ما هو نظام التحكم المفتوح
جميع الأشياء الموجودة في العالم من حولنا والتي توفر لنا المخرجات تحتاج إلى تحكم مناسب، وبالتالي ظهر ما يعرف باسم أنظمة التحكم، ومنها نظام التحكم في الحلقة المفتوحة، حيث يتم إعطاء المدخلات المرجعية للنظام للحصول على المخرجات المطلوبة، دون مراعاة المخرجات التي تم تنفيذها من قبل النظام للحصول على المزيد من المدخلات المرجعية
ومن الممكن تعريف نظام التحكم المفتوح بأنه: إحدى أنواع أنظمة التحكم التي تقوم بتحديد إخراج النظام بناء على المدخلات، ولكن الإدخال أو وحدة التحكم تكون مستقلة عن الإخراج، ولا يتضمن هذا النوع من الأنظمة أي حلقة ردود فعل معاكسة، ويعرف هذا النوع أيضا باسم نظام عدم التغذية الراجعة، وفي أنظمة الحلقة المفتوحة لا يتم قياس المخرجات ولا يتم إعادتها إلى المدخلات.
أمثلة على نظام التحكم المفتوح
تستخدم أنظمة التحكم المفتوحة على نطاق واسع في العديد من المجالات، ومن الأمثلة عليها ما يلي:
- الدفايات الكهربائية.
- الغسالات الأوتوماتيكية.
- جهاز التحكم عن بعد للتلفزيون.
- أنظمة التحكم في إشارات المرور .
- أنظمة فتح وإغلاق الأبواب الأوتوماتيكية.
نظام التحكم في الحلقة المفتوحة
إن أي النظام يتكون من جزأين، واحد منهما هو وحدة التحكم والآخر هو الذي يتم التحكم فيه، وبالأساس، تبعًا للإخراج المطلوب، يتم توفير مدخلات لجهاز التحكم في النظام، بالاعتماد على المدخلات التي تم تحقيقها، فإن وحدة التحكم تقوم بتوليد إشارة التحكم التي يتم تغذيتها إلى وحدة المعالجة، وهكذا وفقًا لإشارة التحكم، يتم تطبيق المعالجة التي تتناسب مع الإشارة ويتم تحقيق الإخراج.
إلا أنه تبعًا لعدم وجود مسار تغذية مرتدة في هذا النظام، فإن ما إذا كان الناتج الذي تم تحقيقه مرغوبًا فيه أم لا ليس له علاقة به، ولذا ذلك هو السبب في القول بأنه في نظام الحلقة المفتوحة يكون الإدخال به مستقلًا عن المخرجات، ويجدر ذكر أن ذلك يؤدي إلى إنتاج خطأ بصورة عامة في النظام إذ أنه ليس هناك فرص لضبط الإدخال حينما يظهر الإخراج تباينًا عن القيمة المتوقعة، ويُمكن توضيح هذا الأمر من خلال المثال التالي:
يتوجب على كل شخص معرفة كيفية تشغيل وحدة تحكم إشارات المرور الموجودة في تقاطعات الطرق المختلفة، ويجب الأخذ في الاعتبار أن الإشارات الثلاثة التي تم تصميمها من خلال هذه الوحدة تعتمد في الأساس على الزمن، حيث يتم ضبط توقيت داخلي لجهاز التحكم في وقت تصميم النظام، وعندما يتم تثبيت أجهزة التحكم في إشارات المرور عند التقاطعات، يتم عرض كل إشارة في الوقت المناسب من خلال وحدة التحكم، دون النظر إلى حركة المرور من أي جانب.
فهنا ليس هناك علاقة للنظام بالمخرجات التي يتم توليدها إذ أنه لا يغير المدخلات تبعًا لحركة المرور الموجودة على أي جانب مُحدد أو أي عامل آخر، ببساطة بعد فترة زمنية محددة، وفقًا للإدخال الذي تم تقديمه في البداية، يقوم النظام بتوليد الإخراج، وتستخدم المدخلات بصورة أساسية من أجل توفير تسلسل التوقيت للنظام، ولذا يشير ذلك بكل وضوح إلى أنه أيًا كانت النتائج التي تم تحقيقها، فإن المدخلات سوف تبقى مستقلة عنها.
مزايا نظام التحكم المفتوح
تتوفر العديد من المزايا في أنظمة التحكم ذات الحلقات المفتوحة، ويتم توضيح بعض هذه المزايا فيما يلي:
- العملية مريحة جدًا.
- يظهر الإخراج المقدم من النظام الاستقرار.
- تتميز هذه الأنظمة بالبساطة في التركيب والسهولة في الصيانة.
- يعتبر هذا النظام اقتصاديًا بصورة عامة نظرًا لقلة عدد الوحدات الموجودة به.
عيوب نظام التحكم المفتوح
إلى جانب المميزات المتوفرة في نظام التحكم المفتوح، هناك أيضًا بعض العيوب التي يجب توضيحها كما يلي:
- تكون أنظمة التحكم المفتوحة أكثر عرضة للأخطاء.
- تتطلب هذه الأنظمة المفتوحة إعادة المعايرة في الأوقات المناسبة.
- يمكن أن تكون التغييرات في الإخراج المطلوب نتيجة اضطرابات داخلية أو خارجية.
أنظمة التحكم الكهربائية
نظم التحكم الكهربائية هي ربط مادي بين الأجهزة التي تؤثر على سلوك الأجهزة الأخرى أو الأنظمة. الأنظمة الإلكترونية البسيطة تتألف من مدخل وعملية ومخرج. يجب أن نلاحظ أن متغيرات الإدخال والإخراج للنظام هي إشارات. بعض أمثلة هذه الأنظمة هي مضخات الدوران، والضواغط، وأنظمة التصنيع وغيرها. يجب ملاحظة أن أنواع أنظمة التحكم تتضمن نوعين مختلفين، وهما نظام الحلقة المفتوحة ونظام الحلقة المغلقة، وهي كالتالي:
- نظام التحكم في الحلقة المفتوحة
أنظمة التحكم في الحلقة المفتوحة” تشير إلى نظام لا يستخدم فيه التغذية المرتدة للإدخال لتصحيح الاختلافات، بدلا من ذلك يتم التحكم في الإخراج عن طريق تغيير المدخلات، وبالتالي لا يتأثر الإخراج بالظروف الخارجية، مثل جهاز التدفئة المركزية التي يتم التحكم فيها بواسطة جهاز توقيت يعمل بين فترات محددة مسبقا بغض النظر عن مستوى الراحة الحرارية للمبنى. وتعتبر هذه الأنظمة بسيطة وسهلة التصميم وثابتة بشكل عام، ومع ذلك، فإنها يمكن أن تكون غير دقيقة وغير موثوقة بسبب عدم تصحيح الإخراج تلقائيا.
- نظام التحكم في الحلقة المغلقة
إن نظام التحكم المغلق عبارة عن نظام يؤثر فيه الإخراج على الإدخال من أجل الحفاظ على قيمة الإخراج المطلوبة، ويتم تحقيق هذا عن طريق توفير حلقة التغذية الراجعة، فمثلًا من الممكن أن تشتمل الغلاية على منظم حرارة لدرجة الحرارة يعمل على مراقبة مستوى الراحة الحرارية للمبنى، إلى جانب إرسال إشارة مرجعية للتأكد من أن وحدة التحكم تقوم بالمحافظة على درجة الحرارة المحددة، ومن مزاياها أنها دقيقة، ومن الممكن جعلها أكثر أو أقل حساسية بالاعتماد على الاستقرار المطلوب للنظام، إلا أن من عيوبها أنها أكثر تعقيدًا من ناحية تصميم نظام مستقر.
أنواع التحكم
هناك أنواع مختلفة ومتعددة من التحكم، ولكل منها استخدامه وخصائصه الخاصة، وفيما يلي بعض أنواع التحكم المستخدمة في حياتنا:
- التحكم اليد وي
يتم توفير الارتباط في هذا النظام عن طريق المشغل البشري ولا يستخدم عناصر تحكم تلقائية.
- تحكم شبه آلي
يتم تنفيذ سلسلة متتالية من العمليات بصورة تلقائية بعد بدء تشغيل محرك كهربائي عن طريق عامل بشري.
- تحكم تلقائي
يتم استبدالالمشغل البشري بوحدة تحكم مراقبة للنظام، حيث يتم مقارنة القيمة المطلوبة مع القيمة المتوفرة، ويتم استخدام حلقات التغذية الراجعة لاتخاذ الإجراءات التصحيحية إذا تطلب الأمر.
- السيطرة المحلية
يستخدم المستوى أو عجلة اليد أو أي مرفق آخر مثبت على الوحدة بشكل محلي كوسيلة للتحكم والتغيير.
- جهاز التحكم
تتم عملية نقل الطاقة لوحدة التحكم بجهاز التشغيل المركب على مسافة بعيدة عن طريق الوصلات الكهربائية، مثل جهاز التحكم عن بعد لتشغيل تكييف الهواء.
- تشغيل / إيقاف التحكم
يمكن للوحدة التنظيمية أن تتحكم في موقع واحد فقط من المواقع المتاحة لها، وهي “تشغيل” أو “إيقاف تشغيل”، على غرار زر التشغيل والإيقاف للأضواء.
- التحكم خطوة بخطوة
يمكن للوحدة المنظمة تشغيل أكثر من موقع، ولكن يتم ذلك عن طريق خطوات متتالية بدلاً من القيام بها بشكل مستمر.