Řízení mechatronických soustav a automatizace, typy a aplikace

Řídící systémy v mechatronice pracují na velmi podobné bázi jako řídící systémy v automatizaci. Řídící systémy se vyskytují v konfiguracích, kde jsou jednotlivé komponenty uspořádány jako mechanický celek ve společném pouzdru či v rozvaděči. V některých případech lze zakoupit řídící systém jako standardní výrobek v potřebné konfiguraci, např. programovatelný automat, průmyslový počítač, regulátor nebo systém CNC. Někdy se také nazývá řídícím systémem kompletní celek, který vzniká zabudováním řídícího systému do rozvaděče s připojenými senzory, výkonnými a akčními členy a s kompletní instalací. Celý komplex je doplněn operátorským prostředím s programovým vybavením.

 
Existují však také tzv. distribuované řídící systémy, které obsahují subsystémy rozmístěné v prostoru řízeného systému, např. uzly výrobních linek, výrobních hal nebo dopravních sítí. Uvedené subsystémy navzájem komunikují 24 hodin přes rozhraní sítě Ethernet a sítě Internet. Vrcholem distribuce systému je řízení budovy prostřednictvím sítě FIB, což jsou nejrůznější vypínače, ovladače, prvky klimatizace nebo jiného zařízení. Za řídící systémy považujeme programové produkty typu vizualizačních, matematických, navrhovacích a výpočetních systémů.
 
Typy řídících systémů:
  • Programovací automat PLC: Patrně nejrozšířenější automaty. Jsou programovány pomocí názorných grafických jazyků, jenž připomínají kreslení blokových schémat. Avšak právě proto jsou skutečně názorné a poměrně jednoduše se učí. Pomocí těchto automatů lze programovat téměř všechny typy numerických zadání.
  • Soft PLC: Průmyslové počítače, které jsou přizpůsobeny programovacím automatům. Umožňují využívat počítač, neboť disponují názornými programovacími jazyky, a zároveň využívat komunikační a archivační rozhraní Ethernet a Internet.
  • Programovací relé: Programovatelné řídící systémy, které se původně používaly jako náhrada mechanických zařízení relé. Jejich výhodou je jednoduchost při programování přímo na místě přes čelní panel, který je opatřen tlačítky k ovládání.
  • Průmyslové počítače: Jsou opatřeny odolným vnějším ochranným obalem a instalovány dovnitř řídícího systému. Některé jsou opatřeny monitorem, záleží na funkci a potřebě. Zařízení s monitorem se využívají ke komunikaci nebo monitoringu nejrůznějších činností.
  • Regulátory: Zařízení, která udržují stálou hodnotu řízené veličiny. Vyskytují se v mnoha typech, jako např. termostat v chladicích zařízeních nebo v topných systémech.
  • Distribuovaný regulační systém IRC: Regulátory, které jsou používány k zajištění chodu budov a staveb. Vyráběny jsou ve formě stavebnic. Každá místnost je vybavena regulačním systémem a tyto jsou vzájemně propojeny sériovou linkou, která umožňuje komunikaci s ostatními systémy v budově. Jednotlivé pokojové moduly ovládají například osvětlení, topení, klimatizaci, ventilaci, zabezpečení, apod.
  • Regulátory pohonů: Jedná se o regulátory elektrických pohonů a servopohonů. Jsou to poměrně komplikovaná zařízení, která obsahují regulátor a obvody výkonového ovládání motoru. Princip řízení spočívá v ovládání specifických regulátorů určitým typem motoru.
  • Systémy NC a CNC: Současné rozlišování mezi NC a CNC již nemá význam, jelikož NC jsou vlastně CNC. Tyto řídící systémy jsou používány zejména u výrobních strojů a v robotice, kdy programování probíhá ve formátu ISO. Příkazy jsou vyplňovány formou vět – bloků, kdy každému úseku dráhy odpovídá jeden samostatný blok. Tyto bloky (věty) obsahují slova a každé slovo začíná písmenkovým znakem, jenž určuje skupinu příkazů a tato skupina je označena číslem. V programu jsou zadány příkazy geometrického typu a technologického typu.
 
Aplikace řídících mechatronických systémů: Podle využití v lidské činnosti lze rozdělit typy systémů na výrobní a nevýrobní sféru.
 
Ve výrobní sféře se jedná o využití v oblasti automatizace výroby. Prvky mechatroniky zahrnují stroje typu CNC, výrobní linky, dopravní jednotky, robotické systémy a roboty.
 
Nevýrobní sféra zahrnuje poměrně širší oblast:
  • Telekomunikace (ovládání a vyhodnocování stavu systému prostřednictvím mobilních sítí nebo satelitních systémů)
  • Lékařství (diagnostikování – ARO, JIP, operace pomocí robotických nástrojů s mikroskopem a kamerou, dálkové operace, laparoskopie, plastické operace – laserové nože, elektronické modelování při rekonstrukci obličeje, aj. Dále například při využití náhrady končetin umělými inteligentními končetinami, což se provádí speciálním elektronickým propojením s nervovým systémem člověka. Dále v rehabilitaci – využití nejrůznějších rehabilitačních pomůcek a zařízení, cvičebních nástrojů opatřených senzory, dále nemocniční lůžka s mnoha funkcemi).
  • Doprava silniční: řízení motoru, brzdový systém, ovládání vybavení motorového vozidla, autodiagnostika, zabezpečení vozidla, rychlostní bezpečnost, směr jízdy, detekce překážek, vyhodnocování jízdy, ale i navigační a komunikační systémy.
  • Doprava kolejová, lodní a letecká: v kolejové dopravě se řídící systémy směrují novými trendy ke zvyšování přepravní rychlosti volbou vhodných podvozků, např. tzv. magnetické polštáře. V letecké a lodní dopravě jsou řídící systémy používány v podobě mnoha nejrůznějších senzorů a komunikačních zařízení s řídícím centrem letového provozu.
  • Kosmonautika, vesmírné výzkumy: sondy, družice, raketoplány, robotická zařízení a vybavení.
  • Vzdělávací systémy: využívání telekomunikačních sítí, simulace mnoha druhů operací a činností pomocí modelací, apod.
  • Vybavení budov: automatická regulace osvětlení, teploty, vlhkosti, domácích spotřebičů, bezpečnostních systémů, elektronického zabezpečení, požární signalizace, monitoring docházky zaměstnanců, jejich pracovní činnosti, apod.
  • Spotřební zboží: fuzzy řízení praček, myček, jejich senzorová vybavení, řízení spotřebního zboží prostřednictvím mobilní sítě
  • Armáda: řízení palby, míření, přibližování cíle, monitoring, navigace raket pomocí neuronových sítí, bojoví roboti v makro i mikrorozměrech, komunikace mezi vojenskými složkami a centry, satelitní navigace raket, vyhodnocování bojových situací, elektronická zabezpečení informačních systémů.