گروه: سیستمهای کنترل۲۲ تیر ۱۳۹۳
مهندسی کنترل (به انگلیسی: Control engineering) گرایشی از مهندسی برق و مهندسی مکانیک است و کاربرد گسترده‌ای در رشته‌های مهندسی هوافضا، مهندسی شیمی و حتی اقتصاد و زیست‌شناسی دارد. مهندسی کنترل به مدل‌سازی ریاضی سیستمها و بررسی دینامیک آنها، و در نهایت، طراحی کنترل‌کننده ها برای سیستمهای مورد نظر میپردازد. هدف از طراحی کنترل‌کننده واداشتن سیستم تحت کنترل به داشتن رفتاری مطابق با رفتار مطلوب میباشد. رفتار مطلوب میتواند معیارهای مختلفی از قبیل سرعت، دقت، مصرف سوخت، زمان و ... باشد. به دلیل پایه ای بودن مطالب عنوان شده در این رشته، مباحث میتواند بسیار فراتر از رشته برق و حتی رشته های مهندسی برود. چون آنچه که عنوان میشود اصول و مبناهای کنترل سیستمها است. میتوان این سیستم را یک سیستم مکانیکی و یا دارای اجزای الکترونیکی و یا حتی جامعه‌ای از انسان‌ها و یا رفتارهای انسانی در نظر گرفت. به عنوان مثال در سالهای اخیر بحث کنترل سازه‌ها در برابر زلزله به موضوع مورد علاقه محققان سازه تبدیل شده است. به نحوی که تقریبا هم اکنون ساختمانهای بلند بدون سیستمهای کنترلی ساخته نمی‌شوند. مثال بسیار مشهور استفاده از سیستمهای کنترل در ساختمانها برج ۱۰۱ تایپه است که در آن از سیستم کنترلی غیر فعال میراگر جرم هماهنگ شده موسوم به TMD استفاده شده است. مهندسی کنترل مدرن با مهندسی برق، الکترونیک،هوافضا و مهندسی کامپیوتر ارتباط نزدیکی دارد. به طوری که غالباً میتوان مدارات الکترونیکی را با تکنیکهای تئوری کنترل تفسیر کرد. در بسیاری از دانشگاه ها دروس مهندسی کنترل توسط اساتید برق یا الکترونیک تدریس میشوند؛ در سایر دانشگاه ها با علوم کامپیوتر در ارتباط میباشد چرا که امروزه اغلب تکنیکهای کنترل از طریق کامپیوتر پیاده سازی میشوند. قبل از رشد الکترونیک مدرن سیستمهای کنترلی توسط مهندسین مکانیک ساخته می‌شد که شامل فید بک مکانیکی بوسیله پنوماتیک و هیدرولیک بود. البته برخی از این سیستمها امروزه نیز کاربرد دارند.فرایندی از کنترل نیز فرایند زمینه ای از کنترل میباشد که به کنترل فرایندهای شیمیایی میپردازد. در این گرایش به کنترل متغیرهای موجود در فرایندهای شیمیایی یک خط تولید پرداخته میشود. در دروس دوره کارشناسی مهندسی شیمی به این موضوع پرداخته میشود. مهندسی کنترل در زمینه‌های گوناگونی چون علوم، مدیریت مالی، وحتی جامعه‌شناسی کاربرد دارد.همچنین گرایش دینامیک پرواز و کنترل مهندسی هوافضا زیر مجموعه مهم رشته مهندسی برق-کنترل نیز می باشد. دانشجویان رشته مهندسی کنترل معمولاً با درس کنترل خطی شروع می‌کنند که پیش نیاز آن ریاضیات مقدماتی و تبدیل لاپلاس میباشد. در درس کنترل خطی دانشجو با آنالیز حوزه فرکانس و زمان آشنا میشود. کنترل دیجیتال و کنترل غیر خطی دروسی هستند که نیازمند تبدیل z و جبر پیشرفته میباشند. تلاش اولیه بشر برای درک زمان و تعیین موقعیت خود در شبانه روز از اولین گامها در طراحی سیستمهای کنترل است که به ساخت ساعتهای آبی منجر گردید. اولین ساعتهای آبی توسط یونانیها و مصریان در حدود ۲۷۰ سال قبل از میلاد مسیح ساخته شد و تا قرن هفدهم میلادی نیز کاربرد داشت. در همان دوران سیستمهای کنترل سطح روغن چراغها نیز طراحی شد. با وقوع انقلاب صنعتی در اروپا کوره‌ها، بویلرها، موتورهای بخار پیشرفته و رگولاتورهای شناور طراحی شد که امکان کنترل آنها توسط سیستمهای ساده امکان پذیر نبود لذا سیستمهای کنترل پیشرفته تری پس از انقلاب صنعتی طراحی شدند. کنترل آسیاب‌های بادی که برای اولین بار توسط ایرانیان در قرن هفتم میلادی ساخته شدند گام مهمی در پیاده سازی کنترل خودکار به حساب می‌آید. این آسیاب‌ها در سال ۱۲۰۰ میلادی وارد اروپا شدند و تا سال ۱۶۰۰ میلادی مورد استفاده قرار گرفتند. در این آسیاب‌ها دو نوع سیستم کنترل وجود داشت؛ یکی کنترل جهت قرارگیری آسیاب به طوری که بتواند از حداکثر نیروی باد استفاده کند و دیگری کنترل میزان گندم وارده به درون آسیاب. هر دوی این سیستمها به صورت کاملا خودکار عمل کرده و نیاز به حضور هیچ کارگری نبود. انواع ترموستات های دیجیتال که امروزه در صنایع مختلف بکار میروند از جمله سیستم های میباشند که حاصل سیر تکاملی سیستمهای کنترل است. سیستمهای کنترل هوشمند نیز مجموعه ای از سیستمهای کنترل را تشکیل میدهند که امروزه با نام خانه هوشمند و یا ساختمان هوشمند از آنها یاد میشود. خانه هوشمند ( Home Automation )
خانه هوشمند به خانه ای گفته میشود که ساکنان آن امکان تنظیم تجهیزات الکترونیک خود را از راه دور و نزدیک داشته باشند و نیز بتوانند زمانبندی و سناریو های مختلفی را برای آن تجهیزات تعریف و اجرا نمایند. هدف از اجرای پروژه های هوشمند سازی تبدیل محیط زندگی به یک فضای لوکس ،أمن ومدرن همراه با بهینه سازی مصرف انرژی است. درخصوص مدیریت مصرف انرژی مطالبی در مقاله های سابق ذکر شد که البته در آنها صرفاً صحبت از سیستمهای پیشرفته کنترل تهویه و تأثیر آنها بر بهینه سازی مصرف انرژی بود. تجهیزاتی مانند ترموستات های فن کویل در انواع گوناگون با قابلیتهای مختلف در صرفه جویی مصرف انرژی مؤثر است.این ترموستاتها برای انواع سیستمهای تهویه مانند سیستمهای سرمایشی وگرمایشی داکتی ، پنلی ، روکار ، توکار ، سقفی ، دیواری ، کاستی ، تبخیری و کمپرسوری تجهیزاتی است و از زمرۀ سیستمهای کنترل بشمار میروند که علاوه بر بالا بردن راندمان باعث کاهش مصرف برق میشوند. یک ساختمان هوشمند ساختمانی است که در بر دارنده محیطی پویا و مقرون به صرفه به وسیلهٔ یک پارچه کردن چهار عنصر اصلی یعنی سامانه‌ها، ساختار، سرویس‌ها، مدیریت و رابطه میان آنها است. به عبارت دیگر ساختمان هوشمند ساختمانی است که کلیه اجزای داخلی آن به واسطه‌ای یک پارچه و ایجاد منطقی سازگار با محیط در تعامل با یکدیگرند. از سوی دیگر، مدیریت انرژی (EMS) میتواند در حدود ۱۰٪ تا ۳۰٪ کاهش هزینه و قیمت در پی‌داشته باشد. البته باید این مطلب را اضافه نمود که خانه هوشمند با ساختمان هوشمند تفاوتهای دارد که در مبحثی مجزا به آن پرداخته خواهد شد.
EMS ها سامانه‌های کنترلی هستند که با تنظیم عملکرد ساعتی و دوره‌ای تجهیزات از اتلاف انرژی جلوگیری مینماید. به این معنا که زمان و محدودهٔ خاموش و روشن شدن دستگاه‌ها را با توجه به داده‌های از پیش تعیین شده‌ای بر اساس یک سامانهٔ یکتا و به کمک ساعتهای کنترلی تنظیم میکند.
تجهیزاتی مانند دیجیکنترل ، ترموستات تایمر، ترموستات لمسی فن کویل ، ترموستات فن کویل بی سیم ،ترموستات باخروجی آنالوگ ، ترموستات دمپر، ترموستات ویژه پکیج و امثال اینها که در واقع برای کاهش مصرف برق با ، مدیریت مصرف کننده هستند ، این امکان را برای وی فراهم میکند که از طریق استفاده بهینه ، از اتلاف انرژی جلوگیری نماید. در حقیقت این مصرف کننده است که با استفاده از تجهیزات پیشرفته و مدرن به مدیریت مصرف میپردازد،که بطور اجمال راجع به هر یک از آنها مطالبی آمده است.
اما اکنون سخن در رابطه با ( Home Automation )یا ( The Smart House ) خانه قابل کنترل
یعنی خانه هوشمند است که تنها شامل سیستمهای تهویه مطبوع و فن کویل و امثال آنها نیست و صحبت از مدیریت دیگر تجهیزات برقی و الکترونیکی است که در خانه وجود دارند که باعث رفاه و آسایش و امنیت بیشتری میشود.
مزایای سیستم :
1. تکنولوژی سازگار:در این سیستم نیازی به تعویض و یا تغییر در سیم کشی های موجود نبوده و با ساختمان های ساخته شده نیز سازگار است.
2. طراحی: طراحی لوکس کلیدها و پریزهای موجود در این سیستم ، ظاهری مدرن و زیبا برای محیط زندگی یا محل کار فراهم مینماید.
3. کاربری آسان: با توجه به آشنایی عمومی مردم با مبایل و ریموت کنترل سیستم قابلیت کنترل پذیری از هر دو را دارد وحتی از راه پریز مربوط روشن وخاموش میشود.
4. بهینه سازی مصرف انرژی : با توجه به امکانات پیشرفته کنترلری باعث صرفه جویی در مصرف انرژی را میشود.
5. بازگشت هزینه ی اولیه : از آنجا که باعث صرفه جویی در مصرف انرژی میشود موجب بازگشت هزینه اولیه توسط قبوض حاملهای انرژی خواهد شد.
به واسطه این سیستم امکان نمایش تصاویر گرفته شده از منزل بر روی موبایل ، تبلت ، و یا مانیتور از طریق اینترنت وجود دارد همچنین اعلام حضور اشخاص توسط عکس برداری ، ارسال پیامک (SMS ) ، آلارم و همچنین روشن وخاموش شدن چراقها و وسایل برقی دلخواه بصورت خودکار امکان پذیر است .
امکان کنترل سیستم تهویه اعم از فن کویل ، داکت اسپلیت ، پکیج گرمایشی ، و دیگر لوازم خانه مانند مایکرویو ، پلوپز ، تلویزیون و مانند آن به واسطه اینترنت وجود دارد .
همچنین قابلیت زمانبندی برای روشن و خاموش کردن و سایل منزل و بعلاوه سیستم های امنیتی در هنگام عدم حضور در این سیستم قرار داده شده است .
با این سیستم هوشمند و خودکار میتوان سناریوهای متعددی تعریف نمود. تنظیم سناریوهای مختلف و تنظیم نور پردازی و کنترل وسایل برقی برای قسمتهای مختلف مانند ، انتخاب صحنه های مختلف نور پردازی با چراغهای روشن و خاموش برای شرایط متفاوت از قبیل خواب ، مهمانی ، خروج از منزل و ورود به آن از قابلیتهای دیگر سیتسم خانه هوشمند میباشد.
طرز کار سیستم :
فرمان وردی به سیستم مرکزی از طریق WIFI ، GMS ، RF و اینترنت داده میشود و نرم افزار سیستم این فرمان را به کلیدها و پریزها و سیستم ایمنی منتقل نموده سپس اجرا میگردد. در نتیجه هم توسط نرم افزار و هم بشکل معمول میتوان کلیدها را خاموش وروشن کرد.
قابل ذکر است در صورت داشتن IP از مخابرات و یا شرکتهای خصوصی مخابراتی که موسوم به IP ولید است یوزر میتواند از هر جای دنیا منزل خود را کنترل و از طریق دوربین های کار گذارده شده آنچه را که میخواهد رؤیت نماید.
( در تئوری کنترل کنترل‌گرها (Controller) به ابزاری اطلاق میشود که به دیده بانی شرایط و حالات عملیاتی یک سیستم دینامیکی داده شده بپردازد، و از عهدهٔ اعمال ، تأثیرات و تغییرات حساب شده در آنها برآید.)
مولف: احمد معینی نیا منبع: سایت کنترل پایا، سایت ویکی پدیا ، مدیریت بازار یابی صنایع الکترونیک پیشرو تازان ، نشریه تهویه تأسیسات شماره 118، نشریه پیشگامان ساختمان و تجهیزات شماره 64 ،
منبع:
سایت کنترل پایا، سایت ویکی پدیا ، مدیریت بازار یابی صنایع الکترونیک پیشرو تازان ، نشریه تهویه تأسیسات شماره 118، نشریه پیشگامان ساختمان و تجهیزات شمار
