Výběr mezi řízením s otevřenou a uzavřenou smyčkou

Výběr mezi řízením s otevřenou a uzavřenou smyčkou

Uzavření řídicí smyčky poskytuje náhled do chování procesu.

Řízení s uzavřenou smyčkou je automatizační metoda, při níž výpočetní zařízení měří určité zájmové podmínky, rozhoduje, zda měření spadá do přijatelného rozsahu, aplikuje korektivní zásah, pokud nespadá, a poté opakuje smyčku měření–rozhodování–zásah, dokud se toho nedosáhne.

 Regulátory s uzavřenou smyčkou se často používají u ohřívačů, čerpadel, ventilů a podobných zařízení pro udržování teplot, tlaků, výšek hladin a průtoků u průmyslových procesů na hodnotách požadovaných pro výrobu produktů té nejvyšší kvality a za co nejnižších nákladů. 

Regulátor s otevřenou smyčkou se také pokouší ovlivnit proces, ale bez ověřování výsledků svých zásahů. Jakýkoli mechanismus, který dokáže vypnout nebo zapnout zařízení, lze považovat za regulátor s otevřenou smyčkou, a to i regulátor s uzavřenou smyčkou, který byl odpojen od svého senzoru. 

Zřejmou výhodou řízení s uzavřenou smyčkou je, že přesně víme, jak proces na zásah regulátoru reagoval. Na druhou stranu pokud není pochyb o tom, co se stane, když se přepne určitý přepínač, pak není nutné „smyčku uzavírat“ měřením. 

Příklad pivovarnického kotle

Například automatizovaný proces vaření piva vyžaduje míchání, takže v určitém okamžiku bude muset řídicí prvek spustit míchací lopatky. Pokud nepočítáme selhání, řídicí prvek může přiměřeně předpokládat, že se lopatky po přijetí příkazu začnou pohybovat, takže nepotřebuje měřit nic, aby určil úspěšnost svého zásahu. Zde stačí řízení s otevřenou smyčkou. 

Avšak ve fázi vaření musí řídicí prvek opakovaně měřit teplotu kapaliny, aby se ujistil, že zůstává v optimálním rozsahu. Kolísání teploty prostředí a teplota vstupujících ingrediencí často způsobí variace teploty v kotli, které jsou příliš velké, než aby bylo možné je ignorovat. Řídicí prvek nemůže jednoduše zapnout hořáky a předpokládat, že vaření bude pokračovat na požadované teplotě. Zde je vyžadováno řízení s uzavřenou smyčkou. 

Není to tak snadné, jak to vypadá

Řízení s uzavřenou smyčkou však něco stojí. Kromě přidaných nákladů na senzor, který řídicí prvek potřebuje k měření zájmové podmínky, musí být senzor samotný vybaven algoritmem, jenž dokáže provádět smyčku měření–rozhodování–zásah neustále dokola, aby dostal zájmovou podmínku k požadované hodnotě, nikoli však dále. Tradiční algoritmus řízení PID (proporcionální–integrační– derivační) je zdaleka nejoblíbenější volbou průmyslových řídicích prvků, ale určitě není odolný proti omylům. 

Regulátor PID musí být „vyladěn“ tak, aby sladil své korekční zásahy s chováním procesu. Je-li řídicí prvek příliš agresivní nebo jím řízený proces příliš citlivý, řídicí prvek může přetáhnout zájmovou podmínku za její požadovanou hodnotu, možná až do bodu ještě větší neshody v opačném směru. Řídicí prvek pak musí obrátit směr působení a může situaci ještě zhoršit, pokud přežene opravu svého původního opravného zásahu.

Co tedy může operátor dělat, aby zkrotil splašený řídicí prvek s uzavřenou smyčkou? Otevřít smyčku. 

Vance VanDoren, Ph.D., PE, je specialista časopisu Control Engineering pro obsah dodaný přispěvateli. Upravil Jack Smith, obsahový ředitel časopisu Control Engineering, CFE Media, Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript..

Control Engineering Česko

Control Engineering Česko je přední časopis o průmyslové automatizaci. Je vydáván v licenci amerického Control Engineering, které poskytuje novinky z této oblasti více než 60 let.

www.controlengcesko.com