Под автоматизацией понимается использование специализированных технических средств при управлении различными устройствами и технологическими процессами для освобождения человека от участия в технологических процессах, либо уменьшения степени этого участия или трудоёмкости выполняемых операций.
В чем заключается цель автоматизации? Автоматизированные устройства и системы управления предназначены для замены человека в процессе выполнения определенной деятельности. Обычно это повторяющиеся задачи, в которых человеческий фактор можно заменить умным алгоритмом.
Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП) — это комплекс методов и средств, который позволяет управлять технологическими операциями на производстве с минимальным вмешательством персонала.
Важность и польза автоматизации заключается в основном в экономии ресурсов, избавлении от рутинных задач и обеспечении безопасности технологических процессов.
Разделяют полностью автоматические (работающие без участия человека) и автоматизированные установки (с участием человека).
Основные преимущества автоматизации
Необходимость автоматизации различных технологических процессов обусловлена увеличением производительности, быстроты движений, размеров и мощности машин, увеличением точности обработки и усложнением самого характера технологического процесса.
Развитие машин неминуемо приводит к тому пределу, когда для человека становится затруднительным или даже невозможным достаточно быстро и точно управлять движением машины.
Современный блюминг прокатывает в год миллион тонн стали. Если всеми его огромными механизмами управлять вручную, то неизбежны простои, пока человек будет обдумывать, какое действие предпринять. Опыт показывает, что на эти простои может уходить до 20% рабочего времени, а это означает потерю 200 000 тонн проката в год.
Современная техника требует и чрезвычайно точного управления, отсутствия субъективных ошибок. Существуют шлифовальные станки, производящие обработку деталей за несколько секунд, причем точность обработки достигает микрона (0,001 мм). При ручном управлении подачей шлифовального круга был бы неизбежен большой процент брака.
Между тем дополнительный аппарат — устройство для управления станком — обеспечивает надлежащую быстроту и точность управления и почти полное отсутствие брака.
При аварии в электрической сети необходимо быстро отключить участок, на котором произошло повреждение, от всей системы, промедление в какую-нибудь секунду, а иногда и в долю секунды может вызвать серьезную аварию.
Человек не успевает реагировать на опасное явление с нужной быстротой. Следовательно, необходимо автоматизированное устройство для управления, которое достаточно быстро осуществило бы в случае надобности соответствующее отключение.
При управлении современной крупной электростанцией требуется временно поддерживать заданные значения напряжения на шинах генераторов, значение частоты, т. е. скорость вращения валов турбин, давление пара, его температуру, уровень воды в котлах к т. д.
Если учесть, что часть этих величин зависит друг от друга и от различных внешних факторов (например, нагрузки электростанции), могущих быстро изменяться, то станет ясным, насколько сложна задача управления.
Электростанция может успешно осуществляться лишь при наличии автоматических устройств для управления, работающих без непосредственного участия человека.
Увеличение высоты и скорости полета современных самолетов, снабжение их броней требует усовершенствования противовоздушной обороны. Необходимо повышение скорострельности зенитных орудий, увеличение скоростей вылета снарядов, увеличение их веса и т. д., что вызывает увеличение размеров и веса подвижной части орудия.
Необходимо также обеспечить большую точность и быстроту наводки ствола орудия. Требуемая точность достигает 0,05 градуса, а скорость движения ствола — 30 - 40 градусов в секунду.
Кроме того, нужно с чрезвычайно большой быстротой и точностью измерять координаты цели и решать задачу встречи, направляя ось ствола в так называемую «упрежденную» точку, чтобы осуществить попадание в движущуюся цель.
Человек не может ни вращать ствол тяжелого орудия с требуемой быстротой и точностью, ни засекать координаты цели и производить необходимые вычисления в течение малых промежутков времени.
Поэтому в настоящее время зенитные установки снабжаются сложнейшими устройствами для управления, осуществляющими требуемые операции без непосредственного участия человека.
Зенитные батареи включают в себя радиолокационные установки, электромеханические и электронные вычислительные приборы и следящие системы.
Из изложенного следует, что современная техника требует создания устройств для управления без непосредственного участия человека. Эти устройства и системы называются автоматическими.
Мощным стимулом автоматизации ряда технологических операций является значительная экономия, получаемая от высвобождения человека и замены его автоматом.
Особенно большое развитие автоматические устройства и системы получили тогда, когда появилась электрическая аппаратура, электронные приборы, а в последние 50 лет аппаратура нового типа — электронно-вычислительные машины.
Автоматизированные и автоматические системы позволили освободить человека от управления рядом процессов, в которых он ранее считался незаменимым.
Роль человека в автоматизированном процессе
В настоящее время автоматические устройства проникли во все отрасли производства, в транспорт и сложные боевые машины. В ряде мест производственный процесс становится полностью автоматизированным. Но значит ли это, что такой процесс протекает гам по себе, совершенно не нуждаясь в участии человека?
Конечно, человеку теперь не нужно вмешиваться в каждое отдельное движение машины и самому переводить любой рычаг. Однако роль человека не только не сводится к нулю в автоматизированном процессе, но, наоборот, значительно повышается и становится более ответственной.
Человек управляет теперь не одной отдельной машиной, а сложнейшей системой машин-автоматов. Обеспечивать нормальную работу сложной автоматизированной системы дело гораздо более трудное и квалифицированное, чем управление каждой отдельной машиной.
Но зато и производительность автоматизированной системы несравненно выше, чем производительность простой машины, поэтому и роль автоматики особенно возрастает.
Задачи автоматической системы
Основная задача автоматической системы заключается в том, чтобы поддерживать требуемые значения показателей какого-либо процесса без непосредственного участия человека.
Напряжение на шинах генератора должно поддерживаться равным некоторой требуемой постоянной величине независимо от изменения различных факторов, например, тока нагрузки генератора.
Угловое положение оси ствола зенитного орудия, например, азимут этой оси, должно совпадать с угловым положением задающей оси, устанавливаемым устройством управления, независимо от любых факторов (например, от импульсов реакции, производимых вылетающими из ствола снарядами).
Температура закалочной печи должна в течение процесса закалки изменяться по некоторой определенной установленной программе независимо от любых факторов, например, от температуры помещения.
В каждом из этих примеров имеется величина, значение которой требуется поддерживать постоянным или изменять надлежащим образом. Эта величина называется регулируемой величиной.
В случае генератора регулируемой величиной является напряжение, в случае зенитного орудия — угловое положение ствола, в случае печи — ее температура.
В любой автоматической системе требуется поддерживать значение регулируемой величины равным какому-либо требуемому, иногда называемому установленным, значению.
В случае регулирования напряжения генератора установленное значение есть некоторая постоянная величина. В случае управления зенитным орудием установленным значением является угловое положение задающей оси, которое, вообще говоря, может изменяться по любому закону, в зависимости от произвольного движения цели.
В случае закалочной печи установленное значение, не являясь постоянным, изменяется по некоторой определенной заданной программе.
Однако задача автоматической системы — осуществить равенство регулируемых величин установленным значениям — остается одной и той же для любой из этих систем.
Автоматизация на практике:
Применение систем автоматизации в процессе производства электронной аппаратуры