο όταν είναι ζέστη και είναι κλειστή η μπαλκονόπορτα.

 

 

 

 

Βρίσκεστε :

ΕΥΧΑΡΙΣΤΟΥΜΕ ΤΟΥΣ ΧΟΡΗΓΟΥΣ ΜΑΣ

ΓΕΝΙΚΟΣ ΣΚΟΠΟΣ ΤΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ ΤΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ

  • Γενικός Σκοπός του Μαθήματος (20140)

        Γενικός σκοπός του μαθήματος είναι η παροχή δυνατότητας εμπλοκής των μαθητών/τριών σε μια γενικώς δημιουργική και καινοτόμο διαδικασία μέσα από την οποία θα αποκτήσουν τις απαραίτητες γνώσεις, δεξιότητες και στάσεις, ανεξάρτητα από το φύλο, την καταγωγή και το θρήσκευμα,για να σχεδιάσουν και να...

    Read more: Γενικός...

ΕΙΔΗΣΕΙΣ ΑΠΟ ΤΟΝ ΠΟΛΙΤΗ

ΕΙΔΗΣΕΙΣ ΑΠΟ ΤΗΝ ΚΑΘΗΜΕΡΙΝΗ