A Hét 1980/1 (25. évfolyam, 1-26. szám)
1980-03-15 / 11. szám
TUDOMÁNY TECHNIKA Az automatizálás ill. automatikus irányítás elmélete a kibernetika legtökéletesebben kidolgozott része. Bevált elvei, módszerei és eljárásai a tudatos emberi tevékenység csaknem minden területén felhasználhatók. Ezért szükséges, hogy az irányítástechnika és az irányításelmélet ismeretei az általános emberi műveltség részévé váljanak. AZ AUTOMATIZALAS TÖRTÉNETE Az automatizálás történetét három korszakra szoktuk osztani. Az első korszakot az automatianalóg és a digitális számítógépek előtérbe nyomulása is. Az automatizálás fejlődésének hormadik, jelenlegi fejlődési korszakára a számítógépek széleskörű elterjedése, valamint a szabályozáselmélet rohamos fejlődése jellemző. Már a második korszakban kialakult az ún. fázissík módszer. Lényege, hogy a vízszintes koordinátatengelyre egy kiválasztott jelet, a függőleges koordinátatengelyre a jel sebességét (differenciálhányadosát) visszük fel. Az így meghatározott fázissikban a rendszerek viselkedése jól megfigyelhető. A harmadik korszakban a fázissík módszerének többdimenziós térre volá kiterjesztésével az amerikai Kalman (1958) létrehozta a modern szabályozástechnika alapmódszerét: az állapottérmódszert. Az állapottér-módszer nagy előnye, hogy a rendszeregyenleteket a számítógépbe betáplálható alakban fejezi ki. Az állapottér módszer és a digitális számítógépek elterjedése közt kölcsönhatást figyelhetünk meg: egyrészt a digitális számítógépek tették szükségessé az állapottérmódszer kidolgozását, másrészt pedig az állapotegyenletekkel kifejezett feladatokat csakis digi-2- O D C IRÁNYÍTÁS A SZÁMÍTÓGÉPES IRÁNYÍTÁS ÉS MÓDSZEREI Bonyolult ipari rendszereket, technológiai folyamatokat újabban egyre inkább számítógép segítségével irányítanak irányítási törvény (algoritmus) alapján. Az irányítási törvény egy előírt működési kritérium optimalizálásával nyerhető. Működési kritérium lehet egy rendszerjellemző minimalizálása (pl. energiaveszteség, hajtóanyag íogyasztós), vagy maximalizálása (pl. hatásfok, termelékenység). Az optimális irányítás megvalósításához az esetek többségében digitális számítógépre van szükség. A számítógép kódolt formában tájékoztató jeleket kap az irányított rendszerről, melyek alapján a beprogramozott irányítási törvény felhasználósával irányítójeleket szimulál (számít). Ha a számítógép az irányítási hatásláncon kívül végzi el a számításokat, ún. off-line (közvetett) üzemről beszélünk. Ebben az esetben a kezelőszemélyzet (operátor, technológus) a számítások eredményei alapján avatkozik be a rendszerbe. Ha a számítógép részét képezi a hatásláncnak, ún. on-line (közvetlen) üzemű számítógépes irányításról beszé-AZ AUTOMATIZALAS ES A DIGITALIS SZÁMÍTÓGEPEK Csehszlovák gyártmányú TESLA RPP 165 ipari folyamatirányító számítógép zálás előtörténetének nevezzük. A legkorábbi információk az i. e. 250. évből valók és szintszabályozással kapcsolatosak. A legrégibb automatikának a bizánci Philon szintszabályozós olajmécsese és az alexandriai Heron borkimérő automatája tekinthető. E korai kezdeményezésektől hosszú út vezet a középkori szintszabólyozók létrehozásáig. A technika fejlődése és a társadalom igényei az első ipari forradalomhoz vezettek. Ennek során a gőzgépek feltalálásával és alkalmazásával kapcsolatban a szabályozási körök egész sora jött létre: Wood szintszabályozó, Conti-Reaumur hómérsékletszabályozó és Watt gőznyomásszabályozó köre. Az automatizálás második korszakára az a legjellemzőbb, hogy az automatizálás két területe - a szabályozástechnika és a vezérléstechnika - egymástól viszonylag függetlenül fejlődik. A szabályozástechnikában kifejlődik o lineáris szabályozáselmélet, a vezérléstechnikában a Boole-algebrára alapozott módszerek terjednek el. Már nemcsak szabályozási körök, de vezérlési láncok is megvalósulnak, pl. önműködő telefonközpontok. A szabályozástechnika további fejlődésének szempontjából döntő fontosságú Maxwell (1868) visszacsatolási elvének alkalmazása, Hurwitz (1895) és Nyquist (1932) stabilitási kritériumainak kidolgozása, s nem utolsósorban Wiener (a XX. század negyvenes éveiben) stochasztikus rendszerekre is kiterjesztett elméletének létrejötte. Ennek a korszaknak másik jellemzője a Laplace és a Fouriertranszformáció módszereinek széleskörű használata. A korszak vége felé mór megfigyelhető az telis számítógépen lehet megoldani. AZ AUTOMATIZALAS FOGALMAI Automatizálási alapfogalom a fizikai rendszer fogalma (elsődleges fogalom). Fizikai rendszer alatt fizikai elemek, szervek, készülékek, berendezések szervezetten együttműködő egységét értjük. A fizikai rendszer működését egy absztrakt rendszer, a matematikai modell (másodlagos fogalom) segítségével írhatjuk le. A matematikai modell a fizikai rendszer működését leíró, állapottérben kifejezett egyenlet vagy egyenletrendszer. A fizikai rendszer és a matematikai modell fogalma nemcsak technikai eszközökre vonatkozhat, ' hanem bonyolult biológiai, társadalmi és gazdasági egységekre is. A fizikai rendszer matematikai modelljét leggyakrabban dinamikus rendszernek nevezzük, mert annak csupán dinamikus sajátságait fejezi ki. A dinamikus rendszerek vizsgálatában és egyszerűsítésében nagy segítséget nyújtanak a hatásvázlatok. A hatásvázlatok a változók, illetve a jelek között adják meg a kapcsolatot. A hatósvázlatok leggyakrabban használt formája a tömbvázfat. A tömbvózlatban a változókat nyilak jelképezik, a köztük levő kapcsolatokra a tömbök utalnak. A hatásvázlatok ritkábban használt formája a jelfolyam-ábra. A jelfolyam-ábrán a változókat csomópontok jelképezik, a köztük fellépő kapcsolatokra ágak utalnak. A fizikai ill. dinamikus rendszerek önműködő irányításának vizsgálatával, tervezésével és megvalósításával az irányítástechnika foglalkozik. Minden irányítási rendszer lényegében két részből áll: az irányított berendezésből ill. rendszerből, és az irányitó berendezésből ill. rendszerből. Az irányítástechnika általában két részre osztható fel: vezérléstechnikára és szabályozástechnikára. Első esetben a vezérlőberendezés nyílt hatásláncban irányítja a vezérelt berendezést. A második esetben a szabályozó berendezés zárt hatásláncban irányítja a szabályozott berendezést. A zárt hatáslánc visszacsatolás útján valósul meg. Csak elvben oszthatjuk fel az irányítástechnikát két részre, mert létező irányítási rendszerekben több vezérlési és szabályozási alrendszer működhet együtt. Az irányított berendezés ill. rendszer dinamikus sajátságait az irányított szakasz fogalma fejezi ki. Az irányított berendezés lehet pl. egy ipari berendezés (kemence, kazán, turbina, generátor, reaktor stb.), de lehet pl. egy jármű is (gépkocsi, hajó, repülőgép, űrhajó). Az irányított rendszer lehet pl. üzem, gyár, iparág, egy egész nemzetgazdaság, államigazgatás, s végső soron maga a társadalom. Az élő szervezet is irányított rendszernek tekinthető. Az irányítási folyamat megvalósításához szükség van az irányító berendezésre ill. Irányító rendszerre. Az irányító berendezést ill. rendszert három szerv - érzékelő, vezérlő ill. szabályozó és beavatkozó szerv — alkotja. A legmodernebb, önműködő ipari berendezésekben az irányító rendszer digitális számítógépből, fizikai készülékekből és műszerekből épül fel. Egyes rendszerekben az érzékelő, szabályozó vagy beavotkozó szerv szerepét emberek is betölthetik pl. gépkocsivezető, pilóta, technológus, operátor. lünk. Az on-line számítógépes irányítás két módszere ismert: Az első módszer szerint a klasszikus műszerezésű szabályozási körök megmaradnak, a számítógép csupán az alapjeleket (a szabályozók kívánt értékeit) írja elő. Ezt a módszert adaptív szabályozásnak nevezzük. A második módszer szerint a számítógép teljesen átveszi a szabályozók szerepét és csupán az érzékelő és a beavotkozó szerveket kell megtartani a klaszszikus műszerezésű körökből. Ebben az esetben DDC (direct digital control), közvetlen digitális irányításról von szó. Kétségtelen, hogy a számítógépes irányítás legeffektívebb, legígéretesebb útja a DDC irányítás felhasználásban rejlik. Napjainkban széleskörű felhasználásának akadálya a hiányos üzembiztonság. Ugyanis a DDC irányítás esetében a számítógép hibája több órás termeléskiesést eredményezhet. Csak tökéletesen megbízható, többszörösen tartalékolt számítógép hardware (a számítógép fizikai, gépi része) és többször kipróbált számítógép software (a számítógép programrendszere) segítségével küszöbölhető ki a számítógép hibásodásónak lehetősége. * Korunk tudományos-technikai forradalmának egyik legfontosabb tényezője az automatizálás. Míg a kapitalista társadalomban az automatizálás a társadalmi ellentéteket tovább mélyíti (a munkások fokozottabb kizsákmányolásának eszköze), addig a szocialista társadalomban az automatizálás bevezetése hozzájárul a társadalmi szükségletek tökéletesebb kielégítéséhez. VÉGH PÉTER, MÉRNÖK 18
