Автоматика и автоматизация процессов

Основные понятия и определения

Автомат (греч. аиторатск; — «аутоматос» — самодействующий) — это устройство, осуществляющее некоторый процесс без непосредственного участия человека. Появление первых автоматов относится к глубокой древности — это были часы и механические игрушки, которым придавали форму человека или животного. Известен автомат в виде летающего голубя (грек Архитас — современник Платона), автоматы в виде водяных часов, торговый автомат, движущиеся статуи (Герои Александрийский). В средние века были созданы андроиды — механические существа, копирующие человека. В этой области в XVIII в. особенно прославились Пьер и Анри Дро — швейцарские часовщики и французский механик Жак Вокансон. Известна жестяная утка Вокансона, состоявшая из тысяч деталей, которая могла летать, которую невозможно было отличить от живой утки (вплоть до процессов пищеварения). Свидетельства об этой утке содержатся в воспоминаниях Канта, Гегеля, Лейбница и других выдающихся мыслителей того времени. Со второй половины XVIII в. начинается применение автоматов в промышленности. Это было связано с паровыми машинами. Первый промышленный регулятор для паровых машин был создан русским изобретателем И. И. Ползуновым. Его изобретение пролежало под сукном долгое время. По этой причине считается, что первый промышленный регулятор был создан Джеймсом Уаттом в 1784 г.

До недавнего времени автоматы строили, чтобы заменить человека при выполнении физически тяжелой и опасной работы. В 1940;х гг. появились автоматы, выполняющие некоторые виды умственного труда: управляющие, аналоговые и цифровые вычислительные машины — УВМ, АВМ, ЦВМ. Применение автоматов повысило производительность труда, точность и скорость выполнения производственных операций. Автоматы используются для освобождения человека от утомительного и однообразного труда, от вредных и опасных условий работы. Автоматы — основа технологического прогресса.

Под термином «автоматика» понимают [22]:

• 1) область теоретических и прикладных знаний об автоматически действующих устройствах и системах. Термин «автоматика» подразумевает период исследований и практических разработок в области автоматического регулирования и управления до 1940;х гг. В 1940;е гг. возникло новое научное направление — кибернетика. В рамках кибернетики появилась техническая кибернетика. Автоматика — это составная часть технической кибернетики;
• 2) совокупность механизмов и устройств, действующих автоматически.

В 1957 г. появился первый промышленный робот — фирмы Unimation (США). Название Unimation происходит от «Universal Automation» — универсальная автоматизация. Через 10 лет инициативу в области робототехники перехватила Япония, и с тех пор она является ведущей страной в этой области. Термин «робот» появился в 1920 г., придумал его чешский писатель Карел Чапек (происходит от чешского слова «робота» — работа). В настоящее время роботы все шире начинают применяться в различных областях промышленного производства: в машиностроении — при раскраске автомобилей, резке металла на автозаводских конвейерах; в строительном производстве — при роботизации и автоматизации земляных работ, при роботизации установки и монтажа строительных блоков и элементов, при автоматизации и роботизации бетонных работ, в роботизированных комплексах для отделочных работ, при автоматизации и роботизации работ в подземном строительстве, при роботизации строительных операций. Применяются роботы также и в военном деле.

XXI век — это эпоха расцвета автоматики, тотального проникновения автоматики в жизнь человеческого общества. Мы уже не мыслим себя без компьютеров, мобильных телефонов, контроллеров, микропроцессоров. Все это стало возможным в результате бурного, революционного развития электроники и микроэлектроники с начала 1980;х гг.

Устройства автоматики решают следующие важнейшие задачи: автоматического контроля технологических параметров, автоматического регулирования и автоматического управления процессами, технологической сигнализации, диспетчеризации, роботизации.

В настоящем курсе лекций наибольшее внимание обращено на автоматический контроль технологических параметров, теорию автоматического регулирования (ТАР), являющуюся теоретической основой автоматики, и на автоматизацию процессов в производстве стройматериалов.