מערכות ניטור ושליטה
הוצג| English | משמעות |
|---|---|
| preset value/ˈpriːset ˈvæljuː/ | ערך ברירת מחדל |
| actuator/ˈæktʃuːeɪtə/ | מעביר פעולה (Actuator) |
| monitoring/ˈmɒnɪtərɪŋ/ | ניטור |
| sensors/ˈsensəz/ | חיישנים |
| control system/kənˈtrəʊl ˈsɪstəm/ | מערכת בקרה |
| feedback/ˈfiːdbæk/ | משוב |
| thermistor/ˈθɜːmɪstə/ | תרמיסטור |
| ADC/ˌeɪ diː ˈsiː/ | ממיר אנלוג-דיגיטלי |
| feedback loop/ˈfiːdbæk luːp/ | לולאת משוב |
המורה שהתעייף מהפרעות
- בשנת 1883, וורן ג'ונסון, מורה באוניברסיטה בוויסקונסין, התעצב מנציב שנכנס לכיתה שלו לבדוק את חימום.
- הוא בנה מכשיר עם רצועה משני מתכות שכיפה כאשר החדר התחמם והתקרר. בטמפרטורה קבועה הוא סגר מעגל ופעמון בחדר הדודים.
- חיישן, ערך מוגדר מראש, אות לאדם הפועל, וחלל שנמדד שוב לאחר מכן: מעגל הבקרה האוטומטי הראשון במבנה.
- היום המעגל הוא מעבד וחיישן במקום הנציב, אך החלקים זהים.
ניטור ובקרה
- שני סוגי המערכות קוראים חיישנים. ההבדל הוא מה שקורה לאחר מכן.
- מערכת ניטור אוספת, מקליטה או מציגה קריאות ואינה נוקטת בפעולה, על פי שתיתכן ותעלה אזהרה: תחנת מזג אוויר, ניטור חולים שמפיק צלילים.
- מערכת בקרה משווה כל קריאה לערך מוגדר מראש ואם היא מחוץ לטווח, שולחת אותות למערכות הפעלה שמשנות את התהליך הפיזי: תרמוסטט מפעיל דוד.
ניטור מדווח; בקרה פועלת ומודדת שוב
ההבדל המרכזי בין מערכת ניטור למערכת בקרה הוא שמערכת בקרה:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
שתי מערכות קוראות מחיישנים, אך מערכת בקרה משתמשת בנתונים לפעולה (באמצעות מערכי ביצוע), בעוד ניטור רק אוסף ודוח.
מערכת ניטור טהורה מבצע פעולה באמצעות מערכי ביצוע כדי לשנות את הסביבה שלה.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
ניטור רק אוסף ודוח נתונים — אינו פועל. פעולה באמצעות מערכי ביצוע היא מה הופך את המערכת למערכת בקרה.
דוגמה פתורה: 'הסבר ההבדלים' בעל 3 נקודות
- מערכת ניטור רק מודדת, מקליטה או מציגה קריאות, ולרוב מניעה אזהרה.
- מערכת בקרה משווה כל קריאה לערך מוגדר מראש ואם היא מחוץ לטווח, שולחת אותות למערכות הפעלה שמשנות את התהליך.
- השינוי מודד שוב, ולכן מערכת בקרה מכילה משוב ומערכת ניטור אינה מכילה.
- שלוש נקודות, שלוש נקודות. המבחן לכל מערכת הוא הנקודה השנייה: האם היא פועלת לפי הקריאה?
מערכת בקרה משווה כל קריאת חיישן לערך ____ ומפעילה פעולה רק אם הקריאה מחוץ לטווח.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
ההשוואה עם ערך קבוע מראש מאוחסן היא הסימן המבדיל בין מערכת בקרה לבין התקן שמגיב רק.
חיישנים
- חיישן ממיר גודל פיזיקלי לאות חשמלי: טמפרטורה (תרמיסטור או זוג תרמו-חשמלי), לחץ (גשר מדידה), אינפרא אדום, קול, אור, לחות.
- רוב אותות החיישנים הם אנלוגיים, ולכן ממיר אנלוגי-דיגיטלי (ADC) ממיר אותם לביןרי לפני שהמעבד יכול להשוות אותם לכל דבר.
- קראו את שם החיישן עבור הגודל: "חיישן טמפרטורה" הוא תשובה סבירה, "תרמיסטור" היא טובה יותר.
תרמיסטור: ההתנגדות שלו משתנה עם הטמפרטורה
חיישן:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
חיישן מודד את הסביבה ומפיק אות. מערך עושה את ההפך — הוא ממיר אות לפעולה.
מערכבי פעולה
- מערכב פעולה עושה את הפעולה ההפוכה מחיישן: הוא ממיר אות מהמעבד לפעולה פיזיקלית.
- מנועים פותחים דלתות ושסתומים, מחממים ומקררים משנים טמפרטורה, משאבות מזיזות מים, צופר או נורת אזהרה מזהירים אדם.
- יציאת המעבד היא דיגיטלית; כאשר למערכב הפעולה יש צורך באות משתנה, DAC ממיר אותו תחילה.
מנוע: מערכב פעולה שממיר אות לתנועה
התאם כל מכשיר אם הוא חיישן (קלט) או מערך (יציאה).
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
חיישן ממיר גודל פיזיקלי למותח חשמלי; מערך ממיר אות לפעולה פיזית.
איזה מהנפוצים הוא מערך?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
מפעיל מבצע פעולה (מנוע, שסתום, מחמם, צפירה). האחרים הם חיישנים/כניסות.
לולאת הבקרה
- החיישן מדוד. ה-ADC ממיר הקריאה לדיגיטל. המעבד משווה אות לערך הקבוע מראש.
- אם הקריאה מחוץ לטווח, המעבד שולח אות למערכב פעולה, שמשנה את התהליך.
- החיישן מדוד שוב, והלולאה חוזרת על עצמה. מדידה חוזרת זו לאחר כל פעולה היא לולאת המשוב.
לולאת הפידבק בשליטה
הקישור בסביבת הלולאה הוא תרמוסטט או טייוס אוטומטי. מערכת שליטה לא רק קוראת את העולם — היא פועלת, ואז מודדת מחדש, ומתקנת את עצמה שוב ושוב.
סדרו את שלבי מעבר אחד סביב לולאת בקרה.
Difficulty 3/5 · 200 coins + a small bonus on first completion today
מדידה, ממיר, השוואה, פעולה, מדידה שוב. השלב האחרון הוא מה שהופך זאת למשוב.
דוגמה מפורטת: הדלת האוטומטית
- תארו כיצד מערכת פותחת דלת כאשר אדם נמצא בתוך 2 מטרים וסוגרת אותה כאשר אין אף אחד.
- חיישן אינפרא אדום או אולטרסוניקמדוד את המרחק לכל חפץ הנמצא מול הדלת. ה-ADC ממיר את הקריאה האנלוגית ושולח אות למעבד.
- המעבד משווה את המרחק ל-2 המטרים הקבועים מראש. אם הוא קטן יותר, הוא שולח אות למערכב הפעולה, מנוע, לפתיחת הדלת.
- החיישן ממשיך למדוד. כאשר אינו מתקבל קריאה מתחת ל-2 מטרים, המעבד שולח אות למנוע לסגור את הדלת. המדידה החוזרת היא המשוב.
איזה מאלו שייך למערכת הדלת האוטומטית? בחרו כולם שמתאימים.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
חיישן, ממיר, ערך השוואה ומפעיל הם החלקים העובדים. מדפסת תהיה מותקנת כחלק ממערכת ניטור; היא אינה חלק מפתיחת הדלת.
דוגמה פתורה: חממה
- לשמור על טמפרטורת החממה בין 20 °C ל-26 °C. תרמיסטור קורא את הטמפרטורה; ה-MDA (ממיר אנלוגי-דיגיטלי) דיגיטליזציה אותה; המעבד משווה אותה לשתי הגבולות הקבועים מראש.
- מתחת ל-20 °C: אות למפעיל החום מפעיל אותו. מעל 26 °C: אות למנוע פותח את הפתח ומכבה את החום.
- בתוך הטווח: אין פעולה, אך עדיין נעשית המדידה. אז הלולאה חוזרת.
- לכל תשובת מערכת בקרה ישנם חמישה חלקים אלו: חיישן, MDA, השוואה עם ערך קבוע מראש, מפעיל, ומדידה חוזרת.
מדוע משוב חשוב
- ללא משוב המערכת לא יכולה לדעת האם הפעולה שלה הובילה להצלחה, ולכן לא יכולה לתקן את עצמה או לדעת מתי לעצור. חימום ללא משוב טמפרטורה מחמם לנצח.
- משוב מאפשר גם למערכת להגיב לשינויים בעולם שמגיעים ממנה: דלת שנפתחה ביד, ענן מעל החממה.
- למערכת ניטור אין משוב כי היא לא משנה כלום. היא יכולה רק לדווח או להזהיר.
למה משוב הכרחי במערכת בקרה?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
משוב סוגר את הלולאה: המעביר משנה את הסביבה, החיישנים מודדים אותה מחדש, והמערכת מתכווננת — למשל, תרמוסטט מפסיק לחמם ברגע שהיעד הושג.
התאם כל מערכת לסוג שלה.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
הפעלת אזעקה עדיין נחשבת לדיווח. רק מערכת המשנה תהליך פיזי באמצעות מעביר נחשבת לשליטה.
סימונים נופלים מהיד
- למערכת ניטור אינה שימוש במפעילים. אם התשובה שלך כוללת תחנת ראייה שמפעילה משהו, היא הפכה למערכת בקרה.
- אותות החיישנים הם אנלוגיים. ציין שה-MDA ממיר אותם לפני שהמעבד משווה.
- ההשוואה היא עם ערך קבוע מראש. "המעבד מחליט" אינו נקודה; "משווה את הקריאה ל-2 מטרים הארוכים" כן.
- ציין שהלולאה חוזרת. נקודת המשוב היא זו שניכרת הכי הרבה.
הבנתך מושלמת
- ניטור = לקרוא חיישנים, להקליט או להציג, לחשוב להזהיר; בקרה = להשוות עם ערך קבוע מראש, לפעול באמצעות מפעילים, למדוד שוב
- חיישן הופך גודל פיזיקלי לאות, דרך MDA; מפעיל הופך אות לפעולה
- הלולאה: חיישן → MDA → השוואה → מפעיל → מדידה שוב; החזרה היא משוב
- תאר כל מערכת בקרה עם חמישת החלקים האלו, בסדר זה