تفاصيل المدونة

الهندسة الكهربائية والتحكم: جوهر التقنية الحديثة

مقدمة

تُعد الهندسة الكهربائية والتحكم من الركائز الأساسية في عالم التكنولوجيا والتطور الصناعي. فهي تربط بين الطاقة الكهربائية والأنظمة الذكية التي تتحكم بها. بفضل هذا التخصص، أصبح بإمكاننا تشغيل المصانع، توجيه الطائرات، التحكم بالروبوتات، بل وحتى تنظيم استهلاك الطاقة في المنازل.

ك

ما هي الهندسة الكهربائية والتحكم؟

• الهندسة الكهربائية تهتم بتوليد، نقل، توزيع، وتحويل الطاقة الكهربائية، إلى جانب تصميم الدوائر والإلكترونيات.
• هندسة التحكم هي فرع يهتم بتصميم الأنظمة التي تضبط سلوك الأجهزة، بحيث تستجيب تلقائيًا للتغيرات الخارجية أو الداخلية لتحقيق نتائج معينة (مثل الحفاظ على درجة حرارة، أو السرعة، أو الضغط).

التطبيقات الواقعية.

الطاقة والمولدات

• توليد الكهرباء من محطات حرارية أو متجددة.
• التحكم في استقرار الجهد والتردد لضمان جودة الطاقة.

أنظمة التحكم في المصانع

• تشغيل آلات الإنتاج تلقائيًا باستخدام المتحكمات المنطقية (PLC).
• مراقبة الجودة والتحكم في السرعة، الضغط، أو الحرارة..

المركبات الذكية والطيران

• أنظمة التحكم في الطيران (Autopilot).
• إدارة البطاريات في السيارات الكهربائية (Battery Management Systems)..

الروبوتات والذكاء الصناعي

• تصميم ذراع روبوتية تقوم باللحام أو التجميع.
• دمج أنظمة استشعار ورد فعل تتيح للروبوتات العمل بدقة.

عناصر أنظمة التحكم الأساسية

1. المستشعرات (Sensors): تراقب المتغيرات مثل الحرارة أو السرعة.
2. المتحكم (Controller): يحلل البيانات القادمة من المستشعرات ويصدر أوامر.
3. المشغلات (Actuators): تنفذ الأوامر وتحرك النظام أو تغير حالته.

مثال بسيط:

في مكيف الهواء، يقوم المستشعر بقياس درجة حرارة الغرفة، ويرسلها إلى المتحكم، الذي يقرر تشغيل أو إيقاف الضاغط وفقًا للإعدادات.

أنظمة التحكم: أنواعها

• تحكم مفتوح الدائرة (Open-Loop): لا يأخذ نتائج التشغيل في الحسبان. مثال: المروحة اليدوية.
• تحكم مغلق الدائرة (Closed-Loop): يتابع نتائج التشغيل ويصحح الأداء. مثال: مثبت السرعة في السيارات.

التحديات في المجال

• ضمان الاستقرار والسرعة في الاستجابة.
• تصميم أنظمة تتحمل الضوضاء والتشويش.
• أمن الأنظمة الذكية المتصلة بالإنترنت (Industrial Cybersecurity).

أدوات وتقنيات حديثة

• استخدام المتحكمات الدقيقة (Microcontrollers) مثل Arduino وRaspberry Pi.
• اعتماد أنظمة SCADA للمراقبة الصناعية عن بُعد.
• تطبيق الذكاء الاصطناعي لتحسين أداء الأنظمة المعقدة.
• دمج الطاقة المتجددة والتحكم الذكي في الشبكات الكهربائية (Smart Grids)