Automatyk? Czyli co właściwie robi ten Twój chłop?

„Marek, co ty robisz w tej robocie? Jesteś po automatyce i robotyce, to pewnie zarabiasz kokosy i robot wszystko robi za ciebie?” – Niestety, podobne pytania słyszymy wielokrotnie. Od żony, kolegi, sąsiadów czy gadatliwego taksówkarza. Praca automatyka, przez szerokie możliwości specjalizacji, nie jest prosta do opisania. Ale skupmy się na podstawach. Dajmy przykład, który zrozumie każdy. Ten dzisiejszy jest z dedykacją dla naszych Partnerek.

Załóżmy, że masz dziś ochotę na wysmakowaną kolację. Przeglądasz Internet i w oko wpada Ci ambitny przepis na stek sous vide. Na szczęście wszystkie składniki są w domu. Doczytujesz, na czym polega metoda sous vide, nalewasz wodę do dużego garnka, pakujesz mięso do woreczka i szukasz swojego kuchennego cyrkulatora. Po chwili okazuje się jednak, że urządzenie zostało pożyczone teściowej. „Mięso przez półtorej godziny w wodzie o stałej temperaturze 60°C? Jak ja to teraz zrobię ręcznie?” – i tu pojawia się konkretne zagadnienie dla automatyka. Na szczęście termometr masz. Sprawdźmy, jak mogłabyś poradzić sobie w zależności od sprzętu kuchennego, który jest w domu.

Wersja ambitna – klasyczna grzałka

Wrzucasz grzałkę do garnka, wtyczka wędruje do gniazdka i czekasz. Czekasz cierpliwie. Temperatura po kilku minutach osiąga 60°C, czyli Twoją wartość zadaną. „Jest super, mamy to” – po cichu sobie gratulujesz, po czym wyłączasz grzałkę i idziesz czytać ulubioną książkę. Po paru chwilach przypomina Ci się jednak, że temperatura w pomieszczeniu jest niższa niż wody w garnku, co oznacza, że woda będzie się schładzać. To jest właśnie zakłócenie. Utrudnia całe zadanie. Sprawdzasz czujniktemperatury, czyli kuchenny termometr – temperatura wody (a właściwie wyjście) osiągnęła 53°C. Wtyczka ponownie ląduje w gniazdku. Tym razem jednak książkę masz już obok garnka. Dzięki doprowadzeniu sterowania (włączeniu wtyczki) temperatura ponownie osiąga docelową wartość. „Mamy 60°C, ale poczekam jeszcze chwilę” – z lekkim zniecierpliwieniem wpatrujesz się w termometr i odpinasz grzałkę, gdy temperatura osiąga 62°C. Mija kilka minut. Temperatura spada do 58°C.

Ale to skomplikowane…!

Włączasz grzałkę. Czekasz na liczbę 62. Wyłączasz grzałkę. Właśnie stałaś się regulatorem dwupołożeniowym z grzałką jako elementem wykonawczym. Wspomniane dwa stany to oczywiście „grzeje [ON]” i „nie grzeje [OFF]”, a ciągłe przełączanie między 58°C a 62°C nazywamy histerezą.

Masz dość steka sous vide. Mimo to powtarzasz wypracowaną procedurę 48 razy i wyjmujesz rostbef.

Mięso wyszło całkiem nieźle, chociaż zauważasz, że jest trochę za bardzo ścięte. Wiesz, że to wina tych 62°C (wg przepisu miało być przecież 60), ale kto by się tam przejmował. Zresztą nie będziesz przecież włączać i wyłączać grzałki co kilkanaście sekund.

Wersja nowoczesna – płyta indukcyjna

Garnek stawiasz na płycie, ze skali 0-10 wybierasz najwyższą moc grzania i czekasz. Po kilkudziesięciu sekundach temperatura osiąga 51°C. „Ok, mogę już trochę zmniejszyć” – trafnie zauważasz, po czym zmieniasz moc na 9. Czemu akurat na 9? Przecież 60°C – 51°C = 9. Logiczne.

Po paru sekundach na skali pojawiają się 52°C. Analogicznie zmniejszasz moc do 8. Chcesz iść tym tropem aż do 60°C. W ten sposób przyjęłaś, że wzmocnienie Twojego regulatora jest równe 1. Czyli grzejemy tak mocno, jaka jest różnica temperatur. Jest to prosty regulator proporcjonalny (typu P).

Po kilku chwilach i zmianach mocy grzania zauważasz, że przy 58°C i mocy ustawionej na 2, Twoja woda już się nie ogrzewa. Wszystko co zagrzeje kuchenka ochładza powietrze z pokoju. Układ sterowania się ustabilizował, a ciągle brakuje Ci 2 stopni. „Co mi z tej całej automatyki, skoro woda jest za zimna. Ja tam wolę na czuja” – stwierdzasz, po czym ustawiasz moc na 3 i idziesz po książkę.

I właśnie w ten sposób intuicyjnie włączyłaś całkowanie.

Twój regulator dzięki temu zmienił charakter na PI (proporcjonalno-całkujący). Po prostu im dłużej nie udaje Ci się osiągnąć upragnionych 60°C, tym bardziej trzeba zwiększyć moc. Po chwili temperatura podskakuje do 61°C, a Ty w znów obniżasz grzanie do 2. Za kilka chwil wartość spada do 59°C. Moc z powrotem na 3. I tak w kółko.

Na końcu bardzo chciałaś ustawić moc na 2.5, jednak Twoja kuchenka niestety nie posiada takiej opcji. Twoja kuchenka jest cyfrowa, tzn. (w dużym uproszczeniu) może przyjąć tylko określone wartości grzania.

Pokrętło, a właściwie kuchenka gazowa

Gazu! Od razu przekręcasz pokrętło najbardziej jak to możliwe. Temperatura się wznosi. Mijają dwie minuty – masz już 55°C, więc nieco przykręcasz gaz. Po chwili dochodzi do 59°C, ruszasz pokrętło tylko minimalnie. Twój regulator jest analogowy, więc możesz dowolnie zmieniać poziom płomienia o małą widzialną różnicę. Dzięki temu kilka minut walki z pokrętłem wystarczy, aby oddać się książce. Nieświadomie zastosowałaś tutaj takie samo sterowanie, jak w przypadku kuchenki indukcyjnej. Drobna różnica polega na tym, że ustawiłaś tę idealną wartość sterowania, której nie było w poprzedniej kuchence.

Wiesz, jak tutaj wyglądałyby wykresy?

„I to wszystko? To łatwa ta cała automatyka!”

Dokładnie na takim postrzeganiu nam zależy. Nikt nie mówił, że robimy trudne rzeczy. Po prostu chcemy, żeby po odpowiednim ustawieniu pokrętła był czas zarówno na książkę, jak i na przygotowanie reszty dania. A to, że garnek mieści czasem tysiące litrów kwasu, książka z napisem MANUAL ma 4537 stron, a temperatura sięga setek stopni Celsjusza… no cóż. Drobnostka.

A więc kiedy następnym razem usłyszysz od automatyka, że „zupa jest za zimna”, będziesz już wiedziała, że odpowiedź „to podaj konkretną wartość zadaną i dokonaj regulacji automatycznej” wywoła ciekawszy efekt niż „to sam sobie podgrzej”