Automatyka to dziedzina nauki i techniki zajmująca się sterowaniem procesami i systemami przy użyciu różnych metod i technologii. Istotą sterowania w automatyce jest monitorowanie, regulacja i kontrola procesów w celu osiągnięcia określonych celów. W tym kontekście istnieje kilka istotnych aspektów dotyczących zarówno systemów sterowania, jak i funkcji człowieka w strukturach automatyki.
Sterowanie to celowe oddziaływanie na określony obiekt (urządzenie lub proces), tak, aby osiągnąć pożądane zachowanie obiektu (urządzenia lub pożądane cechy procesu).
Elementy systemu sterowania:
- Czujniki (Sensory): Zbierają informacje o stanie procesu, takie jak temperatura, ciśnienie, położenie, czy inne zmienne.
- Układy wykonawcze: Odpowiadają za wprowadzanie zmian w procesie na podstawie sygnałów sterujących. Mogą to być silniki, grzałki, zawory, itp.
- Regulatory: Analizują dane z czujników i generują sygnały sterujące dla układów wykonawczych w celu utrzymania procesu w żądanych warunkach.
- Interfejs człowiek-maszyna (HMI): Zapewnia interakcję pomiędzy operatorem a systemem sterowania. To na przykład panele dotykowe, ekrany, klawiatury, itp.
Funkcje człowieka w strukturach automatyki
- Projektowanie systemów: Inżynierowie automatyki projektują systemy sterowania, biorąc pod uwagę wymagania procesu i określając strukturę systemu.
- Programowanie i konserwacja: Specjaliści tworzą programy sterowania, a także utrzymują i aktualizują je w miarę potrzeb.
- Monitorowanie procesu: Operatorzy są zaangażowani w ciągłe monitorowanie pracy systemu, interpretację danych i reagowanie na ewentualne problemy.
- Optymalizacja: Człowiek może dostosowywać ustawienia systemu w celu optymalizacji jego pracy w zależności od bieżących warunków.
- Rozwiązywanie problemów: W przypadku awarii lub nieprawidłowego działania, ludzka interwencja może być niezbędna do rozpoznania problemu i podjęcia odpowiednich działań naprawczych.
Współpraca człowiek-maszyna
- Interakcja użytkownika: Operatorzy korzystają z interfejsu użytkownika do wprowadzania danych, monitorowania procesów i podejmowania decyzji.
- Decyzje strategiczne: Ludzki operator może podejmować decyzje strategiczne i określać cele systemu sterowania, zwłaszcza w przypadku zmiany warunków lub celów procesu.
- Bezpieczeństwo: Człowiek jest zazwyczaj odpowiedzialny za bezpieczeństwo systemu, zwłaszcza w przypadku sytuacji awaryjnych.
Interpretacja sterowania zawiera pojęcie punktu pracy, który należy do obszaru (przestrzeni) kontrolowanych wielkości. Obszar wielkości kontrolowanych należy do przestrzeni stanów obiektu bądź procesu.
Można przyjąć, że sterowanie w swej istocie polega na działaniu, aby wartości wielkości sterowanych mieściły się w tej przestrzeni i należały do obszaru wielkości kontrolowanych. Wymiar takiej przestrzeni zależy od liczności wielkości sterowanych lub regulowanych.
Dotyczy to układów automatyki zbudowanych z pojedynczych elementów automatyki lub urządzeń a także systemów sterowania dla systemów złożonych np. systemów kompleksowego sterowania.
Ze względu na rolę jaką spełnia człowiek w sterowaniu, wyróżnia się:
- sterowanie ręczne – oddziaływanie na obiekt poprzez operatora,
- sterowanie automatyczne – sterowanie bez udziału operatora ale operator jest niezbędny ze względu na funkcję dozoru i kontroli,
- sterowanie rozumiane jako wspomaganie operatora – system proponuje operatorowi ze względu na cel sterowania opcjonalne rozwiązania sterowania, operator podejmuje decyzję o sposobie sterowania.
Ze względu na charakter procesu, który jest przedmiotem sterowania wyróżnia się:
- sterowanie sekwencyjne – zapewniające wykonanie poszczególnych sekwencji (kolejności stanów) procesu, sterowanie sekwencyjne odbywa się za pomocą automatu (lub zaprogramowanego procesora), który steruje przejściem do kolejnych sekwencji procesu, w ramach określonej sekwencji może wystąpić sterowanie ciągłe, np. sterowanie procesem mycia samochodów w myjni.
- sterowanie procesami ciągłymi wymaga ciągłego (nieustannego) oddziaływania sygnałów sterujących na obiekt, jeśli układ sterowania jest regulatorem to wymaga się ciągłego działania sprzężenia zwrotnego, np. procesy chemiczne w reaktorach chemicznych.
Ze względu na sposób oddziaływania układu sterowania na obiekt lub proces wyróżnia się układy sterowania:
- układy zwykłe – układy sterowania o stałej strukturze, parametrach i charakterystykach, np. układ regulacji temperatury cieczy chłodzącej w obiegu chłodzenia silnika spalinowego,
- układy adaptacyjne – układy sterowania w których istnieje możliwość automatycznego doboru parametrów i charakterystyk a nawet możliwa jest rekonfiguracja sprzętowa, np. włączenie urządzeń rezerwowych w przypadku awarii głównych urządzeń sterujących.
Współczesne systemy automatyki często wykorzystują zaawansowane technologie, takie jak sztuczna inteligencja czy uczenie maszynowe, aby poprawić efektywność i dokładność sterowania. Jednak rola człowieka w projektowaniu, monitorowaniu i utrzymaniu tych systemów pozostaje kluczowa. Współpraca między ludźmi a maszynami jest istotna dla osiągnięcia optymalnej wydajności i bezpieczeństwa procesów sterowania.
